Realizado por: Joaquin Huauya A.

El calor siempre fue considerado una forma de energia



Tecnología Fotovoltaica




Como se transforma la energía del sol al llegar a la tierra




De que forma aprovechamos la energía radiante del sol





Como la radiación de energía produce bienestar



A que se debe la disminución del V entre 0 – 4 °C del agua.




Nanotecnologia


La nanotecnología comprende el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano-escala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano-escala. Cuando se manipula la materia a escala tan minúscula, presenta fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, los científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas.




Ley de Coulomb



Esta ley nos indica la magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario.




Carga y Materia




En física, la carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas.
La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico origina una de las cuatro interacciones fundamentales: la interacción electromagnética.

Materia: es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, tiene una energía medible y está sujeta cambios en el tiempo y a interacciones con aparatos de medida.



Segunda ley de la Termodinamica




Esta ley de la física expresa que "La cantidad de entropía (magnitud que mide la parte de la energía que no se puede utilizar para producir un trabajo) de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo". Más sencillamente, cuando una parte de un sistema cerrado interacciona con otra parte, la energía tiende a dividirse por igual, hasta que el sistema alcanza un equilibrio térmico.
La segunda ley de la termodinámica establece cuales procesos de la naturaleza  pueden ocurrir o no.






Primera Ley de la Termodinamica



Dentro de la termodinámica, una consecuencia de la ley de la conservación de la energía es la llamada Primera Ley de la Termodinámica, la cual establece que la variación de la Energía interna de un sistema es igual a la suma de la energía transferida en forma de calor y la energía transferida en forma de trabajo.



q = energía transferida en forma de calor
w= energía transferida en forma de trabajo.

Podemos concluir que la variación de energía interna de un sistema, es igual a la suma del intercambio de calor entre el sistema y los alrededores y el trabajo realizado por (o sobre) el sistema.





Calor y Temperatura




El calor es energía que se transmite de un cuerpo a otro y al hacerlo, puede elevar o disminuir su temperatura. Entonces, la temperatura es una medida del efecto que tiene el calor en un determinado objeto.




Principio de Arquimedes

El principio de Arquímedes dice que la observación de que cuando un cuerpo se sumerge en un fluido o liquido, este ejerce en el cuerpo u objeto una fuerza que tiende a evitar que el cuerpo se sumerja. En forma más explícita, todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza vertical hacia arriba, llamada empuje, que es equivalente al peso del líquido desalojado por el cuerpo.

Si el fluido o el líquido se caracterizan por su densidad volumétrica de masa, el principio de Arquímedes se expresaría en la siguiente ecuación:

F= pgV

Donde F representa el empuje y V representa el volumen de desalojo el cuerpo. En pocas palabras el lado derecho de la ecuación representa el producto de la masa por la aceleración de la gravedad, es decir, el peso del líquido que es desalojado.

Qué es el empuje?

Cuando introducimos un sólido en un líquido, éste ejerce una fuerza hacia arriba sobre aquel, razón por la cual nos cuesta hundir los cuerpos poco densos en el agua; también tenemos que hacer menos fuerza para sostener un sólido en el agua que en el aire.

Todo líquido ejerce una fuerza hacia arriba sobre un sólido introducido en él que hace que el sólido, aparentemente, pese menos que en el aire. A la fuerza ascendente que ejerce el líquido sobre el sólido la llamamos fuerza de empuje.

El principio de Arquímedes también habla de algunos objetos que pueden flotar en el agua como otro que no lo pueden hacer. Para explicar ese fenómeno, se considera un cuerpo de densidad de masa D1, el cual se sumerge en un líquido de densidad D. el siguiente paso se realiza un diagrama de fuerzas para el cuerpo que se está sumergiendo, como se puede observar en la siguiente figura



En esta figura se puede observar que en el cuerpo actúan dos fuerza en la misma dirección pero de sentido contrario el F empuje hacia arriba mientras que el peso hacia abajo.

Tomando como positivo las fuerzas hacia arriba se obtiene que:

F-m.g= m.a

La aceleración (a) va a depender del signo que se encuentra al lado izquierdo de la expresión ya que si el signo es positivo, el empuje es mayor que el peso, la aceleración del cuerpo es hacia arriba; en este caso se dice que el cuerpo flota. Si el signo es negativo, el peso es mayor que el empuje, la aceleración es negativa y entonces el cuerpo se hunde. En conclusión la diferencia entre hundirse y flotar depende de la relación entre la magnitud del empuje y el peso.

 El peso también se puede expresar en términos de densidad del objeto como:

m.g= D1.g.V

Y el empuje:

F= D.g.V

Ojo donde V  es el volumen sumergido

Principio de Pascal

El principio de pascal quiere decir que el incremento de la presión aplicada a una superficie de un fluido incompresible (liquido), contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada uno de las partes del mismo.

Se puede poner como ejemplo un recipiente de aluminio, hierro, plástico, etc., que se le realizan unos agujeros y luego se llena con algún liquido, que mas tarde es presionada por un embolo, lo que traerá como consecuencia el escape del agua por los diferentes agujeros a la misma presión.

Por ejemplo se puede  usar una jeringa tapada por su extremo y perforada por varias partes (que sean de poco diámetro por ejemplo del tamaño de una aguja) de modo que cuando se empuje el embolo, un chorro de agua que estuviere contenida en dicha jeringa salga por cada orificio.
Dicho chorro saldría con la misma fuerza por todos lados.



Como se puede aplicar este principio?

Se cree que el principio de pascal es una consecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática  y de la complejidad de los líquidos. Y se puede representar en la siguiente ecuación.

P=Po  + D.G.H

P, presión total a la profundidad de la altura H

Po, presión sobre la superficie libre del fluido.

D, densidad.

G, gravedad

El principio de pascal se ve más reflejado en la prensa hidráulica ya que permite levantar pesos por medio de la amplificación de la intensidad de la fuerza. De esta forma este método es  muy aplicado en la industria moderna.

En qué consiste la aplicación de la prensa hidráulica como principio de pascal?

La prensa hidráulica consiste en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y el interior del recipiente está lleno de un líquido. Dos  émbolos (los encargados de hacer la presión) de diferentes secciones de cada cilindro  se ajustan respectivamente, pero estos materiales deben estar en contacto con el liquido. Cuando uno de los émbolos realice una fuerza, la presión se dispersara por todo el líquido. Teniendo en cuenta lo anterior, por el principio de pascal esta presión será igual a la presión que se le hace al liquido sobre el embolo de mayor capacidad.



P2= presión ejercida sobre el émbolo mayor
P1= presión ejercida sobre el émbolo menor
F2 = fuerza ejercida sobre el émbolo mayor
F1 = fuerza ejercida sobre el émbolo menor
S2= superficie del émbolo mayor
S1= superficie del émbolo menor

P1=P2

F1=P1S1

1S2=P2S2=F2  de lo cual podemos obtener que

F1=F2 (S1/S2)       O     F2=F1 (S2/S1)

La relación que halla en la secciones dará el resultado de las fuerzas de los émbolos ósea si la fuerza aplicada en el embolo pequeño es mayor, será mayor en el embolo grande dependiendo de |la secciones.

Fluidos



Se denomina fluido a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas hay una fuerza de atracción débil. Los fluidos se caracterizan por cambiar de forma sin que existan fuerzas restitutorias tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual constituye la principal diferencia con un sólido deformable). Un fluido es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre si por fuerzas cohesivas débiles y/o las paredes de un recipiente; el término engloba a los líquidos y los gases.




Efecto Doppler

El efecto Doppler es un fenómeno físico donde un aparente cambio de frecuencia de onda es presentado por una fuente de sonido con respecto a su observador cuando esa misma fuente se encuentra en movimiento.

El efecto Doppler no es simplemente funcional al sonido, sino también a otros tipos de ondas, aunque los humanos tan solo podemos ver reflejado el efecto en la realidad cuando se trata de ondas de sonido.

El efecto Doppler es el aparente cambio de frecuencia de una onda producida por el movimiento relativo de la fuente en relación a su observador. Si queremos pensar en un ejemplo de esto es bastante sencillo.

ejemplo:Una vez que se escucha la sirena de un coche policía o de una ambulancia pasar frente a ti. Cuando el sonido se encuentra a mucha distancia y comienza a acercarse es sumamente agudo hasta que llega a nosotros.


Las frecuencias en la fuente y el receptor fS y fL tienen una relación con las velocidades de la fuente y el receptor vS y vL relativas al medio, y con la rapidez del sonido v respecto del medio.



Ondas y Clasificación

ONDAS



La onda es una perturbación que se propaga transfiriendo energía y cantidad de movimiento.Esta transferencia de cantidad de movimiento y energía, debe considerarse como una forma desarrollada por el universo para transferir información.

Clasificación

1)Por el medio de propagación:

1.1)Ondas mecánicas, OM .-Requieren de  un material para propagarse.

Ejemplos:

“Onda sonora”

“Onda en cuerda”

“Onda de torsión”, “presión”…


1.2)Ondas electromagnéticas, OEM

No requieren necesariamente de un medio material para propagarse.

Ejemplos:

“Luz” =   OEM (EM de Maxwell)

2)Por el movimiento relativo del medio respecto a la propagación:

2.1)Ondas Longitudinales

El medio moviéndose paralelamente a la propagación.

Ejemplos:

“Ondas sonoras”

“Ondas en resortes”

“Ondas de compresión, torsión”

2.2)Ondas transversales

El movimiento relativo del medio es perpendicular a la de la propagación.

Ejemplos:

“Ondas en la cuerda”

“Ondas electromagnéticas”

2.3)Ondas transverso-longitudinales

Cuando el medio se desplaza tanto transversal como longitudinalmente respecto a la propagación.

Ejemplos:

“Olas de mar”

“Fluidos”



Oscilaciones Amortiguadas

Se considerara medios de amortiguación modelables mediante la velocidad, esto es, la fuerza opositora al movimiento, (F), proporcional a la velocidad. Esto se corresponde con muchos sistemas físicos conocidos que involucran fluidos como aire, agua, aceites, etc.


Ahora, para describir el sistema planteamos la 2° ley:

Casos:

Movimiento amortiguado oscilatorio:

1) Caso de interés: wb < wr  


La ecuación se interpreta como una parte oscilatoria y una modulación de la oscilación dada por el factor exponencial.


2) Caso cuando wb º w,   Movimiento críticamente amortiguado.

3) Cuando wb > wr, se produce un Movimiento sobreamortiguado.






Péndulo Fisico

Un péndulo físico o péndulo compuesto es cualquier cuerpo rígido que pueda oscilar libremente en el campo gravitatorio alrededor de un eje horizontal fijo, que no pasa por su centro de masa.



La distancia desde el punto de apoyo hasta al centro de gravedad del cuerpo es igual a b. En la misma Figura se representan las fuerzas que actúan sobre el cuepo rígido. Si el momento de inercia repecto a un eje ue pasa por O del cuerpo rígido es  , la segunda ley de Newton de rotación da como resultado,


Se debe observar que la fuerza de reacción R que ejerce el pivote en O sobre el cuerpo rígido no hace torque, por lo que no aparece en la ecuación. Además, también es necesario resaltar que esta ecuación diferencial no es lineal, y por lo tanto el péndulo físico no oscila con M.A.S. Sin embargo, para pequeñas oscilaciones (amplitudes del orden de los 10º), , por tanto,


es decir, para pequeñas amplitudes el movimiento pendular es armónico. La frecuencia angular propia es:


el periodo y la frecuencia propios serán:


La cinemática del movimiento pendular para pequeñas oscilaciones es en función de las variables angulares (elongación angular, velocidad angular y aceleración angular),












Pendulo Simple

El péndulo es un sistema físico constituido de un hilo in-elástico fijo por un extremo, sosteniendo por el otro a una lenteja ,que al oscilar lo hace con M.A.S.


El periodo de un péndulo es directamente proporcional a la longitud pendular e inversamente con la aceleración de la gravedad. Su valor esta dado por:


Por tanto la frecuencia sera:



Energía del M.A.S




En el m.a.s. la energía se transforma continuamente de potencial en cinética y viceversa.
En los extremos solo hay energía potencial puesto que la velocidad es cero y en el punto de equilibrio solo hay energía cinética. En cualquier otro punto, la energía correspondiente a la partícula que realiza el m.a.s. es la suma de su energía potencial más su energía cinética.

Toda partícula sometida a un movimiento armónico simple posee una energía mecánica que podemos descomponer en: Energía Cinética (debida a que la partícula está en movimiento) y Energía Potencial (debida a que el movimiento armónico es producido por una fuerza conservativa).

Si tenemos en cuenta el valor de la energía cinética
Ec = 1/2 m v2
y el valor de la velocidad del m.a.s.
v = dx / dt  = A w cos (w t + jo)
sustituyendo obtenemos
Ec  = 1/2 k A2 cos 2(w t + jo)
a partir de la ecuación fundamental de la trigonometría:

sen2 + cos2 = 1
Ec  = 1/2 k A[ 1 - sen 2(w t + jo)]
Ec  = 1/2 k[ A2 - A2sen 2(t + jo)]

de donde la energía cinética de una partícula sometida a un m.a.s. queda
Ec  = 1/2 k [ A2 - x2]

Observamos que tiene un valor periódico, obteniéndose su valor máximo cuando la partícula se encuentra en la posición de equilibrio, y obteniéndose su valor mínimo en el extremo de la trayectoria.

La energía potencial en una posición y vendrá dada por el trabajo necesario para llevar la partícula desde la posición de equilibrio hasta el punto de elongación y.
Por ello el valor de la energía potencial  en una posición x vendrá dado por la expresión
Ep = 1/2 k x2
Teniendo en cuenta que la energía mecánica es la suma de la energía potencial  más la energía cinética, nos encontramos que la energía mecánica de una partícula que describe un m.a.s. será:

Etotal = 1/2 K x2 +  1/2 K (A2-x2) = 1/2 KA2

E = 1/2 k A2

En el m.a.s. la energía mecánica permanece constante si no hay rozamiento, por ello su amplitud permanece también constante.

Movimiento Armónico Simple




Es un movimiento periódico, oscilatorio y vibratorio en ausencia de fricción, producido por la acción de una fuerza recuperadora que es directamente proporcional a la posición pero en sentido opuesto.

  • Movimiento Armónico: sen, cos
  • Movimiento periódico complejo:admite soluciones armónicas.

Descripción del M.A.S:

a)Descripción Cinemática .

El movimiento armónico simple es un movimiento periódico de vaivén, en el que un cuerpo oscila de un lado al otro de su posición de equilibrio, en una dirección determinada, y en intervalos iguales de tiempo.
Por ejemplo, es el caso de un cuerpo colgado de un muelle oscilando arriba y abajo.El objeto oscila alrededor de la posición de equilibrio cuando se le separa de ella y se le deja en libertad. En este caso el cuerpo sube y baja.
Es también, el movimiento que realiza cada uno de los puntos de la cuerda de una guitarra cuando esta entra en vibración; pero, pongamos atención, no es el movimiento de la cuerda, sino el movimiento individual de cada uno de los puntos que podemos definir en la cuerda. El movimiento de la cuerda, un movimiento ondulatorio, es el resultado del movimiento global y simultáneo de todos los puntos de la cuerda. 

 x(t) = A \cos(\omega t + \phi)\,

donde:
x\, es la elongación o desplazamiento respecto al punto de equilibrio.
A\, es la amplitud del movimiento (elongación máxima).
\omega\, es la frecuencia angular
t\, es el tiempo
\phi\, es la fase inicial e indica el estado de oscilación o vibración (o fase) en el instante t = 0 de la partícula que oscila.

Además, la frecuencia de oscilación puede escribirse como esto:

f = \frac{\omega}{2 \pi} = \frac{1}{2 \pi} \sqrt{\frac{k}{m}}

Por lo que el periodo:

T = \frac{1}{f} = \frac{2 \pi}{\omega} = 2 \pi \sqrt{\frac{m}{k}}

b)Descripción Dinámica.

En el movimiento armónico simple la fuerza que actúa sobre el móvil es directamente proporcional: 

 F=-k\, x=m\, a\qquad\Rightarrow\qquad a=-\frac{k}{m}x

Comparando esta ecuación y la que teníamos para la aceleración se deduce:

\omega^{2}=\frac{k}{m}

Esta ecuación nos permite expresar el periodo (T) del movimiento armónico simple en función de la masa de la partícula y de la constante elástica de la fuerza que actúa sobre ella:


T = 2 \pi \sqrt{\frac{m}{k}}