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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Momento e Impulso


En el mundo de la física, a menudo hablamos sobre cómo se mueven las cosas y qué las hace moverse. Dos conceptos importantes que nos ayudan a entender el movimiento son el momento y el impulso. Estos conceptos son parte del estudio más amplio de la mecánica y nos ayudan a describir, predecir y controlar el movimiento en la vida cotidiana y en aplicaciones científicas avanzadas. Este artículo discutirá estos temas en profundidad, explicará en lenguaje sencillo y proporcionará muchos ejemplos y ecuaciones.

Movimiento

El momento es una medida de la cantidad de movimiento que tiene un objeto. Si alguna vez has intentado atrapar una pelota de béisbol en vuelo o has visto un coche acelerando por la carretera, ya tienes algo de experiencia con el concepto de momento. En términos simples, te dice cuán difícil es detener un objeto en movimiento.

Entendiendo el momento

El momento es una cantidad vectorial, lo que significa que tiene tanto magnitud como dirección. El momento de un objeto depende de dos factores principales:

  • ¿Cuál es la masa del objeto (masa o m)
  • cuán rápido se está moviendo (velocidad o v)

La fórmula para el momento es:

p = m * v

donde p es el momento, m es la masa y v es la velocidad.

Ejemplo: Bola rodante

Imagina una pequeña bola con una masa de 2 kg moviéndose a una velocidad de 3 m/s. El momento de esta bola se puede medir de la siguiente manera:

p = m * v = 2 kg * 3 m/s = 6 kg·m/s

Por lo tanto, el momento de la bola en la dirección del movimiento es de 6 kilogramos metros por segundo.

Impulso

Mientras que el momento describe el movimiento de un objeto, el impulso describe un cambio en ese movimiento. El impulso puede considerarse como la acción que cambia el movimiento de un objeto, ya sea que lo haga moverse más rápido, más lento o cambie su dirección. En términos simples, el impulso es el efecto de una fuerza aplicada durante un período de tiempo.

Entendiendo la impulsividad

El impulso también es una cantidad vectorial y se describe con esta fórmula:

Impulso = Fuerza * Tiempo

La unidad estándar de impulso es el newton-segundo (N s), que es equivalente a kg m/s. Esta es la misma unidad que para el momento, destacando la estrecha conexión entre los dos conceptos.

Teorema de impulso-momento

El teorema de impulso-momento conecta hermosamente el impulso con el momento. Afirma que el impulso aplicado a un objeto es igual al cambio en el momento de ese objeto. Matemáticamente, se puede expresar como:

Impulso = Δp = m * Δv = F * Δt

Donde Δp es el cambio en el momento, Δv es el cambio en la velocidad, F es la fuerza y Δt es el intervalo de tiempo durante el cual actúa la fuerza.

Ejemplo: Golpeando un balón de fútbol

Supongamos que un jugador de fútbol está pateando un balón estacionario. Supongamos un balón de 0.5 kg de masa es pateado y se le da una velocidad de 10 m/s. El cambio en el momento del balón es:

Δp = m * Δv = 0.5 kg * 10 m/s = 5 kg·m/s

Si el pie del jugador ejerce una fuerza en 0.1 s, entonces la fuerza promedio aplicada será:

F = Δp / Δt = 5 kg·m/s / 0.1 s = 50 N

Debido a esta fuerza, la velocidad del balón aumentó de 0 m/s a 10 m/s.

Conservación de momento

Un principio importante en el estudio del momento es la conservación del momento. Este principio establece que dentro de un sistema cerrado (lo que significa que no hay fuerzas externas actuando sobre él), el momento total antes de una interacción es igual al momento total después de la interacción.

Ejemplo: Colisión de dos coches

Imagina dos coches colisionando. El coche A tiene una masa de 1000 kg y se mueve a 15 m/s. El coche B, que tiene una masa de 1500 kg, se mueve a 10 m/s hacia el coche A. En una colisión donde los dos coches se traban juntos, el principio de conservación del momento nos permite calcular el momento combinado después de la colisión.

Coche ACoche B

El momento inicial total es:

p_inicial = (m_A * v_A) + (m_B * v_B) = (1000 kg * 15 m/s) + (1500 kg * -10 m/s) = 15000 kg·m/s - 15000 kg·m/s = 0 kg·m/s

Después de la colisión, la masa combinada es de 2500 kg. Por lo tanto, el momento v_f se puede calcular a partir del principio de conservación:

p_final = m_combinada * v_f = 0 kg·m/s v_f = 0 kg·m/s / 2500 kg = 0 m/s

Los coches no se mueven después de la colisión, lo que pone en efecto el principio de conservación del momento, ya que el momento permanece constante.

Aplicaciones del momento y el impulso

Deportes y atletismo

En deportes como el fútbol, entender el momento ayuda a los jugadores a aumentar el rendimiento y a evitar lesiones. En juegos de pelota como el baloncesto y el fútbol, el impulso juega un papel vital durante los pases y los tiros. Un jugador hábil logra controlar el momento y aplicar el impulso de manera juiciosa.

Seguridad vehicular

Los sistemas de seguridad de los coches, como los cinturones de seguridad y las bolsas de aire, utilizan el concepto de impulso. Al aumentar la duración de la fuerza generada por una colisión, estos sistemas reducen la fuerza ejercida sobre los pasajeros, mejorando la seguridad de los mismos.

Misión espacial

En la exploración espacial, los científicos aplican los conceptos de momento e impulso para propulsar las naves espaciales. En el vacío del espacio, expulsar gas en una dirección resulta en que la nave se mueva en la dirección opuesta (conservación del momento).

Conclusión

Los conceptos de momento e impulso son fundamentales para entender la dinámica del movimiento. Ayudan a explicar fenómenos cotidianos y guían a ingenieros y científicos en muchas disciplinas en el diseño de sistemas que controlan o regulan eficazmente el movimiento. A través de los principios de conservación del momento y la relación impulso-momento, obtenemos herramientas poderosas para describir y predecir el comportamiento de los objetos en movimiento.


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