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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Movimiento ondulatorio


La velocidad de la onda es un concepto fundamental en la física que describe cómo las ondas viajan a través de diferentes medios. Es una parte esencial para comprender muchos fenómenos físicos, desde el sonido que escuchamos hasta la luz que vemos.

¿Qué es una onda?

Una onda es una perturbación que transfiere energía de un punto a otro sin mover materia. Esto significa que las ondas transfieren energía a través de un medio (como el aire o el agua) sin mover el medio en sí. Las ondas pueden ser identificadas por su forma, dirección, fuerza y frecuencia.

Tipos de ondas

Las ondas se pueden dividir en dos tipos principales: ondas mecánicas y ondas electromagnéticas.

Ondas mecánicas

Las ondas mecánicas requieren un medio para viajar. Estas pueden dividirse además en:

  • Ondas transversales: Aquí la oscilación o el desplazamiento del medio es perpendicular a la dirección de la onda. Un ejemplo de esto es una onda en una cuerda.
  • Ondas longitudinales: En estas ondas, el desplazamiento del medio es paralelo a la dirección de la onda. Las ondas sonoras en el aire son longitudinales.

Ondas electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas no requieren ningún medio y pueden viajar en el vacío. La luz es un ejemplo de onda electromagnética.

Propiedades de las ondas

Veamos más profundamente las propiedades de las ondas.

1. Longitud de onda ((lambda))

La longitud de onda es la distancia entre dos puntos sucesivos que están en la misma fase, como pico a pico o valle a valle en una onda transversal.

2. Frecuencia ((f))

La frecuencia es el número de ciclos completos de la onda que pasan por un punto por unidad de tiempo, generalmente medida en hertz (Hz).

3. Amplitud

La amplitud de una onda es el desplazamiento máximo de los puntos sobre esa onda, lo que refleja la energía de la onda.

4. Velocidad ((v))

La velocidad de una onda es la distancia que la onda recorre por unidad de tiempo. Puede calcularse usando la fórmula:

v = f times lambda

5. Período ((T))

El período es el tiempo que tarda un ciclo completo de la onda. Matemáticamente, es el inverso de la frecuencia:

T = frac{1}{f}

Visualización de ondas: Ejemplo simple

Ondas transversales

A continuación, se presenta una ilustración simplificada de una onda transversal, mostrando la amplitud y la longitud de onda:

Longitud de onda ((lambda)) Amplitud

Ondas longitudinales

Una onda longitudinal puede representarse por compresiones y rarefacciones alternadas:

Compresión Rarefacción

En las ondas longitudinales, las partículas en el medio se mueven paralelamente a la dirección del transporte de energía, como se observa en las ondas sonoras que viajan a través de líquidos o gases.

Ondas sonoras como ejemplo de movimiento ondulatorio

Las ondas sonoras son un clásico ejemplo de ondas mecánicas longitudinales. Cuando un objeto vibra, como el diafragma de un altavoz, comprime las partículas de aire frente a él, creando áreas de alta presión llamadas compresiones, y áreas de baja presión llamadas rarefacciones.

Así, el sonido viaja a través del medio mientras las partículas oscilan de un lado a otro en la dirección de la onda, llevando energía desde la fuente hasta los oídos del oyente. Aquí hay una fórmula que conecta las diversas propiedades de las ondas sonoras:

v = sqrt{(frac{K}{rho})}

Donde (v) es la velocidad del sonido, (K) es el módulo de volumen del medio, y (rho) es la densidad del medio.

Principio de superposición

Cuando dos o más ondas viajan en el mismo espacio, se superponen entre sí. Esto se llama el principio de superposición. El desplazamiento resultante en cualquier punto es la suma vectorial de los desplazamientos individuales en ese punto.

Este principio puede resultar en interferencia constructiva, donde los desplazamientos de las ondas se combinan para formar una onda más grande, o interferencia destructiva, donde se cancelan entre sí. Considere dos ondas encontrándose:

En este ejemplo, una onda azul y una onda roja pasan a través del medio. Cuando se superponen, el resultado es una onda púrpura.

Ondas estacionarias

Las ondas estacionarias se producen cuando dos ondas con la misma frecuencia y amplitud viajan a través de un medio en direcciones opuestas. Esta interacción produce puntos inmóviles, llamados nodos, y puntos de máximo movimiento, llamados antinodos.

Nodo Antinodo

Las ondas estacionarias son esenciales en los instrumentos musicales, formando la base de la resonancia, donde las frecuencias naturales se amplifican, produciendo el sonido rico en guitarras, violines y pianos.

Aplicaciones del movimiento ondulatorio

El concepto de movimiento ondulatorio tiene aplicaciones en una amplia variedad de campos e impacta la tecnología moderna y nuestra comprensión del universo:

1. Comunicación

Las ondas de radio, un tipo de onda electromagnética, hacen posible transmitir audio, vídeo y datos a largas distancias, allanando el camino para la radio, la televisión e Internet.

2. Imágenes médicas

La tecnología de ultrasonido utiliza ondas sonoras para crear imágenes de estructuras internas del cuerpo, ayudando en el diagnóstico médico y en procedimientos sin necesidad de cirugía invasiva.

3. Mecánica cuántica

La dualidad onda-partícula propuesta en la mecánica cuántica postula que las partículas, como los electrones, exhiben propiedades tanto de partículas como de ondas, cambiando fundamentalmente la forma en que entendemos las interacciones atómicas y subatómicas.

Conclusión

El movimiento ondulatorio es un pilar de la física, describiendo cómo la energía se propaga a través del universo, ya sea como sonido a través del aire, como luz a través del espacio, o como ondas sísmicas bajo nuestros pies. Comprender las propiedades y comportamientos fundamentales de las ondas abre inmensas posibilidades para la exploración científica y el avance tecnológico.


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Movimiento ondulatorio

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