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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Principio de Arquímedes y Flotabilidad


El principio de Arquímedes y el concepto de flotabilidad son importantes para entender cómo se comportan los objetos cuando se sumergen en un fluido. Este principio explica por qué los objetos flotan, se hunden o permanecen en equilibrio, dependiendo de la densidad del fluido y la propia densidad del objeto. En este recorrido por la mecánica de fluidos, exploraremos estos conceptos en detalle, proporcionando tanto ejemplos textuales como visuales para facilitar la comprensión.

Comprender los fluidos

Antes de poder entender el principio de Arquímedes, necesitamos comprender qué son los fluidos. En física, el término "fluido" se refiere a cualquier sustancia que puede fluir, incluyendo líquidos y gases. A diferencia de los sólidos, los fluidos no tienen una forma fija; en su lugar, toman la forma de su contenedor.

¿Qué es la flotabilidad?

La flotabilidad es la fuerza ascendente que ejercen los fluidos sobre los objetos que se sumergen en ellos. Esta fuerza es lo que hace que los objetos parezcan más ligeros en el agua que en el aire. El concepto de flotabilidad es importante en el diseño de barcos, submarinos e incluso globos aerostáticos.

Principio de Arquímedes

El principio de Arquímedes lleva el nombre del antiguo matemático e inventor griego Arquímedes. Afirma:

"Un objeto sumergido en un fluido experimenta una fuerza de flotación ascendente igual al peso del fluido que desplaza."

Este principio puede expresarse matemáticamente utilizando la siguiente fórmula:

F_b = ρ_fluid × V_displaced × g

Dónde:

  • F_b = fuerza de flotabilidad
  • ρ_fluid = densidad del fluido
  • V_displaced = volumen de fluido desplazado por el objeto
  • g = aceleración debida a la gravedad

Esta fórmula nos ayuda a comprender cómo diversos factores, como la densidad y el volumen del fluido, afectan la fuerza de flotabilidad que experimenta un objeto.

Visualización de la flotabilidad

Veamos cómo funciona la flotabilidad con un simple ejemplo de un bloque sumergido en agua:

Agua bloque fuerza de flotación

En esta imagen, el bloque naranja está parcialmente sumergido en agua azul. La flecha roja que apunta hacia arriba muestra la fuerza de flotación que actúa sobre el bloque.

¿Por qué los objetos flotan, se hunden o quedan suspendidos?

Si un objeto flota, se hunde o queda suspendido en un fluido depende de su densidad relativa a la densidad del fluido.

Flotar

Si la densidad de un objeto es menor que la densidad del fluido, flotará. Por ejemplo, considera un trozo de madera en agua. La densidad de la madera es menor que la del agua, por lo que flota.

Hundirse

Si la densidad de un objeto es mayor que la densidad del fluido, se hundirá. Una roca colocada en agua se hundirá porque es más densa que el agua.

Permanecer suspendido

Si la densidad de un objeto es igual a la densidad del fluido, permanecerá suspendido en el fluido. Un pez puede quedarse suspendido en el agua ajustando su flotabilidad.

El equilibrio se mantiene cuando el peso del pez (la fuerza hacia abajo) es igual a la fuerza de flotación (la fuerza hacia arriba).

Aplicaciones prácticas de la flotabilidad

El principio de la flotabilidad se utiliza en una variedad de aplicaciones prácticas:

Barcos y botes

Los barcos y botes están diseñados con base en los principios de flotabilidad. Al controlar la forma y el volumen del casco, los barcos pueden desplazar suficiente agua para crear suficiente fuerza de flotación para soportar cargas pesadas.

Submarinos

Los submarinos ajustan su flotabilidad controlando la entrada de agua en sus tanques de lastre. Al llenar estos tanques con agua, el submarino puede hundirse. Para ascender, se bombea agua fuera, reduciendo la densidad total.

Globos

Los globos aerostáticos flotan en el aire gracias a la flotabilidad. El aire caliente dentro del globo es menos denso que el aire frío exterior, creando una fuerza de flotación ascendente que ayuda al globo a elevarse.

Experimentos con flotabilidad

Realizar experimentos simples puede ayudarte a comprender mejor la flotabilidad. Aquí hay algunas actividades:

Flotar y hundirse con arcilla

Haz diferentes formas usando arcilla de modelar y sumérgelas en agua. Observa cómo la forma afecta la flotabilidad. Intenta hacer una forma que flote y explica tu observación.

Fluido en capas

Llena un recipiente transparente con líquidos de diferentes densidades, como aceite, agua, jarabe o miel. Deja caer objetos pequeños en el recipiente y observa en qué capa se asientan. Este experimento arroja luz sobre cómo diferentes densidades afectan la flotabilidad.

Resumen

Entender el principio de Arquímedes y la flotabilidad es importante para comprender cómo interactúan diferentes objetos con los fluidos. Este principio no solo explica por qué los objetos flotan o se hunden, sino que también desempeña un papel importante en la construcción naval, el buceo y la aviación. Al experimentar y observar ejemplos de la vida real, los conceptos de flotabilidad se vuelven más tangibles y relevantes.


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