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TEMA
Generador Electroestático de voltaje Van de Graaff
OBJETIVO
El objetivo de nuestro proyecto es obtener y almacenar energía electrostática mediante la
fricción de dos cuerpos de distintos materiales para producir diferente polaridad de los
protones y electrones, y así el cepillo recolector contenga cada átomo y lo almacene en la
esfera de metal.
EXPLICACION
El generador consiste en una cinta transportadora de material aislante motorizada, que
transporta carga a un terminal hueco. La carga es depositada en la cinta por frotamiento a
través del efecto triboeléctrico. Dentro del terminal, la carga es recolectada por una varilla
metálica que se aproxima a la cinta. La carga, transportada por la cinta, pasa al terminal
esférico nulo. Los generadores de Van De Graaff son máquinas especiales que se utilizan para
que los estudiantes de física comprendan los fenómenos electrostáticos.
HISTORIA
Este tipo de generador eléctrico fue desarrollado inicialmente por el físico Robert J. Van de
Graaff en el MIT alrededor de 1929 para realizar experimentos en física nuclear en los que se
aceleraban partículas cargadas que se hacían chocar contra blancos fijos a gran velocidad. Los
resultados de las colisiones nos informan de las características de los núcleos del material que
constituye el blanco. El primer modelo funcional fue exhibido en octubre de 1929 y para 1931
Van de Graaff había producido un generador capaz de alcanzar diferencias de potencial de 1
megavoltio. En la actualidad existen generadores de electricidad capaces de alcanzar
diferencias de voltaje muy superiores al generador de Van de Graaff pero directamente
emparentados con él. Sin embargo, en la mayor parte de los experimentos modernos en los
que es necesario acelerar cargas eléctricas se utilizan aceleradores lineales con sucesivos
campos de aceleración y ciclotrones. Muchos museos de ciencia están equipados con
generadores de Van de Graaff por la facilidad con la que ilustra los fenómenos electrostáticos.
El generador del Van de Graaff es un generador de corriente constante, mientas que la batería
es un generador de voltaje constante, lo que cambia es la intensidad dependiendo que los
aparatos que se conectan.
El generador de Van de Graaff es muy simple, consta de un motor, dos poleas, una correa o
cinta y dos peines o terminales hechos de finos hilos de cobre, y una esfera hueca donde se
acumula la carga transportada por la cinta.
BREVE RESEÑA DEL GENERADOR
VAN DER GRAAFF
La máquina electrostática conocida como generador de Van der Graaff, fue inventada por
Robert J. Van der Graaff en 1929, con el objeto de generar voltajes elevados para
experimentación en Física Nuclear.
La idea base de la máquina, puede ser datada alrededor de 1800, e incluso antes,
concretamente la máquina de Righi.
Otro antecesor importante es la máquina de Lecarré, que usa un colector próximo al terminal
en lugar de en su interior, un disco para transporte de carga en lugar de una banda aislante y
una máquina de fricción como fuente de alto voltaje.
El generador clásico, consiste en un cinturón aislante, motorizado, que transporta carga a un
terminal hueco.
Dentro del terminal, la carga es recolectada por un peine metálico que se aproxima al cinturón
y transferida a la superficie exterior mediante contactos.
Las cargas, en el dispositivo original, se transfieren al cinturón aislante, mediante un
dispositivo electrónico de alto voltaje en continua.
Como detalle, señalar que la máquina original era doble,con dos terminales cargados de signo
opuesto.
El sistema de excitación puede construirse de muchas formas diferentes; la original, usando un
excitador electrónico, es la mejor.
ROBERT VAN DE GRAAFF
Robert Van de Graaff (Alabama, 20 de diciembre 1901 - 16 de enero 1967) físico
estadounidense. Formado en la Universidad de Alabama, estudió durante algunos años en la
Universidad de la Sorbona de París, así como en la de Oxford, en la que se doctoró en el año
1928. A su regreso a los Estados Unidos trabajó primero en Princeton y, a partir de 1931, pasó
a formar parte de la plantilla del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT).
Entre sus desarrollos más notables destaca el generador electrostático de alto voltaje que lleva
su nombre, construido en el año 1931. Se trata de un dispositivo en el que las partículas
elementales se someten a un intenso campo eléctrico a fin de acelerarlas. La generación del
campo necesario para ello se logra mediante la acumulación de carga eléctrica sobre un
electrodo aislado transportada gracias a una correa aislante.
CAPITULO I
DINAMICA
La dinámica es la parte de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico
en relación a las causas que provocan los cambios de estado físico y/o estado de movimiento.
El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un
sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución
para dicho sistema.
La dinámica se basa en las tres leyes de Newton:
1. Ley de la Inercia: Todo cuerpo se encuentra en el medio en reposo o se desplaza con
movimiento uniforme.
2. Ley de la Fuerza: La fuerza es directamente proporcional a la masa por la aceleración
3. Ley de acción y reacción: Si sobre un cuerpo actúa una fuerza este, reacciona con una
fuerza igual pero en sentido contrario.
Dada la introducción de lo que es dinámica analizaremos los elementos del generador de Van
Der Graaff en los que interviene la dinámica.
1) Comenzando por la primera ley expuesta anteriormente todo el sistema se encuentra en
reposo antes de que comienza a funcionar esto cumple con la condición de dicha ley.
Antes de accionar el motor todo el
sistema está en reposo.
2) Ahora continuamos con el elemento
FUERZA que el motor ejerce sobre las
poleas para crear una fricción en la banda
elástica para producir la energía
electroestática que se almacenara en la esfera superior del generador. Esto va con la segunda
ley ya viste de Newton. Todo este desplazamiento se origina en el motor que es la fuente de
movimiento de todo el sistema, su potencia es transmitida a las poleas que hacen girar el
elástico produciendo la fricción con una energía cinética dada por el elemento ya antes
nombrado.
3)En una segunda instancia podemos hablar de la tensión que tiene la banda elástica al
ajustarse en las poleas esto interviene como contención y transmisión de energía al momento
de la fricción, para la creación y almacenamiento de la energía electrostática.
Dinámica Circular
La dinámica circular también interviene en este sistema de movimiento ya que la banda al
pasar por las poleas realiza un movimiento circular uniforme recorriendo una circunferencia
pequeña al momento de girar a tras de la polea.
Por otro lado las poleas realizan un movimiento circular completo al girar por la fuerza
producida por el motor.
Estas poleas poseen una fuerza centrípeta perpendicular a la dirección de la velocidad y
dirigida hacia el centro que actúa sobre la dirección de la banda obligándola a describir un arco
siguiendo la forma de la polea y realizando un moviendo circular uniforme.
CAPITULO II
CINEMATICA
La cinemática es la parte de la mecánica clásica que estudia las leyes del movimiento de los
cuerpos sin tener en cuenta las causas que lo producen, limitándose, esencialmente, al estudio
de la trayectoria en función del tiempo. Cinemática deriva de la palabra griega κινεω (kineo)
que significa mover.
En la cinemática se utiliza un sistema de coordenadas para describir las trayectorias y se le
llama sistema de referencia. La velocidad es el ritmo con que cambia la posición. La
aceleración es el ritmo con que cambia la velocidad. La velocidad y la aceleración son las dos
principales cantidades que describen cómo cambia la posición en función del tiempo.
En nuestro trabajo de investigación y proyecto está presente las siguientes partes de la
cinemática:
Movimiento rectilíneo uniforme
Para este caso la aceleración es cero por lo que la velocidad permanece constante a lo largo
del tiempo.
Velocidad Constante
V= e / t
En este caso este movimiento se encuentra cuando el motor que mueve a la banda elástica
llega a su limite porque es un motor de una sola velocidad y sencillo, entonces la banda no va a
cambiar su velocidad con la excepción de que se apague el motor.
Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado y retardado
En éste la aceleración es variable, por lo que la velocidad de móvil varía. Las ecuaciones que
rigen este movimiento son las siguientes:
V = Vo + a . t
V2 = Vo2 + 2 . a . e
e = Vo . t + ½ a . t2
En nuestro proyecto el movimiento uniforme variado se encuentra cuando el motor inicia su
proceso e imprime una aceleración a las poleas y estas una velocidad a la banda; y también un
movimiento retrasado cuando el motor deje de funcionar las poleas se detendrán y la banda
también ira perdiendo velocidad progresivamente.
Movimiento circular uniforme
Se caracteriza por tener una velocidad angular constante por lo que la aceleración angular es
nula. La velocidad lineal de la partícula no varía en módulo, pero sí en dirección. La aceleración
tangencial es nula; pero existe aceleración centrípeta (la aceleración normal), que es causante
del cambio de dirección.
Movimiento circular uniformemente acelerado
En este movimiento, la velocidad angular varía linealmente respecto del tiempo, por estar
sometido el móvil a una aceleración angular constante. Las ecuaciones de movimiento son
análogas a las del rectilíneo uniformemente acelerado, pero usando ángulos en vez de
distancias:
En nuestro proyecto los movimientos circulares se encuentran ubicados en las poleas que
aunque son fijas tienen un movimiento uniforme que es cuando llega al tope la aceleración del
motor y un movimiento variado cuando empieza a funcionar el motor e imprime una velocidad
a las poleas y también cuando el motor deja de funcionar la aceleración centrípeta disminuye y
las poleas empiezan a pararse.
CAPITULO III
DEFORMACIONES ELASTICAS
La deformación es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a la aplicación de una
o más fuerzas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica.
La elasticidad nos indica que ningún cuerpo en la naturaleza es perfectamente rígido; todos se
deforman en mayor o menor grado bajo la acción de una fuerza aplicada.
Medidas de la deformación
La magnitud más simple para medir la deformación es lo que en ingeniería se llama
deformación axial o deformación unitaria se define como el cambio de longitud por unidad de
longitud:
Donde s es la longitud inicial de la zona en estudio y s' la longitud final o deformada. Es útil
para expresar los cambios de longitud de un cable o un prisma mecánico. En la Mecánica de
sólidos deformables la deformación puede tener lugar según diversos modos y en diversas
direcciones, y puede además provocar distorsiones en la forma del cuerpo, en esas
condiciones la deformación de un cuerpo se puede caracterizar por un tensor (más
exactamente un campo tensorial) de la forma:
Donde cada una de las componentes de la matriz anterior, llamada tensor deformación
representa una función definida sobre las coordenadas del cuerpo que se obtiene como
combinación de derivadas del campo de desplazamientos de los puntos del cuerpo.
Deformaciones elásticas y plásticas
Tanto para la deformación unitaria como para el tensor deformación se puede descomponer el
valor de la deformación en:


Deformación (visco) plástica o irreversible. Modo de deformación en que el material
no regresa a su forma original después de retirar la carga aplicada. Esto sucede
porque, en la deformación plástica, el material experimenta cambios termodinámicos
irreversibles al adquirir mayor energía potencial elástica. La deformación plástica es lo
contrario a la deformación reversible.
Deformación elástica o reversible el cuerpo recupera su forma original al retirar la
fuerza que le provoca la deformación. En este tipo de deformación, el sólido, al variar
su estado tensional y aumentar su energía interna en forma de energía potencial
elástica, solo pasa por cambios termodinámicos reversibles.
Comúnmente se entiende por materiales elásticos, aquellos que sufren grandes elongaciones
cuando se les aplica una fuerza, como la goma elástica que puede estirarse sin dificultad
recuperando su longitud original una vez que desaparece la carga. Este comportamiento, sin
embargo, no es exclusivo de estos materiales, de modo que los metales y aleaciones de
aplicación técnica, piedras, hormigones y maderas empleados en construcción y, en general,
cualquier material, presenta este comportamiento hasta un cierto valor de la fuerza aplicada;
si bien en los casos apuntados las deformaciones son pequeñas, al retirar la carga
desaparecen.
Al valor máximo de la fuerza aplicada sobre un objeto para que su deformación sea elástica se
le denomina límite elástico y es de gran importancia en el diseño mecánico, ya que en la
mayoría de aplicaciones es éste y no el de la rotura, el que se adopta como variable de diseño
(particularmente en mecanismos). Una vez superado el límite elástico aparecen deformaciones
plásticas (remanentes tras retirar la carga) comprometiendo la funcionalidad de ciertos
elementos mecánicos.
Ley de Hooke
En física, la ley de elasticidad de Hooke o ley de Hooke, originalmente formulada para casos
de estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario ε de un material elástico
es directamente proporcional a la fuerza aplicada F:
Donde δ: alargamiento longitudinal, L: Longitud original, E: módulo de Young o módulo de
elasticidad, A: sección transversal de la pieza estirada. La ley se aplica a materiales elásticos
hasta un límite denominado límite de elasticidad.
Esta ley recibe su nombre de Robert Hooke, físico británico contemporáneo de Isaac Newton.
Ante el temor de que alguien se apoderara de su descubrimiento, Hooke lo publicó en forma
de un famoso anagrama, ceiiinosssttuv, revelando su contenido un par de años más tarde. El
anagrama significa Ut tensio sic vis ("como la extensión, así la fuerza").
Constante Elástica
Una constante elástica es cada uno de los parámetros físicamente medibles que caracterizan
el comportamiento elástico de un sólido deformable elástico-lineal. A veces se usa el término
constante elástica también para referirse a los coeficientes de rigidez de una barra o placa
elástica.
Un sólido elástico lineal e isótropo queda caracterizado sólo mediante dos constantes
elásticas. Aunque existen varias posibles elecciones de este par de constantes elásticas, las
más frecuentes en ingeniería estructural son el módulo de Young y el coeficiente de Poisson
(otras constantes son el módulo de elasticidad transversal, el módulo de compresibilidad, y los
coeficientes de Lamé).
Elasticidad aplicada en el Generador de Van de Graaff
Esfuerzos: Existe un esfuerzo de la banda elástica en ella existe una tensión normal o una
fuerza perpendicular. Es un esfuerzo por tensión por ende quiere decir que las medidas
aumentan.
Deformaciones: se nota una deformación lineal positiva por la tensión. Dependiendo del
material de la banda se refiere su modulo de deformación o “Young”..
CAPITULO IV
FRICCION
Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción entre dos superficies en contacto a
la fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra o a la fuerza que se
opone al inicio del movimiento. Se genera debido a las imperfecciones, especialmente
microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza
entre ambas superficies no sea perfectamente perpendicular a éstas, sino que forma un
ángulo φ con la normal.
Partes del generador que intervienen en la fricción.
Tipos de rozamiento
Fricción estática: Es una resistencia, la cual se debe superar para poner movimiento un cuerpo
con respecto a otro que se encuentra en contacto. El roce estático es siempre menor o igual al
coeficiente de rozamiento entre los dos objetos multiplicado por la fuerza normal.
Fricción Dinámica: Es una fuerza de magnitud constante que se opone al movimiento una vez
que éste ya comenzó. El roce cinético es igual al coeficiente de rozamiento, denotado por la
letra griega
, por la normal en todo instante.
Al iniciarse el movimiento se produce una fricción
entre las dos superficies que carga la banda aislante y
el rodillo con cargas iguales pero de diferente signo.
Al analizar esto podemos decir que la fricción dinámica es la que utilizamos para crear la
energía electrostática que se almacenara en la esfera superior del generador. Esta es la fuente
del generador Van der Graff.
CAPITULO V
ELECTROSTATICA
La electrostática es la rama de la física que estudia los fenómenos eléctricos producidos por
distribuciones de cargas estáticas, esto es, el campo electrostático de un cuerpo cargado.
Históricamente: la electrostática fue la rama del electromagnetismo que primero se desarrolló.
Con la postulación de la Ley de Coulomb fue descrita y utilizada en experimentos de
laboratorios a partir del siglo XVII, y ya en la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwell
concluyeron definitivamente su estudio y explicación permitiendo demostrar cómo las leyes de
la electrostática y las leyes que gobernaban los fenómenos magnéticos pueden ser estudiados
en el mismo marco teórico denominado electromagnetismo.
La existencia del fenómeno electrostático es bien conocido desde la antigüedad, existen
numerosos ejemplos ilustrativos que hoy forma parte de la enseñanza moderna; como el de
comprobar cómo ciertos materiales se cargan de electricidad por simple frotadura y atraen,
por ejemplo, pequeños trozos de papel o pelo a un globo que previamente se ha frotado con
un paño seco.
Electricidad estática
La electricidad estática es un fenómeno que se debe a una acumulación de cargas eléctricas en
un objeto. Esta acumulación puede dar lugar a una descarga eléctrica cuando dicho objeto se
pone en contacto con otro.
Antes del año 1832, que fue cuando Michael Faraday publicó los resultados de sus
experimentos sobre la identidad de la electricidad, los físicos pensaban que la "electricidad
estática" era algo diferente de las otras cargas eléctricas. Michael Faraday demostró que la
electricidad inducida desde un imán, la electricidad producida por una batería, y la electricidad
estática son todas iguales.
La electricidad estática se produce cuando ciertos materiales se frotan uno contra el otro,
como lana contra plástico o las suelas de zapatos contra la alfombra, donde el proceso de
frotamiento causa que se retiren los electrones de la superficie de un material y se reubiquen
en la superficie del otro material que ofrece niveles energéticos más favorables, o cuando
partículas ionizadas se depositan en un material, como por ejemplo, ocurre en los satélites al
recibir el flujo del viento solar y de los cinturones de radiación de Van Allen. La capacidad de
electrificación de los cuerpos por rozamiento se denomina efecto triboeléctrico, existiendo
una clasificación de los distintos materiales denominada secuencia triboeléctrica.
La electricidad estática se utiliza comúnmente en la xerografía, en filtros de aire, y algunas
pinturas de automoción. Los pequeños componentes de los circuitos eléctricos pueden
dañarse fácilmente con la electricidad estática. Los fabricantes usan una serie de dispositivos
antiestáticos para evitar los daños.
Partes del generador que provocan el campo electroestático
Describiremos paso a paso el proceso del generador.
1) El motor gira el rodillo inferior provocando el movimiento del mecanismo a si vez por efecto
de la friccion el rodillo recibe una carga electrica positiva y a si vez por el peine metalico
inferior (ionizador) por efecto del aire carga negativamente la banda elastica esto depende del
material de los rodillos tomando como ejemplo un rodillo inferior recubierto de moqueta de
fibra y el superior de metal.
El intenso campo eléctrico que se establece entre el rodillo y
las puntas del “peine” situadas a unos milímetros de la banda,
ioniza el aire.
Los electrones del peine no abandonan el metal pero el fuerte
campo creado arranca electrones al aire convirtiéndolo en
plasma.
El aire ionizado forma un plasma conductor -efecto Corona- y
al ser repelido por las puntas se convierte en viento eléctrico
negativo.
El aire se vuelve conductor, los electrones golpean otras
moléculas, las ionizan, y son repelidas por las puntas
acabando por depositarse sobre la superficie externa de la
correa .
Las cargas eléctricas negativas adheridas a la superficie externa de la correa se desplazan
hacia arriba. Frente a las puntas inferiores el proceso se repite y el suministro de carga está
garantizado.
La carga del rodillo inferior es muy intensa porque la carga que se forma al rozar queda
acumulada y no se retira, mientras que las cargas depositadas en la cara externa de la correa
se distribuyen en toda la superficie, cubriéndola a medida que va pasando frente al rodillo.
2) Al cargarse negativamente la banda transporta esta carga a través del mecanismo llevándola
a la parte superior y almacenándola en la esfera.
El campo creado en el “peine” por efecto de las puntas ioniza
el aire y lo transforma en plasma con electrones libres
chocando con moléculas de aire. Las partículas de aire
cargadas positivamente se alejan de las puntas (viento
eléctrico positivo). Las cargas positivas neutralizan la carga de
la correa al chocar con ella. La correa da la vuelta por arriba y
baja
descargada.
El efecto es que las partículas de aire cargadas negativamente
se van al peine y le ceden el electrón que pasa al interior de la
esfera metálica de la cúpula que adquiere carga negativa.
Por el efecto Faraday (que explica el por qué se carga tan bien
una esfera hueca) toda la carga pasa a la esfera y se repele
situándose en la cara externa. Gracias a esto la
esfera sigue cargándose hasta adquirir un gran
potencial y la carga pasa del peine al interior.
Al final se produce un almacenamiento de energía
en la esfera con la carga negativa de la banda
elástica.
Bases Matemáticas Fundamentales:

La ley de Coulomb
La ecuación fundamental de la electrostática es la ley de Coulomb, que describe la fuerza entre
dos cargas puntuales Q1 y Q2. Dentro de un medio homogéneo como es el aire, la relación se
expresa como:
donde F es la fuerza, es una constante característica del medio, llamada la « permitividad ».
En el caso del vacío, se denota como 0. La permitividad del aire es solo un 0,5‰ superior a la
del vacío, por lo que a menudo se usan indistintamente.
Las cargas del mismo signo se repelen entre sí, mientras que las cargas de signo opuesto se
atraen entre sí. La fuerza es proporcional al producto de las cargas eléctricas e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia entre las cargas.
La acción a distancia se efectúa por medio del campo eléctrico existente en el punto en el cual
está situado cada carga.

El campo eléctrico
El campo eléctrico (en unidades de voltios por metro) se define como la fuerza (en newtons)
por unidad de carga (en coulombs). De esta definición y de la ley de Coulomb, se desprende
que la magnitud de un campo eléctrico E creado por una carga puntual Q es:

La ley de Gauss
La ley de Gauss establece que el flujo eléctrico total a través de una superficie cerrada es
proporcional a la carga eléctrica total encerrada dentro de la superficie. La constante de
proporcionalidad es la permitividad del vacío.
Matemáticamente, la ley de Gauss toma la forma de una ecuación integral:
Alternativamente, en forma diferencial, la ecuación es

La ecuación de Poisson
La definición del potencial electrostático, combinada con la forma diferencial de la ley de
Gauss, provee una relación entre el potencial Φ y la densidad de carga ρ:
Esta relación es una forma de la ecuación de Poisson.

Ecuación de Laplace
En ausencia de carga eléctrica, la ecuación es
que es la ecuación de Laplace.
Principios en que se basa el GVG

Inducción de carga. Efecto de las puntas: ionización.
La ionización es el proceso químico o físico mediante el cual se producen iones, estos son
átomos o moléculas cargadas eléctricamente debido al exceso o falta de electrones respecto a
un átomo o molécula neutra. A la especie química con más electrones que el átomo o
molécula neutra se le llama anión, y posee una carga neta negativa, y a la que tiene menos
electrones catión, teniendo una carga neta positiva. Hay varias maneras por las que se pueden
formar iones de átomos o moléculas.
En los procesos físicos se suelen separar los electrones de una molécula neutra. Para lograrlo
hay que aportar la energía necesaria. Esto es posible calentando hasta una elevada
temperatura (se suele formar un plasma), mediante irradiación ionizante (por ejemplo luz
ultravioleta, rayos-X o irradiación radiactiva tipo alfa, beta o gama), aplicando campos
eléctricos fuertes o bombardeando una muestra con partículas. Se genera de esta forma una
partícula con carga positiva (catión) además del electrón liberado. Los procesos de ionización
están implicados en la formación de rayos durante las tormentas, en la generación de luz en
las pantallas de plasma, en los tubos fluorescentes y son base de la espectroscopia de masas.



Electrización por frotamiento triboelectricidad.
Faraday explicó la transmisión de carga a una esfera hueca. Cuando se transfiere carga
a una esfera tocando en su interior, toda la carga pasa a la esfera porque las cargas de
igual signo sobre la esfera se repelen y pasan a la superficie externa. No ocurre lo
mismo si tratamos de pasarle carga a una esfera (hueca o maciza) tocando en su cara
exterior con un objeto cargado. De esta manera no pasa toda la carga.
En el generador intervienen cargas positivas y negativas las cuales describiremos a
continuación:
ELECTRON: El electrón (Del griego ελεκτρον, ámbar), comúnmente representado como "e", es
una partícula subatómica o partícula elemental de tipo fermiónico. En un átomo los electrones
rodean el núcleo, compuesto únicamente de protones y neutrones.
Los electrones tienen una masa pequeña respecto al protón, y su movimiento genera corriente
eléctrica en la mayoría de los metales. Estas partículas desempeñan un papel primordial en la
química ya que definen las atracciones con otros átomos.
PROTON: En física, el protón (en griego protón significa primero) es una partícula subatómica
con una carga eléctrica elemental positiva (1,602 × 10–19 culombios) y una masa de 938,3
MeV/c2 (1,6726 × 10–27 kg) o, del mismo modo, unas 1836 veces la masa de un electrón.
Experimentalmente, se observa el protón como estable, con un límite inferior en su vida media
de unos 1035 años, aunque algunas teorías predicen que el protón puede desintegrarse, es
decir el que sus partículas pierdan la consistencia que poseen y como tal el átomo. El protón y
el neutrón, en conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de los
átomos.
El núcleo del isótopo más común del átomo de hidrógeno (también el átomo estable más
simple posible) es un único protón. Los núcleos de otros átomos están compuestos de
nucleones unidos por la fuerza nuclear fuerte. El número de protones en el núcleo determina
las propiedades químicas del átomo y qué elemento químico es.
NEUTRON: Un neutrón es un barión neutro formado por dos quarks down y un quark up.
Forma, junto con los protones, los núcleos atómicos. Fuera del núcleo atómico es inestable y
tiene una vida media de unos 15 minutos emitiendo un electrón y un antineutrino para
convertirse en un protón. Su masa es muy similar a la del protón.
El neutrón es necesario para la estabilidad de casi todos los núcleos atómicos (la única
excepción es el hidrógeno), ya que interactúa fuertemente atrayéndose con los protones, pero
sin repulsión electrostática.
CAPITULO VI
ELECTRODINAMICA
La electrodinámica es la rama del electromagnetismo que trata de la evolución temporal en
sistemas donde interactúan campos eléctricos y magnéticos con cargas en movimiento.
Al contrario de lo que ocurre con la electrostática, la electrodinámica se caracteriza porque las
cargas eléctricas se encuentran en constante movimiento. La electrodinámica se fundamenta,
precisamente, en el movimiento de los electrones o cargas eléctricas que emplean como
soporte un material conductor de la corriente eléctrica para desplazarse.
Todos los cuerpos conocidos en la naturaleza, ya sean sólidos, líquidos o gaseosos, se
componen de átomos o moléculas de elementos químicos simples o compuestos.
El átomo: para entender mojor la electrodinámica o movimiento de la energía eléctrica lo
expliocaremos.
En química y física, átomo (del latín atomus, y éste del griego άτομος, indivisible) es la unidad
más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no
es posible dividir mediante procesos químicos.
El concepto de átomo como bloque básico e indivisible que compone la materia del universo
ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia. Sin embargo, su existencia no
quedó demostrada hasta el siglo XIX. Con el desarrollo de la física nuclear en el siglo XX se
comprobó que el átomo puede subdividirse en partículas más pequeñas.
El núcleo atómico
El núcleo del átomo se encuentra formado por nucleones, los cuales pueden ser de dos clases:


Protones: Partícula de carga eléctrica positiva igual a una carga elemental, y 1,67262 ×
10–27 kg y una masa 1837 veces mayor que la del electrón
Neutrones: Partículas carentes de carga eléctrica y una masa un poco mayor que la del
protón (1,67493 × 10–27 kg)
El núcleo más sencillo es el del hidrógeno, formado únicamente por un protón. El núcleo del
siguiente elemento en la tabla periódica, el helio, se encuentra formado por dos protones y
dos neutrones. La cantidad de protones contenidas en el núcleo del átomo se conoce como
número atómico, el cual se representa por la letra Z y se escribe en la parte inferior izquierda
del símbolo químico. Es el que distingue a un elemento químico de otro. Según lo descrito
anteriormente, el número atómico del hidrógeno es 1 (1H), y el del helio, 2 (2He).
La cantidad total de nucleones que contiene un átomo se conoce como número másico,
representado por la letra A y escrito en la parte superior izquierda del símbolo químico. Para
los ejemplos dados anteriormente, el número másico del hidrógeno es 1(1H), y el del helio,
4(4He).
Debido a que los protones tienen cargas positivas se deberían repeler entre sí, sin embargo, el
núcleo del átomo mantiene su cohesión debido a la existencia de otra fuerza de mayor
magnitud, aunque de menor alcance conocida como la interacción nuclear fuerte.
Interacciones eléctricas entre protones y electrones
Antes del experimento de Rutherford la comunidad científica aceptaba el modelo atómico de
Thomson, situación que varió después de la experiencia de Rutherford. Los modelos
posteriores se basan en una estructura de los átomos con una masa central cargada
positivamente rodeada de una nube de carga negativa.[3]
Este tipo de estructura del átomo llevó a Rutherford a proponer su modelo en que los
electrones se moverían alrededor del núcleo en órbitas. Este modelo tiene una dificultad
proveniente del hecho de que una particula cargada acelerada, como sería necesario para
mantenerse en órbita, radiaria radiación electromagnética, perdiendo energía. Las leyes de
Newton, junto con la ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo aplicadas al átomo de
Rutherford llevan a que en un tiempo del orden de 10 − 10s, toda la energía del átomo se habría
radiado, con la consiguiente caída de los electrones sobre el núcleo.[4
CAPITULO VII
MECANICA
Tecnología Mecánica
La tecnología mecánica abarca el conjunto de técnicas, ciencias y metodologías que se
relacionan en la concepción, el diseño y el desarrollo de las maquinas y aparatos mecánicos,
con su fabricación, montaje y verificación, así como con su posterior utilización y
mantenimiento.
La mecánica (Griego Μηχανική y de latín mechanìca o arte de construir una máquina) es la
rama de la física que describe el movimiento de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo
la acción de fuerzas. El conjunto de disciplinas que abarca la mecánica convencional es muy
amplio y es posible agruparlas en cuatro bloques principales.
La mecánica es una ciencia física, ya que estudia fenómenos físicos. Sin embargo, mientras
algunos la relacionan con las matemáticas, otros la relacionan con la ingeniería. Ambos puntos
de vista se justifican parcialmente ya que, si bien la mecánica es la base para la mayoría de las
ciencias de la ingeniería clásica, no tiene un carácter tan empírico como estas y, en cambio, por
su rigor y razonamiento deductivo, se parece más a la matemática.
Mecánica Clásica
La mecánica clásica es una formulación de la mecánica para describir el movimiento de
sistemas de partículas físicas de sistemas macroscópicos y a velocidades pequeñas comparadas
con la velocidad de la luz.
Existen varias formulaciones diferentes, atendiendo a los principios que utilizan, de la
mecánica clásica que describen un mismo fenómeno natural. Independientemente de aspecto
formales y metodológicos, llegan a la misma conclusión.


La mecánica vectorial, deviene directamente de las leyes de Newton, por eso también
se le conoce con el gentilicio de newtoniana. Fue construida en un principio para una
sola partícula moviéndose en un campo gravitatorio. Se basa en el tratamiento de dos
magnitudes vectoriales bajo una relación causal: la fuerza y la acción de la fuerza,
medida por la variación del momentum (cantidad de movimiento). El análisis y síntesis
de fuerzas y momentos, constituye el método básico de la mecánica vectorial.
Requiere del uso privilegiado de sistemas de referencia inercial).
La mecánica analítica (analítica en el sentido matemático de la palabra y no filosófico).
Sus métodos son poderosos y trascienden de la Mecánica a otros campos de la física.
Se puede encontrar el germen de la mecánica analítica en la obra de Leibniz que
propone para solucionar los problemas mecánicos otras magnitudes básicas (menos
oscuras según Leibniz que la fuerza y el momento de Newton), pero ahora escalares,
que son: la energía cinética y el trabajo. Estas magnitudes están relacionadas de forma
diferencial. La característica esencial es que, en la formulación, se toman como
fundamentos primeros principios generales (diferenciales e integrales), y que a partir
de estos principios se obtengan analíticamente las ecuaciones de movimiento.
Polea
Una polea, también llamada garrucha, carrucha, trocla, trócola o carrillo, es una máquina
simple que sirve para transmitir una fuerza. Se trata de una rueda, generalmente maciza y
acanalada en su borde, que, con el concurso de una cuerda o cable que se hace pasar por el
canal ("garganta"), se usa como elemento de transmisión para cambiar la dirección del
movimiento en máquinas y mecanismos. Además, formando conjuntos —aparejos o
polipastos— sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso,
variando su velocidad.
Según definición de Hatón de la Goupillière, «la polea es el punto de apoyo de una cuerda que
moviéndose se arrolla sobre ella sin dar una vuelta completa»[1] actuando en uno de sus
extremos la resistencia y en otro la potencia.