Física

Vista previa del material en texto

República Bolivariana de Venezuela.
Ministerio del Poder Popular Para la Educación.
Liceo Nacional Bolivariano Judibana.
Judibana – Estado Falcón
Realizado por
Karla Guacaran
4to Año Sección “B”
Judibana, Junio 2013
	Movimiento Armónico Simple (M.A.S.)
Una partícula describe un Movimiento Armónico Simple (M.A.S.) cuando se mueve a lo largo del eje X, estando su posición x dada en función del tiempo t por la ecuación:
x=A·sen(ωt+φ)
donde
· A es la amplitud.
·  la frecuencia angular.
·  t+ la fase.
·  la fase inicial.
Las características de un M.A.S. son: 
· Como los valores máximo y mínimo de la función seno son +1 y -1, el movimiento se realiza en una región del eje X comprendida entre -A y +A.
· La función seno es periódica y se repite cada 2, por tanto, el movimiento se repite cuando el argumento de la función seno se incrementa en 2, es decir, cuando transcurre un tiempo P tal que (t+P)+= t++2 .
P=2π/ω
Ejemplos de movimiento armónico simple pueden ser: 
- 	Una lámina fija por un extremo y haciéndola vibrar por el otro extremo. 
- 	Un sistema formado por un cuerpo suspendido de un resorte.
- 	El movimiento de un péndulo para desplazamientos pequeños. 
- 	Un líquido contenido en un tubo doblado en U.
- 	Una esferita en una superficie cóncava. 
- 	Una cuerda tensa
Elementos del Movimiento Armónico Simple
· Oscilación o vibración: es el movimiento realizado desde cualquier posición hasta regresar de nuevo a ella pasando por las posiciones intermedias. 
· Elongación (y): es la distancia del móvil al origen (O) del movimiento en cada instante. 
· Amplitud (A): es la elongación máxima que se alcanza. 
· Periodo (T): tiempo en que tarda en realizarse una vibración completa. 
· Frecuencia (f): número de vibraciones completas realizadas en la unidad de tiempo. Es la inversa del período: 
· Pulsación o frecuencia angular (ω): 𝜔 = 2𝜋 
· Desfase, fase inicial o corrección de fase (φ): su valor determina la posición del cuerpo en el instante inicial.
· Posición de equilibrio: es la posición en la cual no actúa ninguna fuerza neta sobre la partícula oscilante.
Relación entre Movimiento Armónico y el Movimiento Circular Uniforme
	El M.A.S. de un cuerpo real se puede considerar como el movimiento de la "proyección" (sombra que proyecta) de un cuerpo auxiliar que describiese un movimiento circular uniforme (M.C.U.) de radio igual a la amplitud A y velocidad angular ω, sobre el diαmetro vertical de la circunferencia que recorre.
	En lo siguiente se podrá visualizar dicha relación.
	Vamos a establecer una relación entre un movimiento vibratorio armónico simple y el movimiento circular uniforme. Esto nos va a permitir dos cosas:
- 	Hallar la ecuación del M.A.S. sin tener que recurrir a cálculos matemáticos complejos.
- 	Conocer de dónde vienen algunos de los conceptos que usamos en el M.A.S., como frecuencia angular o el desfase.
	Observando el dibujo que viene a continuación. 
	Tememos inicialmente el resorte azul, que oscila verticalmente. En la circunferencia tienes un punto negro que gira con movimiento circular uniforme, ocupando en cada instante una posición en la circunferencia. Traza mentalmente la proyección de esa posición sobre el diámetro vertical de la circunferencia. En cada momento, la masa que cuelga del resorte ocupa una posición determinada.  Observa que la posición de la masa del resorte coincide exactamente con la proyección de la posición del objeto sobre el diámetro, que verás en forma de línea azul en el diámetro vertical.
	Es decir, cuando un objeto gira con movimiento circular uniforme en una trayectoria circular, el movimiento de la proyección del objeto sobre el diámetro es un movimiento armónico simple.
	Péndulo Simple
	Llamamos péndulo simple a un ente ideal constituido por una masa puntual suspendida de un hilo inextensible y sin peso, capaz de oscilar libremente en el vacío y sin rozamiento.
	Al separar la masa de su posición de equilibrio y soltarla, oscila a ambos lados de dicha posición, realizando un movimiento vibratorio.
En la posición de uno de los extremos se podemos representar las fuerzas, según observamos en el gráfico:
	
	El peso de la bola se descompone en dos componentes: una primera componente que se equilibra con la tensión del hilo, de manera que: 
	Por tanto la segunda componente del peso, perpendicular a la anterior, es la fuerza resultante que origina el movimiento oscilante:
	Sin embargo, para oscilaciones de valores de ángulos pequeños, se cumple: .
 	Comprobamos en la tabla siguiente, con datos de ángulos y sus senos, esta afirmación. 
	𝜃 (grados)
	𝜃 (radianes)
	Sen 𝜃
	Diferencia %
	0
	0.0000
	0.0000
	0
	2
	0.0349
	0.0349
	0.00
	5
	0.0873
	0.0872
	0.11
	10
	0.1745
	0.1736
	0.51
	15
	0.2618
	0.2588
	1.14
	Por consiguiente, podremos escribir, teniendo en cuenta, el valor del seno del ángulo:
	Se observa que la fuerza recuperadora, que hace oscilar al péndulo, es proporcional  a la elongación (X) y de signo contrario, con lo que podemos afirmar que se trata de un M. A. S. Por ello, podemos comparar la ecuación que caracteriza a este tipo de movimientos, que vemos a continuación:
, con la ecuación obtenida anteriormente
vemos que la pulsación es: , y teniendo en cuenta que 
donde T es el período: Tiempo utilizado en realizar una oscilación completa, llegamos a:
	Aplicaciones del Péndulo
	Algunas aplicaciones del péndulo son la medición del tiempo, el metrónomo y la plomada. Otra aplicación se conoce como Péndulo de Foucault, el cual se emplea para evidenciar la rotación de la Tierra. Se llama así en honor del físico francés León Foucault y está formado por una gran masa suspendida de un cable muy largo.
	También sirve, puesto que un péndulo oscila en un plano fijo, como prueba efectiva de la rotación de la Tierra, aunque estuviera siempre cubierta de nubes: En 1851 Jean León Foucault colgó un péndulo de 67 metros de largo de la cúpula de los Inválidos en Paris (latitud≅49º). Un recipiente que contenía arena estaba sujeto al extremo libre; el hilo de arena que caía del cubo mientras oscilaba el Péndulo señalaba la trayectoria: demostró experimentalmente que el plano de oscilación del péndulo giraba 11º 15’ cada hora y por tanto que la Tierra rotaba.
	Interacciones Físicas
	Se les llama interacciones a los cuerpos que entre sí ejercen acciones mutuas o influencias. Se denominan interacciones fundamentales los cuatro tipos de campos cuánticos mediante los cuales interactúan las partículas. Según el modelo estándar, las partículas que interaccionan con las partículas materiales, fermiones, son los bosones.
	Clasificación de las Interacciones 
	Responsables de todos los fenómenos físicos son esencialmente cuatro: 
· Interacciones Gravitatorias
	Su origen se encuentra en la propiedad de la materia llamada masa y su magnitud es extremadamente pequeña comparada con la electromagnética. Esta es la más débil de las cuatro interacciones; sin embargo, la podemos apreciar cotidianamente debido a que en nuestro entorno existen cuerpos con masas muy grandes. Su rango de alcance es extremadamente grande, aunque disminuye rápidamente con la distancia. Por ejemplo la formación del sistema solar y la vida en el planeta Tierra, dependen en gran medida de la interacción gravitatoria. Fenómenos como la caída de una manzana, el movimiento de un satélite alrededor de un planeta y el movimiento relativo entre las galaxias, están determinados por la interacción gravitatoria.. 
	No hace falta una presentación muy extensa para esta última fuerza. La sentimos a cada instante al estar pegados a la Tierra. A pesar de lo que pueda parecer, es extremadamente débil. Su intensidad es aproximadamente, dicho en números redondos, 1000000000000000000000000000000 de veces menor que la interacción nuclear débil.
La gravedad nos pega a nuestro planeta
	No obstante, en presencia de grandes acumulaciones de partículas, es decir, de cuerpos de gran masa, puede tener un efecto enorme, llegando a colapsar estrellas bajo lafuerza gravitatoria interna de su propia masa, dando lugar a los famosos agujeros negros y a las no tan famosas estrellas de neutrones.
· Las Interacciones Electromagnéticas 
	Es menos poderosa que la interacción fuerte y tiene su origen en la carga eléctrica. Debido a que los átomos están formados por cargas eléctricas y a que la materia está constituida por átomos; el estudio de la materia, la radiación y sus interacciones, se hace utilizando la interacción electromagnética. Con base en esta interacción se pueden explicar la mayoría de las propiedades de la materia; sus fases sólida, líquida, gaseosa y plasmática, así como su textura, su color, su trasparencia, opacidad y dureza. La formación de moléculas involucra fuerzas electromagnéticas, por lo que las propiedades químicas de la materia tienen su origen en esta interacción. Muchas ramas de la ciencia son resultado directo del estudio de las propiedades electromagnéticas de la materia. 
	Esta fuerza se puede contemplar como campos electromagnéticos o como intercambio de fotones, y son unas 100 veces más débiles que la fuerte. Es bastante más cotidiana que la anterior, puesto que todos hemos visto un imán en acción. Cuenta con la particularidad de que puede ser de dos tipos: positiva y negativa, de forma que cuando dos partículas cuentan con distinta carga se atraen y cuando coincide se repelen.
El principio de la brújula responde al electromagnetismo
	Así, los átomos son posibles porque los protones de carga positiva y los electrones de carga negativa se atraen para formar los elementos químicos, con la inestimable ayuda, en lo que a los núcleos se refiere, de la fuerza nuclear fuerte anteriormente descrita.
	A nivel aún más pequeño tenemos una vez los quarks, a nivel más grande, la interacción electromagnética no es de alcance restringido como la fuerte, y es la responsable de fenómenos a gran escala presentes en nuestra vida diaria, como la propagación de la luz, la corriente eléctrica o las señales de radio y televisión.
· INTERACCIONES NUCLEARES
	Son aquellas que aparecen únicamente en el interior del núcleo atómico, originando fuerzas de gran intensidad, donde la distancia entre los cuerpos que interactúan es del orden 10-15 m. Cuando esta distancia aumenta, las fuerzas desaparecen.
	Dentro de las interacciones que se llevan a cabo en el núcleo es necesario distinguir entre la interacción fuerte e interacción débil.
· INTERACCIÓN NUCLEAR FUERTE
	Es la fuerza que obliga a los núcleos atómicos a permanecer unidos. El mes pasado vimos que los núcleos están formados por protones y neutrones, y estos a su vez por quarks. Pues bien, tanto los quarks entre sí como los neutrones y protones se mantienen pegados porque la interacción nuclear fuerte les obliga a ello.
	Energía Cinética y Potencial
	La energía es una medida de la cantidad de trabajo que una fuerza puede hacer, de acuerdo con las leyes de la física. La energía no puede crearse o destruirse, pero puede ser convertida en diferentes clases de energía. 
· Energía potencial o de posición
	La energía potencial o de posición es aquella que se le puede asociar a un cuerpo o sistema conservativo en virtud de su posición o de su configuración. La energía potencial puede definirse solamente cuando existe un campo de fuerzas conservativo, es decir, que cumpla con alguna de las siguientes propiedades:
· El trabajo realizado por la fuerza entre dos puntos es independiente del camino recorrido. Por lo tanto, solo depende de la posición final e inicial.
· El trabajo realizado por la fuerza para cualquier camino cerrado es nulo.
· Existe una función de la que se puede derivar la fuerza, llamada energía potencial. La variación de esta función en la posición final respecto de la inicial es igual a menos el trabajo realizado por la fuerza entre estas dos posiciones.
· Se puede demostrar que todas las propiedades son equivalentes, es decir, que cualquiera de ellas implica la otra.
· Energía cinética o de movimiento
	La energía cinética es un concepto fundamental de la Física que aparece tanto en la mecánica clásica como en la mecánica relativista y la mecánica cuántica. La energía cinética es una magnitud escalar asociada al movimiento de cada una de las partículas de un sistema. Para un cuerpo puntual de masa m que se desplaza a una velocidad v la energía cinética viene dada por la expresión:
	Esta magnitud es extensiva por lo que la energía de un sistema puede expresarse como la suma de las energías de las partes. Así, por ejemplo, puesto que los cuerpos están formados por partículas, se puede conocer su energía sumando las energías individuales de cada partícula del cuerpo.
Ejemplo de Energía Potencial:
Usando el ejemplo de una montaña rusa, ésta tiene su mayor energía potencial cuando se encuentra detenida en el punto más elevado. Tiene el potencial para rodar hacia abajo, pero aún no ha comenzado a moverse. La montaña rusa, además, demuestra energía potencial cuando está detenida, permitiendo que los individuos ingresen o salgan de la corrida. Una lata de refresco carbonatado también demuestra energía potencial. La lata está presurizada con gas que no está en movimiento pero que tiene una gran cantidad de energía potencial. Cuando la lata se abre, el gas se libera y la energía potencial se convierte en energía cinética. Al analizar la física detrás de una represa, también puedes ver energía potencial. Una gran cantidad de energía potencial está almacenada en el agua contenida. El agua tiene el potencial para fluir, convirtiendo la energía potencial en energía cinética, en caso de que la estructura de la represa se encuentre comprometida. Mientras la represa no se rompa, sin embargo, la energía potencial estará contenida en el agua y en el concreto que mantiene a la represa. 
Ejemplo de Energía Cinética:
Una montaña rusa que se desplaza a toda velocidad por la pista durante una caída. Cuando la montaña rusa se encuentra en la cima de una caída y no se está moviendo, el cuerpo no tiene energía cinética, pero a medida que la montaña rusa empieza a descender, la energía cinética incrementa junto con su velocidad. La energía cinética también puede observarse en los deportes. En béisbol, cuando el lanzador sostiene la bola antes de lanzarla, no hay energía cinética debido a que la bola no está en movimiento. Sin embargo, una vez que el lanzador está listo y lanza la bola, ésta gana energía cinética para poder desplazarse desde el montículo del lanzador hasta el guante del receptor. En el billar, un jugador le transmite energía cinética a la bola al golpearla con el taco. A medida que la bola rueda, pierde energía cinética. Cuando la bola entra en contacto con otra, le transmite su energía cinética, permitiendo que esta segunda bola se acelere. 
Fuente de Energía
Las Fuentes de energía son los recursos existentes en la naturaleza de los que la humanidad puede obtener energía utilizable en sus actividades.
 El origen de casi todas las fuentes de energía es el Sol, que "recarga los depósitos de energía". Las fuentes de energía se clasifican en dos grandes grupos: primarias o renovables y secundarias o no renovables; según sean recursos "ilimitados" o "limitados
Un sistema energético comienza con la utilización de las fuentes de energía primarias, (petróleo crudo, agua o gas natural).
 La energía solar, la energía solar térmica, la energía hidráulica, la energía fotovoltaica, del mar, son fuentes primarias o renovables.
Cuando este tipo de energía pasa a un centro de transformación, (una refinería de petróleo, central hidroeléctrica o termoeléctrica, etc.) se obtiene energía secundaria.
Es el caso, por ejemplo, del agua (energía primaria) que luego de un intenso tratamiento en una central hidroeléctrica o termoeléctrica (centro de transformación) genera energía eléctrica (energía secundaria).
 La electricidad es un ejemplo de una forma de energía secundaria que puede ser generada a partir de diversas fuentes de energía primarias.
Transferecnia de Energia
	La transferencia de calor es el paso deenergía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la Segunda ley de la termodinámica. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta.
	Los modos son los diferentes tipos de procesos de transferencia. Hay tres tipos:
· Conducción: transferencia de calor que se produce a través de un medio estacionario -que puede ser un sólido- cuando existe un gradiente de temperatura.
· Convección: transferencia de calor que ocurrirá entre un fluido en movimiento cuando están a diferentes temperaturas.
· Radiación: en ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas, debido a que todas las superficies con temperatura finita emiten energía en forma de ondas electromagnéticas.
image6.jpeg
image7.gif
image8.jpeg
image9.gif
image10.gif
image11.gif
image12.gif
image13.gif
image14.gif
image15.gif
image16.gif
image17.gif
image18.gif
image19.gif
image20.jpeg
image21.png
image22.jpeg
image23.gif
image24.jpeg
image2.gif
image3.jpeg
image4.jpeg
image5.gif