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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Inercia y la primera ley de Newton


El universo está en constante movimiento, y entender el movimiento requiere una comprensión fundamental de la dinámica, que es la rama de la mecánica que se ocupa del movimiento de los objetos y las fuerzas que causan este movimiento. En una clase típica de física de grado 11, uno de los conceptos básicos introducidos es la inercia y la primera ley del movimiento de Newton. Estos principios son fundamentales para entender cómo se comportan los objetos en movimiento o en reposo.

Entendiendo la inercia

La inercia es una propiedad de la materia que es fundamental para la dinámica. Es la resistencia de cualquier objeto físico a cualquier cambio en su velocidad. Esto incluye cambios en la velocidad del objeto o en la dirección del movimiento. En términos simples, la inercia es la tendencia de un objeto a seguir haciendo lo que está haciendo actualmente, ya sea moviéndose a velocidad constante en línea recta o permaneciendo en reposo.

Imagina que estás sentado en un coche y de repente el coche se detiene. Sientes que tu cuerpo se empuja hacia adelante contra el cinturón de seguridad. ¿Por qué? Porque tu cuerpo estaba en movimiento y quería seguir en movimiento. Esto es la inercia en acción.

Visualización de la inercia

Considera la siguiente ilustración que muestra un objeto en movimiento:

objeto en movimiento

El círculo azul representa un objeto. A menos que haya una fuerza externa actuando sobre él, continuará moviéndose en la misma dirección a la misma velocidad debido a la inercia.

La primera ley del movimiento de Newton

La primera ley del movimiento de Newton, también llamada la ley de la inercia, establece:

"Un objeto en reposo permanece en reposo y un objeto en movimiento continúa moviéndose con la misma velocidad y en la misma dirección a menos que actúe sobre él una fuerza neta externa no nula."

Interpretación de la ley

Esta ley puede dividirse en dos situaciones:

  • Objeto estacionario: Si un objeto no se está moviendo, no se moverá a menos que se le aplique una fuerza externa.
  • Objeto en movimiento: Si un objeto está en movimiento, no se detendrá ni cambiará de dirección a menos que actúe sobre él una fuerza externa.

Estas condiciones enfatizan que el movimiento o el reposo es el estado natural de un objeto a menos que intervenga una fuerza.

Ejemplos de la primera ley

Objetos en reposo

Considera un libro sobre una mesa. Este libro permanece en reposo debido a su inercia. Permanecerá ahí indefinidamente a menos que alguien lo recoja o lo deje caer de la mesa. La ley de la inercia establece que no hay una fuerza neta actuando sobre el libro, por lo que permanece en reposo.

Libro

En la figura anterior, el libro está en reposo sobre la mesa. Su inercia le impide moverse a menos que se le aplique una fuerza externa (como un empujón).

Objetos dinámicos

Un disco de hockey deslizándose sobre el hielo es otro ejemplo. El disco seguirá moviéndose a una velocidad constante en línea recta hasta que la fricción u otra fuerza, como un palo de hockey, cambien su estado de movimiento.

moviendo el disco

El diagrama anterior muestra el disco moviéndose hacia la derecha. Sin ninguna fuerza externa, su inercia lo mantiene moviéndose en la misma dirección.

Cuantificación de la inercia

La inercia está inherentemente ligada a la masa. Cuanto mayor es la masa de un objeto, mayor es su inercia y mayor es la fuerza requerida para cambiar su estado de movimiento. Esta relación es la razón por la que los objetos más pesados son más difíciles de poner en movimiento o detener que los objetos más ligeros. Considera dos ejemplos para ilustrar este concepto:

  • Coche y carrito de compras: Un carrito de compras es más fácil de empujar que un coche. Esta diferencia se debe a que un coche tiene más masa y por lo tanto más inercia que un carrito de compras.
  • Rocas y guijarros: Tratar de patear una gran roca requiere significativamente más esfuerzo que patear un pequeño guijarro. La mayor masa de la roca significa que tiene mayor inercia, lo que resiste los cambios en el impulso.

Expresión matemática y sus implicaciones

Si bien la inercia no se expresa directamente mediante fórmulas en física, la relación entre fuerza, masa y aceleración se explica mediante la segunda ley del movimiento de Newton, que discutimos brevemente debido a su relevancia:

F = m * a

Aquí:

  • F es la fuerza neta aplicada al objeto.
  • m es la masa del objeto.
  • a es la aceleración del objeto.

Esta ecuación resalta que la aceleración (cambio en la velocidad) de un objeto es directamente proporcional a la fuerza aplicada e inversamente proporcional a la masa del objeto. Más masa significa más inercia, y por lo tanto se requiere más fuerza para lograr la misma aceleración.

Experiencias cotidianas con la inercia

La mayoría de las personas experimentan la inercia regularmente, a menudo sin darse cuenta. Aquí hay algunos escenarios cotidianos que involucran la inercia:

  • Sentado en un coche: Cuando un coche acelera de repente, los pasajeros son empujados hacia atrás en sus asientos. Sin cinturones de seguridad, tienden a inclinarse hacia adelante durante una parada repentina porque sus cuerpos quieren moverse hacia adelante con el impulso del coche.
  • Truco del mantel: Probablemente hayas visto a alguien sacar un mantel de debajo de una olla sin moverla. Las ollas se quedan en su lugar debido a su inercia. Siempre que el tirón sea lo suficientemente fuerte, la fuerza hacia abajo de las ollas debido a la gravedad las mantiene prácticamente quietas.
  • Correr y detenerse: Si te detienes de repente mientras corres, sientes que seguirás moviéndote por un tiempo. Es la inercia de tu cuerpo la que resiste la detención repentina.

Factores que afectan la inercia

El factor primario que afecta la inercia es la masa de un objeto. De dos objetos con masas diferentes, el objeto con mayor masa tendrá más inercia.

Ideas de ejemplo

Supongamos que tienes dos bolas, una hecha de goma y la otra de plomo, ambas del mismo tamaño. La bola de plomo tendrá una masa mucho mayor que la bola de goma, lo que significa que requerirá una fuerza mayor para cambiar su estado de movimiento que la bola de goma.

Conclusión

Entender la inercia y la primera ley del movimiento de Newton es fundamental para explorar la dinámica en física. Estos principios explican por qué los objetos permanecen en reposo o en movimiento uniforme a menos que sean sujetos a fuerzas externas. Ya sea a través del movimiento de un vehículo, un evento deportivo o las actividades cotidianas, la inercia afecta cómo interactuamos con el mundo que nos rodea. Al explorar la inercia y las leyes de Newton, desarrollamos un marco para analizar y predecir el movimiento de los objetos, lo que conduce a una comprensión más profunda del mundo físico.

Exploración adicional

Para entender mejor los principios de la inercia y la dinámica, considera realizar experimentos simples como observar el movimiento de un objeto deslizándose por una rampa o empujar un objeto a través de una superficie lisa. Analizar estos comportamientos del mundo real puede reforzar los conceptos tratados aquí.


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