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FISICA COMUN

ADMISION 2019

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Frecuencia Periodo Amplitud

𝑓 =𝑁° 𝑑𝑒 𝑜𝑠𝑐𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠

𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

La frecuencia de un movimiento

oscilatorio es la cantidad de oscilaciones

(ciclos, vueltas, repeticiones, etc.) en un

tiempo determinado.

Su unidad de medida es el Hertz ( Hz)

que representa la cantidad de

oscilaciones en un segundo.

𝑇 =𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝑁° 𝑑𝑒 𝑜𝑠𝑐𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠

El periodo es el tiempo que demora una

oscilación completa en realizarse.

Su unidad de medida es el segundo (s)

𝑓 =1

𝑇

La frecuencia y el periodo son inversamente

proporcionales, y se relacionan a través de la

siguiente expresión:

La amplitud del movimiento es el máximo

desplazamiento de un movimiento oscilatorio

respecto a su posición de equilibrio.

Movimientos Oscilatorios

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Sonido

Tono o Altura Volumen Timbre

Es la característica de un sonido que nos

permite diferenciar un sonido de las

mismas características emitido por dos

instrumentos distintos.

Una propiedad importante del sonido es el tono, que es lo mismo la frecuencia con la que vibran las partículas del medio. Dicha frecuencia determina que un sonido sea agudo o grave según su valor.

Altos valores de frecuencia serán sonidos “agudos” y bajos valores de frecuencia sonidos “graves”.

Sonidos con alta frecuencia tienen baja

longitud de onda.

Sonidos con baja frecuencia tienen alta

longitud de onda.

El volumen es la percepción sonora que el ser

humano tiene de la potencia de un

determinado sonido. Como la intensidad de

un sonido se define como la cantidad de energía

(potencia acústica) que atraviesa por segundo

una superficie, a mayor potencia, por tanto,

mayor volumen.

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Espectro auditivo del ser

humano y animales

Un oído sano y joven es sensible a las frecuencias comprendidas entre los 20 Hz y los 20.000 Hz ( 20 kHz ) No obstante, este margen

varía según cada persona y se reduce con la edad (llamamos presbiacusia a la pérdida de audición con la edad).

Fuera del espectro audible:

Por encima estarían los ultrasonidos (Ondas acústicas de frecuencias superiores a los 20 kHz).

Por debajo, los infrasonidos (Ondas acústicas inferiores a los 20 Hz).

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Fenómenos

Ondulatorios

Reflexión Refracción Difracción Interferencia

s

𝑣 =2𝑑

𝑡

Eco

𝑣1 = 𝜆1𝑓

𝑣2 = 𝜆2𝑓

𝑣1

𝜆1=

𝑣2

𝜆2

Cambio de medio

1. Cambia rapidez

2. Cambia longitud de

onda

3. No cambia frecuencia

Desviación de la onda

producto de un

obstáculo o ranura

pequeña

Se produce interferencia cuando varias

ondas coinciden en un mismo punto del medio

por el que se propagan. Las vibraciones se

superponen y el estado de vibración

resultante del punto es la suma de los

producidos por cada onda.

Interferencia constructiva

Interferencia destructiva

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Reverberación

La reverberación es un fenómeno

sonoro producido por la reflexión que

consiste en una ligera permanencia

del sonido una vez que la fuente

original ha dejado de emitirlo.

Resonancia

La resonancia es un fenómeno que se

produce cuando un cuerpo capaz de vibrar

es sometido a la acción de una fuerza

periódica, cuyo periodo de vibración

coincide con el periodo de vibración

característico de dicho cuerpo (frecuencia

natural). En estas circunstancias el cuerpo

vibra, aumentando de forma progresiva la

amplitud del movimiento tras cada una de

las actuaciones sucesivas de la fuerza.

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Efecto Doppler

El efecto Doppler hace referencia a la diferencia entre la frecuencia percibida por un receptor y la frecuencia propia del

movimiento ondulatorio (sonido, luz etc.), debida al movimiento relativo entre el receptor y el emisor de la onda”. Este

efecto sucede en todo tipo de onda, incluso en las electromecánicas asociadas a la luz.

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Mecánicas Electromagnéticas

Necesitan de un medio

material (solido, liquido,

gas) para poder

propagarse. Ejemplo:

sonido, ondas sísmicas,

ondas superficiales en

líquidos, ondas en una

cuerda.

Onda transversal que puede

viajar por el vacío. Ejemplo:

Luz, ondas e radio, rayos UV,

rayos X, Ondas infrarrojas.

Transversales Longitudinales

En las ondas transversales, el

desplazamiento del medio es

perpendicular a la dirección de

propagación de la onda. Una ola en

un estanque y una onda en una

cuerda son ondas transversales que

se visualizan fácilmente.

En las ondas longitudinales, el

desplazamiento del medio es

paralelo a la propagación de la

onda. Una onda en un "slinky"

(muelle en espiral), es un buen

ejemplo de visualización. Las

ondas sonoras en el aire son

ondas longitudinales.

Ondas

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Elementos de una

Onda

Longitud de onda (λ)

Velocidad (v) Periodo y frecuencia (T y f)

Amplitud (A)

Es la distancia que hay entre

el mismo punto de dos

ondulaciones consecutivas, o

la distancia entre dos crestas

consecutivas.

También se define como la

distancia recorrida por la

onda en un periodo y/o

oscilación completa.

La amplitud es la distancia

vertical entre una cresta y el

punto medio de la onda.

Está relacionada con la

energía de la onda,

mientras mayor sea su

amplitud, mayor energía

transportara la onda.

𝑣 =𝜆

𝑇 , 𝑣 = 𝜆 ∙ 𝑓

Es la velocidad a la que se propaga el

movimiento ondulatorio. Su valor es el

cociente de la longitud de onda y su

período o la longitud de onda por su

frecuencia.

𝑓 =1

𝑇

Periodo (T): El periodo es el tiempo que tarda la

onda en ir de un punto de máxima amplitud al

siguiente.

Frecuencia (f): Número de veces que es repetida

dicha vibración por unidad de tiempo.

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Teoría corpuscular

Esta teoría se debe a Newton (1642-1726). La luz está compuesta por diminutas partículas materiales emitidas a gran velocidad en línea recta por cuerpos luminosos. La dirección de propagación de estas partículas recibe el nombre de rayo luminoso.

La teoría de Newton se fundamenta en:

Propagación rectilínea. La luz se propaga en línea recta porque los corpúsculos que la forman se mueven a gran velocidad.

Reflexión. Se sabe que la luz al chocar contra un espejo se refleja. Newton explicaba este fenómeno diciendo que las partículas luminosas son perfectamente elásticas y por tanto la reflexión cumple las leyes del choque elástico.

Explica bien:

Sombras. - Reflexión de luz. - Propagación de la luz.

Problemas con:

Refracción de luz. - Pérdida de masa de los objetos luminosos.

Teoría Ondulatoria

Teoría Ondulatoria

Esta teoría, desarrollada por Christian Huygens ( 1629-1665) ,

considera que la luz es una onda electromagnética, consistente en

un campo eléctrico que varía en el tiempo generando a su vez

un campo magnético y viceversa,

La teoría ondulatoria se fundamenta:

Origen de la perturbación. Los campos eléctricos variables generan

campos magnéticos (ley de Ampere) y los campos magnéticos

variables generan campos eléctricos (ley de Faraday). De esta forma,

la onda se auto propaga indefinidamente a través del espacio, con

campos magnéticos y eléctricos generándose continuamente

Refracción: Como la luz es una onda presenta el fenómeno de

refracción, el cual hace que la luz cambie su rapidez al cambiar de

medio, esto relacionado con el índice de refracción de la onda de luz.

Explica bien:

Refracción de luz.

Problemas con:

Propagación de la luz. (éter) - Observación de interferencia de la luz.

LUZ

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Óptica Geométrica

Espejos

Espejo Plano Espejos Curvos

Imagen virtual. Es una imagen que se

produce por la prolongación de rayos

reflejados, esta imagen no se puede

proyectar en alguna superficie.

Imagen del mismo tamaño que el objeto

Imagen formada a una misma distancia d

de la que se encuentra el objeto frente al

espejo.

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Caso 1. Objeto situado muy lejos del espejo, se formara una imagen real, de menor tamaño que el objeto e invertida.

Caso 2. Objeto situado en el centro de curvatura C, se formara una imagen real, del mismo tamaño que el objeto e invertida.

Caso 3. Objeto situado entre el centro de curvatura C y el foco F, se formara una imagen real, de mayor tamaño que el objeto e invertida.

Caso 4. Objeto situado en el foco F, no se formara imagen.

Caso 5. Objeto situado entre el foco F y el vértice del espejo P, se formara una imagen virtual, de mayor tamaño que el objeto y derecha ( no

invertida)

Espejo Cóncavo

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Espejo Convexo

Siempre la imagen será más pequeña que el objeto, imagen virtual y derecha (no invertida)

Se utilizan en los retrovisores de los autos para aumentar el campo óptico, pero existe una advertencia escrita en inglés. ”Objects in

mirror are closer tan they appear”. Los objetos están más cerca de lo que aparecen, la imagen del auto se ve más pequeña, por

esta razón se puede pensar que el auto está muy lejos.

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Óptica Geométrica

Lentes

Convergentes Divergentes

En una lente convergente los rayos de luz que están

paralelos al eje óptico convergen en el foco F2 es cual es

real, ya que se forma por la intersección de rayos

refractados.

o.

En una lente divergente los rayos de luz que están paralelos al

eje óptico divergen en el foco F1 el cual es virtual, ya que se

forma por intersección de la prolongación de rayos

refractados.

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Lente Convergente

Caso 1. Objeto situado muy lejos de la lente, se formara una imagen real, de menor tamaño que el objeto e invertida.

Caso 2. Objeto situado en el centro de curvatura C, se formara una imagen real, del mismo tamaño que el objeto e invertida.

Caso 3. Objeto situado entre el centro de curvatura C y el foco F, se formara una imagen real, de mayor tamaño que el objeto e invertida.

Caso 4. Objeto situado en el foco F, no se formara imagen.

Caso 5. Objeto situado entre el foco F y la lente, se formara una imagen virtual, de mayor tamaño que el objeto y derecha ( no invertida)

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Lente Divergente

Siempre la imagen en una lente divergente será virtual, derecha y más pequeña que el objeto.

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Instrumentos ópticos

Microscopio

Utiliza principalmente dos lentes convergentes

Telescopio Refractor

Utiliza principalmente dos lentes convergentes

Telescopio Reflector

Utiliza principalmente un espejo cóncavo

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Luz

Reflexión Refracción

Un rayo incidente sobre una

superficie reflectante, será

reflejado con un ángulo igual al

ángulo de incidencia. Ambos

ángulos se miden con respecto a

la normal a la superficie. Esta ley

se llama la ley de reflexión. En

esta situación cambia el sentido

de la rapidez de la luz, no

cambia la longitud de onda ni la

frecuencia.

𝑛 =𝑐

𝑣

Un rayo incide sobre una superficie trasluciente y la atraviesa, en este caso cambia su

velocidad y su longitud de onda , pero no cambia su frecuencia , debido a la existencia

de dos medios con distinto índice de refracción ( n ) , el cual se calcula como:

Donde “c” es la rapidez de la luz en el vacío y “v” la rapidez de la luz por el medio de

índice de refracción “n” que es una variable física sin unidad de medición.

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𝑛 =𝑐

𝑣

Un rayo incide sobre una superficie trasluciente y la atraviesa, en este caso cambia su velocidad y su longitud de onda , pero no

cambia su frecuencia , debido a la existencia de dos medios con distinto índice de refracción ( n ) , el cual se calcula como:

Donde “c” es la rapidez de la luz en el vacío y “v” la rapidez de la luz por el medio de índice de refracción “n” que es una variable

física sin unidad de medición.

Caso 1: En este caso el índice de refracción del medio 1 ( n1) es menor que el índice de refracción del medio 2 ( n2), en esta situación

el rayo de luz refractado de acerca más a la recta normal, y el ángulo de refracción 𝜃2 es menor que el ángulo de incidencia 𝜃1,

𝑛1 < 𝑛2

𝜃1 > 𝜃2

𝑣1 > 𝑣2

𝜆1 > 𝜆2

𝑛1 ∙ 𝑣1 = 𝑛2 ∙ 𝑣2

Relación inversa entre el índice y la velocidad

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Caso 2: En este caso el índice de refracción del medio 1 ( n1) es mayor que el índice de refracción del medio 2 ( n2), en esta situación

el rayo de luz refractado se aleja más de la recta normal, y el ángulo de refracción 𝜃2 es mayor que el ángulo de incidencia 𝜃1,

𝑛2 < 𝑛1

𝜃2 > 𝜃2

𝑣2 > 𝑣1

𝜆2 > 𝜆1

𝑛1 ∙ 𝑣1 = 𝑛2 ∙ 𝑣2

Relación inversa entre el índice y la

velocidad

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Reflexión Total Interna

Dispersión

cromática

Cuando un rayo de luz incide en la superficie de separación entre dos

medios, una parte de la luz se transmite y otra se refleja. Se observa

que en el caso que la luz provenga del medio con mayor índice de

refracción, solo en este caso puede experimentar una reflexión total en

la interfaz

Para un determinado ángulo, llamado ángulo crítico, nada de la luz se

transmite al otro medio y toda ella es reflejada.

El ángulo crítico es el ángulo mínimo de incidencia en un medio, en

el cual la luz se refleja totalmente.

Cuando la luz blanca se refracta dos veces, como en un prisma, se

nota bien la separación de los distintos colores que la forman. A

esta separación de la luz en colores ordenados por su frecuencia se

le llama dispersión cromática, muy conocido además como el arco

iris.

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Las ondas electromagnéticas se clasifican en regiones en un espectro de frecuencias o longitudes de onda. El espectro

electromagnético es continuo, por lo que los límites de las diversas regiones son aproximados:-Ondas de potencia-Ondas de

radio y de TV-Microondas-Radiación infrarroja (IR)-Luz visible-Radiación ultravioleta (UV)-Rayos X-Rayos gamma

Espectro

Electromagnético

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La polarización electromagnética es una propiedad de las ondas que pueden oscilar con más de una orientación. Esto se

refiere normalmente a las llamadas ondas transversales, en particular se suele hablar de las ondas electromagnéticas, aunque

también se puede dar en ondas mecánicas transversales.

Polarización de la

luz

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Movimientos (Conceptos)

Sistema de referencia

Sistema de coordenadas respecto del cual se

mueve un objeto. Supone

la posición del observador respecto al

fenómeno observado. (Plano cartesiano)

Trayectoria

Forma geométrica que tiene el camino

recorrido por un de objeto que se mueve, la

longitud de la trayectoria se llama recorrido y/o

distancia recorrida (d)

Desplazamiento

Es un vector que va desde la posición inicial

hasta la posición final del movimiento de un

objeto, por lo tanto tiene dirección, sentido y

magnitud. ∆𝒙 = 𝒙𝒇𝒊𝒏𝒂𝒍 − 𝒙𝒊𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍

𝑣 = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑑𝑎

𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜=

𝑑

𝑡

𝑣𝑚⃗⃗⃗⃗ ⃗ = 𝐷𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜

𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜=

∆𝑥

∆𝑡=

𝑥𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑥𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝑡𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑡𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

Rapidez

Es el cociente entre la distancia recorrida por un objeto (longitud de la trayectoria) y el

tiempo que se demoró en recorrer dicha distancia.

Velocidad

Es el cociente entre el desplazamiento realizado por un objeto ( ∆𝒙 = 𝒙𝒇𝒊𝒏𝒂𝒍 − 𝒙𝒊𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍 ) y el

tiempo que se demoró en realizar este desplazamiento. Es un vector ya que el desplazamiento

es un vector, por lo tanto la velocidad tiene dirección, sentido y magnitud.

Rapidez instantánea

Es la rapidez de un cuerpo en un instante de tiempo determinado y en un punto específico del

recorrido. Por ejemplo, la rapidez que lee un policía en su radar, es la rapidez instantánea que

posee el auto al cual apunta el radar.

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𝑎 = ∆𝑣𝑚⃗⃗⃗⃗ ⃗

∆𝑡=

𝑣 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑣 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝑡𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑡𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

Aceleración.

Es el cociente entre el cambio de la velocidad y el tiempo que demoro dicho cambio, por lo tanto la aceleración es un vector que

tiene sentido, dirección y magnitud. Cualquier cambio en la velocidad de un objeto, ya sea por dirección, sentido o magnitud genera una

aceleración en el objeto.

Velocidad Relativa

La velocidad relativa entre dos cuerpos es el valor de la velocidad de uno de ellos tal como la mediría un observador situado en el otro. Por

ejemplo si un automóvil A viaja a una velocidad de 80 km/hr y otro automóvil B a 100 km/hr ambos en el mismo sentido y dirección, la

velocidad con la cual vera el automóvil A mover al automóvil B será de 20 km/hr en el mismo sentido y dirección del movimiento de B.

(El auto A ve que se aleja el auto B de el a una velocidad de 20 Km/hr)

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Tipos de Movimientos

Movimiento Rectilíneo Uniforme Movimiento Rectilíneo Uniformemente

Acelerado

𝐹 𝑁𝑒𝑡𝑎 = 0

Características

Movimiento en línea recta.

Movimiento con velocidad constante ( no cambia su

sentido, dirección ni magnitud)

Movimiento con aceleración nula, esto implica que su

fuerza neta es cero.

Para que un objeto se mueva con velocidad constante es

necesario que se mueva en línea recta y en un mismo sentido,

además debe recorrer distancias iguales en tiempos iguales.

Implicancias en otras variables físicas

Momentum lineal constante.

Variación del momentum será nulo

Energía cinética será constante

Impulso será nulo.

Trabajo Neto será nulo.

𝐹 𝑁𝑒𝑡𝑎 = 𝑀𝑂𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 ∙ 𝑎

Características

Movimiento en línea recta.

Movimiento con cambios en la velocidad uniformes (solo

cambios en la magnitud de la velocidad).

Movimiento con aceleración constante distinto de cero,

esto implica que la fuerza neta que actúa sobre el objeto no

es nula y es constante.

Para que un objeto se mueva con aceleración constante es

necesario que se mueva en línea recta y en un mismo sentido,

además debe realizar cambios de velocidad iguales en tiempos

iguales.

Implicancias en otras variables físicas

Momentum lineal variable

Variación del momentum no será nulo

Energía cinética será variable

Impulso no será nulo.

Trabajo neto no será nulo.

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Gráficos en Movimientos

Movimiento Rectilíneo Uniforme

𝑣𝑚⃗⃗⃗⃗ ⃗ = ∆𝑥

∆𝑡=

𝑥𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑥𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝑡𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑡𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝑥 = 𝑥0 ± 𝑣 ∙ 𝑡

Gráfico posición-tiempo (x-t):

La resultante es una línea recta, que puede o no pasar por

cero.

La pendiente de la recta es igual a la velocidad.

La ecuación itinerario es:

Gráfico velocidad-tiempo (v-t):

La resultante es una línea paralela al eje del tiempo, que

puede ir sobre o bajo la línea del tiempo (si la velocidad es

positiva o negativa respectivamente).

La pendiente de la recta es igual a la aceleración, pero en

este caso sería nula ya que no existen cambios en la

velocidad.

𝑎 =�⃗� 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙−�⃗� 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝑡𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙− 𝑡𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 0

El área representa la distancia recorrida y/o el

desplazamiento del objeto

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Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado

𝑥 = 𝑥0 + 𝑣0 ∙ 𝑡 +1

2∙ 𝑎 ∙ 𝑡2

𝑥 =1

2∙ 𝑎 ∙ 𝑡2

Gráfico posición-tiempo (x-t):

La resultante es una parábola, que puede o no pasar por

cero.

La ecuación itinerario es:

Pero con condiciones iniciales cero (posición inicial y velocidad

inicial cero) la ecuación se reduce a.

La pendiente en cada punto de la parábola entrega

información de la velocidad en ese instante.

Gráfico velocidad-tiempo (v-t):

La resultante es una línea recta que puede o no pasar por cero.

La pendiente de la recta es igual a la aceleración y siempre es

constante distinta de cero, la cual puede ser negativa o positiva

dependiendo de cómo fueron los cambios de la velocidad.

𝑎 =�⃗� 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙−�⃗� 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝑡𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙− 𝑡𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒

El área total representa la distancia recorrida y/o el

desplazamiento del objeto ( 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝐴1 + 𝐴2)

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Leyes de Newton

La primera ley (Ley de Inercia)

Establece que un objeto permanecerá en reposo o con movimiento uniforme rectilíneo al menos que sobre él actúe una fuerza externa.

Puede verse como un enunciado de la ley de inercia, en que los objetos permanecerán en su estado de movimiento cuando no actúan

fuerzas externas sobre el mismo para cambiar su movimiento.

Inferencias de la ley.

La inercia de un objeto es la masa de este.

Un objeto quieto está en inercia y a este estado se le llama equilibrio estático (equilibrio traslacional).

En inercia la fuerza neta es nula, esto implica que.

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𝐹 𝑁𝑒𝑡𝑎 = 𝑀𝑂𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 ∙ 𝑎

La segunda ley (Ley de masa)

Establece que si sobre un objeto actúa una fuerza neta distinta de cero, el objeto se moverá con aceleración constante, por lo cual se

infiere que “ La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente

proporcional a su masa”

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�⃗� = 𝑀 ∙ 𝑔

Fuerza Peso ( Fuerza de gravedad)

Es aquella fuerza que ejerce un planeta sobre cualquier objeto que se encuentra sobre su superficie y/o al alcance de su gravedad.

En nuestro planeta esta fuerza es ejercida por el planeta tierra y es directamente proporcional a la masa. Además la aceleración a la

cual está sometida el cuerpo es la gravedad (𝑔 = 10 𝑚

𝑠2 ). Esta fuerza cambia en cualquier otra parte del universo por depender de la

gravedad que exista .Es una variable física vectorial, por depender del sentido y dirección de la gravedad que también es una magnitud

vectorial.

Fuerza Normal

Es aquella fuerza que ejercen las superficies sobre los objetos, es perpendicular a la superficie de contacto, Solo está presente si

existe contacto entre el objeto y la superficie. La condición de existencia de esta fuerza es además que la superficie de contacto sea

sólida.

�⃗⃗� = �⃗� �⃗⃗� < �⃗�

Escriba aquí la ecuación.

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32

𝐹 𝑁𝑒𝑡𝑎 = 0

𝑇1 − 𝑃 = 0

𝐹 𝑁𝑒𝑡𝑎 = 𝑀𝑂𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 ∙ 𝑎

𝑇2 − 𝑃 = +𝑀𝑂𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 ∙ 𝑎2⃗⃗⃗⃗

Fuerza de tensión

La tensión (T) es la fuerza con que una cuerda o cable tenso tira de cualquier cuerpo unido a sus extremos. Cada tensión sigue la dirección

del cable y el mismo sentido de la fuerza que lo tensa en el extremo contrario. Se supone que la cuerda es inextensible y sin masa.

Caso 1: Si el objeto esta quieto o con velocidad constante , la fuerza neta sobre el objeto es cero, por lo tanto en este caso la tension es

igual al peso del objeto.

Caso 2. Si el objeto esta subiendo con aceleracion constante, la fuerza neta no es cero y depende de la masa y aceleracion del objeto.

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33

𝐹 𝑁𝑒𝑡𝑎 = 𝑀𝑂𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 ∙ 𝑎

𝑇3 − 𝑃 = −𝑀𝑂𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 ∙ 𝑎3⃗⃗⃗⃗

Caso 3. Si el objeto esta bajando con aceleracion constante, la fuerza neta no es cero y depende de la masa y aceleracion del objeto.

Si se presenta la situacion donde dos objetos estan unidos por una cuerda y al primero objeto se le aplica una fuerza ,y el sistema acelera, se

debe entender que:

1. Ambos objetos adquieres la misma aceleracion.

2. En ambos objetos se aplica la misma tension pero en sentido opuesto.

3. La unica fuerza que actua sobre el cuerpo 2 es la tension.( en ausencia de roce)

4. Las fuerzas que actuan en el objeto 1 es la fuerza aplicada y la tension.( en ausencia de roce)

En el objeto 1 se tiene que En el objeto 2 se tiene que

𝐹 𝑁𝑒𝑡𝑎 = 𝑀1 ∙ 𝑎 𝐹 𝑁𝑒𝑡𝑎 = 𝑀2 ∙ 𝑎

𝐹 − 𝑇 = 𝑀1 ∙ 𝑎 𝑇 = 𝑀2 ∙ 𝑎

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34

Fuerzas de roce estático ( fs)

Es aquella fuerza que existe entre la superficie y el objeto mientras está quieto ( v=0 ) , esta fuerza impide que el objeto se deslice en

presencia de otra fuerza ( se opone al movimiento 9, hasta llegar a un valor máximo el cual depende del coeficiente de roce estático ( 𝜇𝑠)

entre el objeto y la superficie y de la normal ( �⃗⃗� ) de objeto. Si se supera este valor máximo el objeto comienza a moverse desapareciendo

absolutamente la fuerza roce estático.

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35

𝐹 𝑁𝑒𝑡𝑎 = 0

𝑇 − 𝑓𝑘 = 0

𝑇 = 𝜇𝐾 ∙ �⃗⃗�

Fuerza de roce cinético ( fk)

Es aquella fuerza que existe entre la superficie y el objeto mientras el objeto está en movimiento (con velocidad constante o con aceleración

constante). En el caso 1, el objeto se desplaza con velocidad constante, la fuerza neta sobre el objeto es cero, por lo tanto la fuerza de roce

cinético es igual a la fuerza aplicada, distinto es el caso 2 donde el objeto se desplaza con aceleración constante distinta de cero, en este caso

la fuerza neta no es cero.

Caso 1 (velocidad constante)

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𝐹 𝑁𝑒𝑡𝑎 = 𝑀 ∙ 𝑎

𝑇 − 𝑓𝑘 = 𝑀 ∙ 𝑎

Caso 2 (aceleración constante)

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37

𝐹 = 𝐾 ∙ 𝑥

Fuerza de elasticidad ( Ley de Hooke)

La observación de que la elongación de un resorte ( x ) (no excesivo) es directamente proporcional a la fuerza aplicada sobre él, fue hecha por Robert Hooke en 1678 y se conoce como ley de Hooke. De esta ley se establece una constante llamada la constante de

elasticidad o rigidez del resorte cuyas unidades de medida son 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛

𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠=

𝑁

𝑚 , esta constante nos entrega información sobre la fuerza

necesaria que se debe aplicar a un resorte para alongarlo o comprimirlo un metro. Mientras mayor sea esta constante, más rígido será el resorte.

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38

La tercera ley (Ley de acción y reacción)

Establece si el cuerpo A ejerce una fuerza sobre el cuerpo B (una “acción”), entonces, B ejerce una fuerza sobre A (una

“reacción”). Estas dos fuerzas tienen la misma magnitud pero sentido opuesto, y actúan sobre diferentes cuerpos.

Pares de acción y reacción

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Momentum Lineal

𝑝 = 𝑚 ∙ 𝑣

Es una magnitud vectorial (tiene

dirección, magnitud y sentido)

Se calcula como el producto y la

velocidad, por lo tanto tiene sentido

según el sistema de referencia utilizado.

Normalmente + si va hacia la derecha, -

si va hacia la izquierda.

Conservación del momentum lineal

La ley de conservación del momentum lineal indica que el momentum lineal de todo

sistema cerrado (o sea uno que no es afectado por fuerzas exteriores, y cuyas fuerzas

internas no son disipadoras) no puede ser cambiado y permanece constante en el tiempo.

�⃗⃗� 𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂 𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔

= �⃗⃗� 𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂 𝒅𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔

⇔ �⃗⃗� 𝒆𝒙𝒕𝒆𝒓𝒏𝒂𝒔= 0

�⃗⃗� 𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂 𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔

= �⃗⃗� 𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂 𝒅𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔

𝟎 = −𝒎𝑨 ∙ 𝒗𝑨 + 𝒎𝑩 ∙ 𝒗𝑩

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40

Tipos de Choques

Tipo de choque �⃗⃗� 𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂 𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔

= �⃗⃗� 𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂 𝒅𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔

𝑬𝒄𝒊𝒏𝒆𝒕𝒊𝒄𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂 𝒂𝒏𝒕𝒆𝒔

= 𝑬𝒄𝒊𝒏𝒆𝒕𝒊𝒄𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂 𝒅𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔

Elástico Si Si ( no se pierde energía ni se pegan los objetos)

Inelástico Si No (se pierde energía y no se pegan)

Totalmente inelástico Si No ( se pierde energía y se pegan los objetos)

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41

Balanceo de bolas

Una demostración popular de la conservación del momento y la conservación de la energía caracteriza a varias bolas de acero

pulido colgadas en línea recta en contacto unas con otras. Si balanceamos una bola hacia atrás y la soltamos para que golpee la

línea de bolas, veremos volar y balancearse la bola del extremo opuesto, si cogemos dos bolas, veremos volar a las dos bolas del

otro extremo y así sucesivamente.

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42

Impulso

𝐼 = ∆𝑝

𝐼 = �⃗� 𝒇𝒊𝒏𝒂𝒍

− �⃗� 𝒊𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍

𝐼 = 𝐹 ∙ ∆𝑡

El impulso está relacionado con el

cambio de momentum lineal que puede

presentar un objeto.

Además el impulso también se puede

calcular como la fuerza aplicada sobre

un objeto en un tiempo determinado

𝐴𝑟𝑒𝑎 = 𝐼 = ∆𝑝 = 𝑚 ∙ 𝑣 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

Representación Gráfica para el Impulso

En un gráfico Fuerza v/ tiempo el impulso queda representado el área bajo la curva de este

gráfico, además también esta área representa el cambio del momentum lineal y por ende

uno podría calcular incluso la velocidad final del objeto.

Siempre y cuando la velocidad inicial haya sido cero.

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43

Energías

Cinética

𝐾 = 1

2∙ 𝑚 ∙ 𝑣2

Energía del movimiento que depende de la velocidad y de la masa del objeto, se mide en Joule (J)

Los cambios de esta energía son directamente proporcionales a la masa (manteniendo la velocidad constante) y además son directamente

proporcionales al cuadrado de la velocidad (manteniendo la masa constante)

Caso 1: En este grafico la relación entre la energía cinética y la velocidad del objeto es potencial cuadrática creciente.

Caso 2: En este grafico la relación entre la energía cinética y la masa es directamente proporcional, donde la pendiente representa la mitad

del cuadrado de la velocidad la cual se mantiene constante.( 𝑃𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 =1

2∙ 𝑣2 )

Caso 3: En este caso la relación entre la energía cinética y el cuadrado de la velocidad es directamente proporcional, y la pendiente

representa la mitad de la masa la cual se mantiene constante.(𝑃𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 =1

2∙ 𝑚 )

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Potencial

Gravitacional

𝑈𝑔 = 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ ℎ

Energía que depende de la ubicación que tenga con respecto a un sistema de referencia, por lo tanto puede ser negativa o positiva,

depende de la altura o de la profundidad y de la masa del objeto, se mide en Joule (J)

Los cambios de esta energía son directamente proporcionales a la altura (manteniendo la masa y gravedad constante) y además

son directamente proporcionales a la masa del objeto (manteniendo la altura y la gravedad constantes)

Caso 1: En este grafico la relación entre la energía potencial gravitacional y la masa del objeto es directamente proporcional ( la

pendiente de este grafico representa el producto entre la altura y la gravedad, 𝑃𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝑔 ∙ ℎ).

Caso 2: En este grafico la relación entre la energía cinética y la altura es directamente proporcional (la pendiente representa el

producto entre la masa y la gravedad que es el peso del objeto, 𝑃𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝑚 ∙ 𝑔 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 ).

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Potencial Elástica

𝑈𝑒 = 1

2∙ 𝑘 ∙ ∆𝑥2

Energía de un resorte que depende de la constante de elasticidad y de la compresión y/o expansión que tiene el resorte, se mide en Joule ( J )

Los cambios de esta energía son directamente proporcionales al cuadrado de la compresión y/o expansión de un resorte (manteniendo la

constante de elasticidad constante).

Caso 1: En este grafico la relación la energía potencial elástica y la compresión y/o elongación de un resorte es potencial cuadrática creciente,

donde se mantiene constante la constante de elasticidad

Caso 2: En este grafico la relación entre la energía potencial elástica y la compresión y/o elongación al cuadrado de un resorte es

directamente proporcional, donde la pendiente es la mitad de la constante de elasticidad ( 𝑃𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 =1

2∙ 𝑘 )

Como la energía elástica está relacionada con la compresión y/o elongación de un resorte, la Ley de Hooke está presente en este caso. En un

gráfico Fuerza v/s elongación, el área es la energía elástica del resorte.

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46

Energía Mecánica

𝑬𝑴 = 𝑲 + 𝑼𝒈 + 𝑼𝒆

𝐸𝑚1 = 𝐸𝑚2 = 𝐸𝑚3 ⇔ �⃗� 𝒆𝒙𝒕𝒆𝒓𝒏𝒂𝒔 = 𝟎

La energía mecánica es la suma de todas las energías que están presentes en un objeto, esta queda definida como:

Conservación de la Energía Mecánica En un sistema mecánico que está en ausencia de roce o de fuerzas de naturaleza disipativas, la energía mecánica en cada punto del recorrido del objeto y/o en cada instante de este se mantiene inalterada.

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47

Trabajo Mecánico realizado por una

fuerza

𝑊 = 𝐹 𝑁𝑒𝑡𝑎 ∙ ∆𝑥⃗⃗ ⃗⃗

El trabajo realizado por una fuerza constante se calcula como el producto entre la fuerza y el desplazamiento:

1. W > 0, si el desplazamiento tiene el mismo sentido que la fuerza aplicada. (ejemplo al empujar una caja aplicando una fuerza y desplazando la caja en el mismo sentido de la fuerza aplicada).

2. W < 0, si el desplazamiento tiene un sentido opuesto a la fuerza aplicada. (ejemplo la fuerza de roce cinético opuesta al desplazamiento del objeto).

3. W = 0, si el desplazamiento es perpendicular a la fuerza aplicada. (la fuerza que ejerce el sol sobre los planetas, el sol no realiza trabajo sobre ellos. Un objeto que se mueve en forma circular, el trabajo de la fuerza centrípeta es cero. El peso de un objeto no realiza trabajo cuando uno lo desplaza una distancia horizontal, La fuerza normal no realiza trabajo mientras un objeto se desplaza una distancia horizontal).

4. En un gráfico fuerza versus desplazamiento, el área representa el trabajo realizado por la fuerza que logro desplazar al objeto.

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48

Trabajo Mecánico por variación de energía

cinética

𝑊 = ∆𝐾 = 1

2𝑚𝑣𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

2 − 1

2𝑚𝑣𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

2

𝐹𝑁𝑒𝑡𝑎 ∙ ∆𝑥 = ∆𝐾

𝐹𝑟𝑜𝑐𝑒 𝑐𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑜 ∙ ∆𝑥 = −∆𝐾

𝜇𝑐𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑜 ∙ 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ ∆𝑥 = ∆𝐾

El trabajo también se puede calcular según la variación de la energía cinética que sufrió el objeto, este se puede calcular como:

Si la fuerza externa fuese solo la fuerza de roce cinético, esta haría posible que el objeto redujera su velocidad por ende

realizaría un trabajo negativo sobre el objeto, disipando energía a manera de calor. Por lo tanto la expresión también podría servir para calcular la fuerza de roce cinético actuando sobre el objeto, o incluso sabiendo la masa del objeto, es posible calcular el coeficiente de roce cinético.

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49

𝑊𝑔𝑟𝑎𝑣 = 𝐹 ∙ ∆𝑥 = 𝑚𝑔(𝑦1 − 𝑦2)

Si queremos determinar el trabajo efectuado por el peso cuando el cuerpo cae de una altura y1 sobre el origen a una altura menor y2

. El peso y el desplazamiento tienen la misma dirección, así que el trabajo Wgrav efectuado sobre el cuerpo por su peso es positivo.

Esta expresión también da el trabajo correcto cuando el cuerpo sube, e y2 es mayor que y1. En tal caso, la cantidad (y1 - y2) es

negativa y Wgrav, es negativa porque el peso y el desplazamiento tienen direcciones opuestas.

Trabajo Mecánico por energía potencial

gravitacional

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50

Potencia Mecánica

𝑃 = 𝑊

𝑡= 𝐹 ∙ 𝑣 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎

Cuando la energía es utilizada en un lapsus de tiempo determinado, ya sea para realizar un trabajo, utilizada como energía

cinética, potencial o elástica, estamos en presencia de una nueva variable física denominada potencia.

Para un mismo trabajo, el tiempo que se demoró en realizar ese trabajo será una variable de importancia, ya que mientras

menos tiempo se demore en la realización del trabajo, la potencia será mayor.

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Calorimetría

Temperatura Calor

El concepto de temperatura se origina en las ideas cualitativas de

“caliente” y “frío” basadas en nuestro sentido del tacto. Un cuerpo

que se siente caliente suele tener una temperatura más alta, que

un cuerpo similar que se siente frío. Esto es un tanto vago y los

sentidos pueden engañarse. Sin embargo, muchas propiedades

de la materia que podemos medir dependen de la temperatura. La

longitud de una barra de metal, la presión de vapor en una

caldera, la capacidad de un alambre para conducir corriente

eléctrica y el color de un objeto brillante muy caliente: todo esto

depende de la temperatura.

La temperatura también se relaciona con la energía cinética de

las moléculas de un material, por lo tanto se encuentra en los

objetos.

Si metemos una cuchara fría en una taza con café caliente, la cuchara

se calienta y el café se enfría para establecer el equilibrio térmico. La

interacción que causa estos cambios de temperatura es básicamente

una transferencia de energía de una sustancia a otra. La

transferencia de energía que se da exclusivamente por una diferencia

de temperatura se denomina flujo de calor o transferencia de calor, en

tanto que la energía así transferida se llama calor, por lo tanto no

se encuentra en los objetos.

Correcto es decir que uno tiene alta temperatura.

Incorrecto es decir que uno tiene calor.

En una sala que esta hace mucho tiempo a la misma temperatura todos los objetos en su interior ya después de un buen tiempo están en

equilibrio térmico, por lo que las patas metálicas y las mesas de madera están a la misma temperatura, pero al tocar las patas de metal

uno de las siente más frías que al tocar las mesas de madera, esto es debido a que el metal es un muy buen conductor del calor al

contario de la madera, por lo tanto nuestras manos siente más frías las patas que las mesas de madera ( no quiere decir que las patas de

metal estén a más baja temperatura que las mesas de madera).

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52

Para medir la temperatura de un cuerpo, colocamos

el termómetro en contacto con él solo en una zona.

Si queremos conocer la temperatura de una taza

con café, introducimos el termómetro en él; al

interactuar los dos, el termómetro se calienta y el

café se enfría un poco. Una vez que el termómetro

se estabiliza, leemos la temperatura. El sistema

está en una condición de equilibrio, en la cual la

interacción entre el termómetro y el café ya no

causa un cambio en el sistema. Llamamos

equilibrio térmico a dicho estado.

Equilibrio Térmico

Podemos descubrir una propiedad importante del equilibrio térmico

considerando tres sistemas, A, B y C, que inicialmente no están en

equilibrio térmico. Rodeamos los sistemas con una caja aislante ideal

para que sólo puedan interactuar entre sí. Separamos A y B con una

pared aislante ideal; pero dejamos que C interactúe tanto con A como

con B. Esta interacción se indica en la figura con una barra amarilla

que representa un conductor térmico, es decir, un material que

permite la interacción térmica.

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Escalas Termométricas

Escala Celsius

Suponga que marcamos con “0” el nivel del líquido del

termómetro a la temperatura de congelación del agua

pura, y con “100” el nivel a la temperatura de

ebullición, y luego dividimos la distancia entre ambos

puntos en cien intervalos iguales llamados grados. El

resultado es la escala de temperatura Celsius (antes

llamada centígrada).

𝑇𝐹 = 9

5∙ 𝑇𝐶 + 32

∆𝑇𝐹 ≠ ∆𝑇𝐶

∆𝑇𝐹 = 9

5∙ ∆𝑇𝐶

Escala Fahrenheit

Aún usada en la vida cotidiana en Estados Unidos, la

temperatura de congelación del agua es de 32 °F (32 grados

Fahrenheit) y la de ebullición es de 212 °F, ambas a presión

atmosférica estándar.

Las variaciones en escalas Celsius y Fahrenheit no son iguales.

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54

𝑇𝐾 = 𝑇𝐶 + 273,15

∆𝑇𝐾 = ∆𝑇𝐶

Escala Kelvin

Usamos esta temperatura extrapolada a presión cero como base para una escala de temperatura, con su cero en esta

temperatura: la escala de temperatura Kelvin, así llamada por el físico inglés Lord Kelvin (1824-1907). Las unidades tienen el

mismo tamaño que las de la escala Celsius, pero el cero se desplaza de modo que 0K = - 273,15 °C y 273, 15K = 0 °C; es decir.

Además se considera importante que las variaciones o cambios en escala Kelvin son iguales a las variaciones o cambios en

escala Celsius.

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Expansión Térmica

Lineal

∆𝐿 = 𝛼 ∙ 𝐿0 ∙ ∆𝑇

Suponga que una varilla de material tiene longitud L0 a una temperatura inicial T0. Si la temperatura cambia en ΔT, la longitud cambia en ΔL.

Se observa experimentalmente que si ΔT no es muy grande (digamos, menos de 100 C°), ΔL es directamente proporcional a ΔT. Si dos

varillas del mismo material tienen el mismo cambio de temperatura, pero una es dos veces más larga que la otra, su cambio de longitud

también será del doble. Por lo tanto, ΔL también debe ser proporcional a L0. Si introducimos una constante de proporcionalidad α (diferente

para cada material llamado coeficiente de dilatación lineal), expresaremos estas relaciones en una ecuación.

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Superficial

∆𝐴 = 2 ∙ 𝛼 ∙ 𝐴0 ∙ ∆𝑇

Al existir variaciones en la temperatura ΔT de una zona superficial inicial A0, esta presentara también variaciones en superficie.

ΔA esto se puede describir como:

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57

Volumétrica

∆𝑉 = 3 ∙ 𝛼 ∙ 𝑉0 ∙ ∆𝑇

Un aumento de temperatura suele aumentar el volumen de materiales tanto líquidos como sólidos. Al igual que en la expansión

lineal, se ha visto experimentalmente que, si el cambio de temperatura ΔT no es muy grande (menos de 100 C°), el aumento de

volumen ΔV es aproximadamente proporcional al cambio de temperatura ΔT y al volumen inicial V0:

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Expansión Térmica del Agua

El agua, en el intervalo de temperaturas de 0 °C a 4 °C, se contrae al aumentar la temperatura (comportamiento

anómalo del agua). En este intervalo, su coeficiente de expansión es negativo. Por arriba de 4 °C, el agua se expande al

calentarse. Por lo tanto, el agua tiene su mayor densidad a 4 °C. El agua también se expande al congelarse, lo cual explica

por qué se forman jorobas en el centro de los compartimentos de una charola para cubitos de hielo. En cambio, la mayoría de

los materiales se contraen al congelarse.

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59

Calor

Si metemos una cuchara fría en una taza con café caliente, la cuchara se calienta y el café se enfría para establecer el equilibrio

térmico. La interacción que causa estos cambios de temperatura es básicamente una transferencia de energía de una sustancia

a otra. La transferencia de energía que se da exclusivamente por una diferencia de temperatura se denomina flujo de calor o

transferencia de calor, en tanto que la energía así transferida se llama calor, el cual se transfiere de zonas de mayor a menor

temperatura llenado finalmente a una temperatura final llamada temperatura de equilibrio.

Durante los siglos XVIII y XIX, se fue entendiendo poco a poco la relación entre el calor y las otras formas de energía. Sir James

Joule (1818-1889) estudió cómo puede calentarse el agua por agitamiento vigoroso con una rueda de paletas, la cual agrega

energía al agua realizando un trabajo sobre ella, Joule observó que el aumento de temperatura es directamente proporcional

a la cantidad de trabajo realizado.

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60

𝑄 = 𝑐𝑒 ∙ 𝑚 ∙ ∆𝑇

𝑄1 + 𝑄2 = 0

𝑐1 ∙ 𝑚1 ∙ (𝑇𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖𝑜 − 𝑇1) + 𝑐2 ∙ 𝑚2 ∙ (𝑇𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖𝑜 − 𝑇2) = 0

𝑇𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖𝑜=

𝑐1∙𝑚1∙𝑇1+𝑐2∙𝑚2∙𝑇2𝑐1∙𝑚1+ 𝑐2∙𝑚2

El calor se puede calcular sabiendo la siguiente expresión:

Donde:

ce = Calor especifico que es la cantidad de calor requerida para un aumento o disminución de temperatura de un objeto por

unidad de masa ( energía necesaria para elevar o bajar 1°C , 1 gramo de una sustancia ) , por ejemplo se requieren 4190 J

de calor para elevar la temperatura de 1 kilogramo de agua 1 C°, pero sólo 910 J para elevar en 1 C° la temperatura de 1

kilogramo de aluminio.

m = Masa del objeto o sustancia, esta unidad puede estar en kilogramos o litros dependiendo del estado de la sustancia.

ΔT = Variación de la temperatura desde la inicial hasta la final, esta última es la temperatura de equilibrio a la cual llego la

sustancia al final del proceso de transferencia de energía en forma de calor.

Equilibrio Térmico

En condiciones de equilibrio térmico la suma de las transferencias de calor es cero en un sistema asilado perfectamente, por lo

tanto todo el calor cedido es todo absorbido. De aquí se deduce la siguiente expresión matemática para dos objetos m1 y m2,

con calores específicos c1 y c2 con temperatura iniciales T1 y T2.

Se puede obtener una expresión para determinar la temperatura de equilibrio al interactuar dos objetos a través de sus

trasferencias de calor.

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61

Mecanismos de transferencia del Calor

Conducción: Si sujetamos el extremo de una varilla de cobre y colocamos el otro en una flama, el extremo que sostenemos se

calienta cada vez más, aunque no esté en contacto directo con la flama. El calor llega al extremo más frío por conducción a través

del material. En el nivel atómico, los átomos de las regiones más calientes tienen más energía cinética, en promedio, que sus

vecinos más fríos, así que empujan a sus vecinos, transfiriéndoles algo de su energía. Los vecinos empujan a otros vecinos,

continuando así a través del material. Los átomos en sí no se mueven de una región del material a otra, pero su energía sí.

Conexión: La convección es transferencia de calor por movimiento de una masa de fluido de una región del espacio a otra. Como

ejemplos conocidos tenemos los sistemas de calefacción domésticos de aire caliente y de agua caliente, el sistema de enfriamiento

de un motor de combustión y el flujo de sangre en el cuerpo. Si el fluido circula impulsado por un ventilador o bomba, el proceso se

llama convección forzada; si el flujo se debe a diferencias de densidad causadas por expansión térmica, como el ascenso de aire

caliente, el proceso se llama convección natural o convección libre.

Radiación: La radiación es la transferencia de calor por ondas electromagnéticas como la luz visible, el infrarrojo y la radiación

ultravioleta. Todos hemos sentido el calor de la radiación solar y el intenso calor de un asador de carbón, o las brasas de una

chimenea. Casi todo el calor de estos cuerpos tan calientes no nos llega por conducción ni por convección en el aire intermedio,

sino por radiación. Habría esta transferencia de calor aunque sólo hubiera vacío entre nosotros y la fuente de calor

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62

Calor en cambios de estado

El calor requerido por unidad de masa para cambiar de estado alguna sustancia se llama calor de fusión o de vaporización (o

calor latente de fusión o de vaporización), denotado con Lf y Lv.

𝑄 = ±𝑚 ∙ 𝐿𝑓 (Calor para trasformar de solido a liquido (+) o viceversa (-))

𝑄 = ±𝑚 ∙ 𝐿𝑣 (Calor para trasformar de líquido a gas (+) o viceversa (-))

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63

Cambios de estados y fases de la

materia

Los estados de la materia son: solido, líquido y gas y sus fases son: fusión (solido a liquido), solidificación (líquido a solido),

sublimación progresiva (solido a gas), sublimación regresiva (gas a solido), licuación o condensación (gas a liquido), vaporización

(líquido a gas).

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64

Modelo Cinético de

la materia

Para explicar el comportamiento de la materia y las características de los gases, los científicos propusieron, durante el siglo XIX, la

denominada "teoría cinética de los gases". Su ampliación a líquidos y sólidos dio lugar al modelo cinético-molecular de la materia.

Este modelo se basa en dos postulados fundamentales.

1. La materia es discontinua, es decir, está formada por un gran nº de partículas separadas entre sí.

2. Estas partículas materiales se encuentran en constante movimiento debido a dos clases de fuerzas: de cohesión y de repulsión

3. Las fuerzas de cohesión tienden a mantener las partículas materiales unidas entre sí.

4. Las fuerzas de repulsión tienden a dispersar las partículas y a alejarlas unas de otras.

Estado sólido Estado líquido Estado gaseoso

Predominan las fuerzas de cohesión sobre las de repulsión.

Las fuerzas de cohesión y de repulsión son del mismo orden.

Predominan las fuerzas de repulsión sobre las de cohesión.

Las partículas sólo pueden vibrar alrededor de su posición de equilibrio.

Las partículas pueden desplazarse con cierta libertad pero sin alejarse unas de otras.

Las partículas se mueven con total libertad y están muy alejadas unas de otras. Por eso los gases tienen forma variable y tienden a ocupar todo el volumen disponible.

Por esa razón los líquidos tienen volumen constante y se adaptan a la forma del recipiente.

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65

Ley de enfriamiento

de Newton

Cuando la diferencia de temperaturas entre un cuerpo y su medio ambiente no es demasiado grande, el calor transferido en la

unidad de tiempo hacia el cuerpo o desde el cuerpo por conducción, convección y radiación es aproximadamente proporcional a

la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el medio externo.

Analizando el proceso de enfriamiento y para él la velocidad de enfriamiento (cambio de temperatura en un lapsus de

tiempo) de un cuerpo cálido en un ambiente más frío cuya temperatura inicial es conocida, es proporcional a la diferencia entre la

temperatura instantánea del cuerpo y la del ambiente:

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66

Estructura interna del planeta tierra

Modelo Estático

Corteza Es la capa más externa de la Tierra en la que se encuentran los continentes océanos. Manto El manto es la capa que sigue a continuación de la corteza. Se separa en el manto externo y el manto interno. El manto externo es más fluido que el manto interno. En esta capa se concentra más del 70% de la masa del planeta tierra. Núcleo

Se divide en núcleo interno y externo. El núcleo interno se

encuentra en estado sólido y el externo en estado

líquido.

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67

Litosfera

Abarca la corteza y parte del manto. Es rígida y frágil ante

las deformaciones.

Astenósfera

Está compuesta de roca y tiene un comportamiento fluido.

Mesosfera

Está a una profundidad similar al manto interior y es

altamente rígida

Endosfera

Corresponde al núcleo.

Estructura interna del planeta tierra

Modelo Dinámico

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68

Tectónica de Placas

Según el modelo de la tectónica de placas, la litosfera está dividida en numerosos fragmentos denominados placas, que

están en movimiento y cuya forma y tamaño cambian continuamente. Se reconocen siete placas principales. Son las placas:

Sudamericana, Norteamericana, del Pacífico, África, Euroasiática, Australiana y de la Antártica.

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69

Origen de los Continentes

La Tierra es un planeta dinámico, si pudiéramos

retroceder en el tiempo, como unos mil millones

de años, encontraríamos un planeta diferente,

con una superficie completamente diferente de

la que tiene actualmente, veríamos continentes

de forma diferente y ubicados en posiciones

diferentes. Por el contrario, hace mil millones de

años, la superficie de la Luna era igual a la que

vemos hoy. La Luna, a diferencia de la Tierra,

es un cuerpo sin vida.

El primer continente, el cual posteriormente se

dividió debido a la existencia de placas en

nuestro planeta se llamaba Pangea, esto

sucedió aproximadamente hace 225 millones de

años.

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70

Límite transformante:

Las placas se deslizan rozando entre sí.

Límite divergente:

Las placas se alejan entre sí. El magma puede subir a través de

ellas formando volcanes, como además el aumento de la

superficie oceánica.

Límite convergente Las placas se acercan entre sí. Se puede producir:

Subducción: Una placa se hunde bajo la otra. Obducción: Las placas chocan levantándose.

En ambas es posible la formación de volcanes.

Movimiento de Placas

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71

La Atmosfera

La capa de gases que rodea la Tierra, no solo nos

provee el oxígeno necesario para vivir, sino que nos

protege del intenso calor proveniente del Sol y de las

radiaciones ultravioletas. Comenzó a formarse hace

unos 4600 millones de años con el nacimiento de la

Tierra. La mayor parte de la atmósfera primitiva se

habría perdido en el espacio, pero nuevos gases y

vapor de agua se fueron liberando de las rocas que

forman nuestro planeta. Los gases fundamentales

que forman la atmósfera son: Nitrógeno 78%,

Oxígeno 20%, Argón 0,9% y dióxido de carbono

0,033% (CO2).

El orden las capas de la atmosfera desde la más

cerca a tierra es el siguiente:

Troposfera

Estratosfera

Mesosfera

Termosfera

Exosfera

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72

Formación de Volcanes

Los volcanes son estructuras situadas en la

superficie terrestre, formado por la acumulación de

materiales provenientes del interior de la tierra. Un

volcán es el resultado de un complejo proceso que

incluye la formación, ascenso, evolución, emisión de

magma y deposición de los materiales volcánicos.

Los volcanes suelen formarse en las fronteras de las

placas tectónicas, tanto en las fronteras

divergentes, como en las fronteras de

convergencia. Asimismo, muchos volcanes a nivel

global se originan en los llamados “puntos calientes”,

donde el magma asciende desde la parte inferior del

manto.

El Cinturón de Fuego del Pacífico (o Anillo de

Fuego del Pacífico) está situado en las costas del

océano Pacífico y se caracteriza por concentrar

algunas de las zonas de subducción más

importantes del mundo, lo que ocasiona una intensa

actividad sísmica y volcánica en las zonas que

abarca.

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75

Formación de Cordilleras

La formación de las cordilleras ocurre gracias a

la acumulación de sedimentos. En zonas

alargadas próximas a los bordes continentales se

forman estas acumulaciones, que quedan

expuestas a varios elementos, principalmente a

los empujes laterales de las placas tectónicas

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76

Sismos

Un sismo es la vibración de la corteza de la Tierra

producida por una rápida liberación de energía. Lo

más frecuente es que los sismos se produzcan por el

deslizamiento de la corteza terrestre a lo largo de una

falla. La energía liberada irradia en todas las

direcciones desde su origen, el foco, en forma de

ondas.

El lugar donde se produce el sismo se denomina

Hipocentro, y su proyección vertical situada en la

superficie del planeta se llama Epicentro.

Los sismos se miden en dos escalas: Richter y Mercalli

Escala Richter:

Se basa en la energía liberada (Magnitud) por un sismo. La escala se

construye de forma logarítmica lo que significa que, aproximadamente, un

incremento de 0,2 en la escala Richter corresponde al doble de energía

liberada.

Se basa en la máxima amplitud de las ondas sísmicas registradas en el

sismograma de un temblor (sismógrafo). En esta escala, una diferencia de

magnitud igual a 1 entre dos sismos, equivale a un incremento de diez veces

en la amplitud de la onda sísmica. Respecto de la energía liberada en un

terremoto, cada aumento en una unidad de magnitud Richter equivale a una

liberación de energía 30 veces mayor aproximadamente.

Escala Mercalli

No se basa en los registros sismográficos, sino en el efecto o daño producido

en las estructuras y en la sensación percibida por la gente. Esto último se mide

según la intensidad del sismo asignándole una medida desde el nivel I (muy

débil) al XII (destrucción total), por lo que su numeración es en números

romanos.

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77

Ondas P:

Son ondas longitudinales que viajan a través de la Tierra. Por ser ondas longitudinales se pueden propagar por todo el interior de la

Tierra.

Ondas S:

Son ondas transversales. Se propagan más lento que las ondas P y no pueden propagarse en medios líquidos, por lo que no entran en el

núcleo externo de la Tierra.

Ondas Sísmicas

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78

Estaciones del

Año

En rigor de las estaciones en cada hemisferio no

dependen de la distancia al sol. Como el

hemisferio norte tiene más superficie sólida que

el hemisferio sur, cuando es verano en el norte la

superficie se calienta más rápido y reemite el

calor a la atmósfera, generando temperaturas

más elevadas.

Las estaciones se deben a la inclinación del eje

de giro de la Tierra respecto al plano de su

órbita respecto al sol.

Este eje se halla siempre orientado en la misma

dirección (salvo el fenómeno de la precesión) y

por tanto los hemisferio norte y sur son

iluminados desigualmente por el sol según la

época del año, recibiendo distinta cantidad de luz

solar debido a la duración del día y con distinta

intensidad según la inclinación del sol sobre el

horizonte (ya que la luz debe atravesar más o

menos la atmósfera).

Inclinación de la Tierra respecto al plano de

traslación alrededor del Sol (eclíptica). El ángulo

entre el plano de rotación y la eclíptica es de

cerca de 23,5°. La inclinación se define como el

ángulo que se forma entre el plano de la

órbita de un planeta y un plano de referencia.

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79

Teorías del origen del

Sistema Solar

Teoría de la

Acreción

Teoría de los

Proto-planetas

Teoría Laplaciana

Moderna

Teoría de la

captura

El Sol, ya formado, pasa

a través de una nube de

polvo interestelar. Al

salir, arrastro con ´el

parte de ese polvo lo

que daría origen a los

planetas.

De una nube interestelar se

forman varios cúmulos de gas

muy densos. Algunos de ellos

formarán las estrellas que, por

venir de partículas de polvo

con movimiento aleatorio,

tienen velocidades angulares

extremadamente pequeñas.

Los cúmulos de polvo más

pequeños, que son capturados

por los más grandes, formarían

los planetas. La velocidad

rotacional mayor se explica

diciendo que en la formación

planetaria parte del material se

escapa, produciendo los

satélites y una mayor rotación

El Sol, en algún momento de

su vida, pasa muy cerca de

una Proto-Estrella quitándole

material de su superficie.

Entonces, el Sol tendría una

velocidad angular pequeña

dada por sus orígenes. Los

planetas interiores se explican

por la colisiones de varios

protoplanetas cercanos al Sol,

los que pueden tener orígenes

variados (de los inicios del Sol,

de la Proto-Estrella, etc), y los

planetas exteriores con sus

satélites se forman del material

extraído de la Proto-Estrella.

La teoría original de Laplace proponía que

el Sol y los planetas se formaron de una

nebulosa que, al rotar, se condenso en un

núcleo masivo central que formaría el Sol

y anillos que lo rodeaban que darían

origen a los planetas. Este modelo es

capaz de explicar la mayor parte de las

características mencionadas en la

pregunta anterior, pero el mayor problema

que tiene es explicar la baja velocidad de

rotación del Sol; problema que tienen

todos los modelos que le dan un mismo

origen a los planetas y al Sol. Por esto

´último se propone una versión más

moderna, donde se asume la existencia

de granos de polvo sólidos en el

condensado central (cuando el Sol aún

estaba en formación) que lo frenarían. A

medida que el condensado se contrae y

calienta, estos granos de polvo se

evaporan poco a poco hasta que todos

desaparezcan y el Sol se forme por

completo

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80

Teoría Nebulosa planetaria

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81

Planetas

Interiores

Planetas

Exteriores

Los planetas interiores que componen al sistema solar son

sólidos, con una composición principalmente rocosa y

metálica, estos son: Mercurio, Venus, Tierra y Marte.

Distancia al Sol (km)

Radio (km)

Periodo orbital (días)

Periodo rotacional

(horas)

Mercurio 58 millones

2.440 88 1.400

Venus 108 millones

6.050 224 5.800

Tierra 150 millones

6.370 365 24

Marte 228 millones

3.390 687 24

Los planetas exteriores que componen al sistema solar son

planetas formados por gas, aunque es posible que más cerca

de su centro se encuentre materia en estado líquido o sólido.

Estos son: Jupiter, Saturno, Urano y Neptuno.

Distancia al Sol (km)

Radio (km)

Periodo orbital (días)

Periodo rotacional

(horas)

Júpiter 779 millones

70.000 4.333 10

Saturno 1.500 millones

58.000 10.759 11

Urano 2.900 millones

25.300 30.687 17

Neptuno 4.500 millones

24.600 60.190 16

Sistema Solar

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82

Sistema Solar

Cometas Asteroides

Un cometa es un cuerpo formado por hielo de

gases y roca sólida. Cuando el cometa se acerca

al Sol el hielo se sublima y se forma una cola

que apunta en sentido opuesto al Sol.

Los asteroides son cuerpos rocosos que orbitan

alrededor del Sol entre Marte y Júpiter. Algunos

están compuestos de hierro (90%) y el resto de

níquel. Otros son solamente de piedra y algunos

contienen piedra y hierro.

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83

Origen de la

Luna

La teoría del gran impacto (en inglés Giant

impact hypothesis, Big Whack o Big Splash) es la

teoría científica más aceptada para explicar la

formación de la Luna, que postula que se originó

como resultado de una colisión entre la joven

Tierra y un protoplaneta del tamaño de Marte,

que recibe el nombre de Tea.

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84

Fases de la Luna

Un ciclo lunar es el lapso de 29.5 días durante los cuales se observan todas las fases. Al término de la última fase, el ciclo

se repite y así sucesivamente, siempre en el mismo orden. Las 4 formas más conocidas son la luna nueva, la luna llena, el

cuarto menguante y el cuarto creciente, pero existen otras intermedias

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85

Eclipses

Lunares Solares

La Tierra se interpone entre el Sol y la Luna, oscureciendo a

esta última. La Luna entra en la zona de sombra de la Tierra.

Esto solo puede ocurrir en luna llena. Los eclipses lunares se

dividen a su vez en totales, parciales y penumbrales,

dependiendo de si la Luna pasa en su totalidad o en parte por el

cono de sombra proyectado por la Tierra, o si únicamente lo

hace por la zona de penumbra

La Luna oscurece al Sol, interponiéndose entre él y la

Tierra. Esto solo puede pasar en luna nueva. Los eclipses

solares se dividen a su vez en totales, parciales y

anulares.

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86

Modelos

Planetarios

Modelo de

Aristóteles

Modelo de

Ptolomeo

Modelo de

Copérnico

Es un modelo geocéntrico, donde la

tierra está en el centro del sistema solar

y los planetas orbitando en torno a ella.

Es un modelo geocéntrico, donde la

tierra está en el centro del sistema solar y

los planetas orbitando en torno a ella. Se

identifican las lunas orbitando en torno a

cada planeta

Es un modelo heliocéntrico, donde el sol

está en el centro del sistema solar.

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87

El cuadrado del período orbital de un

planeta (T) es proporcional al cubo

de la distancia media desde el Sol

(a).

G=6,67x10-11Nm2/Kg2 (Constante

gravitacional)

M= Masa del sol o astro central

Leyes de Kepler

Primera Ley Segunda Ley Tercera Ley

Ley Gravitacional

de Newton

Los planetas se mueven alrededor del

Sol en orbitas elípticas, con el Sol en

un foco. El punto más cercano se

llama Perihelio (en este punto se

alcanza la mayor rapidez en un

planeta). Y el punto más lejano se

llama Afelio.

El hecho que un planeta este más o

menos cerca del sol no es un factor

determinante en las estaciones del

año.

La línea que conecta el Sol con un

planeta barre áreas iguales en

tiempos iguales.

Si 𝒕𝟏 = 𝒕𝟐 ⇔ 𝑨𝟏 = 𝑨𝟐

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88

𝑮 = 𝟔, 𝟔𝟕 ∙ 𝟏𝟎−𝟏𝟏 𝑵 ∙ 𝒎𝟐

𝑲𝒈𝟐

Esta ley establece que la magnitud de la fuerza gravitacional entre dos cuerpos es directamente proporcional al producto de

las masas e inversamente al cuadrado de la distancia que las separa.

Donde “G” es la constante gravitacional que no cambia en ninguna parte del universo y cuyo valor es:

Ley Gravitacional de

Newton