Copia de IKNIUM FISICA COMPLETO - Gabriel Solís

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CIENCIAS II (FÍSICA)
1. El movimiento. La descripción de los cambios en la naturaleza
1.1 Conceptos de velocidad y rapidez.
Cotidianamente, nos referimos a velocidad y rapidez como sinónimos, pareciera que 
hablamos del mismo fenómeno, sin embargo, debemos diferenciar y definir cada uno de estos 
conceptos para así poder comprender y diferenciar los mismos.
Rapidez. La rapidez es la medida que nos dice que tan aprisa se mueve un objeto. La rapidez 
es una magnitud escalar que solo puede aumentar o disminuir. No importa a dónde va el objeto 
solo importa que tan a prisa se mueve. Si una persona va en la autopista y alguien le pregunta: ¿qué 
tan a prisa vamos? (en ese momento), la respuesta puede ser lOOkm/h. Que tan aprisa se mueve 
un objeto en un tiempo determinado.
Velocidad. La velocidad es una magnitud
vectorial que aparte de tener un módulo o magnitud 
(rapidez), cuenta con una dirección determinada. Si velocidad
vamos a lOOkm/h hacia el norte de la cuidad, 
entonces ya estamos hablando de velocidad
Módulo o Magnitud = rapidez km/h
Dirección y sentido = Hacia a dónde y en 
qué sentido
Si tenemos un problema que se resuelva por la fórmula de la velocidad los únicos factores que 
podemos calcular son: velocidad, tiempo y distancia y se hace de la siguiente manera. En el 
problema siguiente ya tenemos los valores, mediante la fórmula haremos coincidir los mismos: 
Luis recorre en su automóvil a 80km/h una distancia de 200km en 2.5 horas
Velocidad: tienes la fórmula 
de la velocidad solo hay que 
sustituir los valores y resolver 
las operaciones.
Distancia: despejamos de la 
fórmula de la velocidad la 
distancia, quedando la fórmula 
que se observa y ya solo resta 
sustituir los valores
Tiempo: de la formula anterior 
despejamos el tiempo, con lo 
que solo resta sustituir valores 
y realizar operaciones
d
v = — 
t d = (v)(t)
(v)(t) = d
d
t = - 
V
V
200km
2.5/i
v = 80km/h
d = (80/cm/7i)(2.5/i) 
d = 200km
200km
t =--------------
80km/h
t = 2.5/i
1.2 Tipos de movimientos de los objetos en gráficas de posición-tiempo.
Las gráficas de posición tiempo, son aquellas que miden el desplazamiento de un objeto en 
un lapso. El desplazamiento en las gráficas está representado por una x y el tiempo por una t. Son 
varios los tipos de movimientos que se pueden representar en una gráfica de este tipo, como los 
que veremos a continuación donde mostraremos también el mismo movimiento en las gráficas de 
aceleración tiempo:
Aceleración positiva constante. Un móvil se 
encuentra a una velocidad determinada y cambia su 
velocidad para alcanzar una velocidad mayor y su aceleración 
es igual en tiempos ¡guales, como en la caída libre.
íknium Educación
Aceleración positiva variable. El móvil cambia de 
velocidad a una mayor, pero acelerando de manera 
discontinua, como cuando en la aceleración de un móvil que 
parte del reposo y alcanza los 100 km/h
Aceleración nula. En este caso el móvil tiene una 
velocidad constante o no está en movimiento.
Aceleración negativa constante. En este movimiento 
un móvil se encuentra a una velocidad determinada y cambia 
su velocidad a una velocidad menor, pero velocidades ¡guales 
en tiempos ¡guales, como en el tiro vertical.
Aceleración negativa variable. En este movimiento 
hay un cambio de velocidad de mayor a menor pero la 
aceleración es variable, como cuando un móvil se detiene por 
un obstáculo en el camino.
V
Aceleración
Variable
T
V AceleraciónNula
T
1.3 Relación entre gráficas posición-tiempo y un conjunto de datos.
Si contamos con un conjunto de datos que describan el movimiento de un objeto en función 
a la distancia recorrida por este, en un tiempo determinado, podemos llevar esa relación a una 
gráfica para así tener una mejor percepción del estudio de este fenómeno.
Por ejemplo: tenemos que registrar posición de dos automóviles en función del tiempo, los cuales 
se mueven en línea recta con una velocidad de 50km/h y 80km/h, respectivamente. Como primer
paso, construimos una tabla y teniendo los datos ordenados, procedemos a incluirlos en la tabla,
para su estudio.
Auto 1 Auto 2
t(h) p(km) t (h) p(km)
1 50 1 80
2 100 2 160
3 150 3 240
4 200 4 320
5 250 5 400
450 
~ 400
•§ 350 
’§ 300d.
250 
200
150
100
50 
0
1.4 Velocidad, desplazamiento y tiempo.
Las magnitudes son unidades de medida. En física hay de dos tipos: escalares y vectoriales. 
Hay magnitudes como la distancia o la rapidez, que solo tienen tamaño mientras otras, como el
Iknium Educación Xl68<_Z
desplazamiento o la velocidad, tienen tamaño y dirección, a las primeras se les conoce como 
escalares y a las segundas vectores.
Magnitud escalar. Es la magnitud que solamente tiene tamaño. Lo único que le puede 
ocurrir a este valor es aumentar o disminuir.
Magnitud vectorial. En este caso además de tener una magnitud, tiene una dirección y un 
sentido determinado. Pongamos como ejemplo la fuerza, una fuerza de 20N, aplicada por dos chicos 
que se empujan uno al otro, los chicos no se mueven por que aplican la misma fuerza, en la misma 
dirección, pero en sentido contrario.
La velocidad es la magnitud que determina el desplazamiento de un objeto en una unidad 
de tiempo y la dirección hacia la que se mueve. Se compone de tres elementos: desplazamiento, 
tiempo, dirección sentido.
El desplazamiento es la medida de la trayectoria desde el punto inicial hasta el punto final. 
Para saber hacia dónde se desplaza un objeto, hay que considerar el marco de referencia. El marco 
de referencia es el punto donde inicia el estudio del recorrido de un objeto, si ese objeto recorre 
100 metros hacia el norte y allí termina nuestro estudio, quiere decir que el desplazamiento es de 
100 metros, sin embargo, si el objeto recorre 100 metros hacia el norte y 50 hacia el sur (sentido 
contrario), entonces quedará a 50 metros del marco de referencia, con lo cual, su desplazamiento 
será de 50 metros.
El tiempo, es la magnitud física que permite ordenar la secuencia de los sucesos 
estableciendo un pasado, un presente y un futuro, y cuya unidad en el sistema internacional de 
medida es el segundo.
La dirección, es el camino o rumbo hacia donde se desplaza un objeto, es decir, la dirección 
puede tener un sentido contrario como lo vimos anteriormente.
1.5 El movimiento con velocidad variable: la aceleración.
La aceleración es la relación de cambio de velocidad de un objeto en movimiento, en un
intervalo de tiempo.
Cuando un cuerpo aumenta o disminuye su velocidad se dice que 
la aceleración es positiva o negativa respectivamente y cuando un móvil 
no varía su velocidad, se dice que tiene una aceleración nula. La fórmula 
para obtener la aceleración es:
AF
aceleración = — 
t
t
La aceleración se mide en metros por segundo al cuadrado m/s2 y cuando hay un cambio 
de velocidad, positivo o negativo, entonces tenemos una aceleración. Si no hay cambio de velocidad, 
se dice que tenemos una aceleración nula.
1.6 El movimiento de los cuerpos que caen.
La caída libre es un caso particular de movimiento rectilíneo uniforme acelerado. En este 
tipo de movimiento, los objetos se desplazan desde una altura determinada hasta el suelo. La 
aceleración presente en el movimiento es la aceleración de la gravedad. Y se debe a la fuerza de 
atracción de la tierra sobre los cuerpos. La aceleración de la gravedad se simboliza con la letra "g" y 
su valor es de 9.8 m/s7. Algunos cuerpos pueden cambiar su aceleración, ya sea aplicándole otro 
tipo de fuerza (fricción) puede ser mayor su aceleración o menor. Y también influye la densidad del 
cuerpo, por ejemplo, las plumas de un ave.
r\jl69vZ Iknium Educación
2. Las fuerzas. La explicación de los cambios
2.1 Fuerza resultante.
Como primer paso, para explicar la fuerza resultante, definiremos el concepto de fuerza, 
diciendo que es la "Causa capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo; o 
deformarlo". En física una fuerza no se puede presentar en forma aislada, no se produce por un solo 
cuerpo, es el resultado de la interacciónde dos o más fuerzas.
Los vectores están dotados de magnitud y dirección. La representación gráfica de los 
mismos es una flecha
En ocasiones, sobre un objeto actúan dos o más fuerzas en diferente sentido, estas dos 
fuerzas se suman vectorialmente ya que no solo tienen magnitudes diferentes sino direcciones 
contrarias. La aceleración final del objeto dependerá de la resta de las dos fuerzas.
Es importante saber cómo se suman las fuerzas y así poder entender el concepto de fuerza 
resultante. En física las fuerzas son representadas por vectores.
La fuerza resultante o fuerza total, corresponde a la suma de todas las fuerzas que actúan 
sobre el objeto.
Tenemos un caso en el cual se ejercen dos fuerzas de diferentes magnitudes en sentidos 
contrarios, donde hay que determinar cual es el resultado de la suma de fuerzas
6ÓN + 90Ñ
Para resolver esta suma de fuerzas se debe tomar la dirección del valor que sea mayor 
numéricamente hablando. En este caso es el 90, así que la dirección será a la izquierda. 
Como segundo paso se hace una resta entre los dos valores donde se restará al de mayor 
valor numérico, el de menor valor numérico. En este caso a 90 se reatará 60, quedando 3O7V 
a la derecha como resultado final.
2.2 Las leyes de Newton en la vida cotidiana.
Son tres las leyes de Newton sobre el movimiento de los cuerpos: "Ley de la inercia"; "Ley 
de la fuerza, la masa y la aceleración" y "Ley de la acción y la reacción".
Ley de la inercia (Primera ley). "Todo objeto se mantiene en su estado de reposo o de 
movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se le apliquen fuerzas que lo obliguen a cambiar dicho 
estado".
Para comenzar, definiremos inercia como: "La resistencia que opone un objeto a cambiar su 
estado de reposo o de movimiento". Si la suma de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es cero, 
su aceleración también es cero, como en el caso de los objetos en reposo o con velocidad constante.
Respecto al movimiento de los objetos, esta ley nos dice que hay dos supuestos, que el 
objeto este en reposo o en movimiento, si se aplica una fuerza a este objeto, mantendrá su inercia 
a permanecer en reposo o en movimiento, tal sea el caso
Ley de la Fuerza la masa y la aceleración (Segunda ley). "Cuando se aplica una fuerza a un 
cuerpo y este se mueve, se produce una aceleración que es directamente proporcional a la magnitud 
de la fuerza e inversamente proporcional a la masa de este".
Iknium Educación ^170^
Lo anterior implica que cuanta más fuerza se aplique a un objeto, la aceleración será mayor 
y por otra parte mientras mayor sea la masa de un objeto se requerirá de mayor fuerza para 
moverlo.
La fuerza se mide en newtons (N) en honor a Isaac Newton, y un newton equivale a la fuerza 
necesaria para acelerar en un metro por segundo al cuadrado un objeto cuya masa es de un 
kilogramo. La representación seria de esta manera: 1N = lkgm/s2
La fórmula de la segunda ley de Newton es: F = m ■ a, mediante la cual podemos obtener 
masa (que se mide en kg), fuerza (que se mide en Newtons) y aceleración (que se mide en m/s2)-
Ley de la acción y la reacción (Tercera ley), "cuando un cuerpo A, ejerce una fuerza sobre 
un cuerpo B, este último reacciona sobre A ejerciendo una fuerza de igual magnitud y dirección, 
pero en sentido opuesto".
En este caso la tercera ley de Newton habla de la acción y la reacción. Es decir, si a un cuerpo 
la aplicamos una fuerza en dirección norte, éste nos aplicara una fuerza de la misma magnitud, pero 
en dirección sur.
Pongamos el ejemplo de una persona que sostiene una pelota de tenis en la mano, esta 
persona está ejerciendo una fuerza que se opone a la fuerza de la gravedad y existe un equilibrio 
entre las dos fuerzas. Si esta persona dejara caer la pelota, la única fuerza que se aplicaría a la misma, 
sería la de la gravedad y la pelota se aceleraría hacia el suelo.
2.3 Pares de fuerzas.
Es un sistema de dos fuerzas ¡guales paralelas, de sentidos contrarios, y aplicadas en dos
puntos distintos, que crean un movimiento de rotación. F2f
El efecto de este fenómeno es producir una rotación en un 
punto intermedio de la distancia que las separa. Por ejemplo: cuando 
usamos una llave de cruz para apretar o aflojar los tornillos de una 
rueda de un coche, utilizamos dos fuerzas en sentido contrario, la 
llave no se mueve de lugar, pero gira bajo la acción de un par de 
fuerzas.
2.4 Las fuerzas que actúan sobre los objetos en reposo o movimiento.
En nuestra vida cotidiana podemos apreciar una gran variedad de interacciones en los 
cambios que sufren los objetos, ya sea que se muevan, se detengan, cambien de velocidad o se 
deformen.
Una fuerza implica la acción de un cuerpo sobre otro. De tal forma que cambie su estado, 
ya sea de reposo, de movimiento o lo deforme, no es necesario que los cuerpos estén en contacto 
para que esto suceda, ya que hay fuerzas que actúan a distancia como veremos a continuación.
La interacción electroestática, o fuerza eléctrica ocurre, por ejemplo, entre un globo un 
suéter, así, todos los cuerpos que han sido frotados entre sí tienen ese mismo tipo de interacción 
electroestática, algo similar sucede entre un imán y los objetos de hierro.
La interacción a distancia entre los ¡manes se denomina fuerza electromagnética. Esta 
interacción tiene una de las aplicaciones más antiguas en la navegación. La desviación que sufre la 
^171^ Iknium Educación
aguja de la brújula por la interacción con el campo magnético de la tierra es un ejemplo de este 
caso.
Fuerza gravitacional. Es la fuerza teórica de atracción que experimentan dos cuerpos con 
masa. Es la fuerza responsable de que se formen galaxias, de que existan sistemas estelares, de la 
formación de los planetas y las lunas y está relacionada con la propiedad de la materia llamada masa
2.5 Ley de Gravitación Universal y el peso de los objetos.
La ley de la gravitación universal de Newton establece que la magnitud de la fuerza de 
atracción entre un objeto de masa (m1) y otro objeto de masa (m2), es 
directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente F = G 
proporcional al cuadrado de la distancia que los separa; la representación es:
Esta ley nos dice que cuanto mayor sean las masas de los objetos, mayor será la fuerza de 
atracción que ejercen entre sí y mientras la distancia sea mayor entre ellos, la fuerza de atracción 
disminuirá.
El peso de los objetos en nuestro planeta está determinado por la fuerza de atracción 
gravitacional que ejerce la tierra sobre dichos objetos en su superficie, el peso de los mismos
objetos, en otros cuerpos celestes, va a depender de la fuerza de atracción 
que ejerza el cuerpo celeste sobre el mismo objeto. La fórmula para obtener 
el peso es:p = m- g. La masa se mide en kg, el peso se mide en Newtons y 
la constante gravitacional es de 9.8m/s2. Si tenemos un bloque de cemento 
que tiene una masa de lOkg, debemos usar la fórmula para obtener el peso 
como se observa en la imagen.
La masa de un cuerpo no cambia a menos que le quitemos un trozo, pero el peso varía 
dependiendo de la fuerza gravitatoria que cada cuerpo celeste ejerza sobre el propio cuerpo.
2.6 La energía y la descripción de las transformaciones.
La energía en física es: la capacidad de un objeto de hacer trabajo. El concepto anterior, 
indica que la energía se encuentra definida en términos de otra cantidad física llamada trabajo.
El trabajo se produce cuando un cuerpo se desplaza en la misma dirección de la fuerza neta 
aplicada sobre él. En otras palabras, cuando un objeto ha experimentado un desplazamiento a lo 
largo de una línea recta, después de que, sobre él, actuara una fuerza. En este caso decimos que la 
fuerza realizo un trabajo sobre el objeto.
Como ejemplo tenemos el de empujar un coche que está descompuesto, el desplazamiento 
del coche debido a que le aplicamos nuestra fuerza, se denomina trabajo.
La energía mecánica. Es la capacidad de un cuerpo de realizar trabajo en virtud de su 
movimiento, de su posición o de ambas; es decirla energía mecánica es la suma de la energía 
cinética y potencial EM = EP + Ec
Energía Potencial. La energía potencial se encuentra relacionada con la capacidad que 
tienen los objetos de realizar trabajo en función de su posición o configuración y esta, a su vez, 
puede transformarse en otra forma de energía. La energía potencial se debe a la posición del cuerpo 
en cuestión. Esta energía esta "almacenada" y en espera de ser utilizada, porque en ese estado (de 
reposo) tiene el potencial para realizar un Trabajo.
Ikníum Educación e\jl72k/’
Al levantar un cuerpo, este adquiere Energía Potencial y depende de su peso y de la altura a la que 
fue elevado, por lo que: EP = mgh
Energía Cinética. Es aquella energía asociada a los cuerpos debido a que se encuentran en 
movimiento. Esta depende del cuadrado de la rapidez con la que se mueve un objeto, así como su
masa. Su representación gráfica es:
m-V2
c 2
La energía cinética se debe al movimiento del cuerpo en cuestión. Es la energía que posee 
un cuerpo cuando se mueve y puede realizar un Trabajo, la cual depende de su velocidad y de su 
masa
2.7 La conservación de la energía mecánica.
Por lo general, las maquinas térmicas como la locomotora, la máquina de vapor, los 
automóviles o los refrigeradores transforman energía térmica en trabajo. Dicha energía será 
transformada para realizar un trabajo de acuerdo con la primera ley de la termodinámica.
Dicha ley es el principio de la conservación de la energía; es decir: "la energía no se crea ni 
se destruye, solo se transforma"
Este principio nos indica que toda manifestación de la energía siempre proviene de energía 
ya existente; todas las formas de energía pueden transformarse entre sí pero no crearse ni 
destruirse.
2.8 Cargas eléctricas y formas de electrización.
El átomo está compuesto por dos partes, el núcleo y los orbitales, en esta última parte se 
encuentran los electrones, si uno o varios electrones son expulsados del lugar que ocupan alrededor 
del núcleo de sus átomos, dejaran un déficit de cargas negativas en dichos átomos, pero producirán 
un exceso en el lugar al que se trasladen.
El exceso de electrones en un cuerpo constituye una carga eléctrica negativa, mientras que 
el déficit de estos constituirá una carga eléctrica positiva. Existen tres formas de electrización que 
son:
Frotamiento: La mayoría de las cargas estáticas son producidas por frotamiento. Cuando 
hay frotamiento entre dos materiales distintos, uno de ellos puede ceder electrones al otro. 
Cuando esto sucede se produce una carga eléctrica negativa en el material que los gana y 
una carga eléctrica positiva en el que los cede. Algunos materiales son más susceptibles que 
otros para ganar o perder electrones.
Por contacto: Cuando un cuerpo cargado eléctricamente se pone en contacto con otro 
inicialmente neutro (sin carga eléctrica), puede transmitirle sus propiedades eléctricas al 
otro hasta lograr el equilibrio, quedando ambos cargados por contacto.
Por inducción: La electrización de un cuerpo neutro puede ocurrir por una simple 
aproximación de un cuerpo electrizado, sin que haya contacto entre ellos.
2.9 Imanes y magnetismo terrestre.
Existen dos tipos de ¡manes:
Iknium Educación
Naturales: Son aquellos materiales que existen en la naturaleza y que presentan la 
característica de atraer metales, es decir tiene propiedades magnéticas.
Artificiales: Son aquellos materiales que, al entrar en contacto con un imán natural, 
adquieren sus características magnéticas. Otra forma de crear imanes artificiales es haciendo uso 
de la electricidad. Estos se conocen como electroimanes.
Dependiendo del material con el que se fabriquen estos ¡manes, pueden conservar o no sus 
propiedades magnéticas. Si se fabrica con acero o alguna aleación de hierro con níquel, cromo, 
cobalto o aluminio, su magnetismo será prácticamente permanente. Si se emplea hierro dulce, el 
imán será temporal.
Las brújulas apuntan al norte 
debido a que la Tierra es un inmenso 
imán. La aguja de la brújula se alinea con 
el campo magnético de la Tierra, sin 
embargo, el campo magnético va del 
polo norte al polo sur, es decir, la brújula 
apunta hacia el polo sur magnético. Este 
fenómeno se explica porque los polos 
magnéticos son contrarios a los polos 
geográficos del planeta.
3. Las interacciones de la materia. Un modelo para describir lo que no percibimos
3.1 El modelo cinético de partículas.
El modelo cinético de partículas es un modelo que describe lo que pasa a la estructura 
interna de la materia consta de varios postulados:
Toda la materia está formada por partículas discretas; la materia es discontinua y las 
partículas se pueden numerar.
Las partículas de energía cinética están en constante movimiento.
El número de moléculas es grande.
Si se juntaran todas las moléculas y se calculara su volumen, éste sería pequeño en 
comparación con el volumen del recipiente que contiene al gas.
Solo hay fuerza actuando sobre las moléculas durante una colisión.
Las colisiones suceden sin pérdida de energía cinética y en un tiempo muy pequeño. 
El tamaño de las partículas no cambia cuando la sustancia se calienta, pero si tienen 
movimiento mayor: a mayor temperatura, más movimiento.
En los sólidos y los líquidos hay fuerzas eléctricas que mantienen unidas las partículas.
3.2 Calor y temperatura.
Utilizamos en la vida cotidiana el concepto de calor y temperatura de manera indistinta, sin 
embargo, en Física tienen un significado diferente.
La temperatura de un objeto nos indica que tan rápido se mueven sus partículas. Mientras 
mayor sea su temperatura, mayor es el movimiento y, por el contrario, al descender la temperatura, 
disminuye el movimiento de sus partículas. La rapidez del movimiento de las partículas de un 
cuerpo, su energía cinética, se relaciona directamente con su temperatura. Entre mayor energía 
cinética promedio tengan las partículas de un cuerpo, mayor será la temperatura de este.
Iknium Educación
Cuando calentamos un cuerpo, la dilatación se manifiesta en un mayor movimiento de 
partículas, y el aumento de choques entre ellas, por lo tanto, su volumen es mayor. Un ejemplo de 
este fenómeno se da en los termómetros, que tienen una cantidad de mercurio que, a temperatura 
ambiente, cabe en la parte inferior del tubo llamada bulbo, al sumergirlo en algún líquido, que tenga 
una temperatura más alta que la del ambiente, este mercurio se dilata y sube por el tubo.
A lo largo de la historia, han surgido varias escalas de temperatura, de las cuales las más 
aceptadas son: Celsius, Fahrenheit y Kelvin.
La escala Celsius, la que se utiliza en México y en la mayoría de los países del mundo. Tiene 
como unidad al grado del mismo nombre (°C). esta escala tiene dos puntos de referencia, el menor 
es el valor de la temperatura de congelación del agua a una atmósfera de presión, asignándole un 
valor de 0°C, y el de mayor es el valor de la temperatura a la que hierve el agua a una atmósfera de 
presión, asignándole el valor de 1OO°C. En esta escala de temperatura encontramos valores 
negativos, por lo que se dice que es una escala relativa.
La escala Fahrenheit, muy usada en los países anglosajones, tiene como unidad al grado que 
lleva el mismo nombre (°F). Esta escala, por cuestiones prácticas, también tiene dos puntos de 
referencia que son los mismos de la Celsius, al mínimo, que es la temperatura de congelación del 
agua a una atmósfera de presión, se le asignó el valor de 32°F, y al máximo, que corresponde al 
punto de ebullición del agua a una atmósfera de presión, se le asignó el valor de 212°F. En esta 
escala encontramos valores negativos, por lo que también es una escala relativa de temperatura.
Existe una diferencia sutil entre las escalas Celsius y Fahrenheit. En la primera, la distancia 
que separa las temperaturas de congelación y ebullición del agua se divide en 100 partes ¡guales, 
llamadas grados Celsius. Por eso también se le conoce como escala centígrada, es decir, está dividida 
en 100°. En la segunda,esa distancia se divide en 180 partes iguales, llamados grados Fahrenheit.
Para transformar una temperatura que 
se encuentra en °F a su equivalente en 
°C, se usa la siguiente ecuación:
°F - 32
T °C = ——— 
1.8
56 °F - 32 
°C =------------------
1.8
56 - 32 24
°C = ——— = — = 13.33 °C 
1.8 1.8
Para transformar una temperatura que 
se encuentra en °C, a su equivalente en 
°F, se usa la siguiente ecuación:
°F = (1.8) (°C) + 32 
°F = (1.8) (13.33) + 
32
°F = 24 + 32 
°F = 56
El calor es el fenómeno que se da cuando la energía pasa de un cuerpo a otro y es causa de 
que se equilibren sus temperaturas. En otras palabras, es un fenómeno en el que un cuerpo cede 
energía a otro y el otro la recibe; la cantidad de energía que toman los cuerpos no siempre va a 
causar los mismos efectos en ellos.
En el siglo XIX se empezó a relacionar al calor con la energía. Fue James Prescott Joule (1818- 
1889) quien definió al calor como la energía que pasa de un cuerpo a otro, provocada por la 
diferencia de temperatura entre ellos. La energía calorífica siempre pasa del cuerpo de mayor 
temperatura al de menor temperatura. De acuerdo con lo anterior, si ponemos una olla con agua 
líquida sobre la flama de la estufa, la temperatura de ambas aumentará, ya que el fuego tiene una 
temperatura muy superior y les transmitió energía calorífica, también denominada energía térmica.
Con el modelo cinético de partículas también podemos representar lo que sucede con el 
aire que rodea a un vaso de precipitados con agua caliente que se ha dejado para enfriarse sobre 
"\jl75vZ Ikníum Educación
una mesa, por lo que sus partículas vibran con menor intensidad, y como resultado de ello desciende 
su temperatura.
Por medio del modelo cinético de partículas, la transferencia de calor se puede representar 
de la siguiente forma; en un cuerpo sólido hay millones y millones de partículas que vibran 
rápidamente; si este cuerpo se pone en contacto con otro, las partículas del cuerpo más caliente 
transmiten esa energía de movimiento hacia las partículas vecinas. Desde luego que mientras las 
partículas uno gana energía, las partículas del otro la pierden. En otras palabras, este proceso de 
transferencia de energía llamada calor, uno de los cuerpos disminuye su temperatura; mientras que 
el otro la aumenta.
Esta transferencia de energía tiene un principio y un fin. La finalización de este proceso se 
lleva a cabo cuando ambos cuerpos participantes llegan a tener una misma temperatura; en ese 
momento se dice que han alcanzado un equilibrio térmico.
El intercambio de temperaturas puede llegar a darse por medio de tres formas; la 
conducción, la convección y la radiación.
La conducción es el resultado del choque de las partículas que forman un cuerpo. Al 
calentarse el extremo de un objeto, como es el caso de un sartén y una cuchara, sus 
partículas se mueven (vibran) cada vez más rápidamente. Al chocar con sus vecinas, de 
movimiento más lento, les transfieren algo de su energía cinética, y el movimiento de las 
vecinas aumenta también. Es así como mediante choque entre las partículas del cuerpo se 
va transmitiendo, poco a poco, la energía cinética, dando como resultado el calentamiento 
de los objetos.
La convección, es el proceso mediante el cual se transmite el calor debido a la presencia de 
corrientes en el interior de un líquido o un gas, por ejemplo. Cuando se calienta una olla con 
agua: el líquido que se encuentra en el fondo se calienta por conducción, esta agua al 
calentarse sube (recuerda que se baja su densidad), y al hacerlo el agua más fría de arriba, 
baja al fondo para ocupar el lugar de la que subió, originando un movimiento de circulación, 
este movimiento en el interior del líquido transfiere la energía de un lugar a otro.
La radiación. La vida sobre la Tierra depende de la transferencia de energía solar como calor, 
y ésta llega a nuestro planeta atravesando el espacio sin necesidad de que haya materia de 
por medio. A este proceso de transferencia de energía se le denomina radiación.
El calor es una forma de energía y se cuantifica y/o mide en Joules. La cantidad de calor se 
mide también en calorías. Una caloría se define como: "La cantidad de calor que debe aplicarse a 
un gramo de agua, para que incremente su temperatura 1°C". 1 Joule = 0.24 cal.
3.3 El modelo de partículas y la presión.
Presión se puede definir como la magnitud física que expresa la fuerza ejercida por un 
cuerpo sobre la unidad de superficie. Cuando una fuerza actúa sobre . , Fuerza
Prr* i nn — -------------------una superficie, ejerce sobre ella una presión. Su magnitud depende de 1 Área
la intensidad de la fuerza ejercida y del área sobre la que actúa. Esto se
expresa en la siguiente ecuación:
Las unidades de presión son: N/m2. Esta unidad tiene nombre propio y es el de pascal (Pa). 
En honor al científico y teólogo del siglo XVII, Blaise Pascal.
Ikníum Educación %176^
Cuando se aplica una fuerza diminuta sobre una superficie grande, la presión sobre ésta es 
pequeña, cuando se aplica la misma determinada fuerza sobre una superficie menor, la presión 
sobre ésta aumenta.
Los gases se pueden comprimir más fácilmente que los líquidos y los sólidos. Esto lo explica 
el modelo cinético de partículas, ya que en los gases las partículas están más separadas y hay más 
espacio vacío entre ellos.
Cuando se le aplica presión a un gas, las partículas que lo forman se pueden acercas más 
entre sí, por lo tanto el volumen del gas disminuye.
Esta disminución en el volumen y la cercanía de las partículas hacen que aumente la 
interacción entre estas. Cuando esto ocurre, la materia puede cambiar de estado.
Los líquidos también ejercen presión sobre los objetos inmersos en ellos. Mientras a mayor 
profundidad se encuentre un objeto o persona, mayor será el volumen del agua sobre él y por tanto 
la presión que recibe aumentará.
3.4 La ecuación del principio de Pascal.
El principio de pascal establece que la presión que se la aplica a un fluido que está dentro 
de un recipiente cerrado, se transmite en forma íntegra y en todas direcciones. Esto 
tiene una implicación muy importante, pues significa que puede transmitir una *1 ^2
presión a grandes distancias. Dado que este principio de Pascal se refiere a los 
fluidos en general, también es aplicable a los gases. Su ecuación es:
Dónde: Fi y F2 son Fuerzas Aplicada y Fuerza
Transmitida respectivamente y Ai y A2 son las Áreas donde se
aplica y se transmiten las Fi y F2 respectivamente
Su principal aplicación es en las prensas Hidráulicas,
donde con una pequeña fuerza Fi aplicada a una Área pequeña
Ai, podemos obtener una gran fuerza F2 debido al tamaño del
Área A2, considerablemente mayor que Ai, debido al fluido que 
las une, como se muestra en la figura.
La fórmula de la presión es p = F/a donde la fuerza se mide en Newtons, el área en metros 
cuadrados y la presión en pascales. Veamos su aplicación en un problema practico.
El área del émbolo Al 
es de 10m2 y la fuerza 
aplicada a este émbolo 
es de ION, ¿cuál será la 
fuerza en el émbolo A2 
si éste tiene un área de 
20m2?
Obtenemos la presión aplicada 
en el émbolo 1
Nos piden la fuerza en el émbolo 2 
y la obtenemos de la siguiente 
manera
F
P = A 
ION 
10m2
P = lN/m2
P = lPa
F
P ~A 
(W) = F 
F = (P)(A)
F = (l)(20)
F = 20 N
3.5 Principio de conservación de la energía.
El Principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se 
destruye; sólo se transforma de una forma en otra. En estas transformaciones, la energía total 
permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.
<\,177k/’ Iknium Educación
El hecho de que parte de la energía eléctrica que se utiliza para encender un foco se 
convierta en calor, no implica que esta energía se pierda, sino que simplemente es difícil utilizarla.
La cantidad de energía eléctrica que se utiliza para encender un foco debe ser exactamente 
igual a la cantidad de energía que éste convierte en luz sumadaa la cantidad de energía calorífica
que se pierde y se transfiere al 
medio. Lo anterior se traduce 
matemáticamente de la siguiente 
manera:
Energía 
eléctrica 
utilizada
Energía lumínica 
producida
Energía
calorífica que va 
al medio
Observa que el total de la energía siempre se conserva, se use o no para el trabajo deseado, 
por lo que seguimos afirmando que la energía no se crea ni se destruye, únicamente se transforma, 
lo cual es válido para cualquier sistema, máquina o artefacto en general, ya que no hay ninguno con 
un 100% de eficiencia.
4. Manifestaciones de la estructura interna de la materia
4.1 Estructura interna de la materia.
El primero en utilizar la palabra átomo fue el griego Demócrito en el año 400 A.C. considero 
que la materia estaba constituida por pequeñísimas partículas que no podían ser divididas en otras 
más pequeñas. Por ello, las llamó átomos, que en griego quiere decir "indivisible". Demócrito 
atribuyó a los átomos las cualidades de ser eternos, inmutables e indivisibles.
Demócrito concebía la diferencia de las propiedades de los materiales a partir del cambio 
de tamaño y de la forma de los átomos que los conformaban, no obstante sus ¡deas carecían de 
fundamento experimental. Después de 2200 años y una vez que se desarrollaron técnicas de 
experimentación, se retomó el concepto de átomo y se avanzó en su entendimiento.
En 1932, James Chadwick demostró que en el núcleo del átomo había otra partícula que 
llamó neutrón, por carecer de carga eléctrica y con una masa de valor muy similar al protón. Cabe 
señalar que la presencia de esta partícula ya había sido supuesta por Rutherford.
Con todo lo estudiado hasta entonces, se supo que los átomos se componen por un núcleo 
y los electrones. En el pequeñísimo núcleo se encuentra la mayor parte de la masa y en su interior 
están los neutrones (sin carga eléctrica) y los protones (con carga positiva). Alrededor del núcleo se 
mueven los electrones (con carga negativa) que en número son igual al de ios protones, por lo que 
el átomo se mantiene eléctricamente neutro.
En tamaño, si el núcleo fuera una pelota de lcm de diámetro, el átomo completo tendría 1 
km de diámetro. Esto nos revela que la mayoría de volumen atómico está dada por el volumen de 
la región que ocupan los electrones y que es mayormente espacio vacío.
4.2 Capacidad de los materiales para conducir la corriente eléctrica.
Los electrones forman parte de los átomos, se encuentran ubicados en órbitas alrededor 
del núcleo y tienen carga eléctrica negativa. Todos los fenómenos eléctricos y electrónicos se basan 
en el desplazamiento de electrones de un lugar a otro, o a que en un lugar determinado hay una 
cantidad demasiado pequeña o grande de electrones.
Lo que hace que un cierto elemento sea o no buen conductor es la cantidad de electrones 
libres que tiene en su última órbita. Estos electrones se conocen como electrones de valencia y 
tknium Educación ^178^
debido a que están más alejados del núcleo, les es más fácil en determinado momento "abandonar" 
el átomo.
Estos electrones también se conocen como electrones libres y la Corriente Eléctrica es el 
flujo ordenado de electrones libres a través de un medio llamado conductor.
Cuando un material no conduce adecuadamente la corriente eléctrica, se dice que tiene 
resistencia eléctrica elevada; por el contrario, cuando el material es buen conductor como casi 
todos los metales, se debe a que su resistencia es baja, al material que no conduce la corriente 
eléctrica, se le conoce como aislante. La resistencia eléctrica, de manera simplificada, es la 
oposición que ejercen los materiales al paso de los electrones, en general, a las cargas eléctricas.
Cuando la corriente eléctrica fluye a través de un cable, entonces la energía que brinda se 
puede utilizar de manera práctica al conectar algún dispositivo, como un foco, un timbre, un motor. 
Sin embargo, para que esto suceda, es necesario que esa corriente fluya en un circuito eléctrico 
alimentado por una fuente que genere y obligue a los electrones a moverse en él.
Los mejores conductores solo tienen un electrón libre o de valencia en su última órbita, 
estos son: Oro (Au), Plata (Ag) y Cobre (Cu). El Hierro (Fe) tiene dos y el Aluminio (Al) tiene tres 
electrones libres.
Debido al costo del Oro y de la Plata y a que el Aluminio y el Hierro, si bien son conductores 
no tienen tan buenas características como los otros, el elemento más común para fabricar 
conductores es el Cobre.
A la capacidad de conducir corriente eléctrica se le denomina conductividad y a la resistencia 
resistividad. Un buen conductor presenta poca resistencia al paso de electrones y un mal conductor 
presenta una gran resistencia al paso de electrones
4.3 Campos magnéticos y cargas eléctricas.
Los átomos tienen igual número de protones que de electrones, pero los electrones de la 
parte más extrema del átomo se pueden perder con relativa facilidad, lo cual da lugar a las cargas 
electrostáticas. Básicamente las que poseen carga eléctrica, para después experimentar con 
atracciones y repulsiones electrostáticas. Para seguir analizando las fuerzas electrostáticas de los 
cuerpos, recordemos que las cargas con el mismo signo se rechazan, mientras que las cargas con 
distinto signo se atraen. Estos efectos de atracción o repulsión electrostática de los cuerpos se 
deben al movimiento y reacomodo de las cargas eléctricas dentro de los átomos. Cuando los 
electrones pasan de un cuerpo a otro al frotarlos, se dice que estos se cargan por fricción. Por otro 
lado, si dos cuerpos presentan fuerzas electrostáticas al acercarse uno al otro, pero sin tocarse, se 
dice que hay una polarización debida a un reacomodo de las cargas dentro de los átomos.
El magnetismo es una fuerza invisible que solo puede estudiarse por los efectos que 
produce. El Campo Magnético de un imán, se puede imaginar como una serie de líneas invisibles 
(líneas de campo magnético) que salen del polo norte del imán y viajan hacia el polo sur.
Una de las características de las líneas de campo es que se rechazan entre sí, es decir no se 
tocan ni se cruzan jamás.
Ley de Atracción-Repulsión: Si acercamos dos imanes con sus polos iguales (norte o sur), 
uno frente a otro, sentiremos una fuerza de repulsión entre ellos, pero si los acercamos con sus 
polos opuestos frente a frente, sentiremos una fuerza de atracción. Esto se debe al campo 
magnético que rodea al imán.
°\>179vZ Iknium Educación
Se pueden producir campos magnéticos a partir de cargas eléctricas en movimiento, es decir 
corriente eléctrica. Esto se conoce como Electromagnetismo. Siempre que hay un flujo de corriente 
eléctrica a través de un conductor, se produce un campo magnético alrededor del mismo.
4.4 Experimentos de inducción electromagnética.
La relación entre electricidad y magnetismo la descubrió Hans Christian Oersted en 1820, 
cuando encontró que al colocar una brújula cerca de un alambre por el que fluía corriente eléctrica, 
ésta cambiaba de orientación. Esto significa que una corriente eléctrica que pasa por un alambre 
conductor, genera un campo magnético.
A raíz del descubrimiento de Oersted, muchos físicos e ingenieros pensaron que podría 
existir el efecto inverso, es decir, generar electricidad a partir del magnetismo, Michael Faraday 
descubrió que puede producirse una corriente eléctrica en un alambre cuando éste se mueve 
cortando las líneas de un campo magnético.
Una bobina es un alambre enredado en forma cilindrica, sobre un núcleo que puede ser 
simplemente aire o algún metal que puede ser hiero a alguna aleación ferrosa. Al fenómeno de 
producir un voltaje e inducir corriente, al variar las líneas de campo magnético en una bobina, se le 
conoce como inducción electromagnética.
Faraday comprobó con
diferentes experimentos que el factor
importante en la inducción
electromagnética era que el campo
magnético a través de la espiral
cambiaba con el tiempo. Ese
conocimiento es el fundamento de la
actual producciónindustrial de
corriente eléctrica mediante los
generadores o dinamos.
A partir de este fenómeno es
posible explicar algunas características de los materiales magnéticos. Todos los materiales están 
formados por átomos, y estos tienen electrones que orbitan alrededor de los núcleos, produciendo 
corrientes eléctricas muy pequeñas, pero que generan campos magnéticos. Cada átomo tiene un 
campo magnético pequeño asociado al movimiento del electrón.
4.5 Características del movimiento ondulatorio.
Una onda electromagnética es una perturbación que se propaga en el espacio y se 
caracteriza por presentar cambios en campos eléctricos y magnéticos. Así mismo, tiene la capacidad 
de transmitir energía mientras viaja a una velocidad constante.
Una onda electromagnética posee características generales como las que se enumeran a 
continuación:
A diferencia de una onda mecánica, una onda electromagnética no requiere de un medio 
de propagación especial, puede viajar en medios sólidos, líquidos y gaseosos o incluso en vacío.
La rapidez de su propagación es una constante que se representa con la letra Cy es igual a 
3 x 108 m/s en el vacío.
Iknium Educación X180.Z
Está formada por una perturbación eléctrica y una perturbación magnética; estas 
perturbaciones tienen la misma frecuencia, la misma longitud de onda y viajan de forma simultánea 
con igual rapidez.
En la naturaleza y en
muchos fenómenos físicos no
naturales, participan un sinnúmero
de ondas electromagnéticas; la luz
visible que percibimos solo es un
pequeño conjunto de las ondas
electromagnéticas existentes.
Al conjunto de ondas
electromagnéticas que existen se le
da el nombre de espectro
electromagnético, el cual, para su 
diferencian entre sí por el valor de la longitud de onda y frecuencia de las ondas electromagnéticas 
incluidas en cada región.
4.6 La radiación electromagnética y sus implicaciones tecnológicas.
La radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos que 
se auto propagan. Son ondas con diversas frecuencias que pueden transmitirse en el vacío a una 
velocidad aproximada de 300 000 km/s que constituyen el llamado espectro electromagnético. 
Transportan energía de un ponto a otro y se forman a partir de la radiación térmica o procesos de 
radiación no térmica.
La radiación electromagnética que emiten o absorben los cuerpos nos da información de su 
composición, por lo tanto, el análisis del espectro de luz se utiliza en gran medida para conocer de 
qué material están compuestas las estrellas lejanas. Por otro lado, debido a la alta gama de 
frecuencias que abarca la radiación electromagnética, se aprovechan en diversas actividades 
humanas.
La radiación solar, reside directamente en el calentamiento de la Tierra, en procesos 
químicos de las plantas y, en general, sirve para mantener la vida tal como la conocemos.
Las ondas de radio se utilizan en aparatos de radio, la televisión, los celulares, la resonancia 
magnética y en la termoterapia, pues dada la energía que transportan estas ondas, permiten el 
aumento de la circulación sanguínea y propician una acción analgésica y antiinflamatoria.
Los rayos infrarrojos se emplean en la lectura de los códigos de barras, en el funcionamiento 
del control remoto, en los sistemas de segundad y en la lectura de discos compactos. Por otra parte, 
los rayos x se utilizan para la detección de mercancías de contrabando en las aduanas, en los 
aeropuertos para detectar objetos peligrosos en los equipajes, para identificar la autenticidad de 
obras de arte y para restaurar cuadros. Así mismo, se usan en la radio terapia para el tratamiento 
contra el cáncer y, por supuesto, para las radiografías. Los rayos gamma se usan en la radio terapia 
y para la esterilización de los materiales.
4.7 Los prismas y la descomposición de la luz.
Newton fue uno de los primeros científicos en dedicar años de estudio a la luz. Su curiosidad 
y creatividad hicieron que experimentara con ella, de modo que hizo pasar luz del sol a través de un
Dirección de 
Propagación
estudio, se ha clasificado en diferentes regiones que se
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prisma de vidrio y notó que la luz blanca se descomponía en luces de colores que salían en distintas 
direcciones, a esto se le conoce como dispersión o descomposición de la luz. Relacionó los colores 
que salían del prisma con los que había visto alguna vez en el arcoíris.
Al fenómeno mediante el cual se descompone la luz se le llama dispersión. Para demostrar 
que la dispersión de la luz no era un efecto debido a la naturaleza del prisma, Newton colocó un 
segundo prisma sobre el haz de colores y regeneró el haz de luz blanca original. Con esto demostró 
que la formación del haz de colores no se relaciona con el prisma, sino con la naturaleza de la luz
La luz se propaga por el aire, cuando incide o atraviesa un medio diferente se descompone 
en distintos colores, a esta gama de colores se le llama espectro luminoso. No solo la luz blanca se 
descompone, hay otras fuentes de luz que generan diferentes tipos de espectros, tal es el caso de 
la luz neón (utilizada para anuncios espectaculares) o de cualquier gas que se calienta en exceso. 
Para observar el espectro luminoso a mayor detalle se utiliza un dispositivo que se llama 
espectroscopio o espectrómetro, a partir de un prisma o de una rejilla de difracción.
4.8 La refracción de la luz blanca.
En el arcoíris, las gotas de agua son esféricas, así que mientras caen se comportan como 
pequeños prismas. Cuando la luz atraviesa una gota de agua se dispersa en diferentes colores. Cada 
color se desvía en determinado ángulo, a esto se le conoce como refracción. En este caso todas las 
gotas son agua, por lo tanto, el ángulo de refracción de cada color siempre es el mismo. Cuando 
llueve hay miles de gotas cayendo y el efecto de una sola gota se amplifica, entonces es posible 
observar el efecto del arcoíris.
La luz blanca está formada por todos los colores que observamos, así cuando vemos una 
playera roja, en realidad el material de la playera está absorbiendo todos los colores, excepto el 
rojo, el cual se refleja.
Ai fenómeno por el cual la luz blanca se descompone en luces de colores, se le conoce como 
"dispersión" o "descomposición de la luz.
Al fenómeno por el cual cada uno de los colores en que se descompone la luz blanca se 
desvía a determinado ángulo se le conoce como "refracción de la luz"
Por otro lado, si una pared es blanca, significa que no absorbe luz y la refleja toda junta; 
mientras que, si la vemos de color negro, la pared absorbe todos los colores y no refleja ninguno. 
Por consiguiente, los colores dependen del color de luz que incide sobre ellos y del material del 
objeto o cuerpo. De hecho, podemos decir que el color del objeto es justamente aquel que no 
absorbe.
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4.9 La luz. Longitud de onda, frecuencia y energía.
la luz se transporta por medio de ondas electromagnéticas que tienen frecuencia y por tanto 
energía. La frecuencia de una onda electromagnética es el número de veces que se repite una onda 
en una unidad de tiempo. Si una onda se repite mas veces que otra en la misma unidad de tiempo, 
quiere decir que la primera tiene una frecuencia mayor que la segunda.
Recordemos que las ondas no transportan materia, sino energía. En las ondas 
electromagnéticas la frecuencia esta directamente ligada a la cantidad de energía que transporta 
una onda, si es mayor su frecuencia, su energía será mayor y viceversa.
La longitud de onda es la distancia que hay entre una onda y otra y va ligada directamente 
con la frecuencia, ya que, mientras mas ondas hay en un intervalo de tiempo, menor es el espacio 
entre ellas y viceversa. Esto quiere decir que si la frecuencia aumenta la longitud de onda disminuye 
y si la frecuencia disminuye la longitud de onda aumenta.
La siguiente imagen muestra el espectro electromagnético, podemos observar la luz visible 
entre los rayos infrarrojos y los rayos ultravioleta, los colores queestán en ese espacio son: rojo, 
anaranjado, amarillo, verde, índigo, violeta y azul. Están ordenados del de menor energía al de 
mayor energía
MAYOR FRECUENCIA
1 11
FM
RAYOS XRAYOS GAMMA
T T T
102
ONDAS DE 
RADIO
MICRO
ONDAS
RAYOS 
INFRARROJOS
ONDAS LARGAS 
DE RADIO
4 2 0
10 10 10 
J I L
Tn—r
1Ó8 1Ó6 1Ó4
n—i—r
10* 106 10
1024 1022 102° 1Ó8 1016 io14 1012 
J I L l
n i r
10 4 10 2 10°
MAYOR LONGITUD DE ONDA
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