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2Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
Liceo Naval “Almirante Guise”
“EL HOMBRE NO SE DA CUENTA
DE LO QUE ES CAPAZ HASTA
QUE LO MEDITA, LODESEA Y LO
INTENTA”
“EL HOMBRE NO SE DA CUENTA
DE LO QUE ES CAPAZ HASTA
QUE LO MEDITA, LODESEA Y LO
INTENTA”
ÍNDICE
IV BIMESTRE
Óptica Pág. 4
Fonometría 5
Teorías de la luz 5
Dispersión de la luz 8
Descomposición de la luz 8
Propagación de la luz 9
Reflexión de la luz 11
Refracción de la luz 14
Análisis Dimensional 23
Sistema Internacional 26
Ecuaciones Dimensionales 29
Principio de Homogeneidad Dimensional 29
Física Moderna 32
Teoría de la Relatividad 33
Mecánica Cuántica 40
Teorías Cuánticas 41
Física nuclear 45
Bombas Nucleares 48
Físicos Notables 49
3Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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A lo largo de la historia de la Física, los grandes pensadores siempre se han hecho ésta y otras preguntas...
¿Qué es el color? ¿Por qué vemos los objetos? ¿La luz es onda o es materia?
Cuerpos Incandescentes: emiten radiación visible (luz) ejm. el sol, las estrellas, un metal que se funde, un filamento, el carbón encendido.
Fotoluminiscencia: Se presentan 2 formas fluorescencia y fosforescencia:
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Es la parte de la FÍSICA que se encarga de estudiar la LUZ, su naturaleza, sus fuentes de producción, su propagación y los fenómenos que experimenta.
NATURALEZA DE LA LUZNATURALEZA DE LA LUZ
CUERPOS LUMINOSOSSon aquellos que tienen luz propia
FLUORESCENCIA FOSFORECENCIA
FOTOMETRIA:ES EL ESTUDIO DE LA MEDICIÓN DE LA LUZ EN LA REGIÓN VISIBLE.
Ideas sobre la luz
La luz y los fenómenos relacionados con ella
han intrigado a la humanidad desde hace más
de 2.000 años.
Y se sabe lo importante que es para las
plantas, el clima, etc.
Vemos a la Luz como una radiación ELCTROMAGNÉTICA hace posible la visión de
los objetos. Estudiaremos las TEORÍAS DE LA LUZ
(1)
Isaac Newton estudió el comportamiento de la luz, adoptó el modelo corpuscular Explicando algunos fenómenos luminosos como la descomposición de la luz
(2)
Asume que la luz es una radiación electromagnética o sea, la energía luminosa es propagada por ondas electromagnéticas.
Una onda electromagnética tiene una velocidad en el vacío de 3.108 m/s que coincide con el valor determinado para la velocidad de la luz en el vacío.
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A) TEORÍA MECÁNICA
Enunciada por Cristian HuygensEn el siglo XVII apoyado porYoung y Fresnel.
“La luz está formada por ondas similares a las ondas del sonido, o sea ondas longitudinales”
B) TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA
Formulada por James Maxwell y comprobada por Hertz (XIX).“Las ondas electromagnéticas experimentan los mismos efectos que las ondas luminosas: Reflexión, Refracción, Polarización, Interferencia, Difracción etc.
Teoría Corpuscular
Teoría Ondulatoria
(3)
Formulada por Max Planck y ampliada en 1905 por Albert Einstein.
La LUZ VISIBLE se divide en colores que van del rojo al violeta. Cada haz de luz de un determinado color se denomina monocromático, y corresponde a una determinada longitud de onda.
La luz es energía emitida por fuentes luminosas capaces de impresionar el sentido de la
visión humana.
Actualmente se admite que La luz tiene un comportamiento dual:
Es onda (ENERGÍA) y a la vez partícula (MATERIA).Como onda se propaga y como partícula interacciona con
los cuerpos que ilumina.
La luz se define como:
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“La luz está formada por pequeños paquetes de energía llamados Fotones”
Teoría de los Cuamtoms
La energía radiante visible, producida por un proceso electrónico de saltos
cuánticos de electrones excitados hacia niveles más estables de energía
ES IMPORTANTE SABER SOBRE LA AMPLIFICACIÓN DE LA LUZ EL
LÁSER.
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La palabra LÁSER proviene de las iniciales de las palabras inglesas:
Light Amplification by Stimulantes Emission of Radiation que significa Amplificación de la luz por una Emisión de Radiación Estimulada.
Un rayo Láser se produce al aplicar a un gas, contenido en un tubo, una descarga eléctrica. Como consecuencia de esto los electrones del gas desprenden fotones, que chocan con otros electrones y desprenden más fotones.Aplicaciones:Motores de combustiónEn la industria aeroespacialPerforaciones de pequeñísimo diámetroPerforación en los diamantesPara cortar materiales muy durosPara cortar y taladrar materiales muy blandosSe utiliza como un moderno bisturí, introduciéndose con precisión a un determinado órgano sin dañar los demás tejidosPara localizar y eliminar tumores cancerososEn la piel, para borrar tatuajes, manchas de nacimiento.Destruir cálculos al riñón.
La luz visible o luz blanca es una porción muy pequeña del espectro electromagnético
y corresponde a la única parte del espectro que podemos percibir con nuestros ojos.
La luz que recibimos del sol es blanca, pero está formada por siete colores: violeta, añil
o morado, azul, verde, amarillo, anaranjado y rojo.
Estos colores forman el ESPECTRO LUMINOSO
Algunos cuerpos, como los
prismas de vidrio y las gotas de
agua, pueden separar la luz
blanca en los colores que la
componen.
Cuando los rayos de luz chocan contra un
cuerpo, cambian de dirección (rebotan).
Los objetos devuelven una parte
de la luz que incide sobre ellos (reflexión
de la luz).
Por la reflexión puedes ver el mundo que te rodea.
Es decir : Cuando la luz llega a un objeto, parte de esa luz
es absorbida por el objeto y la otra parte es reflejada
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La luz blanca está formada por siete colores. Cuando los objetos son iluminados absorben algunos rayos de luz y reflejan otros cuerpos.Los cuerpos tienen el color de la luz que reflejan.
Es decir el COLOR DE LOS OBJETOS se da por:►► El tipo de luz que el objeto refleja ►► El tipo de luz con los que son iluminados.
La Luz se propaga en línea recta y en todas las direcciones.
Esto se observa cuando un rayo de luz pasa a través de una rendija en un cuarto o cuando prendemos un foco y todo se ilumina.
La luz se propaga en el vacío, por eso podemos ver la luz del sol y las estrellas.
La luz se propaga a gran velocidad. La velocidad de la luz depende del medio que atraviesa.
La velocidad de la luz se emplea para definir una unidad de longitud utilizada en astronomía, llamada AÑO LUZ, que es la distancia recorrida por la LUZ EN UN AÑO.
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La velocidad de la luz en el vacío es aproximadamente de: 300 000 Km/s= 3108 m/s
La velocidad de la luz en el agua es aproximadamente de: 225 564 Km/s
La velocidad de la luz en el vidrio es aproximadamente de: 200 000 Km/s
10Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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INTERFERENCIA
POLARICION
LUZ
CORPUSCULARES
PRESENTA FENOMENOS
ONDULATORIOS
COMO
REFLEXION REFRACCION
que pueden ser
Ley de SNELL
explica
IMÁGENES ENESPEJOS PLANOS Y ESFERICOS
fundamentada
VIRTUALESDENTRO DEL ESPEJO
REALESFUERADEL ESPEJO
COMO
DIFRACCION
SEGURAMENTE HABRÁS OBSERVADO EN ALGUNA OCASIÓN ESCENAS COMO ÉSTA
Vemos que la imagen se refleja en el agua.
En nuestra simulación la luz está incidiendo sobre agua en movimiento y la imagen
reflejada se ve distorsionada, pero si el agua estuviera tranquila como en un estanque
podríamos ver la imagen reflejada con nitidez.
Cuando la luz incide sobre un cuerpo, éste la devuelve al medio en mayor o menor
gracias a él podemos ver las cosas.
No todos los cuerpos se comportan de la misma manera frente a la luz que les llega. Por
ejemplo, en algunos cuerpos como los espejos o los metales pulidos podemos ver
nuestra imagen pero no podemos "mirarnos" en una hoja de papel.
Esto se debe a que existen dos tipos de reflexión:
reflexión especular o regular
reflexión difusa o irregular
11Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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+
Elementos de la Reflexión:
Rayo incidente (I)Es aquel rayo luminoso que llega a la superficie.
Rayo reflejado (R)Es aquel rayo que aparentemente sale de la superficie.
Normal (N)Es aquella línea recta imaginaria perpendicular a la superficie.
Angulo de Incidencia (1 ) (en verde)Es el ángulo formado entre el rayo incidente y la normal
Angulo de reflexión (2 ) (en amarillo)Es el ángulo formado entre el rayo reflejado y la normal
Leyes de la reflexión : El rayo incidente, la normal y el
rayo reflejado se encuentran en un
mismo plano, el cual es
perpendicular a la superficie
reflectante.
El ángulo de incidencia es igual
al ángulo de reflexión, es decir
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Es aquel fenómeno que consiste en el cambio de dirección que experimenta un rayo de luz (en un mismo medio) al incidir sobre una superficie que le impide continuar propagándose cambiando de dirección para continuar su propagación en el medio en el cual se encontraba inicialmente.
i = r
CLASES DE REFLEXIÓN
ESPECULAR O REGULAR
A la izquierda tienes un esquema de reflexión especular.
Al tratarse de una superficie lisa, los rayos reflejados son paralelos, es decir tienen la misma dirección.
DIFUSA O IRREGULAR
En el caso de la reflexión difusa los rayos son reflejados en distintas direcciones debido a la rugosidad de la superficie
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Elementos de la Refracción:
Rayo incidente: Es el rayo que nace del cuerpo luminoso. (color verde)
Rayo Refractado: Es el rayo que llega al medio de diferente densidad y se desvía. (color rojo)
Angulo de Incidencia: Es el ángulo comprendido entre la normal y el rayo incidente.
Angulo de Refracción: Es el ángulo comprendido entre la normal y el rayo refractado.
REFRACCIÓN DE LA LUZ
Si la luz pasa de un medio más rápido a otro más lento (por ejemplo del aire al vidrio flint), el ángulo de refracción es menor que el de incidencia.
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Es un fenómeno óptico que consiste en la desviación que experimenta un rayo luminoso al pasar oblicuamente a un medio de diferente densidad.
Si pasa de un medio de mayor índice de refracción a otro con menor índice de
refracción (por ejemplo del diamante al agua), el ángulo de refracción es mayor
Por lo general cuando la luz llega a la superficie de separación entre los dos medios se
producen simultáneamente la reflexión y la refracción.
• Si pasa de un medio de mayor índice de refracción a otro con menor índice de
refracción (por ejemplo del diamante al agua), el ángulo de refracción es mayor
que el de incidencia.
• En éste último caso, si el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo límite no
se produce refracción, sino lo que se denomina reflexión total.
El fenómeno de la reflexión total permite que podamos canalizar la luz a través de
pequeños tubos de diferentes sustancias que se denominan fibras ópticas.
Las FIBRAS ÓPTICAS es el conjunto de fibras de
vidrio que pueden trasmitir señales luminosas a gran
velocidad. Se utilizan en muchos campos de la
ciencia y de la tecnología. Por ejemplo:
En medicina permiten ver órganos internos sin intervenciones quirúrgicas
complejas.
Los médicos utilizan la fibra óptica para realizar análisis de forma inmediata.
En las telecomunicaciones están alcanzando unos altos niveles de utilización ya
que por una fibra del grosor de un cabello pueden transmitirse información de
audio y video equivalente a 25.000 voces hablando simultáneamente.
En los videos conferencias, es decir, además de hablar por teléfono se ve en una
pantalla al interlocutor.
Solicitar información e imágenes en videotecas, hemerotecas, bibliotecas.museos
etc.
Conectar varios telescopios entre si con una gran potencia de observación.
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El fenómeno de la refracción se rige por la llamada ley de la refracción o ley de Snell:
LEYES DE REFRACCIÓN:
El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en un mismo
plano, el cual es perpendicular a la superficie de refracción.
Ley de Snell.- El índice de refracción del medio en el cual se propaga el rayo
incidente, multiplicando por el seno del ángulo de incidencia es igual al índice
de refracción del medio en el cual se propaga el rayo refractado multiplicado
por el seno del ángulo de refracción.
16Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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n1 sen i = n2 sen r
n1 = índice de refracción del medio del que procede.i = ángulo de incidencian2 = índice de refracción del medio en el que se refracta.r = ángulo de refracción
¡DEBES SABER!
El color ES EN LA LUZ y no en los objetos.El negro es la ausencia de color; así como el blanco es la presencia de todos los colores.
¡DEBES SABER!
La refracción atmosférica hace que el sol sea visible algunos minutos antes de salir y después de ponerse.
1. ¿Cuál es la frecuencia con que vibran las ondas de luz verde, si su longitud de onda es de 5 540 Aº, para la visión de la máxima intensidad de luz por el ojo medio?La velocidad de propagación de la luz es de 300 000Km/s
2. Determinar la longitud de onda de la luz de color violeta, si su frecuencia es 7,89 1014 hertz.
La velocidad de propagación de la luz violeta es de 300 000Km/s
17Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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3. Un casquete esférico de 2m de radio, tiene una superficie de 8m2. Determinar la medida de su ángulo sólido.
=2 sr
4. Se requiere iluminar una superficie de 1 000 cm2 con una lámpara de 800 Lux ¿Cuántos lúmenes debe emitir la lámpara?
5. Una fuente luminosa ilumina una pantalla de 4m2 situada a 10m de la fuente. Calcular.
a) El ángulo sólido sostenido por el haz d e luz que llega a la pantalla.b) Si la iluminación que recibe la pantalla es de 100 lx .Calcular el flujo que recibec) La intensidad luminosa de la fuente.
18Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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10 m
6. En la siguiente figura. Calcular la Iluminación, si la intensidad de la luz es de 160 cd. El cos de 37 equivale a 4/5
19Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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4 m
3 m
I
P 53º
37º
Por el Teorema de Pitágoras:
Iluminación puntual.
7. La intensidad luminosa de un foco es de 10 candelas. Averigua a cuántos lúmenes equivale el flujo luminoso que irradia a través del ángulo sólido de 3,5 sr ?
20Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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4 m
3 m
I
P
37º
53º
8. En la esquina “O” de una habitación se ha colocado un foco cuya intensidad es
de 7 cd .El ángulo sólido de la radiación es de . Y se le da un valor de
Se desea averiguar.
a) El ángulo sólido de la radiación luminosa.
b) El flujo luminoso irradiado por el foco
c) La energía luminosa lanzada al espacio en los 10 primeros segundos.
a) Para el cálculo del ángulo sólido.El ángulo sólido máximo
b) Para calcular el flujo luminoso irradiado.
c) Para el cálculo de la energía luminosa irradiada:
21Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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Es la rama de la matemática aplicada a la Física, que se encarga de estudiar las leyes
y las propiedades que relacionan a las magnitudes físicas y sus unidades en el
desarrollo de un fenómeno.
Gracias al análisis dimensional podemos:
Relacionar una magnitud física con otras tomadas como fundamentales. Establecer la veracidad de una fórmula. Elaborar fórmulas empíricas.
Definiciones Preliminares
MAGNITUDEs toda aquella propiedad de la materia que es susceptible de ser comparada en términos de “mayor que” “igual a” “menor que”
CANTIDAD Es aquella porción limitada de una magnitud. Tiene medida o tamaño definido.
UNIDAD Es la cantidad tomada como base de comparación
MEDICIONEs aquella operación realizada por el hombre directa o indirectamente, para averiguar las veces en que una cantidad contiene a su unidad correspondiente.
Ejemplos de magnitudes:
►► Cuando observas tu reloj para comprobar el tiempo que demoras en correr 50 metros
►► Cuando pesas tu lapicero.
►► Al medir el volumen de un vaso con agua.
►► Cuando compruebas cuantos kilos hay en una bolsa de azúcar.
►► Al medir tu estatura.
Es decir cultivando tu espíritu de observación en las diferentes actividades de la vida
diaria estas aplicando la magnitud, es muy importante conocer las mediciones para
solucionar los problemas que se te puedan presentar.
22Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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CLASIFICACIÓN DE LAS MAGNITUDES FÍSICAS
Por su origen:
Magnitudes Fundamentales
Magnitudes Auxiliares
Magnitudes Derivadas.
Por su naturaleza
Magnitudes escalares
Magnitudes vectoriales
Magnitudes Tensoriales.
Son Aquellas magnitudes que están determinados con sólo conocer su valor numérico y
su respectiva unidad.
Ejemplos:
Un saco de azúcar pesa 100Kg.
La longitud de un camino es de 20Km.
La temperatura en la ciudad de Lima es de
Un fenómeno dura 15 s. (tiempo).
La temperatura de tu cuerpo es de 37° C
23Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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TemperaturaVolumen Tiempo
Son aquellas magnitudes que además de conocer valor numérico y su unidad, se
necesita la dirección y sentido para que dicha magnitud quede perfectamente
determinada.
Son magnitudes vectoriales: la fuerza, la aceleración y la velocidad.
La fuerza: Cuando se quiere mover una caja aplicamos una fuerza de 2 Kg. en dirección
vertical y hacia arriba.
La velocidad de un auto de 60 Km./h. en dirección horizontal y aumentado hacia
una curva a la izquierda.
24Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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El SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES, cuya sigla es S. I., es el nuevo
sistema de unidades de medida, que ha sido adoptado a escala mundial, en lugar del
Sistema Métrico Decimal.
Por Ley N° 23560, promulgada el 31 de Diciembre de 1982, en nuestro país se hace
obligatoria su enseñanza en todos los niveles del Sistema Educativo, así como su
aplicación en todas las actividades que se desarrollen en nuestro medio.
Se supone que ya tienes conocimiento del nuevo sistema de medidas, ahora haremos un
repaso y una pequeña ampliación de lo que ya conoces.
Estructura del S. I.
Las unidades del S. I. se clasifican en las siguientes clases:
Unidades de base o fundamentales.
Unidades suplementarias.
Unidades derivadas.
I. UNIDADES DE BASE O FUNDAMENTALES.
El S. I. tiene siete unidades de base, las mismas que se pueden apreciar en el siguiente cuadro.
Son las que sirven para obtener otras magnitudes.
No provienen de otras magnitudes.
Las magnitudes fundamentales son:
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SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES
MAGNITUD FISICA UNIDAD DE BASE SÍMBOLO
Longitud metro mTiempo segundo sMasa Kilogramo KgIntensidad de corriente eléctrica Ampere ATemperatura termodinámica Kelvin KIntensidad luminosa candela cd
Cantidad de sustancia mol mol
Los nombres de todas las Unidades de Base se escriben con minúscula a pesar de que
dos de ellas, Ampere y Kelvin, pertenecen a dos científicos. Estos dos nombres se
escriben con mayúscula sólo en el caso que aparezcan al comienzo de una frase o luego
de un punto.
Los símbolos se escriben también con minúscula, excepto los que corresponden a
Ampere y Kelvin que se escriben con mayúscula.
Los símbolos no son abreviaturas y por consiguiente se escriben sin punto final, salvo
que aparezca al término de una frase u oración. No tienen plural.
26Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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II. UNIDADES DERIVADAS.
Como su nombre lo indican, son aquellas que se derivan de las unidades de base o de
las unidades suplementarias.
Siendo muy numerosas estas unidades, nos limitaremos a señalar algunas de mayor
importancia en la educación.
MAGNITUD UNIDAD SÍMBOLO
Superficie (Área) metro cuadrado m2
Volumen metro cúbico m3
Densidad Kilogramo por metro cúbico Kg/m3
Velocidad metro por segundo m/sFuerza (por consiguiente peso)
newton N
Presión pascal Pa
Se indica que una unidad derivada es un producto, escribiendo los símbolos de las
unidades fundamentales separados por el signo X o por un punto. Por ejemplo:
Pa • s, que se lee: Pascal segundo.
Se indica que una unidad derivada es cociente, escribiendo los símbolos de las unidades
fundamentales separadas por una raya oblicua. Por ejemplo:
Km/h, que se lee: Kilómetro por hora.
27Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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III. MAGNITUDES AUXILIARES
MAGNITUD UNIDAD SÍMBOLO
ANGULO PLANO RADIÁN rad
ANGULO SÓLIDO ESTERORADIÁN sr
Son expresiones matemáticas que colocan a las magnitudes derivadas en función de
fundamentales; utilizando para ello las reglas básicas del álgebra, menos las de sumas
y restas.
Estas ecuaciones se diferencian de las algebraicas por que solo operan en las
magnitudes
PRINCIPIO DE HOMOGENEIDAD DIMENSIONAL
Para que una fórmula física sea correcta, debe ser dimensionalmente homogénea
(DH).Significa que todos los términos que figuran en la fórmula deben tener las
mismas dimensiones, es decir, la misma ecuación dimensional.
Este principio se aplica donde aparecen sumas o restas de términos en una fórmula
física.
Sólo se pueden sumar o restar magnitudes de la misma dimensión o de igual
Ecuación Dimensional.
Ejemplo:
28Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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NOTACIÓN: A : Se lee “A”
: Se lee “Ecuación Dimensional de”A : Se lee ecuación Dimensional de A.
V + V = VV – V = V
En Ecuación Dimensional A = B + C – D [A] = [B] = [C] = [D]
Y se cumple que: la suma o resta de velocidades da como resultado velocidad.
En general, si:
Entonces se debe cumplir que:
Ejemplo 1: Si vf = vi + a t. Verificar si la fórmula es correcta.
Solución:
[ vf] = [vi ] = [a t]
simplificamos la tercera igualdad y vemos que las tres expresiones son
iguales.
Propiedad: Los ángulos, funciones trigonométricas, funciones logarítmicas y cualquier número son adimensionales.
Convencionalmente la dimensión de un número es la Unidad.
Ejemplo 2: [Cos 30°] = [18] = [ ] = 1
29Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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vf : está dado en m/s vi : está dado en m/s a : está dado en m/s2
t : en segundos
Ejemplo 3: Hallar la ecuación dimensional de la velocidad:
Ejemplo 4: Hallar la ecuación dimensional del área:
Ejemplo 5: Hallar la ecuación dimensional de la aceleración:
Ejemplo 6: Hallar la ecuación dimensional de la fuerza:
Ejemplo 7: Hallar la ecuación dimensional del trabajo:
Ejemplo 8: Hallar la ecuación dimensional de la potencia.
Ejemplo 9: Hallar la ecuación dimensional de la potencia.
Ejemplo 10: Hallar la ecuación dimensional de la presión
30Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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¿QUÉ ES LA RELATIVIDAD?
Pon tu mano en un horno caliente durante un minuto y te parecerá una hora
Siéntate junto a una chica preciosa durante una hora y te parecerá un minuto.
ESO ES LA RELATIVIDAD”
.
31Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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ALBERT EINSTEIN cambió nuestras ideas acerca del
ESPACIO y el TIEMPO con su teoría de la RELATIVIDAD.
El tiempo transcurre más lentamente para un piloto de
un avión supersónico en pleno vuelo que para un
habitante en reposo con respecto a la tierra.
Es la física que se inicia en el 1 900, con la teoría de la
Relatividad y los fenómenos relacionados con ellos como los
fenómenos cuánticos
Resulta difícil enumerar los fenómenos físicos que son
imposibles de explicar sin la teoría de la RELATIVIDAD
LA TEORÍA ESPECIAL DE LA RELATIVIDAD
Se consideran las leyes de la física para observadores que se mueven con velocidad
constante unos con respecto a otros
Las consecuencias de esta teoría son inimaginables:
►► Un intervalo de tiempo medido en tierra no es igual al mismo intervalo medido
desde un móvil
►► Una distancia medida en tierra no es igual a la misma distancia medida desde un
móvil
►► La masa y la energía son conceptos equivalentes. La masa puede convertirse en
otras formas de energía (como, por ejemplo, ondas de luz) y al contrario. De aquí
sale la famosa fórmula
(E = energía, m = masa, c = velocidad de la luz)
32Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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En 1905 Albert Einstein enunció la TEORÍA DE LA RELATIVIDAD.
ESTA TEORÍA SE DIVIDE EN 2 PARTES.
►► La teoría Especial de a Relatividad.►► La teoría General de la Relatividad
Ejemplos donde se ha comprobado la conversión de MASA en ENERGÍA son:
Fisión nuclear,Fusión nuclear Creación y aniquilación de materia.
LA TEORÍA GENERAL DE LA RELATIVIDAD
Se consideran observadores en movimiento relativo acelerado.
La gravedad es una fuerza de atracción universal que sufren todos los objetos con masa, sea este un electrón o una estrella. En 1916 Einstein extendió los conceptos de la Relatividad Especial para explicar la atracción gravitacional entre masas.
POSTULADOS DE LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD:
33Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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PRIMER POSTULADO INVARIANCIA DE LAS
LEYES FISICAS
Las leyes físicas son las mismas para todos los
observadores que s e mueven a velocidades constantes
unos con respecto a otros.
ESTE POSTULADO EXPRESA LA AUSENCIA DE UN SISTEMA DE
COORDENADAS UNIVERSAL, ESTABLECE QUE LAS LEYES DE LA
NATURALEZA SON LAS MISMAS INDEPENDIENTES DE LOS
OBSERVADORES EN MOVIMIENTO RELATIVO.
MASA, TIEMPO Y LONGITUD EN LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD
RELATIVIDAD DE LA MASA
La masa de un objeto que se mueve con respecto a un observador parece mayor de lo que es cuando está en reposo con respecto a él.
La relación entre la masa (mo) medida en reposo y la masa (m) medida en movimiento es
34Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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SEGUNDO POSTULADO: CONSTANCIA EN LA VELOCIDAD DE LA LUZ
La velocidad de la luz es la misma para todo los
observadores en todas las direcciones,
independientemente del estado de reposo o de
movimiento tanto del observador como de la fuente.
SI UN OBSERVADOR ESTA EN MOVIMIENTO RELATIVO
ACERCÁNDOSE O ALEJÁNDOSE DE UNA FUENTE DE LUZ, LA
VELOCIDAD DE LA LUZ QUE ÉL MIDE, ES SIEMPRE IGUAL A LA
VELOCIDAD QUE MIDE CUANDO ÉL ESTA EN REPOSO EN
RELACIÓN CON LA FUENTE.
EL TIEMPO ES RELATIVO, NO ABSOLUTO.
No existe un tiempo único el concepto de intervalo de tiempo entre dos sucesos
es relativo.
Se refiere al aumento o dilatación del tiempo cuando un cuerpo se mueve a una
velocidad mayor.
Si alguien que está en una nave especial encuentra que el intervalo de tiempo entre
dos acontecimientos en la nave espacial es (t 0), una persona situada sobre la
tierra podría encontrar que el mismo intervalo de espacio tiene la duración (t)
mayor
CONTRACCIÓN DE LA LONGITUD
La longitud no es absoluta.
Las medidas de muchas cantidades físicas están afectadas por el movimiento
relativo entre un observador y lo que él observa.
Así la longitud (L) de un objeto en movimiento, es siempre más pequeño que su
longitud (L 0 ) cuando está en reposo.
35Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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t
SIMULTANEIDAD
En la teoría de Einstein, NO HAY SIMULTANEIDAD ABSOLUTA, LA
SIMULTANEIDAD ES RELATIVA.
Sucesos separados en el espacio, que para dos observadores
parecen simultáneamente ,no lo son para otros dos
observadores que se mueven con respecto a los dos
primeros con velocidad constante.
La posición de un punto en un sistema de referencia donde tiene lugar un suceso se
determina por las coordenadas cartesianas del punto; el instante en que se produce el
suceso se establece con la ayuda de un reloj instalado en ese punto.
36Este material educativo es para uso exclusivo de los alumnos del Programa de Educación a Distancia del
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TRETREN EN REPOSO
TTREN EN MOVIMIENTO
Es posible sincronizar los relojes de un sistema de referencia por medio del envío de ondas luz.
Posición cuando el destello llega a los extremos del
vagón.
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PARADOJA DE LOS GEMELOS
Pedro y Pablo son gemelos idénticos.
Pablo realiza un viaje a un planeta muy lejano con una rapidez cercana a la luz
y vuelve a la tierra. Pedro permanece en la tierra
Cuando se reúnen d e nuevo……Oh Sorpresa.
Pablo ve que su hermano es más viejo que él
¿El tiempo que envejecen no es igual para todos? …..
Lo observado por Pablo es consecuencia de la DILATACION DEL TIEMPO
Apreciación realizada por los observadores
en reposo con respecto a la tierra.
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Se basa en dos postulados
INVARIANCIA DE LAS
LEYES FISICAS
CONSTANCIA EN LA VELOCIDAD DE
LA LUZ
CONSECUENCIAS
DILATACIÓN DEL TIEMPO
CONTRACCIÓN DE LA LONGITUD
AUMENTO EN LA MASA
La MECÁNICA CUÁNTICA es la teoría que por primera vez permitió entender el mundo microscópico de la materia, es decir él de los ÁTOMOS.
Entre los científicos que contribuyeron al desarrollo de la Mecánica Cuántica
tenemos: Max Planck, Bohr, Heisenberg, Schrödinger, Pauli, Bardeen, Oppenheimer,
Gabor, Schockley, Brattain, Roentgen, Dirac y Albert Einstein (quien cambió nuestras
ideas acerca del espacio y el tiempo con su teoría de la relatividad) Imaginarse un
mundo sin estos avances tecnológicos de la Mecánica Cuántica ..
Serían muy limitadas las comunicaciones internacionales (significaría habernos
quedado con el telégrafo de los símbolos de Morse )
no existiría la Internet,
No habría correo electrónico,
No sería posible el avance de la medicina, con la infinidad de instrumentos
nuevos que permiten diagnósticos y tratamientos. Basta mencionar aquí el láser, el
scanner, los equipos de resonancia magnética nuclear, los rayos X, etc.
Un teléfono portátil, tendría el tamaño de una casa, difícilmente posible de
llevárselo al oído.
APLICACIONES DE LA MECÁNICA CUÁNTICA
Rayos láser (cirugías)
Scanner (digitalización de textos e imágenes)
Resonancia magnética (RMN) (cardiovasculares, neurológicos, hepato biliares, en
exámenes oncológicos para identificar tumores)
Rayos X (investigación científica, la industria y la medicina) fibras ópticas
(telecomunicaciones
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Estableció su postulado sobre la RADIACIÓN DE UN CUERPO NEGRO (material
que absorbe y emite todas las longitudes de onda del espectro electromagnético).
Planck estableció:
La materia está formada por partículas que oscilan ,
emitiendo energía en forma de radiación electromagnética La
cantidad más pequeña de energía que puede transformarse
en luz de frecuencia (F), llamada CUANTO DE ENERGIA,
Cuanto de Energía se expresa como.
h = constante de Planck y su valor es de 6,6310-34 Jsf = luz de frecuencia del quantum
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MAX PLANCKMAX PLANCK
La hipótesis de Broglie se basa en el FENÓMENO FOTOELÉCTRICO que es
explicable mediante la Teoría Corpuscular.
Se considera que la Luz tiene NATURALEZA DUAL. Según a la experiencia a que se
someta la luz presentará:
Comportamiento ondulatorio
Comportamiento corpuscular
Broglie enunció este razonamiento en forma de principio
Toda partícula en movimiento, con una cantidad de movimiento lineal, lleva asociada una onda, de
modo que la longitud de onda se expresa en función de la cantidad de movimiento.
h = Es la constante de PLANCK
m = masa de la partícula
v = velocidad con que la partícula se mueve.
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BROGLIEBROGLIE
Werner Heisemberg establece el PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE que es una de
las ideas fundamentales del pensamiento físico actual.
Se basa en los ESPECTROS ATOMICOS
No se puede conocer simultáneamente y con precisión absoluta la posición y la cantidad de movimiento de un electrón.
No es posible determinar simultáneamente y sin error cuándo tiene lugar un proceso y la energía asociada a él.
Ecuaciones que representan matemáticamente el Principio de Incertidumbre
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HEISEMBERGHEISEMBERG
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MECANICA CUANTICA
TTEORIA DE PLANCK
HIPOTESIS DE BROGLIE
PRINCIPIO DEINCERTIDUMBRE
RADIACIÓN DEL CUERPO NEGRO
EFECTOFOTOELÉCTRICO
ESPECTROSATOMICOS
Se basa
Explica
Es una rama de la física que estudia las propiedades y el comportamiento de los núcleos atómicos.
La física nuclear es conocida en:
►► Energía nuclear
►► Centrales nucleares
►► Armas nucleares:
Fisión nuclear
Fusión nuclear.
Albert Einstein fue el 1º científico en considerar la enorme cantidad de energía
potencial disponible en la materia.
Llego a la conclusión de que la masa se puede transformar en energía durante las
reacciones nucleares.
La ecuación que relaciona la masa y la energía es.
Hay 2 tipos de reacciones nucleares:
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E= energíam=masac=velocidad de la luz
La fisión de 1Kg de Uranio libera una cantidad de energía, equivalente a la explosión
de 20 000 toneladas (TNT).
A) Armas nucleares
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Es una reacción que sólo ocurre en núcleos pesados de elementos radioactivos. Al ser bombardeados con neutrones, los núcleos se dividen formando otros más pequeños y estables.Se produce una reacción en cadena (Cuando los neutrones que se liberan producen la fisión de otros núcleos)
Al fusionarse 1 gramo de hidrógeno se libera una cantidad de energía equivalente a la
que se produce al quemar 17 000Kg de carbón
La fusión nuclear ocurre de manera continua en el sol y en general en todas las
estrellas.
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Es una reacción que ocurre cuando se combinan núcleos pequeños para formar
núcleos pesados más estables.
La fusión nuclear ocurre cuando los isótopos del hidrógeno
(deuterio y tritio) se unen formando helio y liberando un
neutrón.
En este proceso se libera una gran cantidad de energía
La bomba atómica y termonucleares, se fundamentan en una reacción de fisión
explosiva y se emplearon por primera vez en Hiroshima y Nagasaki, durante la Segunda
Guerra Mundial.
Después de la Segunda Guerra Mundial se desarrolló una segunda generación de
bombas termonucleares, llamadas bombas de hidrógeno, más potentes y destructivas
que las de fisión, que se fundamenta en reacciones de fusión de hidrógeno pesado
activadas por una reacción de fisión previa ,la primera detonación de una bomba de
hidrógeno fue el 1 de noviembre de 1952. Más tarde
A partir del 1974 se construyeron las llamadas bombas de neutrones, con menor
capacidad explosiva aunque con radiación intensiva de neutrones.
La bomba de neutrones (bomba N) es una bomba derivada de la bomba de Hidrógeno.
Es una bomba de radiación directa incrementada o bomba de radiación forzada
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EFECTOS DE LAS BOMBAS NUCLEARES:
El primero de estos efectos es que la radioactividad liberada
en caso de holocausto penetraría en todos y cada uno de los
seres vivos (y en el mar, la tierra y el aire). Mientras que en
dosis altas (según la especie) produciría la muerte, en otras
más bajas los efectos serían de lo más variados (mutaciones,
esterilidad...)
El segundo sería que los materiales impulsados por las detonaciones se elevarían
hasta la troposfera donde ocultarían la luz del sol durante meses o años, haciendo
bajar la temperatura de la tierra y alterando la fotosíntesis de los vegetales y el
plancton marino: sería el famoso invierno nuclear.
Además estos materiales radiactivos irían cayendo durante meses o años
convirtiéndose en una lluvia radiactiva global que, aún con menos dosis
radiactiva que una lluvia provocada por una bomba, sería global. Algunos
productos radiactivos son inofensivos a los pocos segundos u horas, pero otros son
perjudiciales durante miles o millones de años.
Ese 5% de energía liberada por la lluvia radiactividad en una bomba es poco, pero
en los 10.000 megatones de un holocausto suponen ya 500 megatones que irán
"estallando" durante miles de años después de la catástrofe.
El tercero sería una reducción en la capa de ozono producida por el óxido de
nitrógeno generado por las bolas de fuego, de modo que la radiación solar que
llegase a la tierra sería mortal. Un 70% del ozono desaparecería en el hemisferio
norte y un 40% en el sur, siendo necesarios 30 años para recuperar su estado
normal.
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FÍSICOS NOTABLES
ARQUÍMEDES: Descubrió el modo de medir el volumen y la masa de los objetos irregulares, lo cual se llama PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES. Es considerado uno de los físicos más grande de la humanidad.
GALILEO GALILEI: Es considerado PADRE DE LA FÍSICA. Introdujo la observación y la experimentación en el trabajo científico.
ISAAC NEWTON El genio más extraordinario que descubre las leyes de LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL.
ALBERT EINSTEIN Científico más famoso de la historia autor de la TEORÍA DE LA RELATIVIDAD y de la hipótesis corpuscular de la luz, gano el premio Nobel de Física por su explicación del efecto fotoeléctrico.
STEPHEN WILLIAM HAWKING: Famoso por sus trabajos realizados a fin de integrar la TEORÍA DE LA RELATIVIDAD CON LA TEORÍA CUÁNTICA. Y por sus aportaciones íntegramente relacionadas con la Cosmología ha escrito “Historia del tiempo: del Big Bang a los agujeros negros”.
BIBLIOGRAFÍA
FÍSICA GENERAL Goñi Galarza
FÍSICA Walter Perez Terrel
FÍSICA UNIVERSITARIA Sears- Zemansky – Young
FÍSICA Jorge Mendoza Dueñas
FÍSICA Santillana
FÍSICA Gustavo Estremadoyro
PROBLEMAS RESUELTOS DE FÍSICA Mario Zapana Brillante
PROBLEMAS DE FÍSICA José Huisa de La Cruz
INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA (I - II) Maiztegui y Sabato
FÍSICA Felix Aucallanchi
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