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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Trabajo, Energía y Potencia


En el estudio de la mecánica dentro de la física, los conceptos de trabajo, energía y potencia son esenciales para comprender los diversos movimientos y comportamientos de los objetos. Miremos estos conceptos uno por uno con explicaciones detalladas y ejemplos, tanto teóricamente como visualmente.

Trabajo

El trabajo es una medida de la transferencia de energía que ocurre cuando un objeto se mueve una distancia por una fuerza externa, generalmente alineada con la dirección del desplazamiento. La definición formal se basa en términos matemáticos donde el trabajo es el producto de la fuerza aplicada y la distancia recorrida en la dirección de la fuerza.

La fórmula para calcular el trabajo se expresa como:

W = F × d × cos(θ)

Donde:

  • W es el trabajo realizado (en joules, J)
  • F es la fuerza aplicada (en newtons, N)
  • d es el desplazamiento (en metros, m)
  • θ es el ángulo entre la dirección de la fuerza y el desplazamiento.

Ejemplo de trabajo

Imagina que estás empujando una caja en el suelo. Si aplicas una fuerza de 10 N para mover la caja 5 m sobre el suelo en la dirección de tu empuje, mientras que la dirección de tu fuerza es la misma que la dirección del movimiento:

Uso de la fórmula:

W = 10 × 5 × cos(0) = 50 J

El trabajo realizado es 50 J porque cos(0) = 1.

Fuerza

Energía

La energía es la capacidad para realizar trabajo. Existe en muchas formas, como energía cinética, energía potencial, energía térmica y otras. En mecánica, a menudo tratamos con energía cinética y potencial.

Energía cinética

La energía cinética es la energía que tiene un objeto debido a su movimiento. Se da por la fórmula:

EC = 0.5 × m × v²

Donde:

  • EC es la energía cinética (en joules, J)
  • m es la masa del objeto (en kilogramos)
  • v es la velocidad del objeto (en metros por segundo, m/s)

Ejemplo de energía cinética

Un coche con una masa de 1000 kg se mueve a una velocidad de 20 m/s. Su energía cinética se puede calcular como:

EC = 0.5 × 1000 × (20)² = 200,000 J

El coche tiene 200,000 joules de energía cinética.

Energía potencial

La energía potencial es la energía almacenada que un objeto posee debido a su posición o estado. La forma más común de energía potencial en mecánica es la energía potencial gravitacional, que depende de la altura de un objeto sobre algún punto de referencia.

La fórmula para la energía potencial gravitacional es:

EP = m × g × h

Donde:

  • EP es la energía potencial (en joules, J)
  • m es la masa (en kilogramos)
  • g es la aceleración debida a la gravedad (9.8 m/s² en la Tierra)
  • h es la altura (en metros, m)

Ejemplo de energía potencial

Supongamos que un libro con una masa de 1.5 kg se coloca en un estante a una altura de 2 m. La energía potencial gravitacional relativa al suelo se puede encontrar usando la fórmula:

EP = 1.5 × 9.8 × 2 = 29.4 J

La energía potencial del libro es de 29.4 joules.

Potencia

La potencia es la tasa a la que se realiza el trabajo o se transfiere energía. Nos indica qué tan rápido se está realizando el trabajo o se está usando la energía, y se mide en vatios (W) donde un vatio es igual a un joul por segundo.

La fórmula para calcular la potencia es:

P = W / t

Donde:

  • P es la potencia (en vatios, W)
  • W es el trabajo realizado (en joules, J)
  • t es el tiempo tomado (en segundos)

Ejemplo de potencia

Si una bombilla usa 120 joules de energía en 60 segundos, entonces la potencia consumida por la bombilla es:

P = 120 / 60 = 2 W

La bombilla usa electricidad a una tasa de 2 vatios.

Bombilla

Relación entre trabajo, energía y potencia

En mecánica, los conceptos de trabajo, energía y potencia están interconectados. Cuando se realiza trabajo en un objeto, se transfiere energía, lo que puede cambiar la energía cinética o potencial del objeto. La potencia determina qué tan rápido ocurre esta transferencia de energía.

Considere un escenario en el que levantas una caja. El trabajo realizado sobre la caja cambia su energía potencial, ya que gana altura. La energía requerida para levantarla proporciona potencia, que depende de cuán rápido levantas la caja.

Levantar

Conclusión

Entender trabajo, energía y potencia proporciona un marco importante para analizar fenómenos físicos. El trabajo es la acción de aplicar fuerza para mover un objeto, lo que puede resultar en un cambio de energía. La energía cinética y potencial son los dos tipos principales, que representan la velocidad y posición de un objeto, respectivamente. La potencia mide qué tan rápido se puede realizar el trabajo o usar la energía.

En la vida diaria, estos conceptos ayudan a explicar cómo funcionan las máquinas, cómo se consume la energía o cómo la fuerza y el movimiento resultan en acciones significativas. Al dominar estos fundamentos, los estudiantes pueden entender mejor la mecánica como parte de su educación en física.


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Trabajo, Energía y Potencia

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