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Laboratorio de temas selectos físicos para aprobar el examen
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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MEC. María Dolores Montemayor López Coordinación de la Academia de Física Feb-
GUÍA PARA EXAMEN DE RECUPERACIÓN TEMAS SELECTOS DE FÍSICA Cuarto Semestre PEMA Etapa 1: Fluidos
Aerostática Estática Hidrostática Mecánica de fluidos. Aerodinámica Dinámica en movimiento. Hidrodinámica Estados de Agregación de la Materia FORMA VOLUMEN COMPRESIÓN MOLÉCULAS Sólido propia propio no la soportan Sólidos Líquido propio Fluidos Gas Plasma
DENSIDAD: Relación entre la masa y el volumen de un cuerpo o sustancia. DENSIDAD RELATIVA: Relación entre la densidad de un cuerpo o sustancia y la densidad del agua o del aire. PESO ESPECÍFICO: Relación entre el peso y el volumen de un cuerpo o sustancia. PRESIÓN: Relación entre la fuerza aplicada perpendicularmente y el área de contacto. PRESIÓN HIDROSTÁTICA: La ejercida por fluidos encerrados y en reposo. PRESIÓN ATMOSFÉRICA: La ejercida por las capas de aire que rodean a un planeta. PRESIÓN ABSOLUTA: La suma de la presión hidrostática y atmosférica. EMPUJE: Fuerza vertical y ascendente que ejercen los fluidos sobre los objetos sumergidos dentro de ellos. Hidráulica: Estudio de los líquidos en reposo y muy unidas, con menos energía del recipiente que lo contiene no se comprimen con facilidad separadas con más energía Clasificación Mecánica de la Materia del recipiente que lo contiene del recipiente que lo contiene facilmente compresibles separadas con mayor energía que los líquidos del recipiente que lo contiene del recipiente que lo contiene facilmente compresibles separadas y con tanta energía que conducen electricidad Tipos de Fluidos Laminar: en líneas rectas. Turbulento: en remolinos 1 líquidos y gases
TEMAS SELECTOS DE FÍSICA Etapa 2: Calor
TERMOMETRÍA: Se ocupa de los métodos y técnicas de medición de la temperatura. CALORIMETRÍA: Estudia la trasmisión de calor. TERMODINÁMICA: Estudia la conversión de calor en trabajo mecánico y viceversa.
TEMPERATURA: Propiedad macroscópica de la materia de alcanzar el equilibrio al entrar en contacto con otros cuerpos. Microscópicamente es el promedio de la energía cinética de las moléculas de un cuerpo. ESCALAS * DE TEMPERATURA: agua y el hielo en equilibrio (todo esto a una presión de una atmósfera)
CALOR DE Cantidad de calor que cede cada unidad de masa de combustible cuando se quema completamente. UNIDADES DEL CALOR: Otras unidades del calor se describen a continuación: temperatura de 1gramo de agua un grado Celsius. temperatura de 1 libra de agua un grado Fahrenheit EQUIVALENTE James Joule determinó la relación empírica entre la caloría y el Joule. MECÁNICO DEL CALOR: 1 cal = 4.19 Joule 1 Kcal = 1000cal = 4,186 Joule 1 B.T.U. = 1055 Joule MÉTODOS DE TRASMISIÓN DE CALOR: SISTEMA: Cantidad definida de materia encerrada entre límites reales o imaginarios TIPOS DE SISTEMA: * Abierto: En el que la masa puede ser transferida hacia afuera o hacia adentro.
LEY DE LA La energía calorífica no puede ser creada ni destruída, sólo se transfiere de un CONSERVACIÓN DE LA cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura. ENERGÍA CALORÍFICA: (calor ganado = -calor perdido) PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA: SEGUNDA LEY DE LA "El calor no fluye espontáneamente de un cuerpo frío a uno más caliente" TERMODINÁMICA: "La energía calorífica no puede ser convertida completamente en trabajo mecánico" COMBUSTIÓN ( q ): Al ser el calor una forma de energía su unidad de medida en el S.I. es el Joule. Caloría: Se le llama asi a la cantidad de calor necesaria para elevar la B.T.U. (Unidad Térmica Británica): Cantidad de calor necesaria para elevar la Radiación: Mediante ondas electromagnéticas (no requiere de un medio de transporte) Conducción: Mediante la interacción de los átomos (requiere del contacto directo) Convección: Mediante un fluido (requiere de su movimiento)
do a vapor.
TEMAS SELECTOS DE FÍSICA Etapa 3: Electricidad y Magnetismo RAMAS: CONCEPTOS: conectado a él, que la transforma en otra forma de energía. CLASIFICACIONES: Tipos de carga eléctrica: Tipos de fuerza eléctrica: Formas de dibujar el campo eléctrico: Formas de trasmitir la carga eléctrica: Tipos de materiales eléctricos: Tipos de corriente eléctrica: Tipos de Circuitos eléctricos: Electricidad: En la Física Clásica estudia los fenómenos eléctricos en general. Electrostática: Rama de la Electricidad, estudia las propiedades de la carga eléctrica en reposo. Electrodinámica: Rama de la Electricidad que estudia la carga eléctrica en movimiento o corriente. Magnetismo: Estudia las propiedades de los imanes. Carga eléctrica: Propiedad de la materia de ganar o ceder electrones. Fuerza eléctrica : La que ejercen los cuerpos cuando tienen carga eléctrica. Campo eléctrico: Espacio que rodea a cuerpos con carga. Fuerza ejercida sobre una carga positiva. Energía eléctrica: La que se requiere para mover una carga eléctrica en el espacio. Potencial eléctrico (Voltaje): Trabajo requerido para mover una carga de prueba positiva. Corriente eléctrica: Flujo de electrones en un conductor eléctrico. Carga por unidad de tiempo. Resistencia eléctrica: Oposición al paso de la corriente eléctrica. Potencia eléctrica: Rapidez con la que se disipa o consume la energía eléctrica. Circuito eléctrico: El que está formado por una fuente de energía, un conductor y un dispositivo Positiva: Cuando a un cuerpo le faltan electrones. Negativa: Cuando a un cuerpo le sobran electrones. De atracción: La que existe entre cuerpos con cargas de signos contrarios. De repulsión: La que existe entre cuerpos con cargas de signos iguales. Vectores entrando: si el cuerpo tiene carga negativa: Vectores saliendo: si el cuerpo tiene carga positiva. Frotamiento : Por fricción. Contacto: Tocando al cuerpo. Inducción: Acercándose al cuerpo sin tocarlo. Conductores: Los que tienen electrones libres y permiten que fluyan (metales, aire, agua, etc). Aislantes: Los que tienen electrones fuertemente unidos y no permiten que fluyan (madera, plásticos, etc) Semiconductores: Los que solo bajo ciertas condiciones liberan electrones (Silicio y Germanio entre otros). Directa o contínua: La que fluye en una sola dirección. Alterna: La que cambia su dirección en cada intervalo de tiempo. Simple: Aquel que consta de una sola fuente de energía y una sola resistencia. Serie: En sus resistencias circulan corrientes iguales, utilizando voltajes diferentes. Paralelo: En sus resistencias circulan corrientes diferentes, utilizando voltajes iguales. Mixto: Combinación de resistencias en serie y en paralelo. Tipos de Conexión en Pilas: (al voltaje se le dice "terminal o de operación" si está conectada y "fem" desconectada) En Serie: Para incrementar el voltaje (el voltaje de salida es la suma de los voltajes de cada pila) En Paralelo: Para tener reserva de voltaje (el voltaje de salida es igual al voltaje de una sola pila) Variables que determinan el valor de la Resistencia de un conductor: (además de la Temperatura) Resistividad del Material: Los metales son de los mejores conductores ya que tienen baja resistividad. Longitud: A mayor longitud del conductor mayor resistencia. Área: A mayor área, calibre o grosor, menor resistencia. 6
"Cargas de signos contrarios se atraen y de signos iguales se repelen". "La carga eléctrica no se crea ni se destruye, solo se transfiere o trasmite". "La Fuerza eléctrica entre dos cuerpos con carga, depende directamente del producto de sus cargas e inversamente del cuadrado de la distancia que los separa". "La Corriente eléctrica en un conductor depende directamente del voltaje aplicado e inversamente de la resistencia del conductor". APARATOS O DISPOSITIVOS: SÍMBOLO CONCEPTO UNIDADES MODELOS MATEMÁTICOS q carga C Fuerza Eléctrica F fuerza N K constante eléctrica E campo eléctrico N / C Campo Eléctrico V potencial eléctrico volts W trabajo Joules r distancia metros Potencial Eléctrico o Voltaje I corriente Amper t tiempo seg V = E.r R resistencia r resistividad L longitud metros A área Corriente Eléctrica P potencia eléctrica watts I = q / t I = V / R V velocidad m/s Resistencia Eléctrica CONSTANTES Y EQUIVALENCIAS Potencia Eléctrica 1 Volts = Joules / Coulomb ( J / C ) Circuitos 1 Amper = Coulomb / seg ( C / s ) Paralelo^ Serie 1 watts = Joules / seg ( J / s ) Ley General de la Carga Eléctrica: Principio Fundamental de la Carga Eléctrica: "La carga eléctrica permanece constante" (si un cuerpo pierde electrones, otro cuerpo los ganó) Ley de Coulomb: Ley de Ohm: Electroscopio: Detecta si un cuerpo posee carga eléctrica y su tipo. Generador electrostático : Acumula carga eléctrica estática. Voltímetro: Para medir voltajes. Amperímetro: Para medir corriente eléctrica. Óhmetro: Para medir resistencias eléctricas. Multímetro: El que se utiliza como Voltímetro, Óhmetro y Amperímetro. Pila: La que convierte energía química en eléctrica. Polos de una pila: Ánodo ( + ) y Cátodo ( - ) Batería: Es un conjunto de pilas. Generador eléctrico: El que convierte la energía mecánica en eléctrica. Inventado por M. Fáraday F = K q 1 q 2 / r^2 N m^2 / C^2 E = F/q 0 E = K q 1 / r^2 V = W / q 0 V = Kq 1 / r Ohms ( W ) ( W m ) m^2 R = r L / A 1 C = 6.24 x 10 18 electrones q (^) elec = - 1.6 x 10 -^19 C (^) P = I V P = I 2 R P = V 2 / R K = 9 x 10 9 N m^2 / C^2 2 q V m
eq = R^ +^ + 1 1 R 2 1 R 3 1 Req^ = R^1 + R^2 +R^3
TEMAS SELECTOS DE FÍSICA Etapa 4: Oscilaciones, Ondas, Sonido y Óptica TEMA: OSCILACIONES DESCRIPCIÓN DE MOVIMIENTOS: AMORTIGUADO: Aquel en el que se disipa la energía por la fuerza de fricción. FORZADO: Aquel en el que una fuerza externa mantiene constante el movimiento. PERIÓDICO: Movimiento que se repite en iguales inervalos de tiempo. OSCILATORIO: Masa que oscila suspendida de un cable o cuerda. Resorte: DESCRIPCIÓN DE CONCEPTOS: CONCEPTOS: Periódo Frecuencia Amplitud Péndulo Resorte DEFINICIONES UNIDADES (^) segundo metros segundo segundo MODELOS Ley de Hooke Movimiento periódico que se repite en iguales inervalos de tiempo pero siguiendo el mismo camino o trayectoria. ARMÓNICO SIMPLE: Movimiento periódico, oscilatorio y forzado que se repite en iguales intervalos de tiempo, siguiendo la misma trayectoria pero recorriendo simpre la misma distancia. Ejemplos de Movimiento Armónico Simple: Péndulo Simple: Material enrollado de forma espiral que puede ser comprimido y que retoma su forma original. Tiempo que tarda en ocurrir una oscilación completa. Número de oscilaciones en cada segundo. Distancia máxima medida desde la línea de equilibrio. Su período de oscilación depende de la longitud del péndulo e inversamente de la aceleración de la gravedad. Su período de oscilación depende de la masa del resorte e inversamente de la elasticidad del material. Hertz o ciclos/seg medición directa Relaciona la fuerza restauradora de un resorte con la elasticidad de su material y la distancia de compresión. F =^ -^ k d
f (^1) f = T
g T = 2 p m k T = 2 p
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Etapa 4: Oscilaciones, Ondas, Sonido y Óptica TEMA: SONIDO
CONCEPTOS, CARACTERÍSTICAS, CLASIFICACIONES, RANGOS Y FENÓMENOS: SONIDO: Energía que se transfiere en forma de ondas mecánicas longitudinales Tono: es la frecuancia del sonido e indica si es grave o agudo. Timbre: es la calidad del sonido y es característico inimitable de cada instrumento. Sonoridad: es la amplitud o intensidad de la onda sonora: fuerte o débil. Efecto Doppler: TEMA: ÓPTICA
Óptica Física: Estudia la propagación de la luz como onda. Óptica Geométrica: Estudia la propagación de la luz en línea recta o como rayo. Óptica Cuántica: Estudia la propagación de la luz como párticula o corpúsculo. CONCEPTOS, CARACTERÍSTICAS, RANGOS Y FENÓMENOS: LUZ: (^) Energía que se transfiere en forma de ondas electromagnéticas transversales. Conjunto formado por todos los tipos de luz o radiaciones que existen. Luz blanca: Está compuesta por todos los colores del espectro visible. Dispersión: Velocidad del Sonido: En el aire (a15°C) a 340 m/s, en líquidos como el agua a 1500 m/s y en sólidos como el hierro aproximadamente a 5000 m/s: V = 330 m/s + 0.6 (T°C) V = l f Tipos de ondas sonoras: Infrasónicas abajo de 20 Hz. de frecuencia y Ultrasónicas arriba de 20000 Hz. de frecuencia (entre éstos valores es el rango audible para el oido humano) Características de las ondas sonoras: Intensidad del sonido: Relación entre que existe entre la potencia de un sonido y el área donde éste fluye, se mide en watts/m^2 : I = P / A Umbrales o rangos: Umbral del dolor 1 watts/m (^2) y Umbral de audición (cero estándar) 1x10 - (^12) watts/m 2 Nivel de Intensidad: Medida de la intensidad del sonido en relación con el cero estándar de intensidad, se mide en decibeles (db): N.I. = 10 log ( I / Io ) Fenómeno que se presenta cuando se percibe una frecuencia de onda diferente a la realmente emitida por una fuente, debido al movimiento relativo entre el trasmisor y receptor de la onda: Velocidad de la luz: Es constante (se abrevia con la letra C) y su valor es de 3x^ (^8) m/s C = l f Espectro Electromagnético: Rango de luz visible: Es el rango de ondas de luz del espectro electromagnético, que percibe el ojo humano, cuya longitud está entre 400 nm (color violeta) y 700 nm (color rojo) Fenómeno mediante el cual se descompone la luz blanca en todos los colores del arcoiris. (Descubierto por Isaac Newton al incidir luz blanca sobre un prisma de cristal) V ± Vo f f ' = V ± VF f ' =
Algunos usos: Puede utilizarse, entre otras cosas, para focalizar la luz a través de un orificio para que no se desvíe o salga de cierto rango o espacio, por ejemplo en lectores láser. 11
Etapa 4: Oscilaciones, Ondas, Sonido y Óptica SÍMBOLO CONCEPTO UNIDADES MODELOS MATEMÁTICOS T período seg Péndulo y Resorte L longitud metros f frecuencia Hertz l longitud de onda metros V velocidad m/s T Temperatuta °C I Intensidad Ondas P Potencia watts A Área N.I. Nivel de intensidad decibel Acústica: Sonido n índice de refracción no tiene ángulo crítico grados p y y distancia y altura del objetocm o metros q y y' distancia y altura de la imagencm o metros M aumento no tiene Óptica: Luz CONSTANTES Y EQUIVALENCIAS 1 Hertz = ciclos / seg (ondas /seg) Espejos y Lentes Velocidad del sonido a 15°C = 340 m/s watts/m^2
m^2 q (^) c N.I. = 10 log (I / Io) c = l f n = sen q (^) i = V 1 sen q (^) r V 2 q c = sen -1^ ( 1 / n ) Velocidad de la luz = 3 x 10 8 m/s 1 nanómetro = 10 - 9^ metros Umbral de audición o Cero estándar: Io = 1 x 10 - 12^ watts /m^2 V ± Vo f f ' = V ± VF f ' = V = 331m/s + 1 °C ( 0.6 ) ( T ) m/s
f 1
g T = 2 p m k T = 2 p F = - k d p f p - f
p 1 q 1 f
y´ y
- q p I = A P
