Recapitulación de semanas

informe de semana 1

Entre las ramas de la física clásica y moderna podemos destacar la acústica, óptica o mecánica en el campo más primitivo, y la cosmología, mecánica cuántica o relatividad en las de más reciente aplicación.

La física clásica describe teorías desarrolladas antes de 1900, y la física moderna los acontecimientos acaecidos después de 1900. La física clásica trata sobre la materia y la energía, a una macro-escala, sin profundizar en los estudios más complejos de los quantums, tema de la física moderna.

Max Planck, uno de los científicos más importante de la historia, marcó el final de la física clásica y el comienzo de la física moderna con la mecánica cuántica.

Ramas de la física clásica

1- Acústica

El oído es el instrumento biológico por excelencia para recibir determinadas vibraciones de onda e interpretarlas como sonido.

La acústica, que se ocupa del estudio del sonido (ondas mecánicas en los gases, líquidos y sólidos), se relaciona con la producción, el control, la transmisión, la recepción y los efectos del sonido.

La tecnología acústica incluye la música, el estudio de fenómenos geológicos, atmosféricos y submarinos.

La psicoacústica, estudia los efectos físicos del sonido en los sistemas biológicos, presente desde que Pitágoras oyó, por primera vez, los sonidos de las cuerdas vibrantes y de los martillos que golpeaban los yunques en el siglo VI a. C. Pero el desarrollo más impactante en medicina, es la tecnología de ultrasonido.

2- Electricidad y Magnetismo

La electricidad y el magnetismo provienen de una sola fuerza electromagnética. El electromagnetismo es una rama de la ciencia física que describe las interacciones de la electricidad y el magnetismo.

El campo magnético es creado por una corriente eléctrica en movimiento y un campo magnético puede inducir el movimiento de cargas (corriente eléctrica). Las reglas del electromagnetismo también explican fenómenos geomagnéticos y electromagnéticos, describiendo cómo interaccionan las partículas cargadas de átomos. 

Antiguamente, el electromagnetismo era experimentado sobre la base de los efectos del relámpago y de la radiación electromagnética como efecto lumínico.

El magnetismo ha sido utilizado, durante mucho tiempo, como instrumento fundamental para la navegación guiada por la brújula.

El fenómeno de las cargas eléctricas en reposo, fue detectado por los romanos antiguos, que observaron la forma en que un peine frotado atraía partículas. En el contexto de cargas positivas y negativa, las cargas iguales se repelen, y las diferentes se atraen.

Quizás te interese saber más acerca de este tema descubriendo los 8 tipos de ondas electromagnéticas y sus características.

3- Mecánica

Se relaciona con el comportamiento de cuerpos físicos, cuando se someten a fuerzas o desplazamientos, y los efectos subsecuentes de los cuerpos en su ambiente.

En los albores del modernismo, los científicos Jayam, Galileo, Kepler y Newton, sentaron las bases para lo que ahora se conoce como mecánica clásica.

4- Mecánica de los fluidos

La mecánica de fluidos describe el flujo de líquidos y gases. La dinámica de fluidos es la rama de la cual se desprenden sub-disciplinas como la aerodinámica (el estudio del aire y otros gases en movimiento) y la hidrodinámica (el estudio de los líquidos en movimiento).

La dinámica de los fluidos se aplica ampliamente: para el cálculo de fuerzas y momentos en los aviones, la determinación de la masa del fluido del petróleo a través de los oleoductos, además de la predicción de patrones climáticos, la compresión de las nebulosas en el espacio interestelar y el modelado de la fisión de armas nucleares.

Esta rama ofrece una estructura sistemática que abarca leyes empíricas y semi-empíricas derivadas de la medición del flujo y utilizadas para resolver problemas prácticos.

La solución a un problema de dinámica de fluidos implica el cálculo de propiedades del fluido, tales como la velocidad del flujo, la presión, la densidad y la temperatura y funciones del espacio y del tiempo.

5- Óptica

La óptica se ocupa de las propiedades y fenómenos de la luz visible e invisible y de la visión. Estudia el comportamiento y las propiedades de la luz, incluyendo sus interacciones con la materia, además de construir instrumentos apropiados.

Describe el comportamiento de la luz visible, ultravioleta e infrarroja. Dado que la luz es una onda electromagnética, otras formas de radiación electromagnética como rayos X, microondas y ondas de radio presentan propiedades similares.

Esta rama es relevante para muchas disciplinas relacionadas como astronomía, ingeniería, fotografía y medicina (oftalmología y optometría). Sus aplicaciones prácticas se encuentran en una variedad de tecnologías y objetos cotidianos, incluyendo espejos, lentes, telescopios, microscopios, láseres y fibra óptica.

6- Termodinámica

Rama de la física que estudia los efectos del trabajo, el calor y la energía de un sistema. Nació en el siglo XIX con la aparición de la máquina de vapor. Se ocupa sólo de la observación y respuesta a gran escala de un sistema observable y mensurable.

Las interacciones de gas a pequeña escala se describen por la teoría cinética de los gases. Los métodos se complementan entre sí y se explican en términos de termodinámica o por la teoría cinética.

Las leyes de la termodinámica son:

• Ley de entalpía: relaciona las diversas formas de energía cinética y potencial, en un sistema, con el trabajo que el sistema puede realizar, más la transferencia de calor.
• Esto conduce a la segunda ley, y a la definición de otra variable de estado llamada ley de entropía.
• La ley zeroth define equilibrio termodinámico a gran escala, de la temperatura en contraposición a la definición a pequeña escala relacionada con la energía cinética de las moléculas.

Ramas de la física moderna

7- Cosmología

Es el estudio de las estructuras y dinámicas del Universo a escala mayor. Investiga sobre su origen, estructura, evolución y destino final.

La cosmología, como ciencia, se originó con el principio de Copérnico -los cuerpos celestes obedecen leyes físicas idénticas a las de la Tierra- y la mecánica newtoniana, que permitió comprender esas leyes físicas.

La cosmología física comenzó en 1915 con el desarrollo de la teoría general de la relatividad de Einstein, seguida de grandes descubrimientos observacionales en la década de 1920. 

Los avances dramáticos en la cosmología observacional desde la década de 1990, incluyendo el fondo de microondas cósmico, las supernovas distantes y los levantamientos de corrimiento al rojo de la galaxia, condujeron al desarrollo de un modelo estándar de cosmología.

Este modelo adhiere al contenido de grandes cantidades de materia oscura y energías oscuras contenidas en el universo, cuya naturaleza no está bien definida aún. 

8- Mecánica cuántica

Rama de la física que estudia el comportamiento de la materia y de la luz, en la escala atómica y subatómica. Su objetivo es describir y explicar las propiedades de las moléculas y los átomos y sus componentes: electrones, protones, neutrones y otras partículas más esotéricas como quarks y gluones.

Estas propiedades incluyen las interacciones de las partículas entre sí y con radiación electromagnética (luz, rayos X y rayos gamma).

Múltiples científicos contribuyeron al establecimiento de tres principios revolucionarios que gradualmente ganaron aceptación y verificación experimental entre 1900 y 1930.

• Propiedades cuantificadas. La posición, la velocidad y el color, a veces sólo pueden ocurrir en cantidades específicas (como clickear número a número). Esto se contrapone con el concepto de la mecánica clásica, que dice que tales propiedades deben existir en un espectro llano y continuo. Para describir la idea de que algunas propiedades clickean, los científicos acuñaron el verbo quantificar. 
• Partículas de luz. Los científicos rebatieron 200 años de experimentos al postular que la luz puede comportarse como una partícula y no siempre “como las olas/ondas en un lago”.
• Ondas de materia. La materia también puede comportarse como una onda. Así lo demuestran 30 años de experimentos que afirman que la materia (como los electrones) puede existir como partículas.

9- Relatividad

Esta teoría abarca dos teorías de Albert Einstein: la relatividad especial, que aplica a las partículas elementales y a sus interacciones –describiendo todos los fenómenos físicos excepto la gravedad- y la relatividad general que explica la ley de la gravitación y su relación con otras fuerzas de la naturaleza.

informe de semana 2

El Sistema Internacional de Unidades, abreviado SI, también denominado Sistema Internacional de Medidas, es el heredero del antiguo sistema métrico decimal

Una de las principales características del Sistema Internacional de Medidas, es que sus unidades están basadas en fenómenos físicos fundamentales. La única excepción a esta regla es la definición de la unidad de la magnitud Masa, el kilogramo, que está definida como la masa de un prototipo internacional del kilogramo que está almacenado en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas, en Sèvres, Francia.

Las unidades del SI son la referencia internacional de las indicaciones de todos los instrumentos de medida, y a las que están referidas a través de una cadena ininterrumpida de calibraciones o comparaciones.

El Sistema Internacional de Unidades consta de siete unidades básicas, también denominadas unidades fundamentales, que definen a las correspondientes magnitudes físicas fundamentales, que han sido elegidas por convención, y que permiten expresar cualquier magnitud física en términos o como combinación de ellas. Las magnitudes físicas fundamentales se complementan con dos magnitudes físicas más, denominadas suplementarias. 

Este sistema se basa en el llamado MKS cuyas iniciales corresponden a metro, kilogramo y segundo. 

El Sistema Internacional tiene como magnitudes y unidades fundamentales las siguientes: para longitud al metro (m), para masa al kilogramo (kg), para tiempo el segundo (s), para temperatura al kelvin (K), para intensidad de corriente eléctrica al amperio (A), para la intensidad luminosa la candela (cd) y para cantidad de sustancia el mol (mol).

La unidad fundamental de longitud del sistema métrico se definió originalmente en términos de la distancia desde el polo Norte hasta el Ecuador. 

En esa época se creía que esta distancia era de 10 000 kilómetros. Se determinó con cuidado la diezmillonésima parte de esa distancia y se marcó haciendo rayas a una barra de aleación de platino-iridio. 

Esta barra se guarda en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, en Francia. Desde entonces, se ha calibrado el metro patrón de Francia en términos de longitud de onda de luz; es 1 650 763.73 veces la longitud de onda de la luz anaranjada emitida por los átomos de kriptón 86 gaseoso. 

Ahora se define al metro como la longitud de la trayectoria recorrida por la luz en el vacío durante un intervalo de tiempo de 1/299,792,458 de segundo .

Informe de semana 3

Desplazamiento

En mecánica, el desplazamiento es el vector que define la posición de un punto o partícula en relación a un origen A con respecto a una posición B. El vector se extiende desde el punto de referencia hasta la posición final. Cuando se habla del desplazamiento en el espacio solo importa la posición inicial y la posición final, ya que la trayectoria que se describe no es de importancia.

Distancia y Desplazamiento

En el lenguaje ordinario el término distancia y desplazamiento se utilizan como sinónimos, aunque en realidad tienen un significado diferente.

La distancia recorrida por un móvil es la longitud de su trayectoria y se trata de una magnitud escalar.

Distancia y Desplazamiento

En cambio, el desplazamiento efectuado es una magnitud vectorial.

 El vector que representa al desplazamiento tiene su origen en la posición inicial, su extremo en la posición final y su módulo es la distancia en línea recta entre la posición inicial y la final.

 La velocidad media

La velocidad media de un objeto se define como la distancia recorrida dividida por el tiempo transcurrido. La velocidad es una cantidad vectorial y la velocidad media se puede definir como el desplazamiento dividido por el tiempo.                 

                                                

Tema 2: Velocidad

¿En cuanto tiempo llega la luz del sol a la tierra?

Si se tiene en cuenta que la velocidad de la luz en el vacío es de 299.792 km/s y que la distancia existente entre el 'astro rey' y la Tierra es de unos 149,6 millones de kilómetros, una pequeña operación matemática indica que la luz del Sol tarda aproximadamente 8 minutos y 19 segundos en llegar a nuestro planeta. Una cifra que varía ligeramente según la cercanía o la lejanía de la Tierra a la estrella, pero que da buena cuenta de la tremenda distancia que hay entre estos dos objetos astronómicos.

Resultados y aprendizajes de temas

Se abarcaron los temas de esquemas sobre el movimiento también las fuerzas que afectan un movimiento y el movimiento MRU.

Sacamos las variables de los movimientos y las fuerzas que afectan los objetos.

Y aprendimos como se saca la velocidad media y la velocidad de la luz

Las unidades de esas velocidades y como se expresan, aunque no pudimos concluir por completo la medición de las medidas que íbamos a realizar para poder dar a conocer un resultado esperado.

  

informe de semana 4

Aceleración Media

Se define la aceleración media entre dos puntos P1 y P2 como la división de la variación de la velocidad y el tiempo transcurrido entre ambos puntos:

a→m=v→2−v→1t2−t1=Δv→Δt

donde:

• a→m : Es la aceleración media del punto material
• v→1 ,v→2 : Vectores velocidad en los puntos  P1 y P2 respectivamente
• t1,t2: Instantes de tiempo inicial y final respectivamente
• Δv→ : Variación de la velocidad entre los puntos inicial y final P1 y P2
• Δt : Tiempo invertido en realizar el movimiento entre  P1 y P2
• La ecuación de dimensiones de la aceleración mediaes [am] = LT-2

• Unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.)de la aceleración es el metro por segundo al cuadrado (m/s2).  Un cuerpo con una aceleración de 1 m/s2 varía su velocidad en 1 metro/segundo cada segundo.
• Su módulo (el "tamaño" del vector) es igual al módulo del vector variación de la velocidad dividido entre el tiempo transcurrido
• Su dirección y su sentido son las mismas que las del vector variación de la velocidad

Es importante que recuerdes que los movimientos coloquialmente llamados "de frenado" también son considerados en Física movimientos acelerados, ya que, al fin y al cabo está variando el vector velocidad (disminuyendo su módulo más concretamente).

Ejemplo

Un jugador de baloncesto lanza la pelota con una velocidad de v→1=−2⋅i→+j→  m/s, con tan mala suerte que rebota en el tablero con una velocidad v→2=15⋅i→+3⋅j→ m/s

En mecánica newtoniana se dice que un sistema de referencia es no inercial cuando en él no se cumplen las leyes del movimiento de Newton. Dado un sistema de referencia inercial, un segundo sistema de referencia será no inercial cuando describa un movimiento acelerado respecto al primero. La aceleración del sistema no inercial puede deberse a:

• Un cambio en el módulo de su velocidad de traslación (aceleración lineal).
• Un cambio en la dirección de su velocidad de traslación (por ejemplo en un movimiento de giro alrededor de un sistema de referencia inercial).
• Un movimiento de rotación sobre sí mismo (véase figura 1).
• Una combinación de algunos de los anteriores.
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informe de semana 5

La Segunda Ley de Newton, también conocida como Ley Fundamental de la Dinámica, es la que determina una relación proporcional entre fuerza y variación de la cantidad de movimiento o momento lineal de un cuerpo. Dicho de otra forma, la fuerza es directamente proporcional a la masa y a la aceleración de un cuerpo.

Cuando Newton unificó la fuerza de gravedad terrestre, incluida en su segunda ley o Ley de Fuerza, con la fuerza de gravedad de las órbitas planetarias en su Ley de Gravitación Universaltenía sentido el principio de igualdad entre masa inercial y gravitatoria citado, pues así lo indicaban todos los experimentos científicos y fenómenos naturales.

Fuerza / masa = aceleración
F = m a

Además, la Física Clásicade Newton asumía que una fuerza constante podría acelerar una masa hasta el infinito.

La Segunda Ley de Newtonha sido modificada por la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein al recoger el fenómeno de aumento de la masa de un cuerpo con la velocidad y, posteriormente, por la Relatividad General al introducir perturbaciones del espacio-tiempo. Una fuerza constante ya no podrá acelerar una masa hasta el infinito; no obstante la relación de proporcionalidad entre masa y fuerza que provoca la aceleración se sigue manteniendo para la masa en un instante concreto.

El primer experimento que confirmaba la masa relativista fue el descubrimiento por Bücherer en 1908 de que la relación de la carga del electrón y su masa (e / m) era menor para electrones rápidos que para los lentos. Posteriormente, incontables experimentos confirman los resultados y fórmulas físicas anteriores.

La masa y la energía se convierten así en dos manifestaciones de la misma cosa. Los principios de conservación de la masa y de la energía de la mecánica clásica pasan a configurar el principio de conservación de la energía-masa relativista más general.

Sin embargo, la Teoría de la Relatividad de Einstein sigue sin decirnos qué es esa cosa que se manifiesta como masa o como energía. Por ello, la idea de incontables experimentos que confirman dicha teoría es un poco aventurada, una cosa es que matemáticamente cuadren algunos resultados y otra que la realidad física subyacente sea la propugnada por la mecánica relativista.

Por el contrario, la Mecánica Global explica la fuerza de la gravedad como el efecto de la tensión de la curvatura longitudinal de la estructura reticular de la materia o éter global, para no confundirlo con el éter clásico o el nuevo éter luminífero. También explica en qué consiste la energía electromagnética y cómo se forma la masa, es decir, ha unificado la gravedad, la energía y la masa.