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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Dinámica


La dinámica es una rama de la física que se ocupa del estudio de las fuerzas y sus efectos en el movimiento de los objetos. A diferencia de la cinemática, que se ocupa solo de la descripción del movimiento, la física dinámica explica por qué los objetos se mueven. Comprender la dinámica es importante para explicar el movimiento de todo, desde partículas diminutas hasta galaxias. En su núcleo, la dinámica se basa en las leyes del movimiento de Newton.

Leyes del movimiento de Newton

Como texto introductorio, las leyes del movimiento de Newton forman la base de la dinámica. Explican cómo las fuerzas afectan el movimiento:

  1. Primera Ley de Newton: A menudo llamada la ley de la inercia, establece que 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 se aplique una fuerza no equilibrada.
  2. Segunda Ley de Newton: La aceleración de un objeto es proporcional a la fuerza neta aplicada a él e inversamente proporcional a su masa. Esto generalmente se formula como F = ma, donde F es la fuerza aplicada, m es la masa del objeto y a es la aceleración.
  3. Tercera Ley de Newton: Para cada acción hay una reacción igual y opuesta. Esto significa que las fuerzas siempre vienen en pares; si el objeto A ejerce una fuerza sobre el objeto B, entonces el objeto B ejerce una fuerza igual pero opuesta sobre el objeto A.

Comprendiendo la fuerza

La fuerza es una cantidad vectorial, lo que significa que tiene tanto magnitud como dirección. Las fuerzas comunes en la física incluyen la fuerza gravitacional, la tensión, la fricción y la fuerza normal. Aquí, discutiremos estas en términos simples.

Fuerza gravitacional

La fuerza gravitacional es la fuerza de atracción entre dos masas. En la Tierra, da peso a los objetos físicos y los hace caer al suelo, como cuando se arranca una manzana de un árbol. La fuerza se puede calcular usando la fórmula:

F = G * (m1 * m2) / r^2

Donde F es la fuerza gravitacional, G es la constante gravitacional, m1 y m2 son las masas, y r es la distancia entre los centros de las dos masas.

Tensión

La tensión es la fuerza que actúa a lo largo de la longitud de un alambre o cuerda cuando es tirada por fuerzas que actúan desde el extremo opuesto. Se utiliza en casos que involucran cuerdas, cables y alambres. Si tiras de una cuerda para levantar una caja, la tensión de la cuerda sostiene la caja contra la gravedad.

Fuerza Tensión Masa

Fricción

La fricción es la fuerza que se opone al movimiento de un objeto. Actúa en paralelo a la superficie con la que está en contacto el objeto. Por ejemplo, cuando deslizas un libro sobre una mesa, la fricción actúa contra el movimiento. La fórmula general para la fuerza de fricción es:

f = μ * N

Aquí, f es la fuerza de fricción, μ es el coeficiente de fricción (una medida de cuán rugosas son las superficies de contacto) y N es la fuerza normal (la fuerza perpendicular aplicada al objeto).

Fricción Superficie

Fuerza normal

La fuerza normal es la fuerza de apoyo aplicada a un objeto que está en contacto con otro objeto estacionario. Es perpendicular a la superficie de contacto. Por ejemplo, un libro colocado sobre una mesa es actuado por una fuerza normal hacia arriba, que contrarresta su peso.

Fuerza normal

Aplicaciones de la dinámica

La dinámica se utiliza en muchos escenarios del mundo real, desde la ingeniería hasta el deporte. Veamos algunos ejemplos donde comprender la dinámica es importante.

Vehículos

Los motores proporcionan el empuje (fuerza) para mover el automóvil, las ruedas adhieren a la carretera debido a la fricción y la aerodinámica determina cuán eficientemente se mueve el vehículo a través del aire. Los ingenieros utilizan la dinámica para diseñar vehículos que sean seguros, rápidos y eficientes en el consumo de combustible.

Cuando un automóvil acelera, sigue la segunda ley de Newton, donde la fuerza total está determinada por la potencia del motor (transformada en empuje) y la fricción entre los neumáticos y la carretera.

Deportes

Los atletas utilizan la dinámica en los deportes. Por ejemplo, lanzar una pelota de baloncesto implica comprender cuánta fuerza se necesita para que la pelota entre en el aro. La cantidad correcta de fuerza, ángulo y giro se calcula consciente o inconscientemente utilizando los principios de la dinámica.

Astronomía

En astronomía, la dinámica nos ayuda a comprender el comportamiento de los cuerpos celestes. El movimiento de los planetas, estrellas y galaxias está gobernado por fuerzas gravitacionales. La ley de gravitación de Newton ayuda a explicar las órbitas de los planetas y el movimiento de las galaxias.

Resolución de problemas con dinámica

La dinámica implica un enfoque sistemático para resolver problemas. Aquí hay una guía simple:

  1. Identificar todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. Dibujar un diagrama de cuerpo libre si es necesario.
  2. Escribir las ecuaciones del movimiento utilizando las leyes de Newton.
  3. Resolver ecuaciones para valores desconocidos como fuerza, aceleración o velocidad.

Problema de ejemplo

Supongamos que tienes un bloque de masa 5 kg en una superficie sin fricción, que está siendo tirado a la derecha por una fuerza de 20 N. ¿Cuál es la aceleración del bloque?

Usando la segunda ley de Newton: F = ma

Reorganizamos la fórmula para resolver la aceleración a:

a = F / m

Sustituimos los siguientes valores:

a = 20 N / 5 kg = 4 m/s²

Por lo tanto, la aceleración del bloque es 4 m/s².

Simplificando la fuerza

Al analizar fuerzas, a menudo es útil descomponerlas en componentes. Por ejemplo, al tratar con un plano inclinado, las fuerzas se pueden dividir en componentes perpendiculares y paralelos. Esto ayuda a simplificar problemas dinámicos complejos.

MG Perpendicular Paralelo

Conclusión

La dinámica es un aspecto fundamental de la física que explica cómo las fuerzas causan cambios en el movimiento. Sus principios se aplican en muchas áreas, desde diseñar sistemas que aseguren la seguridad de las estructuras hasta comprender movimientos cósmicos. Dominar la dinámica comienza con comprender las leyes de Newton y entender las fuerzas, llevando a grandes habilidades de resolución de problemas que pueden emplearse en muchas disciplinas. Continúa explorando ejemplos de dinámica en el mundo real, resuelve varios problemas de física y haz conexiones entre los principios teóricos y las aplicaciones prácticas. Este conocimiento es una parte vital de nuestro entendimiento del mundo físico.


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