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NOCIONES DE FÍSICA PARA CIENCIAS NATURALES de EBG3 (Para 8° y 9° año/1° y 2° del CBS)

Fabiana Aida del Valle Soria

NOCIONES DE FÍSICA PARA CIENCIAS NATURALES

De




NOCIONES DE FÍSICA PARA

CIENCIAS NATURALES De


© 2011 Lulu, Inc.

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ISBN: 978-1-4583-7386-1



Contenido NOCIONES DE ELECTROSTÁTICA ................................................................................. 4

FENÓMENOS ELECTROSTÁTICOS.......................................................................... 4

CONCEPTO DE CARGA ELÉCTRICA. FUERZAS ATRACTIVAS Y REPULSIVAS ... 5

CAMPO MÁGNETICO ....................................................................................................... 6

CONCEPTO.......................................................................................................................6

EFECTOS DE LOS IMANES Y CONFORMACIÓN DE LAS LÍNEAS DE CAMPO............. 7

DISEÑO, PLANIFICACIÓN Y EJECUCIÓN DE EXPERIMENTOS DE FENÓMENOS ELECTROSTÁTICOS Y MAGNÉTICOS ESTUDIADOS .................................................... 8

APLICACIONES TECNOLÓGICAS Y CONSECUENCIAS EN EL CONFORT DE LA VIDA DEL HOMBRE ................................................................................................................. 13



CONTENIDOS DE 9°AÑO (EX EGB3)/2° AÑO (CBS)

NOCIONES DE ELECTROSTÁTICA

FENÓMENOS ELECTROSTÁTICOS ¿Qué es la electrostática? Quizá al conocer la etimología de la lengua castellana pensarás, cargas eléctricas en reposo… y tengo una buena noticia para ti mí querido alumno estudiante que estas en rol de lector, ¡Es correcta tu apreciación! Ahora quiero preguntarte ¿Cuántos tipos de cargas conoces? Si me dices que cargas positivas y negativas, tu afirmación también está bien. La carga positiva se llama protón y la negativa se llama electrón. Y ¿Qué será que mantiene unidas o alejadas estas partículas eléctricas?, la respuesta es la fuerza electrostática. Por lo tanto puedo decirles que Electrostática es una rama de la física que se encarga del estudio de las cargas eléctricas, las fuerzas ejercidas entre ellas y su comportamiento en los materiales. Ejemplo: la descarga de un rayo es una fenómeno de naturaleza electrostática natural producido durante una tormenta eléctrica acompañada de emisión de luz (relámpago), y la electricidad que pasa a través de la atmosfera calienta y se expande en el aire con rapidez, produciéndose un ruido denominado trueno. Las fuerzas eléctricas provienen las partículas subatómicas que te he mencionado al principio: protones (cargados positivamente) y electrones (cargados negativamente) además de los neutrones (partículas subatómicas sin carga o carga neutra). ¿Qué piensas sobre esta dualidad de cargas? ¿Qué pasará? ¿Por qué en las pilas se une un extremo a un polo positivo y el otro extremo al negativo? La respuesta es que hay una ley universal que dices que cargas de igual signo de repelen y cargas de diferente signo se atraen.



CONCEPTO DE CARGA ELÉCTRICA. FUERZAS ATRACTIVAS Y REPULSIVAS La fuerza electrostática esta definida mediante una ecuación matemática que refleja este comportamiento dispar entre las cargas. Esa ecuación se llama Ley de Coulomb.

Donde, Fe es la fuerza eléctrica (ley de Newton) K es una constante universal (K=9*109 N/m2C2), q1 y q2 son cargas eléctricas y r2 es la distancia entre ellas (m). No te asustes con la ecuación que eso aclara mucho el panorama, observa los gráficos siguientes, analiza cualitativamente la ecuación y resuelve los siguientes problemas.

Figura 1: Cargas eléctricas positivas y negativas. En la imagen superior, se representa la atracción y en las dos de la parte inferior la repulsión. Problemas resueltos Si K=1/ε0/4π, la constante de proporcionalidad. Calcula la constante de permisividad en el vacío ε0. Solución:

+

-

+ +

- -



Se tienen dos cargas q1=2C y q2=5C, separadas unas distancia de 10 cm en el vacio. Calcular la fuerza (N), que actúa entre las cargas. ¿Qué ocurre si se duplica la distancia entre las cargas? Solución:

La fuerza disminuye la cuarta parte

CAMPO MÁGNETICO

CONCEPTO Es la fuerza aplicada sobre una carga eléctrica en movimiento o bien fuerza magnética aplicada por cada unidad de carga en movimiento.

B es un vector que hace referencia al campo magnético. F es fuerza, otro vector. q es una carga eléctrica. v es el vector velocidad. El campo magnético se mide en Tesla.



Tienes que tener en cuenta que la B es proporcional a la fuerza F e inversamente proporcional a q y a v.

EFECTOS DE LOS IMANES Y CONFORMACIÓN DE LAS LÍNEAS DE CAMPO

Observa el imán de la figura, los polos norte y sur.

Figura 2: Imán

Un imán es un dispositivo con un campo magnético significativo de modo que tiende a alinearse con otros imanes (por ejemplo, el campo magnético terrestre). En 1.820 fue Oersted quien mencionó que una corriente eléctrica puede generar un campo magnético. Como ya he mencionado los imanes tienen dos polos, norte y sur. Polos iguales se repelen y polos diferentes se atraen.



Figura 3: Líneas de campo de un imán Hay dos polos opuestos que crean líneas de fuerza que van de uno a otro.

DISEÑO, PLANIFICACIÓN Y EJECUCIÓN DE EXPERIMENTOS DE FENÓMENOS ELECTROSTÁTICOS Y MAGNÉTICOS ESTUDIADOS

Experimento 1: Hipótesis: Todos los cuerpos pueden cargarse eléctricamente. Objetivo: Verifica que la fuerza electrostática puede ser de repulsión o de atracción dependiendo de sí las dos cargas tienen el mismo signo o signos contrarios.

Material: Lana de borrego, regla de meta , palitos de madera, globos

, papel desechable, confeti , goteros de vidrio , sal de mesa ,

corcho, bolígrafo en plástico sin la refacción con tinta , hilo de cáñamo ,

cacahuates naturales con cáscara , franela nueva , cinta adhesiva transparente y ancha, pañuelo de seda, 2 acetatos, unicel y recipiente de vidrio

. Metodología 1. Acetato pegajosos · Colocar 2 acetatos en la mesa y frotarlos varias veces con la lana de borrego · Toma los acetatos por una orilla, uno en cada mano · Acerca los lados frotados sin que se toquen. · Voltea los acetatos y acercar los lados no frotados. · Haz exactamente lo mismo sólo que ahora con la cinta adhesiva 2. Confetis saltarines · Esparce en un recipiente de vidrio un puñado de confeti.



· Frota un acetato con el pañuelo de seda varias veces · Pon la cara del acetato frotado sobre el recipiente de vidrio

3. Globo atrayente · Pon sal sobre una hoja de papel. · Infla un globo y anúdalos. · Frotar la punta del globo con la franela. · Acerca la punta del globo a la sal. · Ver el globo con la sal pegada.

4. Papel bailarín · Haz pequeños rollitos con el papel desechable. · Pela los manís y colecta únicamente las cáscaras rojas internas y delgadas desechando las externas. · Colocar sobre la mesa los rollitos de papel. · Frota un globo inflado sobre el cabello de la cabeza. · Acercar la parte del globo frotado sobre los rollitos sin tocarlos y ver como se paran · Mover el globo lentamente hacia los lados para que se muevan los rollitos. · Poner por otro lado las cáscaras rojas de los manís. · Repite la frotación del globo en la cabeza varias veces. · Acerca el globo a las cáscaras y alejarlo un poco para dar lugar a que varias cáscaras se atraigan entre si.

5. Movimiento de objetos · Amarra con hilo largo de cáñamo por separado, un trozo de unicel, un palito, la parte de vidrio del gotero, la regla de metal, el corcho y la parte de plástico del bolígrafo. · Cuelga separadamente del techo los hilos con los diferentes materiales. · Frota con la franela un globo inflado y acercarlo a un extremo de uno de los materiales a la vez. · Repite la operación con cada uno de los materiales. · Frota el globo cada vez con la lana, la cabeza y el pañuelo de seda y acercarlo a todos los materiales.

Variantes Repetir los experimentos cambiando a trozos de papel aluminio, popotes, paja; frotar 2 globos y acercarlos, frotar dos reglas de metal y acercarlas, frotar dos goteros de vidrio y acercarlos, en estos 2 últimos casos un extremo de los materiales tiene que ser tomada con guantes o ponerles un poco de cinta adhesiva.

Conceptos revisados Carga eléctrica, electricidad, electrostática, electrodinámica, tipos de carga eléctrica, teoría atómica, electrones, protones, neutrones, iones, ionización, polarización, atracción eléctrica, repulsión eléctrica, conductores y semiconductores eléctricos, condensadores o capacitores eléctricos, dieléctricos o aislantes eléctricos, resistencias eléctricas, los organismos vivos como conductores eléctricos.



Conclusiones · Todos los cuerpos se cargan eléctricamente por frotamiento · La carga depende de la pérdida o ganancia de electrones de los átomos que compongan al objeto · Los cuerpos constituidos del mismo material se cargan eléctricamente con cargas del mismo signo y al acercarse se repelen. · Las cargas de un material si permanecen en el mismo sitio se conocen como electrostáticas. · Las cargas eléctricas se pueden desplazar sobre un material y se conocen como electrodinámicas, al material se le llama conductor. · Los seres vivos conducen la electricidad.

Experimento 2: Objetivo: Verificar como ocurren los fenómenos magnéticos. Hipótesis: Dentro del magnetismo ocurren fenómenos con cargas eléctricas estáticas y con cargas eléctricas en movimiento.

Material: Pila de 9 V , Cable de cobre, Un clavo mediano ,

Globo , 2 imanes de barra, Ajo, Confeti, Un clip ,Limadura de hierro,

Bolsa de plástico , pequeña Cinta adhesiva transparente y Brújula. METODOLOGÍA 1.-DETERMINACIÓN DE LOS POLOS DE UN IMÁN - Toma la brújula y colócala en la palma de la mano. - Gira el cuerpo lentamente haciendo un círculo sin dejar de ver la brújula. - Determina cual es el norte geográfico terrestre. - Colocar la brújula sobre una mesa. - Tomar un imán de barra y acercar en forma vertical uno de sus extremos sobre el norte de la brújula y así determinar el polo. - Da vuelta el imán y acercarlo en la misma forma al norte de la brújula. - Toma los 2 imanes de barra y haz que se toquen. -Vuelve a dar vuelta uno de los imanes y vuelve a hacer que se toquen - Una vez que se vea cuales son los polos que se atraen, se etiquetan con el marcador con N y S. 2.- CAMPO MAGNÉTICO - Coloca dentro de la bolsa de plástico un poco de limadura de hierro y cerrarla con la cinta adhesiva.



- Sostiene la bolsa en forma horizontal con las 2 manos. - Un compañero debe tomar un imán de barra y colocarlo por debajo de la bolsa de plástico con la limadura. - Mueve la bolsa de tal manera que un poco de la limadura rodee al imán. - Observa la figura que se forma. - Quita el imán y revuelve la limadura. - Repite todo pero ahora usando los 2 imanes con sus polos N y S separados un poco - Voltea uno de los imanes para que sus polos queden N y N - En todos los casos observar las figuras que se forman y dibujar los campos magnéticos. 3.- FABRICANDO UN ELECTROIMÁN - Quitar el recubrimiento de plástico del cable y dejar libre el alambre de cobre - Darle vueltas para que se tuerza - Conectar un extremo de alambre a un polo de la pila dándole vueltas - Enrollar con el alambre un clavo dejando libre únicamente la cabeza del clavo - Conectar el otro extremo del cable al otro polo de la pila como en la figura 1 - Acercar la cabeza del clavo al clip, anotar sus observaciones. - Desconectar un extremo del cable y anotar qué sucede con el clip

4.- COMPARACIÓN CON UN IMÁN PERMANENTE - Acerca un imán de barra a un clip. - Agítalo. - Haz lo mismo pero con el electroimán. - Observa las diferencias.



5.- ATRACCIÓN POR FROTAMIENTO - Coloca un poco de confeti sobre la mesa - Inflar un globo. - Frota el globo inflado en los cabellos de algún compañero. - Acercar el globo al confeti sin que se toquen. - Anota las observaciones. 6.- CONJURO ALQUIMISTA CONTRA UN IMÁN PREMANENTE - Frota un imán con un ajo. - Acerca el imán a la limadura de hierro. - Anota las observaciones. Conceptos por revisar Imán permanente, electrostática, magnetismo, electroimán, campo magnético, magnetita, cargas, brújula y electricidad. Variantes Cambiar el clavo por una varita de aluminio, el cable de cobre por un alambre delgado de hierro, la limadura de hierro por trozos de plomo y el ajo por aceite de cocina.

Un campo magnético ejerce una fuerza sobre una carga en movimiento pero no sobre una partícula cargada estacionaria, la magnitud de la fuerza es proporcional a la carga y a la magnitud del campo magnético. Un campo magnético rodea a cualquier sustancia magnética y se puede visualizar usando limadura de hierro, que se alinea de forma tangente a las líneas de campo como pequeñas agujas de una brújula. Antes de que se entendiera la relación de las interacciones magnéticas con las cargas en movimiento, las interacciones de los imanes permanentes y las agujas de las brújulas se describieron en términos de polos magnéticos. La Tierra es un imán, su polo norte geográfico está cerca de un polo sur magnético, por eso el polo norte de una brújula apunta hacia el norte, si un imán permanente con forma de barra se deja girar libremente, uno de sus extremos apuntará hacia el polo norte y el otro hacia el sur, siguiendo la regla de que polos opuestos se atraen. El concepto de polo magnético puede parecer similar al de carga eléctrica y los conceptos de polo norte y polo sur a los de carga negativa y positiva; pero la analogía es errónea porque existen las cargas positivas y negativas separadas, pero no hay evidencias de que exista un solo polo magnético aislado, siempre aparecen en pareja. La primera prueba de la relación del magnetismo con las cargas eléctricas en movimiento fue descubierta en 1819 por el científico danés Hans Christian Oersted, quien encontró que la aguja de una brújula era desviada por un cable por el que circulaba corriente. Ahora sabemos que las fuerzas magnéticas entre dos cuerpos se deben principalmente a la interacción entre los electrones en movimiento de los átomos de los cuerpos; dentro de un cuerpo magnetizado, como



un imán permanente, existe un movimiento coordinado de algunos electrones. Un campo magnético que cambia produce un campo eléctrico y un campo eléctrico variable origina un campo magnético, esto ha proporcionado métodos para formar los electroimanes tan útiles para mover grandes cantidades de chatarra.

Resumiendo, se pueden tener las siguientes conclusiones: 1.- La atracción de los cuerpos es un fenómeno de cargas. 2.- En algunas atracciones las cargas son estáticas. 3.- En el magnetismo la atracción es por cargas en movimiento. 4.- El magnetismo se puede inducir e impedir. 5.- Los fenómenos magnéticos tienen una gran aplicación en la vida cotidiana.

APLICACIONES TECNOLÓGICAS Y CONSECUENCIAS EN EL CONFORT DE LA VIDA DEL HOMBRE

El descubrimiento del los fenómenos de electricidad y magnetismo, de la conjunción de ambos que no es otra cosa que la fuerza electromagnética trajo consecuencias en la vida del hombre como el uso de bombillas eléctricas, el telégrafo, teléfono, radiófonos, radios, computación, CD-ROM, etc., a los largo de siglo XX cuando las aplicaciones tecnológicas fueron mejoradas en la era de la electrónica (década de los 60) y luego en la era digital y mas recientemente en la era de la sociedad de la información. Todo lo mencionado contribuyo al confort ya que se disponen en los hogares (a pequeña escala), en las pequeñas empresas y en la industria de dispositivos de dicha naturaleza. Tú en tu hogar dispones de muchos electrodomésticos que se basan en estos principios, desde la conexión de corriente alterna hasta los electrodomésticos y los equipos de música y de telefonía fija y celular que en los casos de equipos avanzados se combinan con otras tecnologías. Es que todo descubrimiento científico implica su posterior uso por parte de los hacedores de la tecnología. No obstante muchos de los dispositivos que se usan en el armado de los equipos, tienen componentes que luego pueden contaminar el medio ambiente. Ej. El uso de baterías, los diferentes plásticos, etc., los cuales no se pueden desintegrar en corto plazo. Por tanto es importante que tomes conciencia y hagas un uso racional de esto y cuando te toque desechar un equipo busque información y sigas determinado protocolo para proteger tu ambiente. Ej.: Las baterías contienen plomo y este elemento es desintegración a largo plazo y puede contaminar las napas subterráneas. Podemos decir que la revolución que está sufriendo el mundo en el campo tecnológico y que afectará sin duda toda la vida cultural, política y social de lo que resta del siglo y del subsiguiente, es producto en gran medida del avance de la física. Esto se ve de manera particular en el desarrollo de la microelectrónica y de otras áreas de alta tecnología que



utilizan los principios del electromagnetismo en el diseño de aparatos y sistemas de información, medición, etc. Asimismo, la creación de nuevos materiales y su aplicación se basa en gran medida en el conocimiento logrado en el electromagnetismo y la mecánica cuántica.

Por supuesto que el magnetismo halló aplicación desde el siglo pasado. El teléfono y el telégrafo alrededor de 1880 eran aparatos activados por baterías y, basados en el descubrimiento de Oersted, las grandes aplicaciones a la ingeniería de la inducción electromagnética son el motor eléctrico y la dínamo. El mismo Henry, codescubridor de la inducción electromagnética, había construido un motor en 1831 y diseñado juguetes primitivos. Edison inventó un generador bipolar en 1878, un año antes de inventar el filamento de luz eléctrico. El hecho de que hubiera un generador de potencia hizo que el uso de luz eléctrica se difundiera rápidamente. Con el experimento de Hertz se sentaron las bases para la transmisión inalámbrica de ondas de radio. De la misma forma, aparatos como la radio y la televisión utilizan muchos de los conocimientos que sobre electromagnetismo se generaron en las primeras decenas del siglo XX.

Las aplicaciones que se realizan en la actualidad son variadísimas y la ciencia del magnetismo se ha vuelto central en nuestra tecnología como medio ideal de almacenamiento de datos en cintas magnéticas, discos magnéticos y burbujas magnéticas. Además, se empieza a aplicar en la medicina. Como ya lo mencionamos, el desarrollo de nuevos materiales y su aplicación a modernas tecnologías es uno de los dínamos que mueven a la sociedad posindustrial representada por los Estados Unidos y, sobre todo, por Japón, donde, por cierto, la llegada de Ewing a fines del siglo pasado motivó un esfuerzo sin precedente de Honda para desarrollar el estudio del magnetismo. Por su parte, los otros países desarrollados también poseen un gran acervo de conocimientos para obtener un considerable avance en el campo. En cuanto a los países subdesarrollados el gran desafío consiste en utilizar en forma óptima los escasos recursos (sobre todo humanos) que se tienen para no quedar a la zaga de esta explosión científica y tecnológica.

A continuación presento en forma selectiva algunos de los usos del magnetismo en diversas áreas. Esta descripción no pretende cubrir todos los temas de aplicación del magnetismo, ni mucho menos asegurar que los temas que tratamos están desarrollados exhaustivamente. Sólo queremos presentar un panorama de las inmensas posibilidades que en este campo existen cuando la ciencia y la tecnología se conjugan en forma imaginativa. Para esto examinaremos el área de nuevos materiales magnéticos sólidos, los ferrofluidos, la tecnología en informática basada en el magnetismo, la resonancia magnética nuclear en la medicina y el efecto de campos magnéticos en tecnología nuclear. Sin duda hay una revolución que tendrá un efecto mayor que la Revolución Industrial y cuyas consecuencias nadie puede prever. El humilde comienzo del magnetismo como ciencia ha desembocado hoy en un torrente de conocimiento que la humanidad debe saber controlar.



CONTENIDOS DE 8°AÑO (EX EGB3)/1° AÑO (CBS)

Contenido

LEYES DE NEWTON....................................................................................................... 16

LUZ.................................................................................................................................. 16

FENÓMENOS ONDULATORIOS.............................................................................. 16

REFRACCIÓN, REFLEXIÓN Y DIFRACCIÓN................................................................. 17

CALOR Y TRABAJO........................................................................................................ 20

EQUIVALENCIA ENTRE CALOR Y TRABAJO......................................................... 20

ENERGÍA......................................................................................................................... 20

TIPOS DE ENERGÍA ................................................................................................ 21



LEYES DE NEWTON Isaac Newton (1643 - 1727) fue un eminente matemático y físico británico autor de la ley de la gravitación universal. Fue el quien formuló las leyes de la dinámica que llevan su nombre.

Esas tres leyes son:

Primera ley de Newton o ley de la Inercia: Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o con movimiento rectilíneo uniforme a menos que actúen otros cuerpos sobre el.

Segunda ley de Newton o segunda ley fundamental de la dinámica: La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a su aceleración. F= ma (siendo F, la fuerza; m, la masa y a, la aceleración).

Tercera ley de Newton o Principio de acción y reacción: Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro este ejerce sobre el primero una fuerza igual y de sentido opuesto.

LUZ

FENÓMENOS ONDULATORIOS Te preguntarías ¿Qué es la luz? Una buena pregunta te diría porque en realidad lo es. La luz como se descubrió en los últimos decenios, es una onda y una partícula, es decir su naturaleza es dual. Es decir a pesar de su carácter ondulatorio también es un haz de fotones (partícula de luz).

La se la puede también definir como una radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. En física específicamente la luz se considera que abarca todo el espectro electromagnético siendo la luz visible el rango de correspondiente a las longitudes de onda visibles por el ojo humano.

En cuanto a los fenómenos ondulatorios, la luz al tener una naturaleza ondulatoria, presenta un fenómeno como conocido como fenómeno de interferencia. Las ondas debes saber se caracterizan por tener amplitud (el máximo de un pico en un perfil en coordenadas X-Y), además de longitud de onda (distancia entre dos máximos). Lo que nos permite explicar este fenómeno es el principio de superposición de ondas: si están en fase las crestas de las ondas coinciden y formaran una interferencia constructiva y si hay un máximo desfasaje se dicen que la interferencia es destructiva, anulándose la onda.



Figura 1: Interferencia

Velocidad de la luz

Se ha comprobado experimentalmente que la luz tiene una velocidad finita, la cual es una constante universal que se denota con la letra c. Actualmente el valor exactamente medido es 299.792.458 m/s.

La velocidad de la luz al propagarse a través de la materia es menor que a través del vacío y depende de las propiedades dieléctricas del medio y de la energía de la luz. La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en un medio se denomina índice de refracción del medio:

REFRACCIÓN, REFLEXIÓN Y DIFRACCIÓN

La refracción es el cambio brusco de dirección que sufre la luz al cambiar de medio. Este fenómeno se debe al hecho de que la luz se propaga a diferentes velocidades según el medio por el que viaja. El cambio de dirección es mayor, cuanto mayor es el cambio de rapidez, ya que la luz prefiere recorrer las mayores distancias en su desplazamiento por el medio que vaya más rápido. La ley de Snell relaciona el cambio de ángulo con el cambio de rapidez por medio de los índices de refracción de los medios.



Figura 2: Onda de luz.

Como la refracción depende de la energía de la luz, cuando se hace pasar luz blanca o policromática a través de un medio no paralelo, como un prisma, se produce la separación de la luz en sus diferentes componentes (colores) según su energía, en un fenómeno denominado dispersión refractiva. Si el medio es paralelo, la luz se vuelve a recomponer al salir de él. Observa la figura.

Ejemplos muy comunes de la refracción son la ruptura aparente que se ve en un lápiz al introducirlo en agua o el arco iris.

Figura3: Prisma por medio del cual se descompone la luz blanca (colores del espectro visible al ojo humano)

Una de las propiedades de la luz más notoria a simple vista es que se propaga en línea recta. Lo podemos ver, por ejemplo, en la propagación de un rayo de luz a través de ambientes polvorientos o de atmósferas saturadas. La óptica geométrica parte de esta premisa para predecir la posición de la luz, en un determinado momento, a lo largo de su transmisión.

De la propagación de la luz y su encuentro con objetos surgen las sombras. Si interponemos un cuerpo opaco en el camino de la luz y a continuación una pantalla,



obtendremos sobre ella la sombra del cuerpo. Si el origen de la luz o foco se encuentra lejos del cuerpo, de tal forma que, relativamente, sea más pequeño que el cuerpo, se producirá una sombra definida. Si se acerca el foco al cuerpo surgirá una sombra en la que se distinguen una región más clara denominada penumbra y otra más oscura denominada umbra.

Sin embargo, la luz no siempre se propaga en línea recta. Cuando la luz atraviesa un obstáculo puntiagudo o una abertura estrecha, el rayo se curva ligeramente. Este fenómeno, denominado difracción, es el responsable de que al mirar a través de un agujero muy pequeño todo se vea distorsionado o de que los telescopios y microscopios tengan un número de aumentos máximo.

Al incidir la luz en un cuerpo, la materia de la que está constituido retiene unos instantes su energía y a continuación la remite en todas las direcciones. Este fenómeno es denominado reflexión. Sin embargo, en superficies ópticamente lisas, debido a interferencias destructivas, la mayor parte de la radiación se pierde, excepto la que se propaga con el mismo ángulo que incidió. Ejemplos simples de este efecto son los espejos, los metales pulidos o el agua de un río (que tiene el fondo oscuro).

La luz también se refleja por medio del fenómeno denominado reflexión interna total, que se produce cuando un rayo de luz, intenta salir de un medio en que su rapidez es más lenta a otro más rápido, con un determinado ángulo. Se produce una refracción de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente. Esta reflexión es la responsable de los destellos en un diamante tallado.

Figura 4: Pez reflejado.

Cuando la luz es reflejada difusa e irregularmente, el proceso se denomina dispersión. Es por este fenómeno podemos seguir la trayectoria de la luz en ambientes polvorientos o en atmósferas saturadas. El color azul del cielo se debe a la luz del sol dispersada por la atmósfera. El color blanco de las nubes o el de la leche también se debe a la dispersión de la luz por el agua o por el calcio que contienen respectivamente.



Figura 5: Difracción

CALOR Y TRABAJO

Calor se define como la forma de energía que atraviesa las fronteras de un sistema debido a una diferencia de temperatura, conducción y radiación. Se simboliza con la letra Q. Se mide en Joule en el Sistema Internacional (J). Otras unidades muy utilizadas son las colorías (cal) o su múltiplo, las kilocalorías (Kcal).

En cuanto al trabajo es también al igual que el calor una energía de transito y esta es la razón porque un sistema solo puede realizar trabajo o recibirlo. Se simboliza con la letra W. Se mide en J o Kcal.

EQUIVALENCIA ENTRE CALOR Y TRABAJO

W = Q = CONSTANTE

1 J = 0.24 cal (equivalente calorífico del trabajo)

1 cal = 4.18 J (equivalente mecánico del calor)

ENERGÍA

Es la capacidad de un cuerpo para realizar trabajo. En el sistema internacional se mide en J. También se usa la Kcal. El calor es una forma de energía.



TIPOS DE ENERGÍA

Física clásica

En la mecánica se encuentran:

• Energía mecánica, que es la combinación o suma de los siguientes tipos: o Energía cinética: relativa al movimiento. o Energía potencial: la asociada a la posición dentro de un campo de fuerzas

conservativo. Por ejemplo, está la Energía potencial gravitatoria y la Energía potencial elástica (o energía de deformación, llamada así debido a las deformaciones elásticas). Una onda también es capaz de transmitir energía al desplazarse por un medio elástico.

En electromagnetismo se tiene a la:

• Energía electromagnética, que se compone de: o Energía radiante: la energía que poseen las ondas electromagnéticas. o Energía calórica: la cantidad de energía que la unidad de masa de materia

puede desprender al producirse una reacción química de oxidación. o Energía potencial eléctrica. o Energía eléctrica: resultado de la existencia de una diferencia de potencial

entre dos puntos.

En la termodinámica están:

• Energía interna, que es la suma de la energía mecánica de las partículas constituyentes de un sistema.

• Energía térmica, que es la energía liberada en forma de calor, obtenida de la naturaleza (energía geotérmica) mediante la combustión.

Física relativista

En la relatividad están:

• Energía en reposo, que es la energía debida a la masa según la conocida fórmula de Einstein, E=mc2, que establece la equivalencia entre masa y energía.

• Energía de desintegración, que es la diferencia de energía en reposo entre las partículas iniciales y finales de una desintegración.

Al redefinir el concepto de masa, también se modifica el de energía cinética.

Física cuántica

En física cuántica, la energía es una magnitud ligada al operador hamiltoniano. La energía total de un sistema no aislado de hecho puede no estar definida: en un instante



dado la medida de la energía puede arrojar diferentes valores con probabilidades definidas. En cambio, para los sistemas aislados en los que el hamiltoniano no depende explícitamente del tiempo, los estados estacionarios sí tienen una energía bien definida. Además de la energía asociada a la materia ordinaria o campos de materia, en física cuántica aparece la:

• Energía del vacío: un tipo de energía existente en el espacio, incluso en ausencia de materia.

Química

En química aparecen algunas formas específicas no mencionadas anteriormente:

• Energía de ionización, una forma de energía potencial, es la energía que hace falta para ionizar una molécula o átomo.

• Energía de enlace, es la energía potencial almacenada en los enlaces químicos de un compuesto. Las reacciones químicas liberan o absorben esta clase de energía, en función de la entalpía y energía calórica.

Si estas formas de energía son consecuencia de interacciones biológicas, la energía resultante es bioquímica, pues necesita de las mismas leyes físicas que aplican a la química, pero los procesos por los cuales se obtienen son biológicos, como norma general resultante del metabolismo celular.



BIBLIOGRAFÍA

• FISICA V. Miguel, C. • Elementos de Física y Química. Fernández Serventi. Miguel. • Wikipedia en español.

3738617814589

ISBN 978-1-4583-7386-190000

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