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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Electrostática


La electrostática es la rama de la física que estudia las cargas eléctricas en un estado estático. El término "electrostática" proviene de las palabras griegas "electrón", que significa ámbar (una resina que puede adquirir una carga eléctrica), y "stasis", que significa estar quieto.

Introducción a la carga eléctrica

La carga eléctrica es una propiedad fundamental de la materia, similar a la masa. Hay dos tipos de carga eléctrica: positiva y negativa. Un hecho interesante sobre la carga eléctrica es que las cargas similares se repelen entre sí, mientras que las cargas opuestas se atraen.

En el mundo natural, usualmente asociamos las cargas positivas con los protones y las cargas negativas con los electrones. Los neutrones, que se encuentran en el núcleo de un átomo junto con los protones, no tienen carga.

Conductores e aislantes

Las sustancias pueden clasificarse según su capacidad para pasar cargas eléctricas a través de ellas:

  • Conductores: Sustancias que permiten que las cargas eléctricas se muevan libremente dentro de ellas. Un ejemplo de conductor es el cobre, que se utiliza ampliamente en cableado eléctrico.
  • Aislantes: Materiales que no permiten que las cargas eléctricas se muevan libremente. Ejemplos de aislantes incluyen el caucho y el vidrio.

La ley de Coulomb

La ley de Coulomb describe la fuerza entre dos objetos cargados. Fue formulada por primera vez por el físico francés Charles-Augustin de Coulomb en el siglo XVIII. La ley de Coulomb se expresa de la siguiente manera:

F = k * (|q1 * q2| / r^2)

Donde:

  • F es la magnitud de la fuerza entre las cargas.
  • k es la constante de Coulomb, que es aproximadamente igual a 8.99 x 10^9 N m²/C².
  • q1 y q2 son las cantidades de carga.
  • r es la distancia entre los centros de las dos cargas.
Q1 Q2

Campo eléctrico

El concepto de campo eléctrico nos ayuda a entender cómo las cargas interactúan entre sí a distancia. El campo eléctrico puede entenderse como el espacio alrededor de un objeto cargado donde cualquier otro objeto cargado experimentará una fuerza.

El campo eléctrico E en un punto se define como la fuerza F que actúa por unidad de carga q en ese punto:

E = F / q

La dirección del campo eléctrico es la dirección de la fuerza que actúa sobre una carga de prueba positiva colocada en ese punto. Por ejemplo, el campo eléctrico alrededor de una carga positiva apunta lejos de la carga.

,

Visualización de líneas de campo eléctrico

Las líneas de campo eléctrico proporcionan una manera de visualizar un campo eléctrico. Estas líneas imaginarias muestran la dirección del campo eléctrico en diferentes puntos alrededor de una carga.

  • Para cargas positivas, las líneas de campo radian hacia afuera.
  • Para cargas negativas, las líneas de campo están dirigidas hacia adentro, hacia la carga.
  • Cuanto más cerca estén las líneas de campo entre sí, más fuerte será el campo en ese punto.
,

Energía potencial eléctrica

La energía potencial eléctrica es la energía que una carga tiene debido a su posición en un campo eléctrico. Es similar a la energía potencial gravitacional, que es la energía que un objeto tiene debido a su posición en un campo gravitacional.

El concepto de voltaje

El voltaje, también conocido como diferencia de potencial eléctrico, es la medida de la energía potencial eléctrica por unidad de carga entre dos puntos en un campo eléctrico. Se expresa en voltios (V).

El voltaje es lo que impulsa la corriente eléctrica en un circuito. Es similar a la presión del agua en una manguera, que hace que el agua fluya. Así como una mayor presión de agua causa más flujo de agua, un mayor voltaje causa que fluya más carga eléctrica.

Trabajo realizado al mover la carga

Cuando mueves una carga en un campo eléctrico, se realiza trabajo sobre la carga. El trabajo realizado W es igual al producto de la carga q y el cambio en el potencial eléctrico V :

W = q * V

Este concepto es importante para entender cómo funcionan las pilas, ya que proporcionan energía para mover la carga a través de un circuito.

Capacitancia

La capacitancia es la capacidad de un sistema para almacenar carga eléctrica. Un condensador es un dispositivo que almacena energía eléctrica en un campo eléctrico. La capacitancia C de un condensador se define como la relación entre la carga Q almacenada en cada conductor y la diferencia de potencial V entre ellos:

C = Q / V

La capacitancia se mide en faradios (F), nombrados en honor a Michael Faraday, una figura clave en el estudio del electromagnetismo.

El concepto de la ley de Gauss

La ley de Gauss es un principio fundamental que relaciona la distribución de la carga eléctrica con el campo eléctrico resultante. Establece que el flujo eléctrico neto que pasa a través de cualquier superficie cerrada es proporcional a la carga eléctrica encerrada.

Matemáticamente, la ley de Gauss se expresa como:

Φ = ∮ E · dA = Q_enclosed / ε₀

Donde:

  • Φ es el flujo eléctrico.
  • E es el campo eléctrico.
  • dA es el elemento de área diferencial de la superficie cerrada.
  • Q_enclosed es la carga total encerrada dentro de la superficie.
  • ε₀ es la permitividad del espacio libre.

Aplicaciones de la electrostática

La electrostática tiene aplicaciones prácticas en muchos campos. Aquí hay algunos ejemplos:

  • Xerografía: Utilizada en fotocopiadoras e impresoras láser, funciona según el principio de atracción electrostática de partículas de tóner al papel.
  • Precipitadores electrostáticos: se utilizan para eliminar partículas de emisiones industriales.
  • Condensador: Ampliamente utilizado en circuitos electrónicos para almacenamiento de energía.

Principios de los fenómenos electrostáticos

Los fenómenos electrostáticos se exploran en varios contextos, como en la naturaleza, en aplicaciones tecnológicas y en experimentos. Comprender estos principios nos permite utilizar y manipular la carga eléctrica para diversos usos:

  • Rayos: Un fenómeno natural explicado por la electrostática, donde grandes cantidades de carga se acumulan en las nubes y se liberan en forma de rayos.
  • Triboelectricidad: La acumulación de carga eléctrica debido a la fricción entre sustancias, a menudo llamada electricidad estática.

Descubrimiento de las fuerzas electrostáticas

Comprender las fuerzas electrostáticas implica examinar las interacciones entre objetos cargados. Estas fuerzas afectan la forma en que las sustancias se comportan e interactúan en su entorno. Al examinar la descarga estática o la carga por contacto, experimentamos aplicaciones del mundo real de las fuerzas electrostáticas.

Un experimento simple que demuestra la fuerza electrostática es el ejemplo clásico del globo y el papel. Al frotar el globo en tu cabello, transfieres electrones al globo, dándole una carga negativa. Si acercas el globo a pequeños pedazos de papel, las cargas opuestas hacen que los pedazos de papel se atraigan al globo y se adhieran a su superficie.

El papel de la electrostática en la tecnología

La electrostática ha influido significativamente en el desarrollo tecnológico, contribuyendo a tecnologías innovadoras como pantallas táctiles, impresoras de inyección de tinta y sensores. Los principios electrostáticos son fundamentales en el diseño de dispositivos seguros, eficientes y de vanguardia.

Conclusión

La electrostática es una parte esencial de la física y nuestra comprensión de las fuerzas y campos eléctricos creados por partículas cargadas. Este conocimiento nos permite desarrollar técnicas que son integrales para la vida moderna y nos proporciona una visión de los fenómenos que ocurren naturalmente, haciendo de la electrostática un campo de estudio fascinante e invaluable.


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