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

Grado 11 ↓


Ondas y oscilaciones


El estudio de las ondas y las oscilaciones es una parte integral de la física. Estos conceptos son fundamentales en la descripción de una variedad de fenómenos en la ciencia y la ingeniería. Desde las ondulaciones de la luz en un estanque hasta el sonido de los instrumentos musicales e incluso las ondas electromagnéticas que permiten la comunicación inalámbrica, las ondas y las oscilaciones están a nuestro alrededor. Entenderlas puede proporcionar conocimientos sobre cómo se comporta el universo tanto a nivel macroscópico como microscópico.

Introducción a las ondas

Una onda es una perturbación que viaja de un lugar a otro a través de un medio o vacío. El medio puede ser un sólido, líquido, gas o incluso el vacío del espacio. Las ondas transfieren energía de un punto a otro sin la transferencia física de partículas de un lugar a otro.

Tipos de ondas

Las ondas se pueden clasificar según la dirección del desplazamiento de las partículas con respecto a la propagación de la onda:

1. Ondas mecánicas

Estas requieren un medio para viajar. Ejemplos incluyen ondas sonoras, ondas sísmicas y ondas en el agua.

Ondas longitudinales

En las ondas longitudinales, las partículas del medio vibran paralelamente a la dirección de la propagación de la onda. Las ondas sonoras en el aire son un ejemplo clásico de esto.

        Ejemplo: Ondas sonoras en el aire, compresiones y rarefacciones.
Presión Rarefacción
Ondas transversales

En las ondas transversales, las partículas del medio se mueven perpendicularmente a la dirección de la propagación de la onda. Ondas de luz y ondas en una cuerda son ejemplos típicos de esto.

        Ejemplo: Ondas en una cuerda, ondas en la superficie del agua.

2. Ondas electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas no requieren un medio para propagarse. También pueden viajar a través del vacío. Ejemplos incluyen la luz, las ondas de radio y los rayos X.

Características de las ondas

Entender las ondas requiere conocer varias características clave:

Longitud de onda ( λ )

La longitud de onda es la distancia entre crestas o valles sucesivos en una onda. Determina la longitud de la onda y se mide en metros.

Frecuencia ( f )

La frecuencia se refiere a cuántas veces vibran las partículas de un medio cuando una onda lo atraviesa. Se mide en Hertz (Hz), lo que equivale a ciclos por segundo.

Amplitud

La amplitud de una onda es el desplazamiento máximo de las partículas del medio desde su posición de equilibrio. Representa la energía e intensidad de la onda.

Velocidad de la onda

La velocidad de una onda es la distancia recorrida por unidad de tiempo por un punto (como una cresta) en la onda. La velocidad ( v ) de una onda se puede calcular usando la fórmula:

        v = f * λ

donde v es la velocidad de la onda, f es la frecuencia y λ es la longitud de onda.

Introducción a la oscilación

Las oscilaciones son movimientos de un lado a otro a intervalos regulares. Un ejemplo clásico de un sistema oscilante es un péndulo simple. Cuando se desplaza de su posición de equilibrio, experimenta una fuerza que tiende a moverlo de vuelta hacia el equilibrio, creando un movimiento oscilante.

Movimiento armónico simple (MAS)

El movimiento armónico simple es un tipo de oscilación en la cual la fuerza de restitución es proporcional al desplazamiento y actúa en sentido contrario a la dirección del desplazamiento. El MAS se caracteriza por oscilaciones que tienen una forma de onda sinusoidal.

Características del MAS

  • Posición de equilibrio: La posición donde la fuerza neta sobre el sistema es cero.
  • Amplitud ( A ): Desplazamiento máximo desde la posición de equilibrio.
  • Período ( T ): El tiempo que se toma en un ciclo completo de oscilación.
  • Frecuencia ( f ): El número de oscilaciones por unidad de tiempo. Es el inverso del período.
        f = 1 / T

Representación matemática del MAS

El movimiento se puede describir usando una función seno o coseno. Si x(t) representa el desplazamiento como función del tiempo, entonces:

        x(t) = A * cos(ωt + φ)

donde A es la amplitud, ω es la frecuencia angular, t es el tiempo y φ es el ángulo de fase.

La frecuencia angular está relacionada con la frecuencia y el período de la siguiente manera:

        ω = 2πf = 2π/T

Energía en el MAS

En el MAS, la energía se transforma continuamente entre energía potencial y energía cinética mientras la energía mecánica total permanece constante.

Ejemplos prácticos y aplicaciones

Péndulo

El péndulo es uno de los ejemplos más comunes de oscilaciones. El período del péndulo depende de su longitud y de la aceleración debida a la gravedad, como se muestra a continuación:

        T = 2π √(L/g)

Dónde L es la longitud y g es la aceleración debida a la gravedad.

Sistema masa-resorte

Otro ejemplo clásico de MAS es una masa unida a un resorte. Según la ley de Hooke, la fuerza ejercida por el resorte es proporcional al desplazamiento:

        F = -kx

Donde k es la constante del resorte y x es el desplazamiento.

El período de oscilación para una masa m en un resorte se da por:

        T = 2π √(m/k)

Ondas en la vida cotidiana

Desde la música que escuchamos, la luz que vemos todos los días, y las ondas de radio que llevan datos a nuestros teléfonos, entender las ondas nos ayuda a entender cómo nuestra tecnología y entorno funcionan.

Conclusión

Ondas y vibraciones están en todas partes a nuestro alrededor y forman la columna vertebral de muchas teorías y técnicas científicas. Desde entender la naturaleza del sonido y la luz hasta el comportamiento de las partículas cuánticas, los principios de ondas y vibraciones forman la base de muchos avances en ciencia y tecnología.


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Ondas y oscilaciones

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