Grado 10
  1. Mecánica  1.1. Dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y Rapidez  1.1.5. Aceleración  1.1.6. Representación gráfica del movimiento  1.1.7. Ecuaciones de movimiento  1.1.8. Caída libre y aceleración debido a la gravedad  1.1.9. Movimiento de un proyectil  1.1.10. Velocidad relativa  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton  1.2.2. Inercia y masa  1.2.3. Fuerza y sus tipos  1.2.4. fuerza de acción y reacción  1.2.5. La fricción y sus efectos  1.2.6. Coefficient of friction  1.2.7. Movimiento circular  1.2.8. Fuerza centrípeta y aceleración centrípeta  1.2.9. Momentum e Impulso  1.2.10. Conservación del momento  1.2.11. Tercera ley de Newton y aplicaciones  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial  1.3.5. Energía mecánica  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.3.8. Fuentes de energía renovables y no renovables  1.4. Fuerza gravitacional  1.4.1. La ley de gravitación universal de Newton  1.4.2. Campo gravitacional y fuerza del campo  1.4.3. Aceleración debida a la gravedad en diferentes planetas  1.4.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.4.5. Órbitas y satélites  1.4.6. Peso y peso aparente  1.4.7. Energía potencial gravitacional
  2. Propiedades de la materia  2.1. Estados de la materia  2.1.1. Sólido, líquido y gas  2.1.2. Estructura molecular de la materia  2.1.3. Fuerzas intermoleculares  2.1.4. Plasma y condensado de Bose–Einstein  2.2. Presión  2.2.1. Definición de Presión  2.2.2. Presión en líquidos  2.2.3. Presión atmosférica  2.2.4. Principio de Pascal  2.2.5. El principio de Arquímedes y la flotabilidad  2.2.6. Tensión superficial y capilaridad  2.3. Elasticidad  2.3.1. La ley de Hooke  2.3.2. Tensión y deformación  2.3.3. Límite elástico y módulo de elasticidad  2.3.4. Aplicaciones de la elasticidad
  3. Física térmica  3.1. calor y temperatura  3.1.1. Diferencia entre calor y temperatura  3.1.2. Escala de temperatura  3.1.3. Dilatación térmica  3.1.4. Equilibrio térmico  3.2. Transferencia de calor  3.2.1. Conductividad  3.2.2. Convección  3.2.3. Radiación  3.2.4. Aislamiento y sus aplicaciones  3.3. Propiedades térmicas de la materia  3.3.1. Capacidad calorífica específica  3.3.2. Calor latente y cambio de fase  3.3.3. Punto de ebullición y punto de fusión  3.3.4. Motores térmicos y refrigeración  3.4. Leyes de la Termodinámica  3.4.1. Ley cero de la termodinámica  3.4.2. Primera ley de la termodinámica  3.4.3. Segunda ley de la termodinámica  3.4.4. Ciclo de Carnot
  4. Ondas y óptica  4.1. Nature and properties of waves  4.1.1. Tipos de ondas en la naturaleza y propiedades de las ondas  4.1.2. Olas transversales y longitudinales  4.1.3. Parámetros de las ondas  4.1.4. Reflexión y refracción de ondas  4.1.5. Superposición e Interferencia  4.1.6. Ondas estacionarias y resonancia  4.1.7. Efecto Doppler  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Características de las ondas sonoras  4.2.2. Velocidad del sonido en diferentes medios  4.2.3. Aplicaciones de las ondas sonoras  4.2.4. Ultrasonido y sus usos  4.3. Ondas de Luz y Óptica  4.3.1. Naturaleza de la luz  4.3.2. Reflexión de la luz  4.3.3. Leyes de la reflexión  4.3.4. Espejos y Formación de Imágenes  4.3.5. Refracción de la luz  4.3.6. La Ley de Snell  4.3.7. Lentes y Formación de Imágenes  4.3.8. Reflexión interna total y ángulo crítico  4.3.9. Fibra óptica  4.4. Instrumentos Ópticos  4.4.1. Microscopio  4.4.2. Telescopio  4.4.3. Ojo humano y defectos de visión  4.4.4. Cámara y su principio de funcionamiento
  5. Electricidad y Magnetismo  5.1. Electrostática  5.1.1. Carga eléctrica y sus propiedades  5.1.2. Conductores e Aislantes  5.1.3. La ley de Coulomb  5.1.4. Campo eléctrico y líneas de campo  5.1.5. Potencial eléctrico y diferencia de potencial  5.1.6. Capacitores y Capacitancia  5.2. Electricidad Actual  5.2.1. Corriente eléctrica y su medición  5.2.2. La ley de Ohm  5.2.3. Resistencia y resistividad  5.2.4. Circuitos en Serie y en Paralelo  5.2.5. Energía y potencia eléctricas  5.2.6. Leyes de Kirchhoff  5.3. Magnetismo y Electromagnetismo  5.3.1. Campo magnético y líneas de campo  5.3.2. Efectos magnéticos de la corriente eléctrica  5.3.3. Inducción electromagnética  5.3.4. Leyes de Faraday de la inducción electromagnética  5.3.5. Transformadores y Aplicaciones  5.3.6. Corriente AC y DC
  6. Física Moderna  6.1. Física nuclear  6.1.1. Estructura del átomo  6.1.2. Modelo atómico de Bohr  6.1.3. Niveles de Energía del Electrón  6.1.4. Rayos X y aplicaciones  6.2. Radiactividad  6.2.1. Tipos de radiación  6.2.2. Vida media y desintegración radiactiva  6.2.3. Reacciones nucleares y aplicaciones  6.2.4. Fisión y Fusión  6.3. Física cuántica  6.3.1. Dualidad onda-partícula  6.3.2. Efecto fotoeléctrico  6.3.3. Cuantización de la energía  6.3.4. El principio de incertidumbre de Heisenberg
  7. Electrónica y Comunicación  7.1. Semiconductores  7.1.1. Conductores, aislantes y semiconductores  7.1.2. Diodos y sus aplicaciones  7.1.3. Transistores y Puertas Lógicas  7.1.4. LEDs y fotodiodos  7.2. Sistemas de Comunicación  7.2.1. Fundamentos de la comunicación  7.2.2. Señales analógicas y digitales  7.2.3. Comunicación inalámbrica y fibra óptica  7.2.4. Ondas de radio y modulación

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Caída libre y aceleración debido a la gravedad


La dinámica es la rama de la física que trata con el movimiento, y uno de los movimientos interesantes para estudiar es la caída libre. Este fenómeno involucra objetos que se mueven bajo la influencia de la gravedad, y es un concepto que fascina a muchas personas debido a su simplicidad y ocurrencia natural en nuestra vida diaria.

Comprendiendo la caída libre

La caída libre es un tipo de movimiento en el que un objeto está sujeto únicamente a la gravedad. Esto significa que no hay otras fuerzas significativas actuando sobre él, como la resistencia del aire. Cuando dejas caer un objeto desde un edificio, a menudo experimenta caída libre, especialmente si la altura no es tan alta como para que la resistencia del aire se acumule significativamente.

Conceptos básicos de la caída libre

Aquí hay una descripción básica de lo que sucede durante la caída libre:

  • El objeto comienza con una velocidad inicial. Si se deja caer desde el reposo, esta velocidad se convierte en cero.
  • La gravedad es la única fuerza que actúa sobre el objeto.
  • El objeto acelera hacia abajo a una tasa constante, conocida como la aceleración debido a la gravedad.

Aceleración debido a la gravedad

La aceleración debido a la gravedad se representa con el símbolo g. En la superficie de la Tierra, el valor de g es aproximadamente 9.8 , text{m/s}^2. Este valor significa que, ignorando la resistencia del aire, la velocidad de un objeto en caída libre aumentará aproximadamente 9.8 , text{m/s} cada segundo.

Fórmula para la velocidad en caída libre

La velocidad de un objeto en caída libre en cualquier momento se puede calcular usando la siguiente fórmula:

        V = U + GT

Dónde:

  • v = velocidad final
  • u = velocidad inicial (generalmente 0 si se empieza desde el reposo)
  • g = aceleración debido a la gravedad (9.8 , text{m/s}^2)
  • t = tiempo de caída del objeto

Determinando la distancia caída

La distancia caída por un objeto durante la caída libre se puede calcular usando esta fórmula:

        s = ut + frac{1}{2}gt^2

Dónde:

  • s = distancia recorrida
  • u = velocidad inicial (nuevamente, generalmente 0)
  • t = tiempo de caída del objeto
  • g = aceleración debido a la gravedad

Ejemplo: una manzana en caída

Consideremos un ejemplo práctico. Imagina una manzana cayendo de un árbol. Si cae desde una altura de 5 m, podemos calcular cuánto tiempo tardará en caer al suelo, ignorando la resistencia del aire.

Dado:

  • Velocidad inicial, u = 0 , text{m/s}
  • Altura de la caída, s = 5 , text{m}
  • Aceleración debido a la gravedad, g = 9.8 , text{m/s}^2

Usando s = ut + 0.5gt^2 :

        5 = 0 cdot t + 0.5 times 9.8 times t^2
        5 = 4.9t^2
        t^2 = frac{5}{4.9}
        t^2 approx 1.02
        T approx sqrt{1.02}
        t approx 1.01 , text{s}

Toma aproximadamente 1.01 segundos para que la manzana caiga al suelo.

5 metros

Efectos de la resistencia del aire

En el mundo real, la resistencia del aire puede tener un efecto significativo en la velocidad de los objetos en caída. Por ejemplo, una pluma cae mucho más lento que una manzana porque se ve más afectada por el aire. Sin embargo, al considerar un mundo ideal (sin resistencia del aire), obtenemos una visión de los principios fundamentales de la física.

Comparando objetos pesados y ligeros

Según la ley de cuerpos en caída de Galileo, si dos objetos se dejan caer desde la misma altura, caerán al suelo al mismo tiempo, independientemente de sus masas, siempre que no haya resistencia del aire. Esto significa que si dejas caer un martillo y una pluma en un vacío, caen a la misma velocidad.

Contexto histórico

Galileo Galilei fue una de las primeras personas en desafiar la creencia de Aristóteles de que los objetos más pesados caen más rápido que los más ligeros. Sus experimentos en la Torre Inclinada de Pisa fueron más anecdóticos, pero sirvieron como un punto de inflexión en la comprensión de la caída libre y la gravedad.

Newton y la gravedad

El trabajo de Isaac Newton se basó en teorías anteriores. Formuló la ley universal de la gravitación, que ayudó a establecer los principios matemáticos necesarios para describir con precisión la caída libre. Su trabajo explica por qué los objetos se mueven de la forma en que lo hacen y cómo la gravedad actúa como una fuerza.

Aplicaciones prácticas

Comprender la caída libre no es solo académico; tiene implicaciones prácticas en una variedad de campos:

  • Ingeniería: Diseñar estructuras que puedan soportar fuerzas gravitacionales.
  • Aeronáutica: Fabricar paracaídas y comprender el movimiento de cuerpos en caída libre.
  • Deportes: Analizar las trayectorias de pelotas y otros equipos deportivos.

Ejemplo: paracaidismo

Los paracaidistas experimentan caída libre cuando saltan de un avión. A pesar de acelerar inicialmente debido a la gravedad, eventualmente alcanzan la velocidad terminal, donde la resistencia del aire equilibra la fuerza de la gravedad, y caen a una velocidad constante.

Paracaidista Paracaídas

Conclusión

La caída libre y la aceleración debido a la gravedad son conceptos fundamentales en la física que describen el movimiento bajo la influencia de fuerzas gravitacionales. Esta comprensión proporciona información sobre fenómenos naturales y ayuda en el desarrollo de tecnología e innovaciones en varios campos.

Al explorar las matemáticas y la física detrás de la caída libre, los estudiantes obtienen una comprensión más profunda de las leyes que gobiernan el movimiento en la Tierra y más allá. Explorar estos conceptos forma la piedra angular en el estudio de la mecánica y prepara a los estudiantes para temas más avanzados en física.


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Caída libre y aceleración debido a la gravedad

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