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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Tensión y deformación


Los conceptos de tensión y deformación son fundamentales para entender cómo los materiales se deforman bajo diversas fuerzas. Nos permiten predecir cómo se comportarán los materiales bajo diferentes condiciones. En física, especialmente en el estudio de las propiedades de la materia, la tensión y la deformación describen cómo reaccionan los objetos ante las fuerzas que se les aplican.

¿Qué es la tensión?

La tensión es una medida de las fuerzas internas que actúan dentro de un cuerpo deformable. Cuando se aplica una fuerza a un objeto, experimenta deformación, que se obtiene dividiendo la fuerza por el área sobre la cual actúa la fuerza. Matemáticamente, la tensión se expresa como:

Tensión (σ) = Fuerza (F) / Área (A)

Donde:

  • σ es la tensión (medida en Pascales o N/m²).
  • F es la fuerza aplicada (medida en Newtons).
  • A es el área de la sección transversal (medida en metros cuadrados).

Ejemplo: Calcular la tensión

Imagina que tienes una viga de madera con un área de sección transversal de 0.5 metros cuadrados. Si se aplica una fuerza de 1000 newtons perpendicularmente a la cara de la viga, la tensión será:

Tensión (σ) = 1000 N / 0.5 m² = 2000 N/m²

La tensión se puede clasificar además según el tipo de fuerza aplicada:

  • Tensión de tracción: Resulta de una fuerza que intenta estirar el material.
  • Tensión de compresión: Surge como resultado de una fuerza que intenta comprimir o acortar el material.
  • Tensión de corte: Ocurre cuando la fuerza aplicada es paralela al área de la superficie del material, haciendo que el material se deslice sobre sí mismo.

¿Qué es la deformación?

La deformación describe la deformación o el desplazamiento de un material. Es un número adimensional porque es la proporción de longitud sobre longitud. Cuando se aplica tensión a un material, este se estira o se comprime, y este cambio en la dimensión se llama deformación. Matemáticamente, la deformación se expresa como:

Deformación (ε) = Cambio en la longitud (ΔL) / Longitud original (L₀)

Donde:

  • ε es la deformación.
  • ΔL es el cambio en la longitud de la sustancia (medido en metros).
  • L₀ es la longitud original del material (medido en metros).

Ejemplo: Calcular la tensión

Supongamos que una varilla de metal mide originalmente 2 m de largo. Después de aplicar la fuerza, su longitud se convierte en 2.02 m. La deformación será:

Deformación (ε) = (2.02 m – 2 m) / 2 m = 0.01

Esto representa un aumento del 1% en la longitud.

Ley de Hooke

La ley de Hooke describe la relación entre tensión y deformación en materiales que regresan a su forma original después de ser deformados. La ley de Hooke establece que la deformación en un material es proporcional a la tensión aplicada dentro del límite elástico de ese material. Matemáticamente:

Tensión (σ) = Módulo de Young (E) × Deformación (ε)

Donde:

  • E es el módulo de Young, una medida de la rigidez de un material (medido en pascales).

Ejemplo: Ley de Hooke en acción

Si una banda elástica (módulo de Young = 0.01 GPa) se estira de tal manera que su deformación es 0.05 y regresa a su forma original, entonces la tensión experimentada será:

Tensión (σ) = 0.01 GPa × 0.05 = 0.0005 GPa = 500,000 N/m²

Elasticidad y plasticidad

La elasticidad se refiere a la capacidad de un material para regresar a su forma original después de ser deformado. Los materiales que exhiben un alto grado de elasticidad se llaman materiales elásticos. El caucho es un ejemplo común de un material elástico.

La plasticidad, por otro lado, es la capacidad de un material para deformarse permanentemente cuando se le aplica tensión. Una vez que se cruza el límite elástico (o punto de fluencia) de un material, este transiciona de un comportamiento elástico a un comportamiento plástico.

Visualización de la elasticidad y plasticidad

Región elástica Sector plástico Tensión (ε) Tensión (σ)

En el gráfico anterior, la primera parte representa la región elástica, donde el material regresa a su forma original una vez que se elimina la fuerza. La segunda parte representa la región plástica, donde ocurre una deformación permanente.

Tipos de tensión y presión

Tensión y deformación longitudinal

La deformación longitudinal ocurre cuando se aplica una fuerza a lo largo de la longitud de un objeto, causando su compresión o alargamiento. La tensión resultante de la tensión longitudinal se llama deformación longitudinal.

Tensión de corte y deformación

La tensión de corte se experimenta cuando las capas de material se deslizan unas sobre otras, y la tensión asociada con la tensión de corte se conoce como deformación de corte.

Tensión y deformación volumétrica

La tensión volumétrica causa un cambio en volumen y está asociada con fuerzas de compresión. La tensión volumétrica resulta de dividir el cambio en volumen por el volumen original.

Aplicaciones de los conceptos de tensión y deformación

Comprender la tensión y la deformación es importante en ingeniería y construcción, ya que ayuda a determinar la capacidad de carga de materiales como el acero, el hormigón y la madera.

Arquitectura: Los edificios y puentes deben diseñarse para soportar la tensión y la presión para asegurar que no colapsen debido a su propio peso o fuerzas externas como el viento o los terremotos.

Ejemplos en arquitectura

Cuando los ingenieros diseñan un puente, deben tener en cuenta no solo el peso del puente sino también el peso de los vehículos que lo transitarán. Calculan la tensión máxima esperada y se aseguran de que los materiales elegidos tengan un margen de seguridad adecuado.

Evaluación de las propiedades de los materiales

El estudio de la tensión y la deformación nos permite evaluar las siguientes propiedades de los materiales:

  • Elasticidad: Cuánto puede estirarse o comprimirse un material mientras regresa a su estado original.
  • Tenacidad: Capacidad de absorber energía y deformarse sin romperse.
  • Ductilidad: Qué tan fácilmente se puede estirar un material en un alambre.
  • Dureza: Resistencia a la deformación o ralladuras.

Conclusión

La tensión y la deformación son conceptos clave para entender el comportamiento de los materiales y asegurar la integridad estructural en una variedad de aplicaciones. Al dominar estas ideas, obtenemos una visión de las propiedades mecánicas de los materiales que guían diseños más seguros e innovadores.


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