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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Elasticidad y deformación


La elasticidad y deformación de los materiales es un tema fascinante que conecta propiedades físicas y experiencias cotidianas. Este tema trata principalmente de cómo los materiales reaccionan cuando se les aplican fuerzas, lo cual es crucial para comprender desde simples interacciones cotidianas hasta aplicaciones de ingeniería complejas. Profundicemos en este concepto, simplificándolo para asegurar claridad y comprensión.

¿Qué es la elasticidad?

La elasticidad se refiere a la capacidad de un material para volver a su forma y tamaño original después de que se eliminan las fuerzas que causan la deformación. Está directamente relacionada con las fuerzas intermoleculares dentro del material. Si un material es elástico, puede ser estirado o comprimido, pero volverá a su estado inicial cuando se elimine el estrés.

Por ejemplo, tome una banda de goma. Puede estirarla muy lejos, pero una vez que la suelta, vuelve a su estado normal. Esto se debe a que el caucho es altamente elástico.

En la visualización anterior, puede ver dos rectángulos que representan paredes rígidas y la línea entre ellos se representa como un material elástico que se estira y luego regresa a su forma inicial.

Estrés y deformación

Para entender la elasticidad, necesitamos profundizar en dos conceptos principales: estrés y deformación. Estos conceptos describen cómo las fuerzas interactúan con los materiales a un nivel más profundo.

Tensión

El estrés es la fuerza ejercida sobre una sustancia dividida por el área sobre la que se aplica la fuerza. Se mide en unidades de presión, generalmente pascales (Pa).

Estrés = Fuerza / Área

Imagina que estás presionando una esponja con un dedo. La tensión es la fuerza descendente ejercida por tu dedo, que se transmite a través de toda el área de la esponja que estás tocando.

Fuerza del dedo Área de la esponja

Deformación

La deformación mide cuánto se deforma un material en respuesta al estrés. Se obtiene dividiendo el cambio en dimensión (como longitud, ancho o altura) por la dimensión original. La deformación es adimensional porque es una proporción.

Deformación = Cambio en Longitud / Longitud Original

Cuando estiras una banda de goma, ejerces tensión sobre ella, lo que cambia la longitud de la banda. La tensión es una medida de cuánto se estira la banda de goma.

La ley de Hooke

La ley de Hooke es importante para entender la elasticidad. Establece que dentro del límite de elasticidad, el estrés en un sólido es proporcional al estrés aplicado a él. Esta ley puede expresarse como:

Estrés = Módulo Elástico × Deformación

Aquí la constante de proporcionalidad, conocida como el módulo elástico, depende del material. Diferentes materiales reaccionan de manera diferente al estrés, algunos siendo fácilmente estirados y otros siendo más rígidos.

Longitud Inicial Longitud Extendida

Límite elástico y deformación plástica

Todo material que puede deformarse debe obedecer una restricción esencial: su límite elástico. El límite elástico es el estrés máximo que un material puede soportar sin sufrir una deformación permanente.

Si el material está sujeto a un estrés más allá de este límite, entra en deformación plástica, lo que significa que no podrá volver a su tamaño y forma originales. Se deforma permanentemente.

Por ejemplo, si doblas un alambre de metal delgado un poco, vuelve a su forma original. Pero si lo doblas demasiado, se queda doblado. Has superado el límite elástico.

Materiales y sus propiedades elásticas

Diferentes materiales tienen diferentes propiedades elásticas. Aquí discutiremos algunos materiales comunes y cómo responden a las fuerzas.

Caucho

El caucho es conocido por su gran elasticidad. Se utiliza en bandas elásticas, neumáticos y otros productos debido a su capacidad para soportar una gran deformación elástica.

Metales

Metales como el acero, el aluminio y el cobre exhiben alta elasticidad. Esta propiedad los hace adecuados para aplicaciones que requieren resistencia y flexibilidad en áreas como la construcción y la maquinaria.

Vidrio

El vidrio, aunque parece ser duro, también puede sufrir una deformación elástica. Sin embargo, su límite elástico es bajo y puede romperse rápidamente si se aplica una presión excesiva.

Aplicaciones reales de la elasticidad

La flexibilidad es más que un concepto teórico; tiene muchas aplicaciones en la vida cotidiana y la ingeniería.

Puentes y edificios

Los ingenieros tienen en cuenta la elasticidad al diseñar estructuras como puentes y edificios para absorber y liberar la energía de tensiones como el viento, el tráfico e incluso los terremotos.

Material deportivo

La elasticidad es extremadamente importante en el equipo deportivo, desde las cuerdas de las raquetas de tenis hasta los amortiguadores de los zapatos para correr, afectando el rendimiento y la seguridad.

Puente con soporte

El diagrama muestra un puente simple. Los pequeños círculos representan puntos de apoyo que permiten la deformación elástica cuando se aplica una fuerza.

Conclusión

El estudio de la elasticidad y la deformación es un campo emocionante porque ayuda a explicar cómo se comportan los materiales bajo una variedad de fuerzas y condiciones. Comprender la elasticidad es esencial para nosotros no solo en experiencias de la vida diaria, sino también en procesos industriales complejos.

Al entender cómo se comportan materiales como metales, caucho y vidrio bajo tensión, estiramiento y fuerzas, desbloqueamos el potencial para innovar y crear dispositivos, estructuras y productos más eficientes, seguros y eficaces. A medida que aprendemos sobre la elasticidad, surgen nuevas posibilidades y tecnologías, mejorando nuestra capacidad para interactuar y manipular el mundo físico.


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