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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Mecánica clásica


La mecánica clásica es una rama de la física que trata con el movimiento de los objetos y las fuerzas que actúan sobre ellos. Forma la base para muchos estudios avanzados en física e ingeniería. Desarrollada inicialmente por Isaac Newton y refinada posteriormente por otros físicos, la mecánica clásica describe cómo se comportan los objetos macroscópicos bajo diferentes fuerzas. Incluye varios conceptos clave como las leyes de Newton del momentum, energía, cantidad de movimiento y momento angular.

Leyes del movimiento de Newton

Primera ley: Ley de la inercia

La primera ley de Newton establece que un objeto en reposo permanece en reposo, y un objeto en movimiento continúa moviéndose en línea recta a una velocidad constante a menos que se aplique una fuerza externa. Esto se conoce como la ley de la inercia.

Segunda ley: Ley de la aceleración

La segunda ley establece la relación entre la fuerza aplicada a un objeto y su aceleración. Se expresa matemáticamente de la siguiente manera:

F = ma

Donde F es la fuerza aplicada al objeto, m es la masa del objeto y a es la aceleración.

Peso

El círculo representa un objeto sobre el cual actúa una fuerza descendente (peso) debido a la gravedad.

Tercera ley: Acción y reacción

La tercera ley de Newton establece que para cada acción existe una reacción igual y opuesta. Esto significa que las fuerzas siempre vienen en pares. Si un objeto A ejerce una fuerza sobre un objeto B, entonces el objeto B ejerce una fuerza igual y opuesta sobre el objeto A.

Ejemplo: Cuando un nadador se empuja contra una pared de la piscina, según la tercera ley de Newton, la pared empuja al nadador en la dirección opuesta con una fuerza igual, haciendo que el nadador avance.

Conceptos de fuerza

La fuerza es cualquier interacción que cambia el movimiento de un objeto sin oposición. Las fuerzas pueden hacer que los objetos aceleren, desaceleren, permanezcan en su lugar o cambien de forma. La unidad de fuerza en el Sistema Internacional (SI) es el newton (N).

Trabajo y energía

Trabajo

El trabajo es la energía transferida por una fuerza que mueve un objeto a lo largo de una distancia. Se calcula de la siguiente manera:

W = Fd cos theta

Donde W es el trabajo realizado, F es la fuerza aplicada, d es la distancia recorrida por el objeto y theta es el ángulo entre la dirección de la fuerza y la dirección del movimiento.

Energía cinética

La energía cinética es la energía que tiene un objeto debido a su movimiento. Se expresa con la fórmula:

KE = frac{1}{2}mv^2

Donde KE es la energía cinética, m es la masa del objeto y v es su velocidad.

Energía potencial

La energía potencial es la energía que se almacena en un objeto debido a su posición en un campo de fuerza, generalmente la gravedad. La energía potencial gravitatoria se calcula de la siguiente manera:

PE = mgh

Donde PE es la energía potencial, m es la masa del objeto, g es la aceleración debida a la gravedad y h es la altura sobre el punto de referencia.

Leyes de conservación

Conservación de la energía

El principio de conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, solo puede transformarse de una forma a otra. La energía total en un sistema aislado permanece constante.

Ejemplo: En una montaña rusa, la energía mecánica total se conserva. En el punto más alto, la energía potencial es máxima y la energía cinética es mínima. Al descender, la energía potencial se convierte en energía cinética.

Conservación del momento

El momento es el producto de la masa y la velocidad de un objeto. La ley de conservación del momento establece que si ninguna fuerza externa actúa sobre un sistema cerrado, entonces su momento total permanece constante.

p = mv

Donde p es el momento, m es la masa y v es la velocidad.

Ejemplo: En una colisión, el momento antes de la colisión es igual al momento después de la colisión, siempre que no haya fuerzas externas interfiriendo.

Colisión

Colisión elástica

En una colisión elástica, tanto el momento como la energía cinética se conservan. Los objetos chocan entre sí sin deformación ni generación de calor.

Colisión inelástica

En una colisión inelástica, el momento se conserva, pero la energía cinética no. Los objetos pueden pegarse o deformarse, causando que la energía cinética se convierta en otras formas como calor o sonido.

Movimiento armónico simple

El movimiento armónico simple (MAS) es un movimiento periódico donde la fuerza restauradora es directamente proporcional al desplazamiento. Un ejemplo de esto es una masa unida a un resorte.

F = -kx

Donde F es la fuerza restauradora, k es la constante del resorte, y x es el desplazamiento desde el equilibrio.

Masa

El círculo azul representa una masa en movimiento armónico simple en un resorte.

Ejemplo: Un péndulo oscilando a pequeños ángulos aproxima el movimiento armónico simple porque las fuerzas involucradas satisfacen el criterio del MAS.

Velocidad angular

Velocidad y aceleración angular

La velocidad angular es la tasa de cambio del desplazamiento angular y se mide en radianes por segundo. La aceleración angular es la tasa de cambio de la velocidad angular.

omega = frac{Delta theta}{Delta t}, alpha = frac{Delta omega}{Delta t}

Donde omega es la velocidad angular, Delta theta es el cambio en ángulo, Delta t es el cambio en tiempo y alpha es la aceleración angular.

Torque

El torque es una medida de la fuerza que puede hacer girar un objeto sobre un eje. Es una cantidad vectorial, que tiene tanto magnitud como dirección.

tau = rF sin theta

Donde tau es el torque, r es la distancia de la palanca, F es la fuerza aplicada y theta es el ángulo entre la fuerza y la palanca.

Fuerza

La figura de arriba muestra una palanca girando alrededor de un punto de pivote al aplicar una fuerza en un ángulo.

Conservación del momento angular

El momento angular se conserva en un sistema cerrado sin torque externo. El momento angular de un objeto en rotación se expresa como:

L = Iomega

Donde L es el momento angular, I es el momento de inercia y omega es la velocidad angular.

Ejemplo: Una patinadora sobre hielo que gira con los brazos extendidos girará más rápido si los recoge, porque el momento angular se conserva.

Aplicaciones en la vida cotidiana

La mecánica clásica se puede ver en actividades y objetos cotidianos. Desde el acto básico de caminar, donde nuestros músculos del cuerpo aplican fuerza al suelo, hasta conducir un vehículo, donde intervienen varias fuerzas y movimientos.

Comprender la mecánica clásica ayuda a diseñar máquinas eficientes, predecir patrones climáticos e incluso lanzar satélites al espacio calculando cuidadosamente fuerzas y movimientos.


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Mecánica clásica

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