Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

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Tensión superficial y capilaridad


En el mundo de la mecánica de fluidos, dos fenómenos fascinantes son la tensión superficial y la capilaridad. Estos conceptos pueden parecer complejos, pero están presentes en todas partes en nuestra vida diaria. Desde la forma en que se forman las gotas de agua en las hojas hasta la acción de la tinta en una pluma estilográfica, la tensión superficial y la capilaridad juegan papeles importantes. Demos un vistazo más profundo a estos temas y exploremos sus intrincados detalles en términos lo más simples posible.

Comprendiendo la tensión superficial

La tensión superficial es la tendencia de una superficie líquida a reducirse a un área superficial mínima. Es el resultado de fuerzas cohesivas entre las moléculas del líquido. Un ejemplo bien conocido de la tensión superficial en acción es la capacidad de algunos insectos para caminar sobre el agua sin hundirse. Este fenómeno ocurre porque el peso del insecto no es suficiente para penetrar la superficie del líquido, gracias a la tensión superficial.

Matemáticamente, la tensión superficial ((gamma)) se expresa como la fuerza que actúa por unidad de longitud en una superficie, o energía por unidad de área.

gamma = frac{F}{L} = frac{E}{A}

Aquí, F representa la fuerza, L representa la longitud a lo largo de la cual actúa la fuerza, E es la energía, y A es el área.

Visualización de la tensión superficial

gota

La forma de una gota de agua es esférica debido a la tensión superficial que mantiene el área superficial al mínimo. En esta ilustración, verás que las moléculas del líquido se atraen entre sí, tirándose hacia adentro y formando una gota.

Factores que afectan la tensión superficial

Varios factores afectan el valor de la tensión superficial. Un factor principal es la temperatura. A medida que la temperatura aumenta, la energía cinética de las moléculas aumenta, lo que reduce las fuerzas intermoleculares y, en consecuencia, la tensión superficial. De manera similar, las impurezas o surfactantes en el líquido pueden reducir la tensión superficial al interrumpir las fuerzas cohesivas entre las moléculas del líquido.

Explicación de la capilaridad

La capilaridad, o acción capilar, se refiere a la capacidad de un fluido para fluir en espacios estrechos sin la ayuda de fuerzas externas (como la gravedad). Cuando sumerges un tubo delgado en agua, el fluido sube dentro del tubo por encima del nivel del líquido circundante; este es un ejemplo de capilaridad.

Visualización de la capilaridad

agua en el tubo

En este ejemplo visual, el líquido dentro del tubo capilar es más alto que el nivel de agua exterior. Esta acción es causada por fuerzas adhesivas entre el líquido y el material del tubo que son más fuertes que las fuerzas cohesivas dentro del líquido.

La ciencia detrás de la capilaridad

La capilaridad es causada por dos fuerzas principales: fuerzas cohesivas y fuerzas adhesivas. Las fuerzas cohesivas son fuerzas atractivas entre moléculas similares, mientras que las fuerzas adhesivas son fuerzas atractivas entre moléculas disimilares. Cuando las fuerzas adhesivas son mayores que las fuerzas cohesivas, el líquido asciende. Si las fuerzas cohesivas son más fuertes, como en el mercurio, el líquido caerá por el tubo.

Este comportamiento se describe generalmente utilizando la ecuación de Young-Laplace, que relaciona la diferencia de presión en la interfaz de dos fluidos con la tensión superficial y la curvatura de la interfaz:

delta p = gamma left( frac{1}{R_1} + frac{1}{R_2} right)

Aquí, (Delta P) es la diferencia de presión, (gamma) es la tensión superficial, y R_1 y R_2 son los radios principales de curvatura.

Ejemplos cotidianos de tensión superficial y capilaridad

La tensión superficial hace que las gotas de agua formen gotas en un automóvil recién encerado. La acción capilar se utiliza en las plantas para mover agua desde las raíces hasta las hojas. También ocurre en toallas de papel, atrayendo el líquido y distribuyéndolo por todo el material. La tinta fluye fácilmente en las plumas estilográficas debido a la capilaridad entre la tinta y los tubos estrechos.

Conclusión

La tensión superficial y la capilaridad pueden parecer temas específicos de la física, pero son de gran importancia tanto en procesos naturales como en procesos creados por el hombre. Comprender estos conceptos nos ayuda a entender muchos fenómenos cotidianos y contribuye a avances en campos como la ingeniería, la biología y la física.


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Tensión superficial y capilaridad

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