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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Gravitación universal


La gravitación universal es un concepto fundamental en la física que describe la fuerza de atracción entre dos masas cualesquiera. Esta fuerza mantiene a los planetas en órbita alrededor de las estrellas, a las lunas en órbita alrededor de los planetas, y es también responsable de una variedad de fenómenos que ocurren en nuestra vida diaria, como los objetos que caen al suelo cuando se sueltan. El concepto de gravitación universal fue introducido por Sir Isaac Newton en un breve esquema en el siglo XVII.

La ley de la gravitación universal

Según la ley de la gravitación universal de Newton, cada masa puntual atrae a cualquier otra masa puntual en el universo con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre sus centros. Esto se puede expresar con la siguiente fórmula:

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

Donde:

  • F es la fuerza gravitacional entre los dos objetos.
  • G es la constante gravitacional, que es aproximadamente igual a 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.

Esta fórmula revela la naturaleza universal de la gravedad y su efecto ubicuo en el universo. La fuerza es siempre atractiva y actúa a lo largo de la línea que conecta los centros de masas.

Visualización de la fuerza gravitacional

Imagina dos esferas que representan dos masas m1 y m2, colocadas a una distancia r una de la otra.

R M1 M2 Atracción gravitacional

La línea representa la fuerza gravitacional que actúa entre dos masas. Esta fuerza las atrae entre sí, y su intensidad está determinada por las masas involucradas y la distancia entre ellas.

Importancia de la gravedad

La gravedad desempeña un papel vital en la estructura y el comportamiento del universo. Es la fuerza que une la materia para formar planetas, estrellas y galaxias. Algunos de los roles principales de la gravedad son los siguientes:

  • Movimiento orbital: La gravedad es responsable de mantener a los planetas en órbita alrededor del Sol y a las lunas en órbita alrededor de los planetas. Por ejemplo, la Tierra orbita el Sol debido a la atracción gravitacional del Sol.
  • Mareas: La atracción gravitacional ejercida por la luna y el sol sobre los océanos de la Tierra causa las mareas. La gravedad de la luna es principalmente responsable de las mareas altas y bajas que se observan en la Tierra.
  • Peso: La fuerza de gravedad actúa sobre los objetos con masa, aumentando su peso. Por eso los objetos caen al suelo cuando se sueltan.

Ejemplo de cálculo de peso

Consideremos un objeto con una masa de 50 kg en la Tierra. La fuerza gravitacional que actúa sobre él se puede calcular usando la fórmula del peso:

Peso (W) = m * g

Donde:

  • W es el peso del objeto.
  • m es la masa del objeto, en este caso 50 kg.
  • g es la aceleración debido a la gravedad en la Tierra, aproximadamente 9.81 m/s^2.
W = 50 kg * 9.81 m/s^2 = 490.5 N

Por lo tanto, el peso del objeto es 490.5 N (newtons), que es la fuerza ejercida sobre el objeto por la gravedad.

Coordinación compleja en el universo

El aspecto notable de la gravitación universal es su capacidad para coordinar cuerpos celestes en el universo. Mientras que la gravedad atrae objetos unos hacia otros, las velocidades y direcciones iniciales de estos objetos tienden a formar órbitas estables en lugar de colisiones. Esta coordinación da lugar a estructuras organizadas, como sistemas planetarios, galaxias y cúmulos de galaxias.

Campo gravitacional

El campo gravitacional es un modelo utilizado para explicar cómo un cuerpo masivo ejerce una influencia en el espacio que lo rodea, produciendo una fuerza sobre cualquier otro cuerpo situado en ese campo. La intensidad de este campo es directamente proporcional a la masa que lo produce e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia desde su centro.

Intensidad del campo (g) = G * M / r^2

Donde:

  • g es la intensidad del campo gravitacional.
  • M es la masa del cuerpo que crea el campo.
  • r es la distancia desde el centro de masa.

Ejemplo de intensidad del campo gravitacional

Si queremos calcular la intensidad del campo gravitacional en la superficie de la Tierra, usamos la masa y el radio de la Tierra:

Digamos:

  • Masa de la Tierra, M = 5.972 × 10^24 kg
  • Radio de la Tierra, r = 6.371 × 10^6 m
g = (6.674 × 10^-11 N(m/kg)^2 * 5.972 × 10^24 kg) / (6.371 × 10^6 m)^2

g ≈ 9.81 m/s^2, que es la aceleración familiar debido a la gravedad en la superficie de la Tierra.

Efectos gravitacionales en el tiempo y el espacio

Un aspecto interesante de la gravedad es su efecto en el tiempo y el espacio. Según la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, los objetos masivos, como las estrellas y los planetas, distorsionan el tejido del espacio-tiempo que los rodea. Esta curvatura del espacio-tiempo altera el movimiento de los objetos y el flujo del tiempo.

Masa Deformación del espacio-tiempo

Este fenómeno implica que el tiempo fluye de manera diferente en lugares con diferentes campos gravitacionales. Por ejemplo, el tiempo avanza ligeramente más rápido en una montaña que al nivel del mar debido al campo gravitacional más débil. Comprender la gravedad en el ámbito del espacio-tiempo es importante para navegar viajes espaciales y detectar el tiempo.

Aplicaciones del entendimiento gravitacional

Una comprensión más profunda de la gravedad ha hecho posible una variedad de avances científicos y tecnológicos:

  • Exploración espacial: Calcular las fuerzas y campos gravitacionales es importante para el lanzamiento, la navegación y la operación de naves espaciales.
  • Astronomía: La lente gravitacional, en la que la luz de estrellas distantes se dobla alrededor de objetos masivos, ayuda a los astrónomos a estudiar objetos celestes distantes en el universo.
  • Construcción e Ingeniería: Comprender la gravedad es esencial para diseñar estructuras y vehículos estables, asegurando su equilibrio y seguridad.

Asistencia gravitacional

Las misiones espaciales suelen utilizar una técnica llamada asistencia gravitacional o maniobra de honda gravitacional para ganar velocidad y cambiar de dirección al desplazarse alrededor de planetas. Este método ahorra combustible y permite a las naves espaciales llegar a destinos distantes, lo que de otro modo requeriría grandes cantidades de energía.

Conclusión

El concepto de gravitación universal transformó nuestra comprensión del movimiento y la estructura en el universo. Explicó no solo cómo los objetos interactúan entre sí a través de la fuerza de gravedad, sino también cómo esta fuerza gobierna el movimiento celestial y mantiene la armonía cósmica. La gravedad sigue siendo un campo de estudio intenso, revelando ideas profundas sobre el universo y avanzando en la tecnología que se basa en sus principios fundamentales. La naturaleza universal de la gravedad afecta todo lo que tiene masa, lo que la convierte en una piedra angular de la física.


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