Grado 11
  1. Mecánica  1.1. dinámico  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos y tres dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y rapidez  1.1.5. Aceleración y desaceleración  1.1.6. Análisis gráfico del movimiento  1.1.7. Ecuaciones del movimiento (deducciones avanzadas)  1.1.8. Caída libre y velocidad terminal  1.1.9. Movimiento de proyectiles  1.1.10. Velocidad relativa en una y dos dimensiones  1.1.11. Movimiento de un coche en un plano inclinado  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton y sus aplicaciones  1.2.2. Inercia y la primera ley de Newton  1.2.3. Fuerza y tipos de fuerza  1.2.4. Fricción estática y cinética  1.2.5. Movimiento circular y aceleración centrípeta  1.2.6. Movimiento circular no uniforme  1.2.7. Peralte de carreteras y curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservación del momento en una y dos dimensiones  1.2.10. Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por una fuerza constante y variable  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética y potencial  1.3.4. Energía potencial gravitacional y elástica  1.3.5. Conservación de la energía mecánica  1.3.6. Energía y potencia instantánea  1.3.7. Eficiencia de las máquinas  1.3.8. Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas  1.4. Movimiento rotacional  1.4.1. Torsión y aceleración angular  1.4.2. Equilibrio rotacional  1.4.3. Momento de inercia y sus aplicaciones  1.4.4. Momento angular y su conservación  1.4.5. Energía cinética del movimiento de rodadura y rotación  1.4.6. Teorema del Eje Paralelo y Perpendicular  1.4.7. Dinámica del movimiento rotacional
  2. Fuerza gravitacional  2.1. Gravitación universal  2.1.1. La ley de gravitación universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional y potencial  2.1.3. Cambio en la aceleración debido a la gravedad  2.1.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  2.1.5. Mecánica orbital y satélites  2.1.6. Velocidad de escape y velocidad orbital  2.1.7. Ingravidez y caída libre  2.1.8. Energía potencial gravitacional y energía en órbitas  2.1.9. Agujeros negros y lente gravitacional
  3. Propiedades de la materia  3.1. Mecánica de fluidos  3.1.1. Densidad y presión en líquidos  3.1.2. La teoría de Pascal y sus aplicaciones  3.1.3. Principio de Arquímedes y Flotabilidad  3.1.4. Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones  3.1.5. Ecuación de continuidad y el efecto Venturi  3.1.6. Tensión superficial y capilaridad  3.1.7. Viscosidad y la Ley de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds y turbulencia  3.2. Elasticidad y deformación  3.2.1. La ley de Hooke y la relación tensión-deformación  3.2.2. Módulo de elasticidad y aplicaciones  3.2.3. Deformación y límite elástico de los sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor y temperatura  4.1.1. Propiedades termométricas y escala de temperatura  4.1.2. Expansión térmica de sólidos, líquidos y gases  4.1.3. Sistema de transferencia de calor  4.1.4. Capacidad calorífica específica y calorimetría  4.1.5. Calor latente y cambio de fase  4.2. Teoría cinética de los gases  4.2.1. Modelo molecular de los gases  4.2.2. Explicación cinética de la temperatura  4.2.3. Ecuación de Gas Ideal y Desviaciones  4.2.4. Camino libre medio y distribución de Maxwell–Boltzmann  4.3. Leyes de la Termodinámica  4.3.1. Zeroth Law y Equilibrio Térmico  4.3.2. Primera Ley y Energía Interna  4.3.3. La Segunda Ley y la Entropía  4.3.4. Ciclo de Carnot y motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores y bombas de calor
  5. Ondas y oscilaciones  5.1. Movimiento Armónico Simple  5.1.1. Ecuaciones del MHS  5.1.2. Energía en MAS  5.1.3. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  5.1.4. Resonancia y aplicaciones  5.1.5. Péndulo y sistema masa-resorte  5.2. Movimiento ondulatorio  5.2.1. Tipos de ondas mecánicas  5.2.2. Movimiento ondulatorio y transporte de energía  5.2.3. Principio de Superposición y Ondas Estacionarias  5.2.4. Reflexión, Refracción y Difracción  5.2.5. Efecto Doppler en sonido y luz  5.2.6. Pulsaciones e interferencia
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Electrostática  6.1.1. Carga eléctrica y conservación  6.1.2. La ley de Coulomb y sus aplicaciones  6.1.3. Campo eléctrico y flujo eléctrico  6.1.4. Potencial eléctrico y energía potencial  6.1.5. Capacitancia y energía almacenada en un condensador  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. La ley de Ohm y la resistencia eléctrica  6.2.2. Resistividad y dependencia de la temperatura  6.2.3. Leyes de Kirchhoff y análisis de circuitos  6.2.4. Potencia eléctrica y eficiencia  6.2.5. Combinación de resistencias  6.3. Magnetismo y electromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos y sus fuentes  6.3.2. Fuerza magnética sobre cargas en movimiento  6.3.3. Inducción electromagnética  6.3.4. Leyes de Faraday y Lenz  6.3.5. Inductancia y Transformador  6.3.6. Corriente alterna y sus aplicaciones
  7. Óptica  7.1. Reflexión y Refracción  7.1.1. leyes de reflexión y refracción  7.1.2. Espejos y lentes  7.1.3. Reflexión interna total y fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferencia y Difracción  7.2.2. Experimento de la doble rendija de Young  7.2.3. Polarización de la luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein  8.1.2. Dualidad onda-partícula  8.1.3. El principio de incertidumbre de Heisenberg  8.1.4. Efecto Compton  8.2. Física Atómica y Nuclear  8.2.1. Modelo atómico y niveles de energía  8.2.2. Desintegración radiactiva y vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear
  9. Electrónica y Comunicación  9.1. Semiconductores  9.1.1. uniones pn y diodo  9.1.2. Transistores y compuertas lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados y Aplicaciones  9.2. Sistemas de comunicación  9.2.1. Conceptos básicos de la comunicación analógica y digital  9.2.2. Comunicación Inalámbrica y Óptica  9.2.3. Modulación y Demodulación

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Movimiento en una dimensión


El movimiento es parte de nuestras vidas cotidianas. Siempre que miramos alrededor, vemos cosas que se mueven. Desde la caída de una manzana hasta los movimientos complejos de los vehículos, el movimiento está en todas partes y es fundamental para la física. En este tema, exploraremos el "movimiento en una dimensión", que es la forma más simple de movimiento.

Primero entendamos qué significa "movimiento". El movimiento se refiere al cambio en la posición de un objeto con respecto al tiempo y su entorno. Cuando hablamos de movimiento en una dimensión, nos referimos al movimiento a lo largo de una línea recta.

Posición

Primero definamos la posición de un objeto. La posición es un punto en el espacio que se define en relación con un punto de referencia. Generalmente se describe utilizando un sistema de coordenadas como una recta numérica.

0 1 2 3 4

En el diagrama anterior, la línea representa el camino que un objeto puede tomar. Los números son posiciones en este camino, siendo 0 el punto de referencia. Si un objeto está en la posición 2, significa que está a 2 unidades del punto de referencia.

Distancia y desplazamiento

Cuando se discute el movimiento, es importante distinguir entre distancia y desplazamiento. La distancia es la longitud total del camino recorrido por un objeto, sin importar su posición inicial o final. El desplazamiento, por otro lado, es el cambio en la posición de un objeto. Es una cantidad vectorial, lo que significa que tiene tanto magnitud como dirección.

Ejemplo: Si caminas 3 m hacia el este y luego 4 m hacia el oeste, la distancia total recorrida será de 7 m. Sin embargo, el desplazamiento será de 1 m hacia el oeste.

Velocidad y rapidez

Otro aspecto importante del movimiento es la rapidez. La rapidez es la magnitud que muestra la velocidad de un objeto, calculada como la distancia recorrida por unidad de tiempo. Es una cantidad escalar y no incluye la dirección.

Rapidez = Distancia / Tiempo

Sin embargo, la velocidad es una cantidad vectorial. Indica la rapidez con la que un objeto cambia su posición. Incluye tanto rapidez como dirección.

Velocidad = Desplazamiento / Tiempo

Ejemplo: Si caminas 100 metros al norte en 10 segundos, tu rapidez es de 10 m/s y tu velocidad es de 10 m/s al norte.

Inicio Final Desplazamiento

Aceleración

La aceleración es la tasa de cambio de la velocidad de un objeto con respecto al tiempo. Es una cantidad vectorial, lo que significa que tiene tanto magnitud como dirección.

Aceleración = Cambio en Velocidad / Tiempo

Si la velocidad de un coche cambia de 20 m/s a 30 m/s en 5 segundos, entonces la aceleración será:

Aceleración = (30 m/s - 20 m/s) / 5 s = 2 m/s²

La aceleración puede ser positiva o negativa. La aceleración positiva a menudo se refiere a aumentar la velocidad, mientras que la aceleración negativa (o desaceleración) significa disminuir la velocidad.

t = 0s T = TS Inicio Final

Ecuaciones cinemáticas

Para describir el movimiento en una dimensión, a menudo usamos un conjunto de ecuaciones cinemáticas. Estas ecuaciones relacionan el desplazamiento, la velocidad inicial, la velocidad final, la aceleración y el tiempo:

  1. v = u + at
  2. S = UT + 0,5AT²
  3. v² = u² + 2as

Donde:

  • v es la velocidad final
  • u es la velocidad inicial
  • a es la aceleración
  • t es el tiempo
  • s es el desplazamiento

Estas ecuaciones son herramientas poderosas para predecir la futura posición y velocidad de los objetos en movimiento.

Problema de ejemplo: Un coche acelera desde el reposo a una tasa constante de 3 m/s² durante 10 segundos. ¿Cuál es su velocidad final y cuánto recorrido hace?

Usando la primera ecuación: v = u + at = 0 + 3 * 10 = 30 m/s Usando la segunda ecuación: s = ut + 0,5at² = 0 + 0,5 * 3 * 100 = 150 metros

El coche alcanza una velocidad final de 30 m/s y recorre una distancia de 150 m.

Representación gráfica del movimiento

El movimiento también puede representarse usando gráficos de posición versus tiempo, velocidad versus tiempo y aceleración versus tiempo.

Gráfico de posición versus tiempo: Este gráfico muestra cómo cambia la posición de un objeto a lo largo del tiempo. La pendiente de la línea en este gráfico indica la velocidad.

Tiempo Posición

Gráfico de velocidad versus tiempo: Este gráfico muestra cómo cambia la velocidad a lo largo del tiempo. La pendiente de este gráfico representa la aceleración, y el área bajo la curva representa el desplazamiento.

Tiempo Velocidad

Aplicaciones y ejemplos

El movimiento en una dimensión no es solo un concepto teórico, sino que también se usa en la vida real. Veamos algunos ejemplos:

Ejemplo 1: Objetos en caída libre
Los objetos en caída libre se mueven con una aceleración constante debido a la gravedad, que es de aproximadamente 9,8 m/s². Si dejas caer una pelota desde un edificio, puedes usar las ecuaciones de movimiento para predecir cuánto tiempo tardará en caer al suelo.

Ejemplo 2: Un coche viaja en línea recta por una autopista
Los coches a menudo se desplazan en línea recta por las autopistas, siendo un ejemplo clásico de movimiento en una dimensión. Conociendo la velocidad inicial y la aceleración, puedes predecir la futura posición y velocidad del coche.

Conclusión

El movimiento en una dimensión proporciona una comprensión fundamental de cómo se mueven los objetos en línea recta. Aprendiendo conceptos como posición, distancia, desplazamiento, velocidad y aceleración, y usando ecuaciones cinemáticas, puedes analizar y predecir eficientemente el movimiento de los objetos.

Ya sea que estés siguiendo la trayectoria de una bola lanzada o el movimiento de vehículos en la carretera, dominar el movimiento unidimensional es importante para una exploración más profunda de movimientos más complejos en dos y tres dimensiones.


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