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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Energía cinética y potencial


Comprender la energía en sus diversas formas es importante en la vida cotidiana y en la física. En Física de 11° grado, profundizamos en dos formas fundamentales de energía: la energía cinética y la energía potencial. Juntas, estas ideas ayudan a explicar cómo funciona el mundo, cómo se mueven los objetos y cómo se conserva la energía. Este documento proporciona un entendimiento detallado de estas formas de energía, apoyado por fórmulas, ejemplos y explicaciones sencillas.

Energía cinética

La energía cinética es la energía que tiene un objeto debido a su movimiento. Es la energía del movimiento. Siempre que un objeto se mueve, ya sea un coche acelerando por la autopista o una micro partícula vibrando en el espacio, tiene energía cinética.

KE = 1/2 * m * v^2

En esta fórmula, KE representa la energía cinética, m es la masa del objeto, y v es la velocidad del objeto. La energía cinética es directamente proporcional a la masa del objeto y al cuadrado de su velocidad.

Para entender esto, imagine una situación simple: un coche está moviéndose en una carretera recta.

coche V

Aquí, el coche representa un objeto en movimiento con masa, y la flecha roja con v es el vector de velocidad que apunta en la dirección de desplazamiento. Cuanto más rápido se mueve el coche o más pesado es, más energía cinética tiene.

Ejemplos de energía cinética

1. Pelota rodante: Imagine una pelota rodando cuesta abajo. A medida que rueda, cada parte de ella tiene energía cinética. Pelotas más grandes o pelotas moviéndose más rápido tienen más energía cinética.

2. Ciclista: Cuando un ciclista monta una bicicleta, la energía se transfiere del ciclista a la bicicleta, haciendo que tanto el ciclista como la bicicleta se muevan, por lo tanto, ambos tienen energía cinética.

3. Vuelo de un avión: Un avión tiene mucha energía cinética mientras vuela porque tiene mucha masa y mucha velocidad. Los motores proporcionan esta energía para mantener la velocidad y por lo tanto la energía cinética durante el viaje.

Como puede ver en estos ejemplos, el concepto de energía cinética es bastante universal en diferentes escalas y estados de la materia.

Energía potencial

La energía potencial es energía almacenada en un objeto debido a su posición, estado o condición. Es como la energía que está esperando ser liberada. La energía potencial gravitacional es una de las formas más comunes de energía potencial, y se debe a la posición de un objeto dentro de un campo gravitacional, como el de la Tierra.

PE = m * g * h

En esta ecuación, PE es energía potencial, m es masa, g es la aceleración debido a la gravedad (aproximadamente 9.8 m/s² en la Tierra), y h es la altura del objeto desde el punto de referencia.

Para visualizar este tipo de energía, piense en una manzana colgando de un árbol.

Manzana H

La manzana está a una cierta altura h sobre el suelo y tiene energía potencial debido a su posición relativa al suelo. Si cae, esa energía almacenada se convierte en energía cinética a medida que acelera hacia abajo.

Ejemplos de energía potencial

1. Un péndulo suspendido: Un péndulo sostenido a un ángulo tiene energía potencial gravitacional. Cuando se suelta, esta energía se convierte en energía cinética mientras el péndulo se balancea hacia abajo.

2. Resorte comprimido: En un resorte comprimido o estirado, la energía requerida para cambiar su longitud normal se almacena como energía potencial elástica.

3. Agua en el embalse: El agua almacenada en el embalse detrás de la represa también tiene energía potencial gravitacional, que puede convertirse en energía cinética cuando el agua fluye a través de las turbinas para generar electricidad.

Interrelación entre energía cinética y potencial

En muchas situaciones del mundo real, la energía cinética y potencial pueden convertirse de una forma a otra. Tome como ejemplo una montaña rusa:

coche

En el punto más alto de la montaña rusa, los coches tienen máxima energía potencial. A medida que descienden, esa energía potencial se convierte en energía cinética, aumentando su velocidad. Inversamente, a medida que suben, la energía cinética se convierte de nuevo en energía potencial, disminuyendo su velocidad.

Conservación de la energía mecánica

En física, el principio de conservación de la energía establece que la energía no se puede crear ni destruir; solo se puede convertir de una forma a otra. Por lo tanto, en un sistema aislado sin fuerzas externas actuando sobre él, la energía mecánica total (potencial + cinética) permanece constante.

Energía Total = KE + PE

Por ejemplo, si deja caer un objeto en un vacío, la suma de su energía cinética y potencial permanecerá constante a lo largo de su movimiento, siempre que no haya resistencia del aire o fricción.

Aplicaciones del mundo real de la energía cinética y potencial

Los principios de la energía cinética y potencial se pueden aplicar en una variedad de campos de tecnología e ingeniería. Aquí hay algunas aplicaciones del mundo real:

1. Centrales hidroeléctricas

Las centrales hidroeléctricas aprovechan la energía potencial gravitacional del agua almacenada a altura en embalses. A medida que el agua fluye cuesta abajo, convierte su energía potencial en energía cinética para hacer girar turbinas, produciendo electricidad.

2. Exploración espacial

Las naves espaciales utilizan la energía cinética al viajar a velocidades muy altas a través del espacio. Cuando una nave espacial escapa de la atracción gravitacional de un planeta, convierte su energía cinética en energía potencial para escapar del potencial gravitacional.

3. Diseño automotriz

Comprender la energía cinética ayuda a los ingenieros automotrices a diseñar coches más seguros. Calcular la energía cinética ayuda a diseñar zonas de deformación en los coches para absorber la energía del impacto durante los accidentes y proteger a los pasajeros.

Estos ejemplos muestran cómo los ingenieros y científicos usan la interacción de la energía cinética y potencial de maneras innovadoras para resolver problemas del mundo real y mejorar la tecnología.

Conclusión

La energía cinética y potencial son fundamentales para comprender la mecánica en la física. A través de sus principios, aprendemos cómo se atribuye la energía al movimiento y la posición, cómo se transforma y cómo se aplica a las tecnologías con las que contamos cada día. Al entender estos conceptos, los estudiantes se equipan con un entendimiento más profundo del universo físico, lo que les permite aplicar dicho conocimiento en una variedad de campos científicos e ingenieriles.


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