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

Grado 11 → Fuerza gravitacional → Gravitación universal ↓


Ingravidez y caída libre


La ingravidez y la caída libre son conceptos fascinantes en el campo de la física, especialmente dentro del tema de la gravitación universal. Para entender estos fenómenos, primero debemos comprender los conceptos básicos de la gravedad, la cual es una fuerza que atrae a los objetos hacia sí mismos. La Tierra, al ser un cuerpo masivo, ejerce una atracción gravitatoria sobre los objetos, haciendo que experimentemos "peso". La idea de ingravidez y caída libre desafía nuestras experiencias cotidianas de la gravedad.

Comprendiendo la gravedad

La gravedad es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Es la fuerza de atracción entre dos masas. Sir Isaac Newton formuló por primera vez la ley de la gravitación universal, según la cual:

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

Donde:

  • F es la fuerza gravitacional entre los dos objetos.
  • G es la constante gravitacional, aproximadamente 6.674 × 10^-11 N(m/kg)^2.
  • m1 y m2 son las masas de los dos objetos.
  • r es la distancia entre los centros de las dos masas.

Peso vs masa

Es importante distinguir entre peso y masa. La masa es la cantidad de materia en un objeto y permanece constante sin importar la ubicación. En contraste, el peso es la fuerza ejercida por la gravedad sobre la masa de un objeto. El peso puede cambiar dependiendo de la fuerza del campo gravitacional. En la Tierra, a menudo calculamos el peso de la siguiente manera:

Peso = Masa * g

Aquí, g representa la aceleración debida a la gravedad, que es aproximadamente 9.81 m/s^2 en la superficie de la Tierra.

Descubrimiento de la caída libre

La caída libre se produce cuando la única fuerza que actúa sobre un objeto es la gravedad. En este estado, la resistencia del aire y otras fuerzas deben ser despreciables. Un objeto en caída libre experimenta aceleración solo debido a la gravedad.

Imagina que una piedra se deja caer desde una altura. A medida que cae, acelera hacia el suelo a una velocidad de 9.81 m/s^2, sin importar la resistencia del aire. Esta aceleración constante caracteriza la caída libre.

Ejemplo visual de caída libre

Gravedad g = 9.81 m/s²

El diagrama anterior muestra una bola en caída libre. La línea discontinua representa el camino de la bola, que es atraída hacia abajo por la gravedad. La fuerza de la gravedad sigue acelerando la bola hasta que choca con otra fuerza, como el suelo.

Ejemplo de cálculo de caída libre

Si se deja caer un objeto desde un edificio de 100 m de altura, ¿cuánto tiempo tardará en llegar al suelo?

Uso de la fórmula:

S = 1/2 * g * t^2
100 = 1/2 * 9.81 * t^2
t^2 = 100 / 4.905
t ≈ √20.38
t ≈ 4.51 seg

Suponiendo que no hay resistencia del aire, el objeto tardará unos 4.51 segundos en llegar al suelo.

El concepto de ingravidez

La ingravidez es la sensación cuando no hay fuerza de soporte en tu cuerpo. A menudo se experimenta en caída libre. En un estado de ingravidez, puedes sentir que estás flotando porque no tienes la presión o fuerza habitual sobre ti (como la del suelo o una silla empujando hacia arriba).

Gravedad y cuerpos en órbita

Los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional (EEI) experimentan ingravidez porque se encuentran en un estado de caída libre constante hacia la Tierra. La EEI está constantemente cayendo hacia la Tierra, pero también se mueve a una velocidad rápida. Esto significa que cae alrededor de la Tierra, formando una órbita. Mientras están en órbita, los astronautas flotan dentro de la estación espacial, experimentando ingravidez porque todo a su alrededor, incluida la estación, también está en un estado de caída libre.

Ejemplo visual de órbita e ingravidez

Tierra EEI

En este diagrama, la estación espacial, representada por el pequeño círculo azul, orbita la Tierra en el camino discontinuo. Sigue cayendo hacia la Tierra, haciendo que todos los objetos a bordo experimenten ingravidez.

Experimentando ingravidez en la Tierra

Aunque la verdadera ingravidez se experimenta en el espacio, también puede simularse en la Tierra. Cuando los aviones vuelan en trayectorias parabólicas, los pasajeros pueden experimentar ingravidez por un breve período en la cima de estos arcos. Estos vuelos se usan a menudo para entrenar a los astronautas y para experimentos científicos.

Ejemplo de vuelo parabólico

Imagina un avión volando hacia arriba en un ángulo y luego volviendo a bajar en una forma parabólica. Cuando se mueve hacia arriba, los pasajeros dentro de la cabina flotan por un momento y experimentan gravedad cero por un tiempo.

Conclusión

La ingravidez y la caída libre revelan los fascinantes efectos de la gravedad cuando se eliminan sus fuerzas opuestas habituales. Al aprender sobre estos fenómenos, obtenemos una comprensión más profunda de cómo los objetos se comportan bajo diferentes efectos gravitacionales, ya sea en la Tierra o en órbita en el espacio. Desde nuestras experiencias cotidianas de peso hasta la rara sensación de flotar en caída libre, la gravedad sigue gobernando y asombrando más allá de la Tierra, dando forma al universo.


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Ingravidez y caída libre

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