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Unidad I
TERMODINAMICA
La termodinámica es el estudio del calor y de su transformación en energía mecánica.
La palabra termodinámica proviene de dos términos griegos que significan movimiento del
calor. La ciencia de la termodinámica se desarrolla a partir del siglo xIx antes de la teoría
atómica molecular de la materia.
Temperatura y calor
Toda la materia sólidos, líquidos y gases, se componen de átomos o moléculas que se agitan
continuamente. En virtud de este movimiento aleatorio, los átomos y moléculas de la materia
tienen energía cinética.
La energía cinética promedio de todas las partículas producen un efecto que podemos sentir: el
calor .Siempre que un objeto se calienta aumenta la energía cinética de sus átomos o
moléculas.
Es fácil aumentar la energía cinética de la materia. Por ejemplo se puede calentar una moneda
golpeándola con un martillo, el golpe hace que sus moléculas se agiten más aprisa. Si aplicas
una llama a un líquido este se calienta. Cuando los átomos o moléculas de un sólido, líquido o
gas se mueven más rápido la sustancia se calienta entonces sus átomos o moléculas tiene más
energía cinética.
Cuando te calientas junto al fuego en una fría noche estas incrementando la energía cinética
molecular de tu cuerpo.
Temperatura es la cantidad que nos dice que tan caliente o que tan frio esta un objeto respecto
a cierta referencia es la temperatura .expresamos la temperatura por medio de un número
correspondiente a una marca en una escala graduada.
Casi toda la materia se expande cuando aumenta la temperatura y se contrae cuando
disminuye .Un termómetro común mide la temperatura mostrando la expansión y la
contracción en un líquido, en general mercurio (hg) o alcohol teñido que se encuentra en un
tubo de vidrio provisto de un escala.
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La escala Celsius es la más utilizada, es aquella que asigna a 0 la temperatura de congelación
del agua y el número 100 a la ebullición del agua, a una presión de 1at .entre la congelación y
la ebullición se divide en 100partes iguales llamadas grados.
La escala Fahrenheit el numero 32 denota la temperatura de congelación y la temperatura 212
se le asigna a la temperatura de ebullición del agua.
La escala que se utiliza en la investigación científica es la escala kelvin se le asigna cero a la
menor temperatura posible, cero absoluto, a esta temperatura la materia no tiene energía
cinética .El cero absoluto de la escala kelvin corresponde a-273 c de la escala Celsius.
Existen fórmulas aritméticas para convertir temperatura de una escala a otra y dichas formulas
se usan en física.
Calor si tocas una estufa caliente, entra energía a tu mano porque la estufa está más caliente
que tu mano. Pero si tocas un trozo de hielo , tu mano cede energía al hielo, que está más frio.
La dirección de transferencia de energía es siempre de la sustancia más caliente a la sustancia
más fría. La energía que se transfiere de un objeto a otro debido a una deferencia de
temperatura se llama calor.
Es común pensar que la materia contiene calor pero esto es erróneo, la materia contiene
energía en diversas formas, pero no contiene calor.
El calor fluye entre dos objetos o sustancias que están en contacto se dice que los objetos o
sustancias están en contacto térmico.
Equilibrio térmico cuando dos objetos en contacto térmico unos de otro alcanza la misma
temperatura, el calor deja de fluir entre ellos y decimos que están en equilibrio térmico.
Un termómetro alcanza el equilibrio térmico con la sustancia cuando el termómetro llega a la
misma temperatura de la sustancia por lo tanto el termómetro mide su propia temperatura.
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Cantidad de calor la unidad de calor se define como el calor necesario para producir algún
cambio de temperatura, previamente convenido, en una cantidad predeterminada de
sustancia. La unidad de calor de uso más común es la caloría. La caloría se define como la
cantidad de calor que se necesita para elevar la temperatura de 1gr de agua en 1c.
La kilocaloría es igual a 1000calorias, cantidad de calor necesaria para elevar en 1 c la
temperatura de 1 kg de agua.
Transmisión del calor
El calor siempre tiende a transferirse de un objeto caliente a un objeto frio . si sostienes el
extremo de un barra de acero sobre una llama en unos instantes la barra esta demasiada
caliente para sostenerla. El calor se ha transmitido a través del metal por conducción .la
conducción del calor se puede llevar a cabo en el interior de un material o entre materiales
cuando están en contacto. Los materiales que conducen el calor se los conoce como
conductores del calor. La conducción se debe a la colisión que se produce entre los átomos o
moléculas y al movimiento de electrones que se encuentran débilmente unidos a los átomos.
Los electrones que poseen el átomo y que se encuentran sueltos son buenos conductores del
calor y de la electricidad.
La transferencia del calor por convección es cuando la sustancia caliente se desplaza .el aire
caliente que está en contacto con una estufa asciende y calienta las regiones superiores este es
el fenómeno de la convección. La convección puede llevarse a cabo en cualquier fluido o gas, la
convección es en realidad una aplicación del principio de Arquímedes ya que todos estos
cuerpos suben debido a la fuerza de flotación que ejerce sobre ellos el fluido que los rodea más
denso que los objetos.
Radiación
El calor del sol puede atravesar la atmosfera y calentar la superficie de la tierra. Este calor no
se transfiere a través de la atmosfera por conducción, pues el aire es uno de los peores
conductores.
Toda energía que se transmite por radiación, incluyendo el calor se llama energía radiante.
La energía radiante se transmite por radiación en forma de ondas electromagnéticas .la
energía radiante comprenden las ondas de radio, las microondas, la radiación infrarroja, la
radiación ultravioleta, los rayos x los rayos gamma etc.
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Ciertos objetos comunes producen una sensación de calor: las brasas ardientes, el filamento de
una bombilla o el sol. Todos estos cuerpos emiten radiación infrarroja y luz visible .cuando esta
energía radiante incide sobre otro objeto, estos absorben una parte de la energía y reflejan la
energía restante. La energía absorbida incrementa la energía interna de los objetos.
Efecto invernadero
La tierra y su atmosfera ganan energía cuando absorben energía radiante proveniente del sol.
Esto hace que la tierra se caliente .la tierra a su vez emite los que se conoce como energía
radiante terrestre, gran parte de la cual escapa al espacio exterior.
En los últimos 500.000 años la temperatura de la tierra ha fluctuado entre 19 c y 27 c, y en la
actualidad se encuentra en su punto máximo de 27c.la tierra aumenta su temperatura cuando
aumenta la energía radiante que incide sobre ella o bien cuando disminuye la energía radiante
terrestre que escapa al espacio.
El efecto invernadero es el efecto que los gases atmosféricos tienen sobre el equilibrio entre la
radiación terrestre y la energía radiante que proviene del sol. Una fuente caliente emite ondas
cortas mientras que una fuente fría emite ondas largas. Los gases atmosféricos principalmente
el C02 dióxido de carbono y el vapor de agua absorben y reemiten gran parte de esta radiación
de ondas largas que vuelven a la tierra. Así la radiación de ondas largas queda atrapada en la
atmosfera terrestre y calienta la tierra, este proceso favorece que la tierra no llegue a una
temperatura de -18c.en la actualidad existe una gran cantidad de CO2en la atmosfera de la
tierra atrapa y esto calienta demasiado a la tierra.
El nombre de efecto invernadero se refiere al invernadero utilizado en los botánicos, el vidrio
permite que la luz visible entre pero impide que la luz de ondas de mayor longitud salgan
.entonces las ondas cortas del sol penetran a través del vidrio y son absorbidas por la tierra y
las plantas que están en el invernadero. La tierra y las plantas a su vez emiten ondas
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infrarrojas de gran longitud, estas no pueden atravesar el vidrio y el invernadero se calienta.
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Unidad I
Cambio de estado de la materia
La materia que nos rodea existe en tres estados normales: solido, líquido y gaseoso. La materia puede
cambiar de un estado (o fase)a otro. Por ejemplo el hielo es el estado sólido del H2o .Si le
suministramos energía, la rígida estructura molecular se rompe y el hielo pasa al estado
líquido: agua. Si añadimos más energía, el líquido cambia al estado gaseoso: él agua hierve y
se convierte en vapor.
El estado de la materia depende de la temperatura y de la presión que se ejerce sobre ella. Para
que cambie de estado se requiere una transferencia de energía.
f
SOLIDO
GASEOSO
e
LIQUIDO
a) fusión
b) solidificación
c) sublimación
d) volatilización
e) Licuación
f) evaporación
Evaporación
El agua de un recipiente abierto termina por evaporarse , o secarse. El líquido que desaparece
se convierte en vapor de agua en el aire.
La evaporación es el cambio de estado de líquido a gas y se lleva a cabo en la superficie del
líquido.
La temperatura de cualquier objeto está relacionada con la energía cinética promedio de sus
moléculas. En el estado líquido las moléculas se mueven en todas las direcciones y chocan unas
con otras con rapidez distinta. Algunas ganan energía cinética y otras la pierden. Estas
moléculas pueden desprenderse de la superficie y flotar sobre el líquido .Se ha convertido en
moléculas de un gas.
Cuando el cuerpo humano se sobre calienta, las glándulas sudoríparas producen sudor: la
evaporación del sudor nos enfría y nos ayuda a mantener estable nuestra temperatura
corporal.
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Condensación
El proceso contrario de la evaporación es la condensación, es decir, la transformación de un gas
en un líquido .Un ejemplo de este fenómeno es la formación de gotitas de agua sobre la
superficie de una lata de gaseosa fría.
Cuando un líquido captura moléculas de gas, estas también se condensan. Las fuerzas de
atracción que ejerce el líquido sobre ellas pueden luego impedir que escapen del líquido. Las
moléculas del gas se convierten así en moléculas de líquido.
La condensación es un proceso de calentamiento. Así por ejemplo, una quemadura por vapor
es más dolorosa que una quemadura por agua hirviente a la misma temperatura. Al
condensarse, el vapor cede energía al líquido que humedece la piel.
Condensación en la atmosfera
El aire siempre contiene vapor de agua pero, dada una temperatura, existe un límite para la
cantidad de vapor de agua que puede contener el aire.
La humedad relativa de un informe meteorológico indica la proporción de vapor en el aire
respecto al límite correspondiente a la temperatura considerada. Cuándo la humedad relativa
es del 100% el aire está saturado.
Se requiere más vapor de agua para saturar aire caliente que para saturar aire frio. Para que el
aire este saturado es preciso que haya moléculas de vapor de agua en condensación .Cuando
dos o más moléculas lentas chocan, se adhieren unas a otras y su rapidez se reduce, es decir, se
condensa. Es más probable que las moléculas de vapor de agua en colisión queden unidas y
pasen a formar parte del líquido si se mueven lentamente; Con rapidez pueden rebotar y
permanecer en estado gaseoso.
Rapidez de evaporación y de condensación
Cuando sales de la ducha y entras en una habitación seca es posible que sientas frio. Si
permaneces debajo de la ducha, no sentirás frio aun con los grifos cerrados. Esto se debe a que
cuando te encuentras en un ambiente Húmedo la Humedad del aire se condensa sobre tu piel.
Normalmente los procesos de evaporación y condensación se llevan a cabo al mismo tiempo.
Si la evaporación supera la condensación, el líquido se enfría. Por el contrario la condensación
supera la evaporación el líquido se calienta. La mayor parte del tiempo se transfiere calor del
líquido al medio ambiente y viceversa, de modo que no notamos que el líquido se enfría o se
calienta debido a la evaporación o la condensación.
Ebullición
La evaporación se lleva a cabo en la superficie de los líquidos, pero en condiciones adecuadas.
El gas que se forma bajo la superficie produce burbujas, las burbujas flotan hasta la superficie
y escapan al aire del entorno. Este cambio de estado se llama ebullición.
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A temperaturas inferiores al estado de ebullición, la presión del vapor no es suficiente, las
burbujas no se forman sino hasta que se alcanza el punto de ebullición.
La ebullición no solo depende de la temperatura, sino también de la presión.
La temperatura de ebullición del agua es menor a grandes altitudes. Por ejemplo en una
ciudad que se encuentra a una milla sobre el nivel del mar el agua hierve a 95℃ en vez de
100℃ .
La ebullición, igual que la evaporación, es un proceso de enfriamiento. Esto sorprende a
algunas personas, porque la ebullición suele asociarse con el calentamiento. La ebullición enfría
el agua con la misma rapidez que la calienta la energía de la fuente de calor.
Congelación.
Si retiras continuamente energía de un líquido, el movimiento de las moléculas se hace cada
vez más lento hasta que las fuerzas de atracción que se ejercen entre ellas la hacen unirse. Las
moléculas vibran entonces alrededor de una posición fija y forman un sólido.
El agua es un buen ejemplo. Cuando extraemos energía de una masa de agua a una
temperatura de 0℃ y a la presión atmosférica, se produce el hielo. El líquido pasa al estado
sólido .El cambio de estado de líquido a solido se llama congelación.
Es interesante notar que si disolvemos azúcar o sal en el agua, la temperatura de congelación
disminuye .Las moléculas o iones extraños se interponen entre las moléculas de agua que
normalmente se unirán para formar las estructuras cristalinas hexagonales del hielo. Los
fluidos anticongelantes constituyen una aplicación práctica de este fenómeno.
Recongelacion.
Normalmente el hielo se funde a o º, pero la presión reduce el punto de fusión. Los cristales
simplemente se aplastan hasta alcanzar el estado líquido. Cuando la presión es el doble de la
presión atmosférica convencional, el punto de fusión baja hasta -0.007º .
Cuando se retira la presión el agua vuelve a congelarse. El fenómeno de la fusión por presión y
la congelación al retirar la presión se llama recongelacion .Es una de las propiedades del agua
que la distinguen de otras sustancias.
Cuando una persona patina sobre hielo se desliza sobre una delgada película de agua que se
forma entre los patines y el hielo debido a la presión que estos ejercen y a la fricción .El agua se
recongela tan pronto se reduce la presión.
Energía y cambio de estado.
Si calientas un sólido hasta una temperatura suficiente se fundirá y se convertirá en líquido. Si
cantamos el líquido, este se evaporara y se convertirá en gas .Para cambiar el estado de una
sustancia de solido a líquido a gas es necesario suministrarle energía. Recíprocamente, para
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cambiar es estado de la sustancia de gas a líquido y de líquido a solido es preciso extraer
energía.
Para simplificar loe números, supón que tienes un trozo de hielo de 1gr.a una temperatura de 50℃.dentro de un recipiente cerrado y que pones el recipiente al fuego .Un termómetro
previamente colocado en el recipiente indica que la temperatura aumenta lentamente hasta 0
℃ . A 0℃ la temperatura deja de aumentar a pesar de que el flujo de calor continúa. Este calor
funde el hielo.
Para fundirse totalmente, el gramo de hielo debe absorber 80 kg de caloría de energía calórica
.La temperatura no comienza a subir de nuevo sino hasta que todo el hielo se ha fundido. Cada
nueva caloría que absorbe el agua incrementa su temperatura 1℃ hasta alcanzar el punto de
ebullición de 100℃ .Las moléculas del vapor y las moléculas del agua hirvientes a 100℃ tienen
la misma energía cinética promedio, pero el vapor tiene más energía potencial porque sus
moléculas se mueven libremente y no están unidas en un líquido.
Podemos dar un ejemplo cuando lavamos un auto con agua caliente en un frio de invierno, o
cuando se inunda de agua caliente una pista de patinaje a fin de fundir y suavizar las
asperezas: el agua se recongela rápidamente. La evaporación es verdaderamente un proceso
de enfriamiento.
En resumen un sólido absorbe energía cuando se funde y un líquido absorbe energía cuando se
evapora. Recíprocamente, un gas libera energía cuando se licua y un líquido libera energía
cuando se solidifica.
Ley de joule
Qué es el efecto Joule y por qué ocurre
. Seguro que en más de una ocasión ha escuchado la palabra Julio –y no refiriéndose al mes del
calendario– o, por el contrario, la palabra Joule (la palabra Julio en inglés). Esta proviene, en el
ámbito de las ciencias, del físico inglés James Prescott Joule (1818-1889), quien realizó diversos
estudios relacionados con los movimientos de las partículas subatómicas, las corrientes
eléctricas y la generación de energía.
Este físico fue el padre del “efecto Joule” o “ley de Joule”, uno de los pilares que permiten el
desarrollo y el funcionamiento de muchos de los productos que nos rodean en la actualidad.
El efecto Joule, a vista de pájaro, es el desprendimiento de calor provocado por el movimiento
de electrones –también conocido como corriente eléctrica– por un material. Este efecto se
recoge en la fórmula Q = P x t, donde “Q” es energía o calor desprendido (también
representada por la letra E y medida en Julios o Calorías), “P” la potencia consumida (medida
en vatios) y “t” el tiempo transcurrido (medido en segundos).Para entender el efecto Joule,
debemos entender el origen de las corrientes eléctricas. Para ello, imaginemos un circuito
simple con una pila de 6 Voltios (con un polo positivo y otro negativo) y una resistencia de unos
3 ohmios.
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Al conectar la pila al circuito, los electrones almacenados en la pila comenzarán a recorrer el
circuito desde el polo positivo hasta el negativo, atravesando los cables y la resistencia
conectada al mismo. Estos electrones se mueven a causa de una diferencia de potencial –que,
en este caso, es de 6 voltios–. Para entender dicho concepto, imaginemos una escalera. El polo
positivo es la zona superior de la escalera. El polo negativo, la zona inferior. Desde la zona
superior, hacemos rodar unas bolas. Estas, inevitablemente, comenzarán a descender hacia
abajo por la fuerza gravitatoria. Con los electrones ocurre algo similar. Este movimiento de
electrones del polo positivo (mayor potencial) al polo negativo (menor potencial) es lo que
conocemos como corriente eléctrica.
Al moverse esos electrones, estos impactan con otros átomos y partículas subatómicas (las que
componen los cables, las resistencias, etc.) y, por lo tanto, provocan que estas se muevan en
mayor o menor medida. Al aumentar su movimiento, aumenta su energía y, por lo tanto, el
desprendimiento de calor al exterior. Este desprendimiento inevitable –solo sería evitable si los
materiales conductores fueran 100% perfectos, algo que es imposible de lograr– de energía en
forma de calor se conoce como el efecto Joule.
El efecto Joule y la cantidad de calor que se desprende dependen de varias variables:
La intensidad de corriente. O el número de electrones que pasan por unidad de tiempo. Para
entender este concepto, imaginemos una tubería de agua. Cuanto mayor diámetro tenga la
tubería de agua, más caudal podrá atravesarla en una unidad de tiempo. La intensidad de
corriente es similar. Cuanto menor sea la resistencia y mayor sea la diferencia de potencial,
mayor será será la cantidad de electrones en movimiento en una unidad de tiempo.
La resistencia. Es la oposición que presenta un elemento al paso de los electrones por el mismo.
Normalmente entendemos como resistencia a un elemento concreto (que puede ser una
bombilla o cualquier otro), pero la resistencia también está presente en los cables, por ejemplo.
Y es que todo material por el que pasa la corriente eléctrica, presenta oposición al paso de
electrones. Si no la presentaran, se obtendría el mayor rendimiento posible de todos los
sistemas y el calor generado sería ínfimo. Para que podamos comprender mejor este concepto:
la resistencia podríamos entenderla como el número de obstáculos que tendría que sortear un
atleta en una carrera de 200 metros obstáculos. Cuanto mayor sea la resistencia, mayor será el
número de obstáculos que se presenten en el camino del electrón.
La diferencia de potencial o voltaje. Volviendo a la analogía, la diferencia de potencial la
podríamos entender como la diferencia de altura existente entre la parte superior de una
escalera y la parte inferior. En dicho ejemplo, la gravedad atrae a los cuerpos de la zona
superior. En el caso de la corriente eléctrica, los átomos son los que atraen los electrones del
polo positivo al negativo, generando ese movimiento.
Tiempo. Cuanto mayor es el tiempo, la cantidad de calor generada aumenta. Por lo tanto
también influye.
Potencia. Normalmente, la influencia de la resistencia, la intensidad y la diferencia de potencial
de un circuito se reúne en una magnitud conocida como potencia (que es la que aparece en la
fórmula anterior). El efecto Joule puede parecer algo totalmente despreciable, pues impide la
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obtención de la máxima cantidad de energía de una corriente eléctrica que alimenta a un
sistema. Por ejemplo, en los procesadores es algo que siempre se trata de evitar, pues se trata
aprovechar la mayor cantidad de energía eléctrica para aumentar el rendimiento del
ordenador, Tablet o Smartphone al que está conectado.
El efecto Joule es un efecto alabado y, al mismo tiempo, despreciado Pero el efecto Joule
también es algo muy deseado y esencial para muchos productos actuales. Productos como las
estufas, los calefactores, los termos, los secadores o incluso las vitrocerámicas. Y es que este
efecto permite convertir la energía eléctrica en calor, algo que ha sido muy explotado por
ingenieros durante el último siglo para la creación de un sinfín de productos por ejemplo: en el
caso de los secadores, por ejemplo, encontramos una serie de resistencias que se calientan con
el paso de la corriente eléctrica, calentando así el aire que expulsa al exterior. El juego está en
tratar de obtener la mayor eficiencia energética (con la menor cantidad de electricidad posible,
calentar el aire a una misma temperatura).
Concepto
Toda corriente eléctrica, al recorrer un conductor de cualquier clase, genera un aumento de
temperatura. A este fenómeno se le conoce como efecto Joule.
Ejercicios
¿Qué trabajo efectúa una fuente de alimentación de 15 V cuando está produciendo una
corriente eléctrica de 4 A durante 30 segundos?
W =1800j
Unidad Nº3
Representación de una fuerza.
Las fuerzas y su representación
El efecto que produce una fuerza sobre un cuerpo depende de la magnitud, dirección y sentido
en que se aplica; por tanto, debe reconocerse que la fuerza, lo mismo que el desplazamiento y
la velocidad, es una magnitud física vectorial. Esto se representa por medio de flechas, cuyo
tamaño es proporcional a la magnitud de la fuerza, y su orientación señala la dirección y el
sentido.
Las fuerzas se representan dibujando flechas sobre el cuerpo en el que actúan, por ejemplo, la
fuerza que se aplica al empujar un barril.
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Para simplificar la representación de las fuerzas, es conveniente dibujar un sistema de
coordenadas cuyo origen se localice en el centro del objeto que recibe la acción, y dibujar las
fuerzas que actúan sobre él desde ese punto:
El ángulo de inclinación (ø) de cada flecha con respecto al eje de las abscisas indica claramente
la dirección y el sentido de las fuerzas aplicadas.
Cuando varias fuerzas actúan al mismo tiempo sobre un cuerpo, la acción de todas ellas es
equivalente a la de una sola fuerza resultante o fuerza total. Por ejemplo, si dos personas
empujan un baúl con fuerzas idénticas, la fuerza resultante tendrá la misma dirección y
sentido, pero el doble de magnitud:
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Si las fuerzas que se aplican tienen sentidos contrarios, la fuerza total es cero, y aunque el baúl
puede deformarse, no se desplazará.
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Para obtener la fuerza resultante, puede aprovecharse la representación gráfica mediante
flechas. El primer paso es identificar todas las fuerzas que actúan sobre el objeto y
representarlas en magnitud, dirección y sentido a partir del origen.
Después, se elige una flecha como referencia y se traslada una segunda flecha al final de la de
referencia conservando su magnitud, su dirección y su sentido.
Unidades
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La observación de un fenómeno es en general incompleta a menos a menos que dé lugar a una
información cuantitativa. Para obtener dicha información se requiere la medición de una
propiedad física. Así, la medición constituye una buena parte de la rutina diaria del físico
experimental.
La medición es la técnica por medio de la cual asignamos un número a una propiedad física,
como resultado de una comparación de dicha propiedad con otra similar tomada como patrón,
la cual se ha adoptado como unidad.
Supongamos una habitación cuyo suelo está cubierto de baldosas, tomando una baldosa como
unidad, y contando el número de baldosas medimos la superficie de la habitación, 30 baldosas.
La medida de una misma magnitud física (una superficie) da lugar a dos cantidades distintas
debido a que se han empleado distintas unidades de medid este ejemplo, nos pone de
manifiesto la necesidad de establecer una única unidad de medida para una magnitud dada, de
modo que la información sea comprendida por todas las personas. Este es el espíritu del
Sistema Internacional de Unidades de medida.
Unidades SI derivadas con nombres y símbolos especiales.
Magnitud
Nombre
Símbolo
Expresión en
otras unidades
SI
Expresión en
unidades SI básicas
Frecuencia
Hertz
Hz
s-1
Fuerza
Newton
N
m kg s-2
Presión
Pascal
Pa
N m-2
m-1 kg s-2
Energía, trabajo,
cantidad de calor
Joule
J
Nm
m2 kg s-2
Potencia
Watt
W
J s-1
m2 kg s-3
Cantidad de electricidad
carga eléctrica
Coulomb
C
Potencial eléctrico
fuerza electromotriz
Volt
V
W A-1
m2 kg s-3 A-1
Resistencia eléctrica
Ohm
W
V A-1
m2 kg s-3 A-2
sA
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Capacidad eléctrica
Farad
F
C V-1
m-2 kg-1 s4 A2
Flujo magnético
Weber
Wb
Vs
m2 kg s-2 A-1
Inducción magnética
Tesla
T
Wb m2
kg s-2 A1
Inductancia
Henry
H
Wb A-1
m2 kg s-2 A-2
Unidad de frecuencia
Un Hertz (Hz) es la frecuencia de un fenómeno periódico cuyo
periodo es 1 segundo.
Unidad de fuerza
Un newton (N) es la fuerza que, aplicada a un cuerpo que tiene
una masa de 1 kilogramo, le comunica una aceleración de 1
metro por segundo cuadrado.
Unidad de presión
Un pascal (Pa) es la presión uniforme que, actuando sobre una
superficie plana de 1 metro cuadrado, ejerce
perpendicularmente a esta superficie una fuerza total de 1
newton.
Unidad de energía, trabajo, Un joule (J) es el trabajo producido por una fuerza de 1 newton,
cuyo punto de aplicación se desplaza 1 metro en la dirección de
cantidad de calor
la fuerza.
Unidad de potencia, flujo
radiante
Un watt (W) es la potencia que da lugar a una producción de
energía igual a 1 joule por segundo.
Unidad de cantidad de
Un coulomb (C) es la cantidad de electricidad transportada en 1
electricidad, carga eléctrica segundo por una corriente de intensidad 1 ampere.
Unidad de potencial
eléctrico, fuerza
Un volt (V) es la diferencia de potencial eléctrico que existe
entre dos puntos de un hilo conductor que transporta una
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electromotriz
corriente de intensidad constante de 1 ampere cuando la
potencia disipada entre estos puntos es igual a 1 watt.
Unidad de resistencia
eléctrica
Un ohm (W) es la resistencia eléctrica que existe entre dos
puntos de un conductor cuando una diferencia de potencial
constante de 1 volt aplicada entre estos dos puntos produce, en
dicho conductor, una corriente de intensidad 1 ampere, cuando
no haya fuerza electromotriz en el conductor.
Unidad de capacidad
eléctrica
Un farad (F) es la capacidad de un condensador eléctrico que
entre sus armaduras aparece una diferencia de potencial
eléctrico de 1 volt, cuando está cargado con una cantidad de
electricidad igual a 1 coulomb.
Unidad de flujo magnético Un weber (Wb) es el flujo magnético que, al atravesar un
circuito de una sola espira produce en la misma una fuerza
electromotriz de 1 volt si se anula dicho flujo en un segundo por
decaimiento uniforme.
Unidad de inducción
magnética
Una tesla (T) es la inducción magnética uniforme que, repartida
normalmente sobre una superficie de 1 metro cuadrado,
produce a través de esta superficie un flujo magnético total de 1
weber.
Unidad de inductancia
Un Henry (H) es la inductancia eléctrica de un circuito cerrado
en el que se produce una fuerza electromotriz de 1 volt, cuando
la corriente eléctrica que recorre el circuito varía
uniformemente a razón de un ampere por segundo.
L CAMPO DE FUERZAS
Toda situación es el resultado de la interacción de variables que construyen un campo de
fuerzas y determinan la realidad actual, el análisis del campo de fuerzas es una técnica
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aplicable a situaciones sociales problemáticas no concebidas en forma estática sino en
continuo movimiento generado por las fuerzas que influyen sobre ellas.
La aparente estabilidad del campo de fuerzas se sostiene por un equilibrio precario entre
fuerzas impulsoras y fuerzas restrictivas
En el campo de fuerzas hay potencias visibles o invisibles, activas o pasivas, materiales o
inmateriales y según el resultado que se desee obtener se pueden presionar para producir
cambios y también introducir nuevas fortalezas.
Se define campo de fuerza como la región del espacio donde se manifiesta una fuerza.
Abreviadamente, se conoce este concepto como campo. Cualquier campo de fuerzas tiene una
causa creadora, lo que podríamos llamar un generador, cuya naturaleza condiciona el tipo de
campo. Así, cualquier partícula dotada masa constituye la fuente de un campo gravitatorio, es
decir, origina fuerzas de atracción gravitatoria. El campo se extenderá en todas direcciones de
forma indefinida (teóricamente, hasta el infinito), decreciendo la intensidad de dicho campo (o
lo que es lo mismo, la intensidad de la fuerza de la gravedad), en proporción al cuadrado de la
distancia desde la fuente.
De igual forma, cualquier partícula dotada de carga eléctrica constituye la fuente de un campo
electromagnético, que se extenderá en todas direcciones de forma indefinida. El físico escocés
James Clerk Maxwell demostró en 1860 que en realidad las fuerzas eléctricas y las fuerzas
magnéticas son distintas manifestaciones de un campo llamado electromagnético creado por
una carga eléctrica; si la carga está estática, se observan únicamente las fuerzas descritas por
la ley de Coulomb (de ahí el nombre de electrostática); si la carga creadora del campo se
mueve, se generará además un campo magnético. Faraday fue el primero en observar
experimentalmente que la corriente eléctrica (es decir, cargas en movimiento) creaban un
campo magnético, y fue de hecho el introductor del concepto de campo.
Una misma fuente puede ser la causa creadora de más de un campo. Por ejemplo, el electrón
es una partícula que posee tanto masa como carga. Por lo tanto, es una fuente tanto de un
campo gravitatorio como de un campo electromagnético. Sin embargo, el campo
electromagnético es muchos órdenes de magnitud mayor que el campo gravitatorio.
Los campos son además aditivos. Por ejemplo, cualquier masa dentro del Sistema Solar está
inmersa en un campo gravitatorio resultante de la combinación de los campos gravitatorios del
Sol, los planetas, y cualquier otro cuerpo que tenga masa. De la misma forma, un átomo
genera un campo electromagnético que es el resultado de los campos individuales creados por
los electrones y protones que lo forman.
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Unidad II
Electricidad
La electricidad se encuentra en los relámpagos, se encuentra en la chispa que salta bajo tus
pies cuando caminas arrastrándolos sobre una alfombra. La electricidad es lo que mantiene
unidos a los átomos para formar moléculas .nuestro dominio de la electricidad se hace patente
en varias clases de dispositivos tecnológicos , desde las bombillas de luz hasta las
computadoras
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Campo magnético de un imán
En el espacio que rodea a un imán existe un campo magnético, que es originado por el
movimiento de los electrones alrededor de los núcleos de los átomos y por un movimiento
rotatorio de los electrones sobre sí mismos que recibe el nombre de spin.
Un imán puede girar libremente en un plano horizontal y se orienta aproximadamente en la
dirección Norte-Sur geográfica. En consecuencias, si un imán en las condiciones citadas se
coloca en una determinada región del espacio y cambia de posición, orientándose en otra
dirección, esto indica que sobre el imán actúa una fuerza y por consiguiente se ha realizado
una interacción. Se dice entonces que en la región del espacio donde está situado el imán existe
un campo magnético. La dirección del campo magnético es el eje longitudinal del imán y el
sentido, el que va dirigido del polo Sur(S) al polo Norte (N).
Ampere propuso la teoría de que las corrientes eléctricas son las fuentes de todos los
fenómenos magnéticos. El modelo de Ampere es la base de la teoría moderna del magnetismo.
Posteriormente fueron estudiadas otras conexiones que existen entre el magnetismo y la
electricidad realizada por Michael Faraday y Joseph Henry, que demostraron que un campo
magnético variable produce un campo eléctrico no conservativo y mediante la teoría de
Maxwell que demostró que un campo eléctrico variable produce un campo magnético.
En la actualidad, se sabe que cualquier fenómeno de atracción o repulsión magnética no es
otra cosa que una fuerza de acción a distancia ejercida por una carga en movimiento sobre
otra carga que también se encuentra en movimiento. Por ello, una corriente eléctrica al ser una
carga en movimiento, ejerce una acción magnética sobre cualquier otra carga en movimiento.
Leyes de newton
Newton planteó que todos los movimientos se atienen a tres leyes principales formuladas en
términos matemáticos y que implican conceptos que es necesario primero definir con rigor. Un
concepto es la fuerza, causa del movimiento; otro es la masa, la medición de la cantidad de
materia puesta en movimiento; los dos son denominados habitualmente por las letras F y m.
LEYES DE NEWTON
Primera ley o ley de inercia
Todo cuerpo permanece en su estado de
reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a
menos que otros cuerpos actúen sobre él.
Segunda ley o Principio Fundamental de la
Dinámica
La fuerza que actúa sobre un cuerpo es
directamente proporcional a su aceleración.
Tercera ley o Principio de acción-reacción
Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre
otro, éste ejerce sobre el primero una fuerza
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igual y de sentido opuesto.
Estas son las tres leyes de Newton y, a continuación, vamos a comentarlas cada una por
separado.
PRIMERA LEY O LEY DE INERCIA
La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercia, nos dice que si sobre un
cuerpo no actúa ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con
velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero).
Como sabemos, el movimiento es relativo, es decir, depende de cual sea el observador que
describa el movimiento. Así, para un pasajero de un tren, el interventor viene caminando
lentamente por el pasillo del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el
andén de una estación, el interventor se está moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por
tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento. La primera ley de Newton sirve
para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de referencia
inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo
sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.
En realidad, es imposible encontrar un sistema de referencia inercial, puesto que siempre hay
algún tipo de fuerzas actuando sobre los cuerpos, pero siempre es posible encontrar un sistema
de referencia en el que el problema que estemos estudiando se pueda tratar como si
estuviésemos en un sistema inercial. En muchos casos, suponer a un observador fijo en la Tierra
es una buena aproximación de sistema inercial.
SEGUNDA LEY O PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA DINAMICA
La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la
fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho
cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos
expresar la relación de la siguiente manera:
F=ma
Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un
valor, una dirección y un sentido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe expresarse
como:
F=ma
La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por N. Un Newton
es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera
una aceleración de 1 m/s2, o sea, 1 N = 1 Kg. · 1 m/s2
La expresión de la Segunda ley de Newton que hemos dado es válida para cuerpos cuya masa
sea constante. Si la masa varia, como por ejemplo un cohete que va quemando combustible, no
es válida la relación F = m · a. Vamos a generalizar la Segunda ley de Newton para que incluya
el caso de sistemas en los que pueda variar la masa.Otra consecuencia de expresar la Segunda
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ley de Newton usando la cantidad de movimiento es lo que se conoce como Principio de
conservación de la cantidad de movimiento.
TERCERA LEY O PRINCIPIO DE ACCION-REACCION
La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice que si un cuerpo
A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido
contrario.
Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando
queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del
suelo es la que nos hace saltar hacia arriba.
Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros también nos movemos en
sentido contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona hace sobre nosotros, aunque
no haga el intento de empujarnos a nosotros.
Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tenga el mismo valor y sentidos
contrarios, no se anulan entre si, puesto que actúan sobre cuerpos distinto
Conclusión
"Las tres leyes del movimiento de Newton" se enuncian abajo en palabras modernas: como
hemos visto todas necesitan un poco de explicación.
En ausencia de fuerzas, un objeto ("cuerpo") en descanso seguirá en descanso, y un cuerpo
moviéndose a una velocidad constante en línea recta, lo continuará haciendo indefinidamente.
Cuando se aplica una fuerza a un objeto, se acelera. La aceleración es en dirección a la fuerza y
proporcional a su intensidad y es inversamente proporcional a la masa que se mueve.
"La ley de la reacción" enunciada algunas veces como que "para cada acción existe una
reacción igual y opuesta"
Concepto sobre velocidad
Si hay algo en lo que hay que estar de acuerdo, es que en el fútbol actual
la velocidad de las acciones ha aumentado, los jugadores han mejorado
su capacidad condicional y los sistemas de juego han evolucionado hacia
la reducción de espacios, con lo que los jugadores tienen menos tiempo
para pensar sus acciones y lo tienen que hacer todo a la mayor velocidad
posible.
La velocidad siempre ha sido importante en el fútbol, actualmente el
entrenamiento de esta cualidad física no se basa sólo en un aspecto
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condicional. Se ha dado un paso más y se intenta combinar el aspecto
condicional con el cognitivo. Un jugador no sólo es rápido por su
capacidad para correr sino por su capacidad para decidir más rápido y
emplear su velocidad en el momento y lugar adecuado.
La velocidad es sin duda la reina de las cualidades en el fútbol, de ella
depende a menudo la derrota o la victoria de un equipo. Cuando un gran
jugador pierde velocidad, sigue manteniendo sus destrezas técnicas pero
ahora llega 30 cm atrás en muchas jugadas, y sin balón, no hay grandes
jugadores. A todo esto, no se debe olvidar que la velocidad es una
cualidad compleja constituida por una serie de sub-cualidades motoras y
cognoscitivas. Por ende, las formas de jugadores veloces varían, hay
jugadores que piensan rápido y no son tan rápidos en su fuerza motriz,
hay otros que no piensan tan rápido pero son muy veloces en su
motricidad; obviamente que los mejores son aquellos que tienen ambas
cosas: la velocidad mental para comprender situaciones y solucionarlas y
la velocidad física para llegar primero al balón.
Por eso es de suma importancia la labor de los entrenadores a la hora de
organizar su plan de trabajo, ya que aparte de caracterizar un grupo debe
hallar los métodos más adecuados para lograr tener un desarrollo
significativo en esta capacidad.
El fútbol que vemos en la actualidad no se pretende juzgar si es bueno o
malo, mejor o peor que el del pasado, se caracteriza por su velocidad, la
reducción de los espacios y el corto tiempo disponible para pensar y
actuar; esta tendencia difícilmente declinará en un futuro cercano.
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