Reposo y Movimiento

El movimiento de un objeto está determinado por la suma de las fuerzas que actúan sobre él. Si la fuerza neta sobre el objeto no es cero, su estado de movimiento cambiará. Cuanto mayor sea la masa del objeto, mayor será la fuerza requerida para lograr el mismo cambio de estado de movimiento.

Definiciones Fundamentales

• Reposo: Un objeto está en reposo cuando no cambia su posición con respecto a un sistema de referencia.
• Movimiento: Un objeto está en movimiento cuando cambia su posición con respecto a un sistema de referencia.

Sistemas de Referencia

Un sistema de referencia es un marco de coordenadas que se utiliza para describir la posición y el movimiento de un objeto. Puede ser:

• Un sistema de coordenadas cartesianas, representado por X, Y y Z.
• Sistema de coordenadas polares (r, θ).
• Un sistema de referencia inercial (que se mueve a una velocidad constante).

Cantidades Físicas: Escalares y Vectoriales

Cantidades Escalares

Son aquellas que solo tienen magnitud (valor numérico) y unidad de medida, pero no tienen dirección ni sentido.

Ejemplos de Cantidades Escalares:

• Masa: 5 kg
• Tiempo: 10 segundos
• Temperatura: 25 °C
• Energía: 200 J
• Velocidad escalar (rapidez): 60 km/h

Cantidades Vectoriales

Son aquellas que tienen magnitud, dirección y sentido. Se representan con una flecha (vector).

Ejemplos de Cantidades Vectoriales:

• Fuerza: 10 N hacia el norte
• Desplazamiento: 5 m al este
• Velocidad (vectorial): 60 km/h al sur
• Aceleración: 2 m/s² hacia arriba
• Campo eléctrico: 50 N/C en dirección norte

Características de las Cantidades Vectoriales:

• Módulo: El módulo de un vector es su magnitud o longitud.
• Dirección: La dirección de un vector es la línea sobre la que apunta.
• Sentido: El sentido de un vector es la orientación específica en la que se dirige (ej. Norte, Sur, Arriba).

Movimiento Lineal (Cinemática)

El movimiento lineal es un tipo de movimiento en el que un objeto se desplaza en una línea recta. En este tipo de movimiento, la dirección del objeto no cambia, solo su posición.

Características del Movimiento Lineal

• Dirección constante: El objeto se mueve en línea recta.
• Velocidad constante o variable: La velocidad del objeto puede ser constante o cambiar con el tiempo.
• Aceleración: El cambio en la velocidad del objeto en un periodo de tiempo determinado.

Tipos de Movimiento Lineal

• Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU): El objeto se mueve con velocidad constante.
• Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA): El objeto se mueve con aceleración constante.

Ecuaciones Fundamentales del MRUA

Las ecuaciones que describen el movimiento con aceleración constante son:

• Ecuación de la posición: X = X₀ + V₀t + (1/2) at²
• Ecuación de la velocidad: V = V₀ + at
• Ecuación de la aceleración: a = Δv / Δt

Ejemplos de Movimiento Lineal

• Un coche que se mueve por una carretera recta.
• Un objeto que cae bajo la influencia de la gravedad.

Importancia del Movimiento Lineal

• Aplicaciones en la ingeniería: Se aplica en el diseño de sistemas de transporte, máquinas y mecanismos.
• Análisis de fenómenos naturales: El movimiento lineal se observa en muchos fenómenos naturales, como la caída de objetos bajo la influencia de la gravedad.

Dinámica y Conservación del Momento Lineal

Definición del Momento Lineal

El momento lineal (o cantidad de movimiento) es una magnitud física vectorial que se define como el producto de la masa de un objeto por su velocidad. Matemáticamente se expresa con la siguiente fórmula:

P = m · v

Conservación del Momento Lineal

Establece que en un sistema aislado donde no actúan fuerzas externas, el momento lineal total se mantiene constante antes y después de cualquier interacción. Un sistema aislado es aquel donde las interacciones internas entre sus componentes no se ven afectadas por fuerzas externas. En estos sistemas, el momento lineal total se conserva.

Tipos de Colisiones

• Colisiones Elásticas: Tanto el momento lineal como la energía cinética se conservan.
• Colisiones Inelásticas: El momento lineal se conserva, pero parte de la energía cinética se transforma en otras formas de energía, como calor y deformación.

La conservación del momento lineal es un principio que explica cómo se comportan los objetos en un sistema aislado durante sus interacciones, por ejemplo, en colisiones o intercambios de fuerza. Al analizar ejemplos numéricos y resolver sistemas de ecuaciones sobre estos fenómenos, podemos desarrollar una comprensión profunda de cómo la física no solo describe, sino que también predice el comportamiento del mundo que nos rodea, lo que establece una relación directa entre práctica y teoría.

Segunda Ley de Newton

La Segunda Ley de Newton predice con precisión los comportamientos en el movimiento de los objetos macroscópicos.

Establece que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa.

F = m · a

Esta ley describe cómo la cantidad de fuerza aplicada a un objeto determina su aceleración, que a su vez depende de la masa del objeto. Por lo tanto, si la masa es mayor, se necesita aplicar más fuerza para obtener la misma aceleración.

Cambio de los Momentos Lineales e Impulso

Cuando dos objetos o sistemas interactúan, sus momentos lineales pueden cambiar. La suma de los momentos lineales de ambos sistemas es la misma antes y después de la interacción.

El momento lineal (P) de un objeto se define como el producto de su masa y velocidad: P = M · V. Aunque la suma total del momento lineal de un sistema cerrado se conserva durante una interacción, los momentos individuales de los objetos dentro del sistema pueden experimentar cambios significativos; estos cambios son el resultado de la interacción.

El impulso es una medida de cómo una fuerza puede alterar el momento lineal de un objeto. El principio de impulso para sistemas interactivos establece que el cambio de momento lineal es igual al impulso aplicado.

Radiación Electromagnética

La radiación electromagnética está presente en casi todos los aspectos de nuestra vida cotidiana, desde la tecnología de comunicación hasta la medicina. En el contexto actual, comprender la radiación electromagnética y su interacción con la materia es fundamental para el desarrollo de nuevas tecnologías y para abordar problemáticas como la implementación de energías renovables sostenibles. Dentro de esta sección, exploramos los modelos, sus interacciones con la materia y sus aplicaciones tecnológicas.

Modelos de Radiación: Ondas y Partículas

La radiación electromagnética se fundamenta en su unidad elemental, el fotón, una partícula sin masa que transporta energía. Esta radiación puede describirse mediante una onda de campos eléctricos y magnéticos, o como corpúsculos (partículas) individuales, denominados fotones. Ambos modelos son esenciales para explicar sus interacciones con la materia y comprender fenómenos complejos.

• El modelo ondulatorio describe la radiación como ondas que se propagan a través del espacio, caracterizadas por su frecuencia. La c es la velocidad de la luz.
• El modelo corpuscular, propuesto por Max Planck, conceptualiza la radiación como paquetes llamados fotones, los cuales son responsables de la fuerza electromagnética, comportándose como partículas individuales, así como ondas.

La energía de un fotón se relaciona con su frecuencia mediante la ecuación de Planck.

Los fotones nos permiten comprender fenómenos como el efecto fotoeléctrico, el cual ocurre cuando la luz incide sobre un material.