Baixe Introducción a la Física: Calor, Electricidad, Neumostática, Luz y Sonido e outras Esquemas em PDF para Banco de Dados Dedutivos, somente na Docsity!
Tema 1 - Calor:
Calor: Es una forma de energía que proviene de otra forma de energía, ya sea calorica, cinética, eléctrica o acústica. Es la energía térmica que contiene un cuerpo, se mide en (Cal/Kcal) Temperatura: Velocidad de vibración de las moléculas de un cuerpo. Se mide en C°
Cambios de escalas
Celsius: 0°C congelamiento del agua hasta 100°C vaporización del agua Fahrenheit: 0°F → 212°F --- 180°F = 100°C Kelvin: 0°K = cesa el movimiento molecular
Pasando de °F a °C
100°C/180°F= 0,
(temp °F - 32) x 0,55 = temp °C 0°C = 32 °F
Pasando de °C a °F
180°F/100°C = 1,
(temp °C x 1,8) + 32 = temp °F
Pasando de °C a °K
Temp °C + 273,15 = °K
Calores Capacidad calorífica (Cc): Es la capacidad de absorber calor, retenerlo y entregarlo. A mayor masa, mayor capacidad de contener calor. Cc = Cantidad de calor (Q)/∆Temperatura Cc = Kcal/°C Más masa = mayor Cc = mayor inercia térmica Calor específico (Ce): Cantidad de calor necesaria para elevar 1 gramo de una sustancia en 1°C Ce = Q / ∆T x masa Q = Ce x ∆T x masa Ce = Kcal / °C x kg Caloría: cantidad de calor necesaria para elevar en 1°C en 1 gramo de masa Kilocaloría: cantidad de calor que necesito para elevar en 1°C, 1kg de masa de agua a presión normal en el periodo entre 14,5°C a 15,5°C Estados de la forma, calor sensible y latente y cambios de estado Sólido: mantiene la forma aunque lo cambiemos de recipiente Líquido: Cambia de forma cuando lo cambiamos de recipiente Gaseoso: tiende a ocupar todo el volumen que pueda. Cambia la forma y el volumen cuando lo cambiamos de recipiente. Calor sensible: Calor que se le entrega a un cuerpo para que cambie su temperatura Calor latente: Calor que se le entrega a un cuerpo para que cambie su estado físico Cuando un cuerpo está cambiando de estado, adquiere más o menos calor pero la temperatura sigue igual. Cambios de estado:
- Sólido → Líquido: Fusión
- Líquido → Gaseoso: Vaporización
- Sólido → Gaseoso: Sublimación progresiva (volatilización)
- Gaseoso → Líquido: Condensación
- Líquido → Sólido: Solidificación
- Gaseoso → Sólido: Sublimación regresiva
Q = ( λ x Superficie x Tiempo x ∆T)/ Espesor Coeficiente superficial (interior o exterior) (α): Habla de la diferencia de radiación y la convección que existe entre el aire del ambiente y el muro. Muro homogéneo: compuesto por un material Muro heterogéneo: compuesto por varios materiales ¿Por qué la cámara de aire de un muro debe tener entre 3 y 5 cm? Porque si tiene menos de 3cm, el espacio entre ambos muros se estaría comportando como un sólido y el calor llega de una cara a la otra de forma inmediata. Y si tuviera más de 5cm, se empezarían a generar corrientes convectivas y el calor viajaría de forma muy rápida. Transmitancia térmica (K): Inversa a la resistencia térmica que opine el muro al paso de calor. ¿Cómo calcular? Primero se calcula las resistencias parciales de los componentes del muro, y si saco la inversa, puedo calcular la transmisión. ¿Qué resistencias debo sacar? La resistencia exterior, el coeficiente de conductibilidad térmica y la resistencia interior. K = 1/R
Tema 2 - Hidrostática
Estados de la materia/presión
Fluidos: Son todas las sustancias que pueden fluir, o sea, desplazarse libremente adoptando distintas formas. Se observa un desplazamiento real de moléculas. A partir de acá, llamamos fluidos a los líquidos y a los gases Líquidos: Forma indefinida, volumen definido, incompresibles, viscosos con forma de rozamiento. Gases: Forma indefinida, volumen indefinido, compresible, poco viscoso y fluye libremente. Mientras más viscoso es un líquido, más lento fluye. Tiene que ver con la facilidad de las moléculas individuales al moverse unas respecto de las otras, por ende, depende de las fuerzas de atracción de las moléculas.
Según la intensidad de la fuerza de cohesión molecular que liga a las moléculas entre sí, la materia se puede presentar en estado sólido, líquido o gaseoso. Sólido: Fuerzas de cohesión grandes, moléculas con dificultad para desplazarse y vibran alrededor de su posición de equilibrio, por esto tienen forma y volumen propio. Líquido: Fuerzas de cohesión menores, las moléculas pueden desplazarse con más facilidad, volumen definido pero su forma depende del recipiente que lo contenga. Gaseoso: Fuerzas de cohesión débiles, las moléculas se desplazan fácilmente, carece de volumen y forma definidos adoptando la del recipiente que lo contenga Cuando se aplica una fuerza sobre un sólido, esta se transmite en la dirección que se aplica; cuando se aplica una fuerza sobre un embolo o pistón, la fuerza se reparte sobre la superficie del embolo generando una presión en el fluido que se reparte en todas direcciones. Se denomina presión a la fuerza que actúa por unidad de superficie en forma perpendicular a la misma. La presión se mide en P = kg/m² o cm². La unidad es Baria. Principios físicos de la hidrostática
**- Principio de Pascal
- Principio general de la hidrostática
- Principio de Arquímedes Principio de Pascal:** La presión ejercida sobre la superficie libre de un líquido en equilibrio se transmite íntegramente a toda su masa con la misma intensidad en todas las direcciones y sentidos. Presión = Fuerza / Superficie P1 = 10kg / 100cm² Principio general de la hidrostática: Dice que la presión en un punto de un fluido es proporcional a su densidad, la gravedad de dónde se encuentre y a su profundidad. Todos los puntos de un mismo plano horizontal soportan igual presión. P = Pe. h Vasos comunicantes En un sistema de vasos comunicados entre sí por su parte inferior, a presión atmosférica, el líquido se encontrará a la misma altura en todos los vasos. En el caso de tener dos líquidos no miscibles, las alturas alcanzadas en los vasos son distintas y dependerán del peso específico, siendo las alturas inversamente proporcionales al peso específico.
La física tiene dos principios: el origen de la carga eléctrica es la diferencia entre protones y neutrones en un átomo y el principio de la conservación de la energía: nada se pierde, todo se transforma, la carga se conserva. Tipos de carga eléctrica: frotamiento o inducción Unidad de carga eléctrica (Q): Coulomb: cantidad de energía que pasa por una sección en 1 segundo cuando la corriente eléctrica es de 1 Amper. Ley de Coulomb: la magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con la que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. F = k. (q1 x q2)/d² q = coulomb d = metros k = depende de la constante en la que se encuentren las cargas +F = si son de mismo signo, repulsión -F = distinto signo, atracción La energía eléctrica tiene su origen en estas fuerzas que ejercen las partículas Debido a las estructuras de los materiales, existen materiales conductores que conducen mejor la corriente eléctrica y materiales aislantes que se oponen casi totalmente al paso de la energía eléctrica. Tipos de corriente eléctrica
- Continua: flujo de cargas que no cambia de sentido con el tiempo, siendo su sentido de circulación siempre el mismo independientemente de su valor absoluto. - Alterna: corriente en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. Suele tener forma de onda senoidal. Se usa ampliamente porque es fácil de transformar, permite que sus conductores sean de menor sección y de menor costo. Se suele emplear en frecuencias de 50 y 60 Hz, en Argentina es de 50 Hz. Diferencia de potencial: Al cargar un conductor con electricidad, alcanza un nivel de tensión llamado potencial eléctrico. Para transportar esa carga se deberá realizar un trabajo T = q x V q = Carga en coulomb v = Diferencia de potencial entre dos puntos
Esta diferencia es necesaria para impulsar a los electrones a provocar la corriente eléctrica. Para tener esta corriente es necesario que ese trabajo se mantenga constante. ¿Cómo se hace? manteniendo la diferencia de potencial. Si dos puntos con esta diferencia se unen mediante un conductor, se producirá un flujo de electrones. En Argentina la diferencia de potencial es 220V Para lograr esta circulación se necesita: un generador de energía, un conductor y un receptor que consuma esa energía. Intensidad de corriente eléctrica I = Q/T: cantidad de carga eléctrica que pasa por una sección en una unidad de tiempo. La intensidad depende en gran parte de la tensión o voltaje (V) y de la resistencia (R) que se oponga al paso de la circulación eléctrica. Se mide en Amperes (A) Ley de Ohm Establece que la intensidad (A) que circula por un conductor eléctrico, es proporcional a la diferencia de potencial (V) e inversamente proporcional a la resistencia del mismo (R). V I R Pero si queremos analizar la resistencia de un material, debemos analizar sus dimensiones. 2da ley de Ohm: R = p x (l/s) Coeficiente de resistividad del material (P): (ohm. mm²/m)
Tema 4 - Neumostática
Neumostática: Comportamiento y características de los gases en reposo Fluidos: Líquidos y gases Forma: Es indefinida en líquidos y gases porque adaptan su forma a la forma del recipiente en el que están contenidos Volumen: los líquidos ya tienen un volumen definido, los gases no porque son muy compresibles (cambian de volumen cuando la presión aumenta) y al ser poco viscosos, fluyen libremente en el recipiente. En cambio, los liquidos tienen un volumen definido porque sus moléculas tienen fuerza de rozamiento entre si. Debido al 0,04% de Anihídrido carbónico CO2 en el aire, es necesario la renovación del aire (ventilación) en los ambientes.
Atmósfera Terrestre
Tropósfera: Capa mas cercana a la superficie terrestre. Acá se generan los fenomenos meteorológicos (lluvias, nubes, etc). Orbitan los aviones. Estratósfera: Capa de ozono, protege al planeta de la radiación ultravioleta del sol. Si no existiese esta capa la temperatura seria tan elevada que sería imposible la vida. Mesosfera: Zona muy fría (-90°C) Termosfera: Orbitan las naves espaciales
Exosfera: Atomos que escapan al espacio Estamos sumergidos dentro de un fluido: aire. Este fluido ejerce una presion sobre nosotros que denominamos presión atmosférica Torricelli determino el valor de la presión atmosférica agarrando un tubo de 1 metro que contiene mercurio, lo dio vuelta sobre una cubeta que tambien contiene mercurio. el contenido del tubo comienza a descender hasta alcanzar una altura de 76 cm. Torricelli basandose en el principio general de la Hidrostatica, pudo determinar la presion atmosferica. P= Pe.H P = 13.6 gr / cm3. 76 cm cHg P = 1033 / cm P = 1,033 Kg / cm Leyes fundamentales de los gases (volumen, presión y temperatura): Ley de Boyle: A temperatura constante, el volumen que ocupa una masa de gas es inversamente proporcional a su presión. Temperatura constante, mas volumen, menos presión o viceversa. P. V = Constante Se puede comprobar usando de ejemplo a un Tanque Hidroneumatico, que sirve para suministrar agua presurizada. Al ingresar agua al tanque, el agua comprime la burbuja de aire que tiene en su interior. A mayor presion, menor sera el volumen que ocupa esa burbuja de aire Ley de Gay-Lussac: A volumen constante la presión de una masa de gas es directamente proporcional a su temperatura. Mas temperatura, mas presión, mismo volumen. P. T = V Ley de Gay-Lussac 2: A presión constante, el volumen de una masa de gas es directamente proporcional a su temperatura. Mas volumen, mas temperatura, misma presión. V. T = P Arquitectura Neumática: Soportada por aire: compuesta por una membrana que encierra en su interior una burbuja de aire, generando una presion interior levemente superior a la presion atmosferica. Verificando el principio de pascal repartiendo una presion con igual intensidad en todas direcciones y sentidos en el interior. Hinchada por aire: Estructuras de doble membrana. Se genera una presion interior levemente superior a la presion atmosferica dentro de ambas membranas para soportar la estructura. Estructuras muy livianas y transitorias.
Entre otras radiaciones que no percibimos, tenemos la Radio, TV, Microondas, Radar, Rayos UV, Rayos X, Rayos Gamma y los Rayos Cósmicos. Rayos UV: Menor longitud de onda, mayor frecuencia, mas nocivos, mucha energía. Longitud de onda (10 nm a 400 nm) Luz visible: Su longitud de onda es mayor a la de los Rayos UV y menor a la de los Rayos Infrarrojos. La parte que podemos ver, es muy pequeña y un arcoiris muestra su parte óptica (visible) (400 nm a 700 nm) Rayos Infrarrojos: Mayor longitud de onda, menor frecuencia, son calóricos, producen movimiento de materia y de moléculas (producen calor). No son visibles para el ojo humano pero se perciben como calor. Producen el efecto invernadero (la radiación solar de onda corta que atraviesa un vidrio se refleja adentro y se quedan dentro del recinto). (700 nm a 1 mm)
Color: El color no es una propiedad de los objetos, sino es una sensación debido a cómo las diferentes personas interpretan la luz que refleja un cuerpo. La luz impacta sobre un objeto y refleja una longitud de onda (el color que vemos). Síntesis aditiva: Luces rojas, verdes y azules cuya suma da blanco ej: TV. Síntesis sustractiva: Absorben o reflejan todas o algunas longitudes de onda. Por ejemplo, el color negro absorbe todas las longitudes de onda y no refleja ninguna, en cambio el blanco refleja todas las longitudes de onda, el rojo solo las ondas que su frecuencia coincidan con el color rojo y así. Propagación de la Luz (teoría ondulatoria) : Dice que la luz está formada por ondas y corresponde al movimiento que sigue la luz mediante un vacío. Indica que la rapidez de la luz disminuye en el agua y así, explica las leyes de refracción y reflexión. ● Velocidad de propagación (V): Distancia que recorre la onda en una unidad de tiempo (km/seg) ● Longitud de onda ( 𝝺 ): nm ● Frecuencia de la onda (F): hz (1/seg) Características de la propagación de luz: ● Se propaga en línea recta ● Se propaga en todas direcciones ● Se propaga a gran velocidad Velocidad de la propagación de la luz: ● Línea recta: 300.000 km/seg ● Vacío: 300.000 km/seg (todas las long. son iguales, viajan a la misma velocidad) ● Aire: 290.000 km/seg ● Agua: 200.000 km/seg ● Vidrio: 190.000 km/seg A mayor densidad del medio, menor velocidad.} Color Color: Percepción visual que se genera en el cerebro de los humanos al interpretar las señales que le envían los fotorreceptores en la retina del ojo, que interpretan y distinguen las longitudes de onda de la parte visible del espectro electromagnético (luz). El color no es una propiedad de los objetos, sino es una sensación debido a cómo las diferentes personas interpretan la luz que refleja un cuerpo. La luz impacta sobre un objeto y refleja una longitud de onda (el color que vemos). Un objeto tiene color cuando tiene una preferencia a refractar o transmite las propiedades acordes a un color. Por ejemplo, si un cuerpo es rojo, este absorbe todas las radiaciones menos las rojas, las cuales refleja o se deja absorber por ellas. El color no es una propiedad intrínseca del cuerpo, sino va ligado a la naturaleza de la luz que reciben.
Refracción: Es el cambio de dirección de una onda que pasa de un medio material a otro. Solo se produce si la onda rebota oblicuamente sobre la superficie de dos medios con índices de refracción distintos. Cambia la velocidad y longitud de onda pero la frecuencia se mantiene igual y es lo que determina el color. Según que tan denso sea el medio que atraviese y la velocidad de la onda, tendrá un índice de refracción distinto. Es la relación entre la velocidad de la onda por un medio (ej: vacío) y su velocidad por el medio que atraviese. ● Es propio de cada material. ● Siempre es mayor o igual a 1 ● Mientras más denso sea el medio, más se desviará el rayo y más lenta será su velocidad ● Varía con el color del rayo (ej: el rojo se desvia menos) Fotometría Fotometría: Medición de las radiaciones luminosas. Se basa en la frecuencia y longitud de una onda luminosa. Flujo luminoso: Describe toda la potencia de luz dada por una fuente luminosa. Unidad: Potencia en Watts (W) y Flujo Luminoso en lúmenes (Φ) (lm). Equivalencia: 1 W a 555 nm = 683 lm Su diferencia es que el flujo luminoso indica la cantidad de luz visible emitida y la potencia indica la cantidad de energía consumida.
Intensidad luminosa: La intensidad luminosa es una medida de la cantidad de luz que emite o es transmitida por una fuente de luz en una dirección específica. En otras palabras, es la cantidad de energía luminosa que fluye por unidad de tiempo en una dirección particular. La intensidad luminosa se representa por la letra I y se mide en candela (cd). A mayor intensidad, la luz es más brillante. Iluminación: Se expresa con la letra E y su unidad es el lux. ● Intensidad del foco: Si aumenta su intensidad, aumenta la iluminación. ● Distancia al foco: Si la cantidad de luz es la misma, la intensidad será menor a medida que se aleje de la superficie. La iluminación se calcula con la intensidad sobre la distancia al plano, al cuadrado o a la superficie a iluminar (cd/m²) En base a estas fórmulas, se puede obtener la intensidad (cd = E.m²) y el flujo luminoso (Φ=E.S)
Producción de la luz
Las formas más comunes de producción de luz son: Calentamiento de cuerpos sólidos: Logra la incandescencia acompañada por un gas. Descarga eléctrica: Ocurre al pasar una corriente eléctrica a través de vapor de mercurio o sodio. (completar con cómo funciona una lámpara incandescente y una lampara led)
Tema 6 - Acústica
Sonido: El sonido es una vibración que se propaga a través de un medio, generalmente el aire, pero también puede viajar a través de líquidos o sólidos. Estas vibraciones generan ondas de presión que nuestro oído percibe, convirtiéndolas en señales que interpretamos como sonido. La frecuencia de las vibraciones determina la altura del sonido (tono), mientras que la amplitud está relacionada con la intensidad (volumen). Características de una onda: ● Longitud de onda: Distancia entre dos crestas (punto mas alto de la onda). Se expresa en metros ● Amplitud: Altura máxima que alcanza la cresta. Se expresa en decibeles. ● Frecuencia: Número de oscilaciones de una molécula por segundo. Se expresa en Hertz. Se obtiene con 1/seg ● Período: Es el tiempo móvil que tarda un punto móvil en realizar una oscilación completa. Es la inversa de la frecuencia. Se obtiene con la fórmula T = 1/f
Propagación del sonido: La velocidad con la que el movimiento oscilatorio se transmite, tiene que ver con el medio en el que se propaga. Para que un sonido se transmita, debe existir un medio elástico, que puede ser sólido, líquido o gaseoso. Velocidad de una onda La velocidad de una onda depende de las características del medio en el que se propaga. La velocidad de la onda es constante dentro del mismo medio. Se calcula con V = λ. ƒ Velocidad (V): Se mide en metros/segundos m/s. Longitud de onda (λ): Se mide en metros (m) Frecuencia (ƒ): Se mide en hertz (1/seg) Fenómenos Acústicos Reflexión: Cuando las ondas sonoras se encuentran con un objeto que no pueden rodear ni traspasar, rebotan en él. En la reflexión del sonido, también se da la ley de reflexión de las ondas:
- El rayo que rebota tiene el mismo ángulo que el rayo antes de rebotar.
- El rayo al “entrar”, al rebotar y después de rebotar, están en un mismo plano. Según el tipo de estructura y su textura, depende el comportamiento de la reflexión. Por ejemplo, una textura porosa absorberá el sonido y una superficie áspera refleja la onda acústica por todas partes. Refracción: Cuando las ondas sonoras se desvian en su dirección al traspasar de un medio a otro con diferente densidad. Esto afecta a la velocidad e intensidad de la onda. Es la curvatura de las ondas cuando entran a otro medio en el que su velocidad es diferente. También se puede dar dentro de un mismo medio cuando aumenta o disminuye la temperatura de un punto a otro. Reverberación: Son sucesivas reflexiones de una onda sonora que llegan al oyente después de la extinción de la onda directa. Resonancia: Todos los objetos vibran ante el sonido. Por ende, sucede un fenómeno en el que una frecuencia específica coincide con la frecuencia natural del objeto, lo que provoca un
