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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La ley de gravitación universal de Newton


La ley de gravitación universal de Newton es un principio fundamental en la física que describe la fuerza gravitacional entre dos objetos. Fue formulada por Sir Isaac Newton en 1687 y sentó las bases para la mecánica clásica. Esta ley describe cómo los objetos en el universo se atraen entre sí, dependiendo de su masa y la distancia entre ellos.

Interpretación de la ley

Según la ley de gravitación universal de Newton, cada punto de masa en el universo atrae a cada otro punto de masa con una fuerza a lo largo de la línea que los conecta. Esta fuerza es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre sus centros. Esta ley se puede expresar matemáticamente de la siguiente manera:

F = G * (m1 * m2) / r^2

Dónde:

  • F es la fuerza gravitacional entre los dos objetos.
  • G es la constante de gravitación, aproximadamente 6.674 × 10^-11 N(m/kg)^2.
  • m1 y m2 son las masas de los dos objetos.
  • r es la distancia entre los centros de las dos masas.

Estudiemos cada uno de estos componentes con más detalle y comprendamos las implicaciones de esta ley.

Constante de gravitación (G)

La constante de gravitación, denotada por G, es un parámetro clave en la ley de gravitación universal. Su valor es muy pequeño, lo que indica que las fuerzas gravitacionales son mucho más débiles que, por ejemplo, las fuerzas electromagnéticas. La constante ayuda a calcular la fuerza gravitacional cuando la masa y la distancia se conocen.

Dado que el valor de G es muy pequeño, se requieren cuerpos masivos como planetas o estrellas para experimentar fuerzas gravitacionales significativas. Por eso solo sentimos la gravedad de la Tierra a diario y no la gravedad de los objetos más pequeños a nuestro alrededor.

Masa de los objetos (m1 y m2)

Las masas de ambos objetos juegan un papel vital en la determinación de la fuerza gravitacional. Cuanto mayor sea la masa, mayor será la fuerza gravitacional. Esto significa que los cuerpos celestes más grandes como planetas y estrellas tienen una atracción gravitacional sustancial en comparación con los objetos más pequeños.

Por ejemplo, la masa de la Tierra crea la fuerza gravitacional que mantiene a la Luna en órbita. Del mismo modo, el enorme tamaño del sol mantiene a los planetas del Sistema Solar en sus respectivas órbitas. Podemos visualizar esto utilizando la relación masa y fuerza:

m1 m2 F

Distancia entre objetos (r)

La distancia también juega un papel igualmente importante en la determinación de la fuerza de gravedad. La fuerza disminuye rápidamente a medida que aumenta la distancia entre dos objetos. La naturaleza de la ley del inverso del cuadrado significa que si la distancia se duplica, la fuerza gravitacional se reduce a un cuarto.

Por ejemplo, la fuerza gravitacional entre la Tierra y la Luna es menor que la fuerza gravitacional entre la Tierra y un satélite que orbita mucho más cerca de ella. Podemos visualizar este concepto con un diagrama simple:

Tierra luna r = 384,400 km

Fuerza gravitacional (F)

La fuerza de gravedad es lo que mantiene a los planetas, lunas y satélites artificiales en órbita. También es la razón por la que nos mantenemos firmemente arraigados a la Tierra. Esta fuerza siempre es atractiva, lo que significa que atrae objetos entre sí, no los aleja.

Las implicaciones de la fuerza de gravedad son muy amplias. Gobierna el movimiento de los cuerpos celestes, controla las mareas en la Tierra debido a la gravedad de la Luna y afecta la luz y el tiempo en fenómenos como el lente gravitacional y la relatividad general.

Ejemplos de la ley de gravitación universal de Newton

Ejemplo 1: Tierra y Luna

La Tierra y la Luna son dos cuerpos masivos ubicados relativamente cerca en el espacio. La fuerza gravitacional entre estos dos cuerpos celestes mantiene a la Luna en órbita alrededor de la Tierra. Considere lo siguiente:

  • La masa de la Tierra, m1, es aproximadamente 5.972 × 10^24 kg.
  • La masa de la Luna, m2, es aproximadamente 7.342 × 10^22 kg.
  • La distancia promedio entre la Tierra y la Luna es de aproximadamente 384,400 km, lo que equivale a 384,400,000 m.

Al aplicar la ley de gravitación universal de Newton, podemos calcular la fuerza de gravedad:

F = G * (m1 * m2) / r^2

Introducir valores:

F = (6.674 × 10^-11) * (5.972 × 10^24 * 7.342 × 10^22) / (384,400,000)^2

Este cálculo da como resultado una fuerza gravitacional igual a aproximadamente 1.992 × 10^20 N, que es suficiente para mantener la Luna en una órbita estable alrededor de la Tierra.

Ejemplo 2: Estás en la Tierra

La fuerza de gravedad entre tú y la Tierra es lo que te da peso. Esta fuerza a menudo se denomina "peso" y se da por:

Peso = m * g

Dónde:

  • m es tu masa.
  • g es la aceleración debida a la gravedad en la Tierra, aproximadamente 9.8 m/s^2.

Supongamos que tu masa es de 70 kg. La fuerza gravitacional que actúa sobre ti será:

Peso = 70 * 9.8 = 686 N

Esto significa que aplicas una fuerza gravitacional de 686 N en la Tierra y la Tierra también aplica la misma fuerza sobre ti.

Conclusión

La ley de gravitación universal de Newton es un pilar en la comprensión del movimiento de los cuerpos celestes y las fuerzas que operan en nuestro universo. Nos ayuda a comprender las interacciones gravitacionales desde escalas microscópicas hasta astronómicas.

Esta simple pero profunda ley explica por qué los planetas orbitan alrededor de las estrellas, cómo las lunas orbitan alrededor de los planetas y por qué los objetos caen unos hacia otros. Su universalidad significa que se aplica en todas partes del universo, convirtiéndola en un principio fundamental en el estudio de la física.

A medida que continuamos explorando el universo y descubriendo nuevos fenómenos, la comprensión fundamental proporcionada por las leyes de Newton seguirá siendo una herramienta esencial para resolver los misterios de la gravedad y el movimiento.


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