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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La ley de Hooke y la relación tensión-deformación


En el mundo que nos rodea, los objetos pueden cambiar de forma o tamaño cuando se les aplican fuerzas. Por ejemplo, si estiras un resorte, se alarga. Si aprietas una pelota de goma, se aplana. Entender cómo responden los materiales a las fuerzas es una parte importante de la física, y aquí es donde la ley de Hooke y la relación tensión-deformación son muy útiles. Estos conceptos nos ayudan a comprender el comportamiento de los materiales bajo diferentes fuerzas, lo cual es una parte esencial del estudio de la elasticidad y la deformación.

¿Qué es la ley de Hooke?

En términos simples, la ley de Hooke nos dice cuánto se estirará o contraerá un material elástico, como un resorte, cuando se le aplique una fuerza. La ley de Hooke se puede expresar como:

F = kx
  • F es la fuerza aplicada sobre el objeto.
  • k es la constante de resorte, una medida de la rigidez del material.
  • x es el desplazamiento, es decir, cuánto se expande o contrae el material desde su posición original.

La constante de resorte k es un valor único para cada material y nos indica cuán rígido es el material. Un valor alto de k significa que el material es muy rígido, mientras que un valor bajo significa que es más flexible.

Ejemplo visual

    
        
        
        Fuerza(F)
        
        Desplazamiento (x)

En la ilustración anterior, un resorte horizontal está sujeto a un punto fijo en un extremo, mientras se aplica una fuerza en el otro extremo, causando un estiramiento en el resorte (desplazamiento x).

Entendiendo el límite elástico

Cada material elástico tiene un límite donde si se estira más allá de este punto, no volverá a su forma original. Esto se conoce como el límite elástico. Hasta este límite, los materiales siguen la ley de Hooke. Una vez que se cruza el límite, los materiales no pueden volver a su forma original, lo que lleva a una deformación permanente.

Por ejemplo, considera un alambre de metal. Si aplicas una pequeña fuerza, se estirará y volverá a su longitud original cuando se retire la fuerza. Sin embargo, si aplicas mucha fuerza, puede estirarse tanto que no podrá regresar a su forma original.

Tensión y deformación

Para entender cómo se deforman los materiales bajo la influencia de diferentes fuerzas, necesitamos definir dos términos importantes: tensión y deformación.

Tensión

La tensión está relacionada con la fuerza aplicada a un material. Es la fuerza por unidad de área, dada por la fórmula:

        Tensión (σ) = Fuerza (F) / Área (A)
  • σ (sigma) es la tensión.
  • F es la fuerza aplicada.
  • A es el área de la sección transversal sobre la cual se aplica la fuerza.

Deformación

La deformación es una medida de la deformación que refleja el desplazamiento entre partículas en un cuerpo de materia. La deformación se define como el cambio en la longitud dividido por la longitud original:

        Deformación (ε) = Cambio en Longitud (ΔL) / Longitud Original (L0)
  • ε (epsilon) es la deformación.
  • ΔL es el cambio en la longitud.
  • L0 es la longitud original.

Ejemplo visual de tensión y deformación

    
        
        
        Área (A)
        
        Longitud Original (L0)
        
        Cambio (ΔL)

Relaciones y módulo de elasticidad

En términos de tensión y deformación, la relación entre estas dos cantidades está dada por el módulo de elasticidad, también conocido como el módulo de Young. Proporciona una medida de la elasticidad de un material:

        Módulo de Young (E) = Tensión (σ) / Deformación (ε)
  • E es el módulo de Young.
  • σ es la tensión.
  • ε es la deformación.

El módulo de Young es una constante para un material dado e indica cuán rígido es el material. Un módulo grande significa que el material es muy rígido.

Ejemplo de texto

Considera una banda elástica y un alambre de acero. Si tiras de ambos con la misma fuerza:

  • La banda elástica se estira fácilmente, lo que indica que tiene un módulo de Young bajo.
  • El alambre de acero se estira muy poco, lo que indica un módulo de Young alto.

Aplicaciones de la ley de Hooke y las relaciones tensión-deformación

Comprender estas relaciones es importante en una variedad de campos y aplicaciones cotidianas:

  • Diseñar edificios y puentes que puedan resistir fuerzas.
  • Fabricación de resortes para equipos mecánicos.
  • Fabricación de materiales que requieren propiedades elásticas específicas, como artículos deportivos e implantes médicos.

Ejemplo visual: comparando materiales

    
        

        
        Banda Elástica

        
        Alambre de acero

En la figura, la línea azul para la banda elástica tiene una pendiente más pronunciada que la línea roja para el alambre de acero, lo que indica que el caucho es más elástico y se estira más bajo la misma cantidad de tensión.

Conclusión

La ley de Hooke, junto con los conceptos de tensión y deformación, forma la base para comprender las propiedades mecánicas de las sustancias. Estos principios nos ayudan a predecir cómo se comportarán las sustancias bajo diferentes fuerzas, ayudando a ingenieros y científicos a diseñar estructuras y productos que sean seguros y efectivos. Comprender estos principios básicos forma la base para estudios más avanzados en ciencia de materiales e ingeniería.


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La ley de Hooke y la relación tensión-deformación

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