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Apuntes de Física
Ingreso de medicina Universidad Adventista del Plata
Unidad 1: Magnitudes
Medición: técnica por la cual asignamos un N.º a una propiedad física. Magnitud: todo aquello que puede ser medido. Capacidad de los cuerpos para ser medidos. Magnitud escalar: la magnitud se define clara y simplemente con un N.º y una unidad de medida aplicada al N.º anterior. Ej. 3 kg., 5 m. Magnitud vectorial: la magnitud se define por medio de un vector. Unidad de medidas: cantidad estandarizada de una determinada magnitud física definida. S.I.: sistema internacional de unidades. Magnitudes fundamentales Punto de aplicación: se ejerce o inicia dicha magnitud. Módulo: longitud o medida del vector. Dirección: recta de acción sobre la que se desplaza el vector. sentido: determinado por la punta de la flecha Palabras claves: Sistema internacional de unidades. Magnitudes fundamentales Magnitudes derivadas Equivalencias Factores de conversión Área Volumen
Magnitudes de área y volumen Equivalencias: relación de igualdad en cantidad, función, valor, potencia o eficacia entre cosas. Notación científica: forma de escribir los N.º que son muy grandes o muy pequeños de manera más conveniente y estandarizada. Es igual al producto de un N.º comprendido entre - 10 y 10 por una potencia de base con exponente positivo o negativo. Cuando la parte entera no es 0: Se coloca la coma detrás del primer dígito de la parte entera, luego se cuentan los números que quedan detrás de la parte entera y se eleva el 10 por ese número. El N.º elevado siempre es positivo [+] Ej. 154000000000 = 1,54x10^11 Cuando la parte entera es 0: colocamos la coma hasta el primer dígito distinto a cero y contamos los ceros que quedaron desde “la nueva parte entera”. El N.º elevado siempre es negativo [-]. Ej. 0,000168 = 1,68x10-^4 Romboide: 𝐷.𝑑 2 [ D iagonal mayor por d iagonal menor, dividido por 2] Longitud de circunferencia o perímetro de un círculo: L = π.d / L = 2.π.r Área total de una esfera: 4.π.r^2 r: radio d: diámetro Cm x 10 Cm^2 x 100 Cm^3 x 100
- Fuerza a distancia: no entran en contacto. Ej. Imán Equilibrio de fuerzas: cuando el cuerpo permanece en reposo respecto al sistema de referencia elegido, o se mueve a velocidad constante. Fuerza = 0 Composición y descomposición de una fuerza A un cuerpo se le pueden aplicar diversas fuerzas, para conocer su comportamiento es necesario calcular la FUERZA RESULTANTE, esto significa descomponer y volver a componer las fuerzas aplicadas. Caso 1 F = 50 N → Estas dos fuerzas al tener el mismo sentido se SUMAN F = 20 N → F = 50 N + 20 N = 70 N Caso 2 F = 50 N → Estas dos fuerzas al tener sentidos opuestos se restan F = 20 N F = 50 N - 20 N = 30 N Caso 3 F = 30 N → Si las fuerzas forman un ángulo de 90º se aplica PITÁGORAS F = 40 N ↑ R^2 = (30 N)^2 + (40 N)^2 R^2 = 900 N + 1000 N R^2 = √ 2500 𝑁 R^2 = 50 N Caso 4 – Descomposición de una fuerza [cuando el ángulo no es de 90º]
- Pongo los ejes cartesianos (X; Y). Formo los ϴ. Busco el ϴ que forma la fuerza con “X”
- Busco los resultados individuales. Descompongo: en la fuerza con ángulo se usan las fórmulas de cos ϴ y sen ϴ Fx = F. cos ϴ Fy = F. sen ϴ
- Sumo los resultados de las fuerzas dando un resultado total. Sumo los resultados de “Y” por una lado (Fy 1 + Fy 2 ) Sumo los resultados de “X” por otro lado (Fx 1 + Fx 2 )
- Con los resultados obtenidos realizo Pitágoras para hallar la resultante EFx = 55 N EFy = 3,3 N
(^1) Momento de una fuerza Mo = F.d Momento de una fuerza = fuerza aplicada por distancia = “x” Joules Mo: Joules Fuerza: N distancia: metros Cuplas o par de fuerza Se denomina de esta manera a un sistema formado por dos fuerzas paralelas entre sí, de la misma intensidad o módulo, pero de sentido contrario. M = F 1 .d = F 2 .d Dinámica: estudia el movimiento de los objetos y su respuesta a la acción de las fuerzas. Basada en las leyes de Newton. (^2) 1ª Ley de Newton – inercia “Todo cuerpo tiende a mantener su estado de movimiento uniforme o de reposo”. Todo tiende a quedar como está. La sumatoria de todas las fuerzas aplicadas debe ser nula. 2ª Ley de Newton – masa [afecta directamente a la inercia, la modifica] “Cuando a un cuerpo se le aplica una fuerza, se produce una aceleración proporcional a la fuerza recibida.” Masa: es la medida de la cantidad de sustancia de un cuerpo. (^1) El signo se define mediante el giro. Se busca el sentido de giro más chico y ese define el signo
Sentido horario: -
Sentido antihorario: +
Centro de gravedad: es el centro de simetría de masa, donde se intersecan los planos sagitales frontales y horizontales. En este punto se aplica la resultante de las fuerzas gravitatorias y se encuentra concentrada la masa del cuerpo (^2) Condición de equilibrio: todas las fuerzas aplicadas y la sumatoria de los momentos de todas las fuerzas con respecto a cualquier punto debe ser nula.
Hidrostática: los fluidos en reposo Presión: fuerza aplicada en un punto especifico. La presión disminuye a medida que aumenta el área y viceversa. Densidad: cantidad de materia contenida en una región limitada de espacio. Peso específico: peso de dicha sustancia por cada unidad de volumen que ocupa. Pe del H2O = 9800 𝑛 𝑚^2 Fluidos: toda sustancia que no mantiene forma específica como los cuerpos sólidos
- Se adaptan al recipiente que los contiene
- Tiene volumen propio
- Pueden fluir o derramarse
- Transmitir presión
- No comprimibles Presión hidrostática: presión que ejerce un líquido sobre cualquier punto del recipiente que lo contenga sumergido. Empuje - Principio de Arquímedes: “Todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del líquido desalojada.” Unidades de presión: serán unidades de fuerza sobre unidades de superficie. 1 atm = 760 mm de Hg = 1013,24 hPa = 101324 Pa Teorema fundamental de la hidrostática: a mayor profundidad (h) mayor presión. Principio de Pascal: “la presión ejercida sobre un líquido que se encuentra encerrado en un recipiente, se transmite por igual a todos los puntos del líquido y a las paredes del recipiente.” Principio de Arquímedes: “Todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del líquido desalojada.” Teorema de Bernoulli: “dentro de un flujo horizontal de fluido, los puntos de mayor velocidad del fluido tendrán menor presión que los de menor velocidad” A mayor velocidad – menor presión.
P 1 – P 2 = Pe.h
Peso aparente: cuando el peso de un objeto, que no varía, al estar sumergido experimenta liviandad, que en realidad es el empuje hacia arriba. Hidrodinámica: los fluidos en movimiento, diferencia de presiones entre las zonas del fluido Caudal: es el volumen del líquido que atraviesa el área de una sección transversal en determinado tiempo. Volumen → m^3 , cm^3 Tiempo → segundos
Unidad 4: gases
Ecuación general de los gases: 𝑽𝟏 𝑷𝟏 𝑻𝟏
𝑽𝟐 𝑷𝟐 𝑻𝟐 (La temperatura siempre en K (Cº + 273)) Teoría cinética de los gases los “otros fluidos”
- Las sustancias gaseosas están constituidas por átomos o moléculas pequeñísimas, separadas distantemente. Considera el volumen despreciable.
- Moléculas independientes, no hay atracción molecular.
- Moléculas en continuo movimiento, desordenadas, chocando con su entorno, produciendo la presión del gas.
- Los choques de las moléculas son elásticos, aunque pueden transferir energía.
- La energía cinética de las moléculas es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas
- Son comprensibles
- Sin forma ni volumen propio
- Son de Pe muy bajo
- Predomina la fuerza de repulsión respecto a las fuerzas de atracción.
- Se dilatan, dilatación volumétrica
- El incremento de la temperatura interna de un gas hace aumentar la energía cinética de sus moléculas.
- Variables de estado de un gas: presión, volumen y temperatura
- Todos los gases tienen el mismo coeficiente de dilatación 1 273 º
C
Gases ideales y reales: se considera así a los gases cuando cumplen con las siguientes leyes. Ley de Boyle – Mariotte “A temperatura constante, los volúmenes de una misma masa gaseosa son inversamente proporcionales a las presiones que soportan” Isobárica: presión constante Isotérmica: temperatura constante Isocórico: volumen constante
Las escalas termométricas Fahrenheit y Kelvin coinciden en 574, 35º Anders CELSIUS, 1743: Intervalo entre 0ºC y 100ºC, dividido en 100 partes Gabriel FAHRENEIT, principios del siglo 18: 180 intervalos iguales, de 32ºF a 212ºF Lord KELVIN: 100 divisiones, del 273ºK (= 0ºC) a 373ºK; escala absoluta sin valores negativos. Equivalencia entre escalas: Termómetro: tubo de vidrio que contiene mercurio que ante el calor se dilata. Hay de diferentes tipos y para diferentes usos Cambios de estado: Existen 3 estados: líquido, gaseoso, solido Y existen 6 cambios de estado.
- Fusión: es el pasaje del estado sólido al líquido.
- Solidificación: es el pasaje del estado líquido al sólido.
- Vaporización o Ebullición: es el pasaje del estado líquido al gaseoso.
- Condensación o licuación: es el pasaje del estado gaseoso al líquido.
- Sublimación o Volatilización: es el pasaje del estado sólido al gaseoso.
- Sublimación inversa: es el pasaje del estado gaseoso al sólido. Debe aclararse que existen diferencias entre vaporización y ebullición. La vaporización o evaporación ocurre a diversas temperaturas, y solamente en la superficie del líquido. En cambio, la ebullición ocurre a una temperatura definida para cada sustancia, en toda la masa del líquido. Asimismo, condensación se refiere al pasaje de una sustancia del estado gaseoso al líquido como consecuencia de un descenso de temperatura, mientras que el término licuación hace referencia al cambio desde el estado gaseoso al líquido como consecuencia de un aumento de presión. Calor específico Es la cantidad de calorías que necesita una masa de un gramo de la sustancia para variar su temperatura en un 1ºC.
Calorimetría: el calor puede transformarse en trabajo, y este en calor. “Medida del calor que, en un proceso biológico, químico o físico, se absorbe o se desprende.” “Área de la física centrada en las técnicas y los recursos para medir el calor” 1 caloría = 4,18 joule 1 joule = 0,24 calorías Transferencia de calor Intercambio de calor entre las sustancias intervinientes. Hay 3 formas: La conducción: transferencia del calor a través de un objeto sólido, sin transporte de materia. La convección: en los líquidos y en los gases, intercambio de moléculas frías y calientes; con transporte de materia. La radiación: transferencia del calor por medio de ondas electromagnéticas, infrarrojas. Cuanto mayor sea la cantidad de calor suministrado, el cuerpo alcanzará una mayor variación de temperatura. Mezcla Cuando dos sustancias se encuentran en contacto en un calorímetro, la de mayor estado térmico le cede calor a la de menor estado hasta tener las mismas temperaturas ambas partes. Q 1 = Q 2 → m 1 .Ce 1 .ΔT 1 = - m 2 .Ce 2 .ΔT 2 Dilatación Cuando la temperatura de un cuerpo aumenta, este cambia sus dimensiones, aumenta el volumen de su cuerpo. Dilatación lineal: predomina el aumento de la longitud cuando se le entrega calor a la sustancia. [Ver coeficientes de dilatación] Long. final = L inicial.(1+λ.∆t) Dilatación superficial: predomina el aumento de la superficie cuando se le entrega calor a la sustancia. Sup. Final = S inicial. (1+2λ.∆t) Dilatación volumétrica o cúbica: predomina el aumento del volumen cuando se le entrega calor a la sustancia. La única que presentan los líquidos y los gases Vol. Final = V inicial.(1+3λ.∆t)
Unidad 6: ondas y sonidos
Espacio/Longitud de onda (λ): v.T o v/f
Frecuencia de onda (f): 1/T
Periodo de una onda (T): λ/v o 1/f
Ondas sonoras El sonido es un fenómeno que consiste en un movimiento vibratorio que se propaga a través del aire, onda mecánica. VELOCIDAD DEL SONIDO: 340 𝑚 𝑠
. Cuanto más denso el medio mayor velocidad de propagación. Características del sonido
- Intensidad: indica si un sonido es mas o menos fuerte. A mayor amplitud y menor distancia mayor intensidad.
- Tono o altura: indica si un sonido es mas o menos agudo que otro. Directamente proporcional a la frecuencia de la onda sonora. Ultrasonidos: + 20.000 Hz Infrasonidos: 20 Hz
- Timbre: conjunto de sonidos que acompañan al sonido fundamentales, armónicos. Este otorga individualidad. Reflexión del sonido Cuando una onda se encuentra con un obstáculo y “rebota” en él, devolviendo las ondas al sitio de origen. Eco: cuando una onda se refleja en una superficie y regresa a su emisor. Interferencia: dos o más ondas se superponen para formar una onda resultante de mayor, menor o igual amplitud. (“Interferencia - Wikipedia, la enciclopedia libre”) Pueden intensificarse, debilitarse o anularse. Resonancia: cuando en un cuerpo actúa una fuerza impulsora con una frecuencia igual a su frecuencia natural haciendo vibrar sus partículas con la amplitud máximas posible. (“Unidad 6 - ondas y sonido Flashcards | Quizlet”) Efecto Doppler Cambios de frecuencia de las ondas debido al movimiento del emisor o receptor. Cuanto más cerca del emisor la frecuencia con las que se presentan, las ondas son más cortas, constantes, por ende, más agudas. Cuanto más lejos del emisor las ondas, será más escasa con menor frecuencia entre onda y onda, y con un tono más grabe.
F´= F
(𝒗_𝒗𝒓) (𝒗−𝒗𝒆)
Unidad 7: Óptica I
Fórmula de descartes: 𝟏 𝒇
𝟏 𝑿
𝟏 𝑿´
Ley de Snell: n1.sen 𝜽 1 = n2.sen 𝜽 2
Relación altura – distancia espejo: 𝒉 𝒙
𝒉´ 𝒙´
Índice de refracción: n =
𝒄 𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒆𝒏 𝒆𝒍 𝒗𝒂𝒄í𝒐 𝒗 𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒆𝒏 𝒆𝒍 𝒎𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂𝒍
o n=
𝐬𝐞𝐧 𝜽𝒊 𝐬𝐞𝐧 𝜽𝒓 Luz X Newton: la luz es un fenómeno corpuscular emite partículas X C. Huggens: fenómeno ondulatorio, no mueve materia ✓ Maxwell: la luz es una perturbación en forma de onda electromagnéticas. VELOCIDAD: 300. 𝐾𝑚 𝑠 o 3x10^5 𝐾𝑚 𝑠 Óptica: rama de la física que estudia la luz. Cuerpos luminosos – capaces de emitir luz propia
- Naturales: el sol
- Artificiales: una lámpara Cuerpos iluminados – reciben luz de los cuerpos luminosos
- Opacos: no dejan pasar la luz, no permite la visión a través de ellos.
- Traslúcidos: dejan pasar parcialmente la luz, no permiten definir con claridad la forma de los objetos.
- Transparentes: dejan pasar la luz que reciben, se puede observar a través de ellos sin variaciones apreciables. Óptica física: estudia los fenómenos referidos a la naturaleza, propagación y características de la radiación luminosa. Óptica geométrica: estudia la trayectoria de los rayos luminosos Reflexión de la luz “La reflexión de la luz consiste en el rebote de esta cuando incide sobre una superficie o interfaz que separa dos medios diferentes.” (“¿Qué es la reflexion y un ejemplo? - Donprofe.com”) Dos leyes:
- “El rayo incidente, la normal y el rayo reflejado se encuentran en el mismo plano.” (“Fenómenos luminosos Flashcards | Quizlet”)
- “El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión” (“Ángulo de incidencia: definición y fórmula | Estudyando”)
Marcha de rayos a) Todo rayo que incide paralelo al eje principal se refleja de modo tal que su prolongación pasa por el foco. b) Todo rayo que incide de modo tal que su prolongación pasa por el foco, se refleja paralelo al eje. c) Todo rayo que incide de modo tal que su prolongación pasa por el centro de curvatura, se refleja sobre sí mismo. Formación de imagen Única formación de imagen: imagen virtual, menor tamaño, derecha, detrás del espejo. Cuando la imagen es virtual el signo en la fórmula de descartes SIEMPRE va a ser negativa (-) Fórmula de descartes: relaciona distancia focal, distancia espejo-objeto y distancia espejo-imagen 𝟏 𝒇
𝟏 𝑿
𝟏 𝑿´ Relación altura del objeto, altura de la imagen, distancia espejo-objeto y distancia espejo-imagen 𝒉 𝒙
𝒉´ 𝒙´ Refracción de la luz Fenómeno que se produce cuando un rayo o haz de lux atraviesa la superficie de separación de dos medios de distinta densidad, por ende, sufre una desviación. Dos leyes:
- “El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en un mismo plano.” (“Reflexión y Refracción de la Luz - Fisimat”)
- “la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es igual a una constante llamada índice de refracción del segundo medio con respecto del primero.” (“Energía òptica Luz | PPT - SlideShare”)
Índice de refracción Velocidad diferente de la luz según los medios de transportes que atraviesa. ▪ Es constante para cada material ▪ Es adimensional n = 𝒄 𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒆𝒏 𝒆𝒍 𝒗𝒂𝒄í𝒐 𝒗 𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒆𝒏 𝒆𝒍 𝒎𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂𝒍 n= 𝐬𝐞𝐧 𝜽𝒊 𝐬𝐞𝐧 𝜽𝒓 Ley de Snell: “El producto del índice de refracción del primer medio y el seno del ángulo de incidencia de un rayo es igual al producto del índice de refracción del segundo medio y el seno del ángulo de refracción” (“Leyes de la refracción | PPT - SlideShare”) n 1 .sen 𝜽 1 = n 2 .sen 𝜽 2 Reflexión total: de acuerdo con la desviación de la normal se establecerá el ángulo de incidencia, que establecerá el tipo de ángulo de la luz. La luz deja de refractarse y comienza a reflejarse. sen 𝜽 1 = 𝒏𝟏 𝒏𝟐
Unidad 8 : Óptica II
Fórmula de descartes: 𝟏 𝒇
𝟏 𝑿
𝟏 𝑿´ Relación altura – distancia espejo: 𝒉 𝒙
𝒉´ 𝒙´
Aumento: A =
𝒉′ 𝒉
Aumento eficaz: Ae =
𝟑𝟎 𝒄𝒎 𝒇 𝒄𝒎
Potencia de un lente: P (dioptrías) =
𝟏 𝒇 (𝒎) Lentes: son cuerpos transparentes limitados por superficies curvas. Existen dos tipos: divergentes y convergentes.
Se forma una imagen invertida, de mayor tamaño y real. En el foco: No hay formación de imagen, hay imagen en el infinito. Entre lente y foco: la imagen es virtual, derecha y de mayor tamaño Lentes divergentes Permiten que los rayos se separen en un punto Marcha de rayos y formación de imagen a) Todo rayo que incide en la lente paralelamente al eje principal ser refracta de forma tal que la prolongación del rayo refractado pasa por el foco de imagen. b) Todo rayo que incide en la lente y que pasa por el centro óptico no se refracta. c) Todo rayo que incide en la lente de manera que su prolongación pase por el foco objeto, se refracta en la lente y emerge paralelo al eje principal. Única formación de imagen: imagen virtual, menor tamaño, derecha. Cuando la imagen es virtual el signo en la fórmula de descartes SIEMPRE va a ser negativa (-) *La diferencia entre espejo y lente: Espejo → una de sus caras no es pulida ≠ Lente → tiene sus dos caras pulidas Potencia de un lente (inverso de la distancia focal) P = 𝟏 𝒇 Capacidad de un lente para hacer converger o divergir el haz de luz Dioptría: unidad de medida: potencia de una lente cuya distancia focal es de 1m. *Cuando la potencia es negativa se trata de un lente divergente
Ojo humano y visión El ojo es el órgano de la visión, que se encarga de refractar los rayos de luz, registra las imágenes reales e invertidas y transmite todo al centro de visión Efectos en la visión Miopía: cuando la imagen de un objeto se forma por delante de la retina. Hipermetropía: cuando la imagen de un objeto muy cercano se forma por detrás de la retina. Presbicia: perdida fisiológica de la capacidad que tiene el ojo de enfocar, “vista cansada” Astigmatismo: consiste en una imperfección del ojo, una diferencia entre sus diámetros horizontales y verticales. Instrumentos ópticos: Microscopio: cualquier instrumento que se utiliza para obtener una imagen aumentada de objetos minúsculos o detalles muy pequeños de los mismos. (“Tipos y elementos del microscopio - ESCOLARES”) Lupa: lente biconvexa grande de distancia focal pequeña, empleada para examinar lentes pequeños. Proyecta imagen virtual. Aumento: A = 𝒉′ 𝒉 Aumento eficaz: Ae = 𝟑𝟎 𝒄𝒎 𝒇 𝒄𝒎
Unidad 9 : Magnetismo y electricidad
Fuerza eléctrica: F (newton) = k.
𝒒𝟏^ (𝒄).𝒒𝟐(𝒄) 𝒅𝟐^ (𝒎)
Constante eléctrica: K = 9x 109
𝑵.𝒎𝟐 𝑪𝟐
Resistencia: R (ohm
𝑽 𝑨
𝑽𝒐𝒍𝒕𝒊𝒐𝒔 𝑰 (𝒂𝒎𝒑𝒆𝒓𝒆)
Intensidad: I =
𝒒 (𝑪) 𝒕 (𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔)
Potencia: P (watt – V.A) = V.I
Energía (U): U = P (watt
𝑱 𝒔
).t (s)
Cantidad de calor: Q = I2. R. t → se mide en J
Q = 0,
𝒄𝒂𝒍 𝒋
. V. I. t → se mide en cal
