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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Mecánica de fluidos


La mecánica de fluidos es una rama de la física que estudia los fluidos - líquidos, gases y plasmas - y las fuerzas que actúan sobre ellos. Comprender la mecánica de fluidos es esencial porque los fluidos son parte de la vida cotidiana, ya sea el agua que bebemos o el aire que respiramos.

¿Qué es un fluido?

Un fluido es una sustancia que puede fluir y tomar la forma de su contenedor. Esto incluye líquidos como el agua y el aceite, así como gases como el aire y el helio. A diferencia de los sólidos, los fluidos no tienen una forma fija, y sus partículas pueden moverse libremente unas sobre otras.

Propiedades de los líquidos

Los fluidos tienen varias propiedades clave que nos ayudan a comprender su comportamiento:

Densidad

La densidad es la masa por unidad de volumen de un fluido. Es importante porque afecta cómo interactúan las sustancias entre sí. La fórmula para la densidad es:

Densidad (ρ) = masa (m) / volumen (V)

Por ejemplo, el agua tiene una mayor densidad que el aceite, lo que hace que el aceite flote sobre el agua.

Presión

La presión es la fuerza aplicada por unidad de área de una superficie. En los fluidos, la presión se aplica igual en todas las direcciones en cualquier punto dado. La fórmula para la presión es:

Presión (P) = fuerza (F) / área (A)

Un ejemplo de presión en fluidos es la presión del aire dentro de un globo. Las moléculas de aire chocan con las paredes del globo, creando presión que mantiene el globo inflado.

Presión

Viscosidad

La viscosidad es una medida de la resistencia de un fluido al flujo. Describe la fricción interna dentro del fluido. Un fluido con alta viscosidad, como la miel, fluye lentamente, mientras que un fluido con baja viscosidad, como el agua, fluye rápidamente.

Leyes fundamentales de la mecánica de fluidos

La ley de Pascal

La ley de Pascal establece que cuando se aplica presión a un fluido confinado, hay un cambio de presión en todo el fluido. Este principio se utiliza en los elevadores hidráulicos, donde una pequeña fuerza aplicada a un área pequeña se transmite a un área mayor, permitiendo aplicar una fuerza mayor.

Principio de Arquímedes

El principio de Arquímedes establece que cualquier objeto sumergido en un fluido es elevado por una fuerza igual al peso del fluido desplazado por el objeto. Este principio explica por qué los objetos como los barcos flotan en el agua. La fuerza de flotación es mayor que el peso del objeto, lo que le permite flotar.

Fuerza de flotación

Ecuación de Bernoulli

La ecuación de Bernoulli relaciona la presión, la velocidad y la altura de un fluido en movimiento. Establece que para un fluido incompresible y sin fricción, se cumple la siguiente relación:

P + 0.5 * ρ * v^2 + ρ * g * h = constante

donde P es la presión, ρ es la densidad del fluido, v es la velocidad del fluido, g es la aceleración debido a la gravedad, y h es la altitud. El principio de Bernoulli ayuda a explicar cómo pueden volar los aviones, porque la presión del aire en la superficie superior de las alas es menor que la presión en la superficie inferior, creando sustentación.

Flujo de fluidos

Flujo laminar

El flujo laminar es un tipo de flujo de fluidos en el que el fluido fluye en trayectorias o capas suaves. Generalmente ocurre a bajas velocidades, y las trayectorias son paralelas, sin cruzarse entre sí.

Flujo turbulento

El flujo turbulento ocurre cuando el fluido experimenta fluctuaciones irregulares o mezcla. Esto usualmente ocurre a altas velocidades y resulta en cambios caóticos en la presión y la velocidad del flujo.

Flujo laminar Flujo turbulento

Flujo viscoso y número de Reynolds

El flujo viscoso se describe por la viscosidad y la velocidad del fluido. El número de Reynolds es un número adimensional que ayuda a predecir el patrón de flujo de varias condiciones de flujo de fluido. Se da por:

Re = (ρ * v * L) / μ

donde ρ es la densidad del fluido, v es la velocidad, L es una longitud característica (como el diámetro), y μ es la viscosidad dinámica. Los números de Reynolds bajos indican flujo laminar, mientras que los números altos indican flujo turbulento.

Aplicaciones de la mecánica de fluidos

Hidráulica

Los sistemas hidráulicos utilizan esta presión de fluidos para generar potencia. Por ejemplo, los frenos hidráulicos en los vehículos utilizan líquido de frenos para transmitir fuerza del pedal al disco de freno, ralentizando el vehículo.

Aerodinámica

La aerodinámica es el estudio del comportamiento del aire y otros fluidos gaseosos en movimiento. Es esencial en el diseño de aviones, automóviles e incluso edificios para reducir la resistencia y mejorar la eficiencia.

Sistema de tuberías

La dinámica de fluidos ayuda a diseñar sistemas de tuberías eficientes para el transporte de líquidos y gases en industrias. Comprender factores como la pérdida de presión y la tasa de flujo es importante para asegurar el transporte eficiente de materiales.

Conclusión

La mecánica de fluidos es una parte fundamental de la física que tiene muchas aplicaciones, desde acciones cotidianas simples como beber agua con una pajita hasta sistemas de ingeniería complejos como el diseño de aeronaves. Comprender los principios del comportamiento de los fluidos ayuda a resolver problemas prácticos y diseñar sistemas eficientes. Desde hervir agua hasta los patrones climáticos, la mecánica de fluidos juega un papel en una amplia gama de fenómenos observados en el mundo que nos rodea.


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