Ana Reyes, Dalia Angulo

Física

General

La presente revista científica está realizada con el objetivo de resaltar la importancia de la física en nuestro entorno, ya que la Física es una de las ciencias naturales que más ha contribuido al desarrollo y bienestar del hombre, porque gracias a su estudio e investigación ha sido posible encontrar en muchos casos, una explicación clara y útil a los fenómenos que se presentan en nuestra vida diaria.

Reitero que la física ha sido fundamental en la evolución del hombre con ese motivo se ha hecho una recopilación de los temas más importantes abarcando leyes, conceptos, teorías, clasificaciones y características de los cuerpos del universo.

Enfatizando en la física nuclear ya que ha sido protagonista de la evolución así como de la destrucción misma del hombre.

Esta revista tiene el propósito de ayudarte a entender los temas básicos de la física, como las leyes de movimiento, el universo, tipos de movimiento y diferentes teorías que han surgido a lo largo del tiempo.

La física a veces puede parecer un tema muy complicado pero con las herramientas necesarias podremos comprender un poco más los temas más importantes o relevantes. Por eso esta revista puede ser utilizada como herramienta útil para estudiar física general.

Introducción

-Cinemática

Movimiento rectilíneo uniforme

Movimiento rectilíneo uniforme acelerado

Caída libre

Movimiento parabólico

-Física moderna

Teoría de la relatividad

Física nuclear

Radioactividad

-Leyes del movimiento

Ley de inercia

Ley de aceleración

Ley de acción-reacción

Ley de gravitación universal

-El universo

Clasificación de los cuerpos celestes

Agujeros negros

CONTENIDO

Se le denomina cinemática a una rama de la física dedicada a estudiar el movimiento en sí, a diferencia de la dinámica que estudia las interacciones que lo producen. La cinemática se basa en la descripción del movimiento usando explicaciones, números y ecuaciones que incluyen la distancia, desplazamiento, rapidez, velocidad y aceleración.

CINEMÁTICA

MOVIMIENTO RECTILINEO

Son los movimientos más sencillos, los que siguen una línea recta.

Por ejemplo los movimientos de proyectiles

El movimiento rectilíneo uniforme fue definido, por primera vez, por Galileo en los siguientes términos: "Por movimiento igual o uniforme entiendo aquél en el que los espacios recorridos por un móvil en tiempos iguales, tómense como se tomen, resultan iguales entre sí", o, dicho de otro modo, es un movimiento de velocidad v constante.

MOVIMIENTO RECTILINEO

MOVIMIENTO

RECTILINEO

UNIFORM

Es un tipo de movimiento común en la naturaleza. Por ejemplo cuando una piedra rueda por el precipicio.

Son cuerpos que se mueven ganando velocidad con el tiempo de un modo aproximadamente uniforme; es decir con una aceleración constante.

Este es el significado del movimiento uniformemente acelerado, el cual “en tiempos iguales, adquiere iguales incrementos de rapidez”.

En este movimiento la velocidad es variable, nunca permanece constante; lo que sí es constante es la aceleración.

El movimiento rectilíneo uniformemente acelerado presenta tres características fundamentales:

La aceleración y la fuerza resultante sobre la partícula son constantes.

La velocidad varía linealmente respecto del tiempo.

La posición varía según una relación cuadrática respecto del tiempo.

MOVIMIENTO

RECTILINEO

UNIFORM

CAÍDA LIBRE

La caída libre es aquella donde un objeto es lanzado con una velocidad inicial igual a cero. En este movimientos el desplazamiento es en una sola dirección que corresponde al eje vertical (eje "Y").

Todos los cuerpos con este tipo de movimiento tienen una aceleración dirigida hacia abajo cuyo valor depende del lugar en el que se encuentren. Los cuerpos dejados en caída libre aumentan su velocidad (hacia abajo) en 9,8 m/s cada segundo.

La aceleración de gravedad es la misma para todos los objetos y es independiente de las masas de éstos.

En la caída libre no se tiene en cuenta la resistencia del aire. Si se desprecia la resistencia del aire y se supone que aceleración en caída libre no varía con la altitud, entonces el movimiento vertical de un objeto que cae libremente es equivalente al movimiento con aceleración constante.

MOVIM

Movimiento parabólico es el que se lanza y su trayectoria se realiza en forma de una parábola.

Se corresponde con la trayectoria ideal de un proyectil que se mueve en un medio que no ofrece resistencia al avance y que está sujeto a un campo gravitatorio uniforme.

En realidad, cuando se habla de cuerpos que se mueven en un campo gravitatorio central (como el de La Tierra), el movimiento es elíptico

El movimiento parabólico puede ser analizado como la composición de dos movimientos rectilíneos: un movimiento rectilíneo uniforme horizontal y un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado vertical.

La física moderna comienza a principios del siglo XX, cuando el alemán Max Planck investiga sobre el “cuanto” de energía. Planck decía que eran partículas de energía indivisibles, y que éstas no eran continuas como decía la física clásica.

La misión final de la física actual es entender la relación que existe entre las fuerzas que rigen la naturaleza, la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil. Comprender y lograr una teoría de unificación, para así poder entender el universo y sus partículas.

Se divide en:

La mecánica cuántica

La teoría de la relatividad

¿EN QUÉ

CONSISTE LA MECÁNICA CUÁNTICA?

Los sistemas atómicos y las partículas elementales no se pueden describir con las teorías que usamos para estudiar los cuerpos macroscópicos (como las rocas, los carros, las casas, etc.) Esto se debe a un hecho fundamental respecto al comportamiento de las partículas y los átomos que consiste en la imposibilidad de medir todas sus propiedades

simultáneamente de una manera exacta. Es decir en el mundo de los átomos

FÍSICA MODERNA

siempre existe una Incertidumbre que no puede ser superada. La mecánica cuántica explica este

comportamiento.

LA MECÁNICA CUÁNTICA.

La mecánica cuántica puede explicar la existencia del átomo y revelar los misterios de la estructura atómica, tal como hoy son entendidos; fenómenos que no puede explicar debidamente la física clásica o más propiamente la mecánica clásica.

La mecánica cuántica es el fundamento de los estudios del átomo, su núcleo y las partículas elementales

Imagen ilustrativa de la dualidad onda-partícula, en el que se aprecia cómo un mismo fenómeno puede ser percibido de dos modos distintos.

Estudia la estructura de los núcleos atómicos, que contienen la práctica de la masa de la materia y donde se producen reacciones que hacen brillar las estrellas o producen energía. Los protones y neutrones que forman el núcleo del átomo se encuentran unidos por la interacción nuclear, de corto alcance.

Pero la Física Nuclear no sólo nos permite responder preguntas sobre cómo está formada la materia o cómo ha evolucionado el Universo, sino que recientemente ha permitido el desarrollo de aplicaciones que van desde las terapias y diagnóstico médicos mediante técnicas como la tomografía por emisión de positrones (PET) o la hadronterapia, hasta la generación de energía o el análisis de obras de arte. En la actualidad, más de la mitad de los aceleradores de partículas repartidos por el mundo están en hospitales para usarse en Medicina.

La mecánica cuántica puede explicar la existencia del átomo y revelar los misterios de la estructura atómica, tal como hoy son entendidos; fenómenos que no puede explicar debidamente la física clásica o más propiamente la mecánica clásica.

La mecánica cuántica es el fundamento de los estudios del átomo, su núcleo y las partículas elementales

Física Nuclear

La radiactividad (o radioactividad) puede considerarse un fenómeno físico natural por el cual algunos cuerpos o elementos químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, etc.

Debido a esa capacidad, se les suele denominar radiaciones ionizantes (en contraste con las no ionizantes).

Las radiaciones emitidas pueden ser electromagnéticas, en forma de rayos X o rayos gamma, o bien corpusculares, como pueden ser núcleos de helio, electrones o positrones, protones u otras. En resumen, es un fenómeno que ocurre en los núcleos de ciertos elementos, que son capaces de transformarse en núcleos de átomos de otros elementos.

La radiactividad puede ser:

Natural: manifestada por los isótopos que se encuentran en la naturaleza.

Artificial o inducida: manifestada por los radioisótopos producidos en transformaciones artificiales.

Radioactividad

Leyes de mov.

La Primera ley de Newton nos dice que para que un cuerpo altere su movimiento es necesario que exista algo que provoque dicho cambio. Ese algo es lo que conocemos como fuerzas. Estas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros.

La inercia es la capacidad que tiene la materia de mantener su estado de reposo, o de movimiento rectilíneo uniforme mientras no exista una fuerza que actúe sobre ella.

Esta propiedad de la materia se encuentra expresada en La Primera Ley de Newton y recibe el nombre de mecánica, existe también otro tipo llamado térmica, que se refiere a la dificultad que tiene un objeto de cambiar su temperatura.

Entre más difícil sea cambiar el estado de un objeto, ya sea de temperatura, de reposo o movimiento rectilíneo uniforme, se dice que tiene mayo inercia.

Por ejemplo, Si un automóvil frena repentinamente, un pasajero que no use su cinturón de seguridad saldrá disparado hacia adelante debido a la inercia.

LEY DE INERCIA

La segunda ley del movimiento de Newton dice que “Cuando se aplica una fuerza a un objeto, éste se acelera. Dicha a aceleración es en dirección a la fuerza y es proporcional a su intensidad y es inversamente proporcional a la masa que se mueve”.

Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección.

En concreto, los cambios experimentados en la cantidad de movimiento de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos

Si un caballo tira de una piedra unida a una cuerda el caballo es igualmente tirado por la piedra hacia atrás; porque la cuerda, tendiendo por el esfuerzo a

soltarse, tirará del caballo hacia la piedra tanto como la piedra lo haga hacia el caballo, e impedirá el progreso de uno tanto como avanza el otro.

Ley de aceleración (o de fuerza)

Si un cuerpo actúa sobre otro con una fuerza (acción), éste reacciona contra aquél con otra fuerza de igual valor y dirección, pero de sentido contrario (reacción).

El vuelo de los cohetes espaciales explica como consecuencia del principio de acción y reacción. El cohete ejerce una fuerza sobre sus propios gases de combustión y estas otras sobre el cohete igual y de sentido contrario.

Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tengan el mismo valor y sentidos contrarios, no se anulan entre sí, puesto que actúan sobre cuerpos distintos.

No hay una fuerza que es antes y otra que es después. Las dos fuerzas acción-reacción son simultaneas. Recordemos la palabra INTERACCIÓN que no tiene estas

connotaciones. La interacción es el conjunto de dos acciones mutuas y simultaneas.

Ley de acción y reacción

La fuerza de atracción gravitacional es la fuerza con que la Tierra nos atrae hacia el suelo, es la culpable de que, al perder el equilibrio, nos vayamos de

bruces al piso.

Newton demostró que la fuerza de la gravedad tiene la dirección de la recta que une los centros de los astros y el sentido corresponde a una atracción. Es una fuerza directamente proporcional al producto de las masas que interactúan e

inversamente proporcional a la distancia que las separa. La constante de proporcionalidad, G, se denomina constante de gravitación universal.

La ley de gravitación universal de Newton dice que un objeto atrae a los demás con una fuerza que es directamente proporcional a las masas.

La gravedad se ejerce entre dos objetos y depende de la distancia que separa sus centros de masa

LEY DE LA

GRAVITACIÓN

UNIVERSAL

El Universo contiene galaxias, cúmulos de galaxias y estructuras de mayor tamaño llamadas supercúmulos, además de materia intergaláctica. Todavía no sabemos con exactitud la magnitud del Universo, a pesar de la avanzada tecnología disponible en la actualidad.

-CLASIFICACION DE CUERPOS CELESTESSe clasifican en:

GALAXIAS: conjunto de estrellas (miles de millones) distribuidas de forma heterogénea formando cúmulos estelares.

NEBULOSAS: nubes cósmicas de gases y polvo, surgidas por la concentración de polvo interestelar y que se supone que dan lugar a las estrellas.

ESTRELLAS: concentraciones de polvo interestelar cuya concentración gravitacional provoca un aumento de temperatura que propicia reacciones nucleares de fusión de átomos.

AGUJEROS NEGROS: son cuerpos puntuales con una densidad tan

El Universo

extraordinariamente alta que la atracción gravitacional que generan impide a la luz emitida por ellos salir de un cierto entorno

PLANETAS: concentraciones de polvo interestelar que por su masa no llegarían a alcanzar la temperatura crítica para desencadenar las reacciones nucleares típicas de las estrellas

SATÉLITES: astros generalmente pequeños que giran alrededor de los planetas.

ASTEROIDES: son cuerpos rocosos de pequeño tamaño que se mueven alrededor del sol formando un cinturón situado entre las órbitas de Marte y Júpiter. En ocasiones escapan de su órbita y son atrapados por la de la Tierra precipitándose y dando lugar a las estrellas fugaces. La mayoría se desintegran por el calentamiento al atravesar la atmósfera terrestre, pero algunos, los más grandes, llegan a la superficie constituyendo los meteoritos.

COMETAS: son cuerpos que siguen órbitas enormemente excéntricas con foco en el

sol. Cuando está lejos del sol consta sólo de un cuerpo rocoso y helado. Al acercarse el calor solar evapora partículas y gases de ese núcleo constituyendo la cabellera.

-AGUJEROS NEGROSUn agujero negro es una región del espacio en la que la atracción de la gravedad es tan fuerte que nada puede escapar. Es un "agujero" en el sentido de que las cosas pueden caer, pero no salir de él. Es "negro" en el sentido de que ni siquiera la luz puede escapar. Otra forma de decirlo es que un agujero negro es un objeto para el que la velocidad de escape (la velocidad requerida para desligarse de él) es mayor que la velocidad de la luz -- el último "límite de velocidad" en el universo.

En 1783 un astrónomo aficionado británico, el Rev. John Mitchell, se dio cuenta de que las leyes de gravitación y movimiento de Newton implicaban que mientras más masivo es un cuerpo, mayor es la velocidad de escape. Si usted pudiera de alguna manera hacer algo unas 500 veces mayor que el Sol, pero con la misma densidad, razonó, ni siquiera la luz podría moverse lo suficientemente rápido para escapar y ese "algo" nunca sería visto. Pero los astrónomos y físicos necesitaron la teoría de la relatividad general de Einstein, que es la teoría moderna de la gravedad, para entender la verdadera naturaleza y las características de los agujeros negros.

La frontera de un agujero negro se llama horizonte de eventos, porque cualquier evento que suceda en su interior está oculto para siempre para alguien que mira desde fuera. El astrónomo Karl Schwarzchild demostró que el radio del horizonte de eventos en kilómetros es 3 veces la masa expresada en masas solares; a éste radio se le llama radio de Schwarschild. El horizonte de eventos es un filtro unidireccional en el agujero negro: cualquier cosa puede entrar, pero nada puede salir.

Un agujero negro es un objeto muy simple: tiene sólo tres propiedades, masa, espín y carga eléctrica. Debido a la manera en la que los agujeros negros se forman, su carga eléctrica es probablemente cero, lo que los hace aún más simples. La forma de la materia en un agujero negro no se conoce, en parte porque está oculta para el universo externo, y en parte porque, en teoría, la materia continuaría colapsando hasta tener radio cero, un punto al que los matemáticos llaman una singularidad, de densidad infinita ---algo con lo que no tenemos experiencia aquí en la Tierra.

En teoría, los agujeros negros vienen en tres tamaños: pequeños ("mini"), medianos y grandes ("supermasivos"). Hay buena evidencia de que los agujeros negros de tamaño mediano se forman como despojos de estrellas

masivas que colapsan al final de sus vidas, y de que existen agujeros negros supermasivos en los núcleos de muchas galaxias --- quizá incluyendo la nuestra.