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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Física cuántica


Introducción

La física cuántica es una rama de la ciencia que estudia el comportamiento de la materia y la energía a las escalas más pequeñas. Es fundamentalmente diferente de la física clásica con la que la mayoría de nosotros estamos familiarizados. Mientras que la física clásica trata con objetos grandes como coches y planetas, la física cuántica intenta entender partículas diminutas, como átomos y electrones.

A esta escala, las leyes de la física clásica no siempre se aplican. En cambio, las partículas pueden comportarse de maneras extrañas e impredecibles. Esto ha llevado a algunos de los descubrimientos más interesantes de la ciencia moderna.

El nacimiento de la física cuántica

Las raíces de la física cuántica se pueden rastrear hasta principios del siglo XX. Durante este tiempo, los científicos encontraron fenómenos que no podían explicarse por la física clásica. Por ejemplo, el efecto fotoeléctrico, donde la luz causa la emisión de electrones de una sustancia, no podría explicarse por la teoría ondulatoria de la luz. Esto llevó a Albert Einstein a proponer que la luz está compuesta de partículas llamadas "fotones".

Estos descubrimientos marcaron el comienzo de la física cuántica. A medida que más científicos, como Max Planck, Niels Bohr y Erwin Schrödinger, continuaron explorando estas ideas, comenzó a emerger una nueva visión del universo.

Principios de la física cuántica

Dualidad onda-partícula

Uno de los conceptos principales en la física cuántica es la dualidad onda-partícula. Esto significa que las partículas, como electrones y fotones, pueden exhibir propiedades tanto de partículas como de ondas.

Considere una analogía simple: Imagine una pelota de playa flotando en el océano. Cuando la mira desde lejos, se comporta como una partícula. Pero si la mira más cerca, verá ondulaciones formándose en su superficie. En el mundo cuántico, estas "ondas" representan las probabilidades de dónde podría encontrarse una partícula.

Principio de incertidumbre

El principio de incertidumbre, introducido por Werner Heisenberg, es otro aspecto importante de la física cuántica. Afirma que hay un límite a la precisión con la que podemos conocer la posición y el momento de una partícula al mismo tiempo. Esto no es solo una limitación de nuestros instrumentos de medida, sino una característica fundamental del universo.

ℏ/2

En la fórmula anterior, Δx es la incertidumbre en la posición, Δp es la incertidumbre en el momento, y ℏ es la constante de Planck reducida.

Túnel cuántico

El túnel cuántico es un fenómeno en el cual las partículas pueden cruzar barreras que serían imposibles de cruzar en la física clásica. Imagina una bola luchando por rodar cuesta arriba; en el mundo cuántico, la bola puede fácilmente "atravesar" al otro lado.

Superposición y entrelazamiento cuántico

Superposición cuántica

La superposición cuántica se refiere a la capacidad de una partícula de existir en múltiples estados simultáneamente, hasta que es observada. Considere el famoso experimento mental de Schrödinger con el gato encerrado en la caja. En el sentido cuántico, el gato está tanto vivo como muerto hasta que abra la caja.

Entrelazamiento cuántico

El entrelazamiento cuántico es un fenómeno en el cual dos o más partículas se entrelazan, de modo que el estado de una afecta al estado de la otra, incluso a grandes distancias. Es como dos dados que siempre lanzan el mismo número, sin importar cuán separados estén.

Matemáticas de la física cuántica

La física cuántica se basa mucho en las matemáticas, en particular en los números complejos y el álgebra lineal. Una ecuación fundamental es la ecuación de Schrödinger, que describe cómo cambia el estado cuántico de un sistema físico a lo largo del tiempo.

iℏ (∂/∂t) Ψ(x, t) = HΨ(x, t)

En esta ecuación, i es la unidad imaginaria, ℏ es la constante de Planck reducida, Ψ es la función de onda, y H es el operador hamiltoniano.

Aplicaciones de la física cuántica

La física cuántica no es solo teórica; tiene muchas aplicaciones prácticas:

  • Semiconductores: La mecánica cuántica es importante para entender los semiconductores, que impulsan todos nuestros dispositivos electrónicos.
  • Computación cuántica: Las computadoras cuánticas utilizan los principios de superposición y entrelazamiento para realizar cálculos mucho más rápido que las computadoras convencionales.
  • Láseres: El control preciso de los fotones en un láser es una aplicación de la mecánica cuántica.
  • Imágenes médicas: Técnicas como la resonancia magnética dependen de principios cuánticos para obtener imágenes detalladas del cuerpo.

Conclusión

La física cuántica desafía nuestra comprensión intuitiva del mundo, revelando una realidad que es a la vez desconcertante y hermosa. Aunque las matemáticas y los conceptos pueden ser complejos, en su núcleo, la física cuántica trata sobre explorar la naturaleza de la existencia en su nivel más fundamental.

A medida que nuestro entendimiento de la física cuántica continúa creciendo, también lo hace su potencial para transformar la tecnología y proporcionar respuestas a algunos de los misterios más profundos del universo.


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