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FÍSICA DE 2º BACHILLERATO (2012-2013)
Bloque I: La imagen mecanicista de la naturaleza
La primera concepción global y racional de la naturaleza, se basa en los principios de la dinámica y
su primer gran éxito fue la síntesis newtoniana, que con la ley de gravitación universal, permite explicar
los movimientos de los “cuerpos terrestres y celestes” de la misma manera. El mismo modelo funciona
con éxito en campos aparentemente tan diversos como: la estructura de la materia (la teoría del calórico se
sustituyó por la teoría cinético-molecular), las ondas elásticas y la óptica, en lo que respecta a la
comprensión de distintos fenómenos que conducen a la construcción de aparatos ópticos.
Estudiaremos en este primer bloque los siguientes temas:
1. La síntesis newtoniana. Interacción gravitatoria.
1.1.
¿Cómo se describe el movimiento de un cuerpo?, ¿cómo se puede predecir y justificar ese
movimiento? Repaso del movimiento de caída libre (tiro vertical y horizontal): análisis
dinámico y energético.
1.2.
¿Cómo se mueven los planetas? Leyes de Kepler.
1.3.
¿Cómo se puede explicar el movimiento de los planetas? Ley de la gravitación universal:
explicación de la caída libre, los movimientos planetarios y de satélites. Energía potencial
gravitatoria; velocidad de escape y energía de puesta en órbita de un satélite. Campo
gravitatorio: intensidad y potencial.
2. Interacción eléctrica y magnética: las fuerzas entre cuerpos cargados y entre imanes.
2.1.
¿Cómo se describe la interacción entre cuerpos cargados?, ¿qué fenómenos explica? Ley de
Coulomb: parecidos con la ley de Gravitación Universal; aplicación al estudio de la
estructura de la materia. Energía potencial electrostática; energía de ionización. Campo
eléctrico: intensidad y potencial. Energía almacenada en un condensador.
2.2.
¿Cómo se describe la interacción entre imanes?, ¿qué fenómenos explica? Interacción
magnética; dipolo magnético. Campo magnético: intensidad y representación del campo.
La síntesis electromagnética. Interacción electromagnética.
2.3.
2.4.
¿Es el dipolo magnético el origen de todo campo magnético? Experiencias de Oersted y
conclusiones. Análisis de la expresión del campo magnético creado por un hilo rectilíneo y
en el centro de una espira circular. Origen del magnetismo natural; influencia del medio
material en el campo magnético. Fuerza ejercida por un campo magnético uniforme sobre
un hilo rectilíneo; definición internacional del Amperio. Fuerza ejercida por un campo
magnético uniforme sobre una partícula cargada en movimiento. Interpretación del campo
creado por una partícula cargada en movimiento circular: un campo eléctrico variable
genera un campo magnético.
¿Es la carga eléctrica el origen de todo campo eléctrico? Experiencias de inducción
electromagnética: ley de Faraday-Henry y ley de Lenz. Generadores de corriente;
producción de corriente alterna, ventajas. Interpretación en términos de campo: un campo
eléctrico variable genera un campo eléctrico. Síntesis electromagnética*.
3. Vibraciones y ondas.
3.1.
¿Cómo podemos describir un movimiento que se repite en el tiempo? Movimiento
armónico simple: características.
3.2.
¿Qué es una onda?, ¿qué es lo que se mueve? Concepto de onda. Modelo mecánico para la
propagación de una onda; principio de Huygens. Ondas longitudinales y transversales.
3.3.
¿Qué magnitudes se utilizan para identificar a una onda? Magnitudes características de las
ondas periódicas: período, frecuencia, longitud de onda, elongación y amplitud. Potencia de
emisión e intensidad.
3.4.
¿Puede describirse el estado de vibración de cada punto en cada instante mediante una
ecuación matemática sencilla que sea válida para todas las ondas? Importancia de las ondas
armónicas; expresión matemática de su función de ondas. Estudio de las ondas
estacionarias.
3.5.
Cuando una onda se ha emitido, ¿pueden cambiar sus propiedades? Reflexión y refracción.
Estudio cualitativo de las interferencias y la difracción.
Bloque II: La síntesis electromagnética. Esquema de la Física clásica.
Un momento clave en la evolución de la Física es la confirmación de la naturaleza ondulatoria de
la luz y las dificultades para explicar las características que debe tener el medio en el que se propagan
dichas ondas, el éter. Otro descubrimiento crucial es la relación entre las interacciones eléctrica y
magnética. Ya no son relevantes las partículas sino las interacciones entre ellas. Esto dará lugar a la
formulación de las leyes de Maxwell y el descubrimiento de las ondas electromagnéticas. Con la
confirmación de que la luz es una onda electromagnética, se produce la síntesis entre la óptica y el
electromagnetismo.
4. Óptica geométrica
4.1. ¿Cuáles son las características del movimiento de la luz? Propagación rectilínea de la luz;
modelo corpuscular. Leyes de la reflexión y la refracción. Imagen de un objeto puntual mediante un
espejo y una lente convergente. Estudio básico de algún aparato óptico.
4.2. ¿Cómo pueden explicarse las características del movimiento de la luz? Velocidad de la luz y su
valor relativo en distintos medios. Uso del modelo corpuscular.
5. Naturaleza de la luz.
5.1. El comportamiento conocido de la luz, ¿se explica con el modelo ondulatorio o corpuscular?
Explicación de los fenómenos luminosos mediante el modelo corpuscular y el modelo ondulatorio:
ventajas y deficiencias de cada uno de ellos.
5.2. ¿Qué experimentos pueden ser determinantes para decidir sobre la naturaleza de la luz? ¿cuáles son
los resultados? Experimentos cruciales para la confirmación del carácter ondulatorio de la luz:
velocidad de la luz y su valor relativo en distintos medios, fenómenos de interferencia. Renuncia a
la existencia del éter.
5.3. ¿En qué consisten las ondas luminosas? Análisis cualitativo del campo y la energía emitidos por un
cuerpo cargado que oscila: ondas electromagnéticas. Descripción del espectro electromagnético.
Integración de la óptica en la síntesis electromagnética. Importancia del concepto de campo y su
existencia real.1
Bloque III: La crisis de la Física clásica y el nacimiento de la Física moderna.
¿Qué hechos hacen tambalearse a la Física clásica?
a) La independencia de la velocidad de la luz respecto a cualquier sistema de referencia,
lleva al abandono de la teoría del éter y a la mecánica relativista.
b) Las experiencias relacionadas con la interacción radiación-materia, introducen la idea
de cuantización y reabren el debate sobre la naturaleza de la luz.
c) El avance en la búsqueda de los constituyentes últimos de la materia, da lugar a una
nueva consideración de partícula elemental, que lejos de ser algo inmutable, pasa a ser
un estado estacionario.
7. Introducción a la mecánica relativista.
¿Qué ideas es preciso revisar para que pueda aceptarse la constancia de la velocidad de la
luz para todo observador? Relatividad de la simultaneidad, distancias y tiempos. Concepto
de distancia y tiempo propios. Carácter límite de la velocidad de la luz.
7.2.
¿Cómo puede existir un límite máximo para la velocidad que puede alcanzar un cuerpo?,
¿no basta con empujarle un poco o transferirle más energía? Dependencia de la masa con
la velocidad. Relación de equivalencia masa-energía. Análisis de las consecuencias
relativistas en el rango de pequeñas velocidades.
7.3.
¿Qué cambió en el pensamiento de la época? Implicaciones de la relatividad en la
Filosofía, el Arte, la sociedad, etc.
7.1.
1
Hasta aquí, hemos llegado a finales del siglo XIX. No existe una visión universal de la naturaleza de carácter
mecanicista sino que el edificio de la física clásica se sustenta en dos pilares: La mecánica, expresada mediante
las leyes de Newton y que da cuenta de la astronomía, la ciencia del calor, las ondas mecánicas, la estructura
del movimiento, etc, y el electromagnetismo, expresado mediante las ecuaciones de Maxwell y que da cuenta de
los fenómenos electromagnéticos e integra a la óptica y todos aquellos fenómenos relacionados con la luz.
* Esta unidad, no aparece entre los contenidos exigidos en la Prueba de Acceso, por lo que sólo será
desarrollada si el tiempo lo permite.
8.Introducción al estudio del núcleo.
8.1. ¿Pueden transformarse unos núcleos en otros? Radiactividad natural: emisión de partículas alfa y
beta; radiación gamma. Ley de las desintegraciones radiactivas; actividad radiactiva.
8.2. ¿Cómo es el interior del núcleo?, ¿qué fuerzas existen? Composición y tamaño del núcleo.
Inteacción entre nucleones. Defecto de masa; curva de energía de ligadura por nucleón. Fisión y
fusión nuclear.
8.3. ¿Son verdaderamente elementales los nucleones, o están compuestos por otras partículas más
pequeñas?; ¿tiene final el viaje en búsqueda de la última partícula? La emisión beta:
transformación mutua de protones en neutrones. Concepto de quark.
9. Introducción a la Física Cuántica.
9.1. Todas las propiedades de la propagación de la radiación son explicadas mediante el modelo
ondulatorio; ¿sirve este mismo modelo para explicar todas las propiedades de la interacción
radiación-materia? Efecto fotoeléctrico: características básicas que cuestionan el carácter
ondulatorio de la radiación. Modelo de fotones de Einstein. Explicación de los espectros de
emisión de sustancias gaseosas. Cuantización de la energía.
9.2. De nuevo el mismo dilema...¿qué modelo explica mejor el comportamiento de la luz: el
ondulatorio o el corpuscular? Dualidad onda-corpúsculo para la radiación. Generalización:
hipótesis de De Broglie. Principios de incertidumbre de Heisemberg. Determinismo
probabilístico. Análisis de los efectos cuánticos en el rango de los objetos macroscópicos
ordinarios.