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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Resonancia y aplicaciones


El movimiento armónico simple (MAS) es un concepto fascinante en física que describe ciertos movimientos repetitivos u oscilatorios. Es fundamental para comprender una variedad de fenómenos físicos, desde el balanceo de un péndulo hasta complejos patrones de ondas. Aquí, nos centramos en un aspecto particular de este movimiento: la resonancia.

Comprensión del movimiento armónico simple (MAS)

En términos simples, el MAS es un tipo de movimiento en el cual un objeto se mueve de un lado a otro. Este movimiento es periódico, lo que significa que ocurre a intervalos regulares. Un gran ejemplo de esto es un péndulo oscilante o una masa unida a un resorte. Ahora pongámonos un poco técnicos.

Un objeto que experimenta movimiento armónico simple experimenta una fuerza que es directamente proporcional a su desplazamiento desde su posición de equilibrio y está dirigida hacia esa posición. Puede describirse con la fórmula:

F = -kx

Aquí, F es la fuerza, k es la constante del resorte, y x es el desplazamiento. El signo negativo indica que la fuerza es restaurativa: actúa para llevar el objeto de regreso a su punto de partida.

El objeto se mueve a lo largo de un camino regular y repetitivo. El tiempo que tarda en completar un ciclo completo de movimiento se llama período, denotado por T. Otro concepto relacionado es la frecuencia, f, que representa cuántos ciclos ocurren en un segundo.

Ilustración del MAS

A B C

En la ilustración anterior, los puntos A, B y C representan diferentes posiciones de un objeto oscilante. Cuando el objeto está ubicado en B, está en equilibrio. El desplazamiento máximo ocurre en los puntos A y C.

Explicación de la resonancia

La resonancia es una condición especial en sistemas oscilatorios como el MAS, que se refiere a vibraciones de gran amplitud cuando un sistema es impulsado a su frecuencia natural. La frecuencia natural es la tasa a la que el sistema vibra cuando no se aplica una fuerza externa constante o repetida.

En la vida real, la resonancia se puede observar en varios escenarios:

  • Al empujar a alguien en un columpio, si aplicas la fuerza en sincronía con el movimiento natural del columpio, esto hace que el columpio suba más alto.
  • Instrumentos musicales como las guitarras tienen cuerdas que vibran a frecuencias naturales. La caja de resonancia amplifica estas vibraciones en armonía, debido a la resonancia.

Visualización de la resonancia

Dimensiones Generales Eco

La figura de arriba muestra dos sistemas. A la izquierda, el círculo amarillo representa un sistema en condiciones normales. A la derecha, el círculo rojo representa un sistema en resonancia, caracterizado por una amplitud aumentada.

La ciencia detrás de la resonancia

Cuando hablamos de mover un sistema o producir un movimiento forzado, estamos hablando de una fuerza externa aplicada a él. Si esta fuerza está alineada con la frecuencia natural del sistema, la eficiencia de transferencia de energía está en su punto máximo. Es como estar perfectamente sincronizado con una persona balanceando tu trasero para levantar tu trasero en el aire.

La resonancia es excepcionalmente efectiva en la transferencia de energía. Las fuerzas aplicadas hacen más trabajo, resultando en una magnitud o amplitud mayor del movimiento resultante. Matemáticamente:

        A(t) = A_0 cos(ωt + φ)

En esta ecuación, A(t) es el desplazamiento en el tiempo t, A_0 es la amplitud máxima, ω es la frecuencia angular y φ es el ángulo de fase.

Aplicaciones de la resonancia

Existen muchas aplicaciones prácticas de la resonancia:

  • Instrumentos musicales: La resonancia añade riqueza a la música. Instrumentos como el piano y el violín la utilizan para amplificar el sonido.
  • Diapasones: Estos son instrumentos de precisión basados en la resonancia que ayudan a los músicos a afinar instrumentos al proporcionar una cierta frecuencia.
  • Sintonizadores de radio: Los radios usan circuitos de resonancia para seleccionar las frecuencias de mercado deseadas, permitiéndote escuchar tus canales favoritos.

Efectos de la resonancia en la construcción

La resonancia es una espada de doble filo. Aunque es beneficiosa, puede llevar a consecuencias desastrosas como el colapso de estructuras. La resonancia es cuidadosamente considerada durante el diseño de edificios y puentes para asegurar que puedan soportar las frecuencias naturales durante terremotos o vientos fuertes.

Ejemplos de resonancia en la vida diaria

Ejemplo 1: Empujar un columpio Cuando sincronizas tus empujes en el columpio perfectamente con su movimiento, el columpio alcanza grandes amplitudes, demostrando resonancia.

Ejemplo 2: Hornos de microondas funcionan bajo el principio de la resonancia de microondas donde excitan las moléculas de agua en los alimentos, produciendo calor para cocinar los alimentos de manera uniforme.

Ejemplo 3: Vidrio y sonido Cantar a una cierta frecuencia puede romper cristal. Esto se debe a que el tono de canto hace que el vidrio resuene excesivamente, causando que el vidrio se rompa cuando la amplitud excede los límites estructurales.

Conclusión

La resonancia es un fenómeno fascinante entrelazado con la estructura del movimiento armónico, que tiene muchas aplicaciones no solo teóricas sino también prácticas. Desde el afinado de instrumentos musicales hasta los dispositivos de comunicación que usamos diariamente, la resonancia cierra la brecha en el mundo físico y conlleva tanto beneficios como peligros dependiendo de su uso.


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Resonancia y aplicaciones

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