sábado, 9 de noviembre de 2013

Fuerza-Energía-Trabajo

Definición y representación 
Fuerza es toda causa capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo o de producir en él una deformación.
La fuerza es una magnitud vectorial: se representa por una flecha (vector) y necesitamos conocer no sólo su módulo, sino también su dirección, sentido y punto de aplicación.



Su unidad es el Newton (1kg pesa 9,8 N en un lugar en que la gravedad es 9,8 m/s2).


Origen 
Una interacción entre dos objetos siempre produce dos fuerzas iguales y opuestas, aplicadas una en cada objeto.
Las interacciones pueden ser a distancia como la gravitatoria y la electromagnética o por contacto
(como las originadas en un choque). Debido a que no se anulan las fuerzas originadas en los choques, porque están aplicadas una en cada objeto, éstos rebotan o se deforman.

Efectos que producen 
Las fuerzas producen deformaciones (como por ejemplo  sus efectos en muelles, gomas, carrocerías, etc.) y también cambios de velocidad (aceleración). 
Una fuerza actuando, ya sea durante un tiempo pequeño ("golpe seco" o durante poco recorrido) o 
durante mucho tiempo, produce una aceleración que cambia el valor de la velocidad y/o su sentido. 
Una fuerza, cuya dirección de aplicación no pasa por el centro de gravedad de un objeto libre, le produce un giro y una traslación. Si el cuerpo está sujeto por un punto y la dirección de la fuerza aplicada no pasa por ese punto, también girará.




Las Fuerzas y sus efectos from Arturo Andrés Martínez

Concepto de energía 
La energía es la capacidad que tienen los cuerpos para producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos.
La energía no es la causa de los cambios.
Las causas de los cambios son las interacciones y, su consecuencia, las transferencias de energía.

Unidades de energía 
- En el Sistema Internacional (S. I.) la energía se mide en julios (J). 1 J es, aproximadamente, la energía que hay que emplear para elevar 1 metro un cuerpo de 100 gramos. 
- Caloría (cal): Cantidad de energía necesaria para aumentar 1 ºC la temperatura de 1 g de agua.
 1 cal = 4,18 J. 
- Kilovatio-hora (kWh): Es la energía desarrollada por la potencia de 1000 vatios durante 1 hora.
 1 kWh = 3.600.000 J. 
- Tonelada equivalente de carbón: (tec): Es la energía que se obtiene al quemar 1000 kg de carbón. 1 tec = 29.300.000 J 
- Tonelada equivalente de petróleo (tep): Es la energía que se obtiene al quemar 1000 kg de petróleo. 1 tep =41900000 J 
- Kilojulio y kilocaloría (kJ y kcal): Son, respectivamente, 1000 J y 1000 cal. Se usan con frecuencia debido a los valores tan pequeños de J y cal.

Tipos de energía
-La energía cinética: es la energía que tienen los cuerpos por el hecho de estar en movimiento. La energía cinética se mide en julios (J), la masa en kilogramos (kg) y la velocidad en metros por segundo.(m/s). 
La energía cinética del viento es llamada energía eólica.
-Energía potencial: Es la energía que tienen los cuerpos por ocupar una determinada posición. Podemos hablar de energía potencial gravitatoria y de energía potencial elástica. La energía potencial gravitatoria es la energía que tiene un cuerpo por estar situado a una cierta altura sobre la superficie terrestre.La energía potencial se mide en julios (J), la masa en kilogramos (kg), la aceleración de la gravedad en metros por segundo al cuadrado (m/s2) y la altura en metros (m). 
 Por ejemplo, una piedra al borde de un precipicio tiene energía potencial: si cayera, ejercería una 
fuerza que produciría una deformación en el suelo.
La energía potencial elástica es la energía que tiene un cuerpo que sufre una deformación. Su valor depende de la constante de elasticidad del cuerpo  y de lo que se ha deformado . La energía potencial elástica se mide en julios (J), la constante elástica en newtons/metro (N/m) y el alargamiento en metros (m).
 Por ejemplo, cuando se estira una goma elástica, almacena energía potencial elástica. En el momento en que se suelta, la goma tiende a recuperar su posición y libera la energía. En esto se basa la forma de actuar de un tirachinas.
-La Energía térmica: se debe al movimiento de las partículas que constituyen la materia. Un cuerpo a baja temperatura tendrá menos energía térmica que otro que esté a mayor temperatura. Un cuerpo posee mayor cantidad de energía térmica cuanto más rápido es el movimiento de sus partículas.
-Energía eléctrica: es causada por el movimiento de las cargas eléctricas en el interior de los materiales conductores. Esta energía produce, fundamentalmente, tres efectos: luminoso, térmico y
magnético. Por ejemplo, la transportada por la corriente eléctrica en nuestras casas y que se manifiesta al encender una bombilla.
-La Energía radiante: es la que poseen las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioleta (UV), los rayos infrarrojo (IR), etc. La característica principal de esta energía es que se puede propagar en el vacío, sin necesidad de soporte material alguno. Ejemplo: La energía que proporciona el Sol y que nos llega a la Tierra en forma de luz y calor.
-Energía química: Es la energía que poseen las sustancias químicas y puede ponerse de manifiesto mediante una reacción química.
-Energía nuclear: Es la energía que proviene de las reacciones nucleares o de la desintegración de los núcleos de algunos átomos.
-La Energía hidráulica: es la producida por el agua retenida en embalses o pantanos a gran altura (que posee energía potencial gravitatoria).



Transformaciones de la energía 
La Energía se encuentra en una constante transformación, pasando de unas formas a otras. La
energía siempre pasa de formas "más útiles" a formas "menos útiles". La utilidad se refiere a capacidad para poder realizar un trabajo.
 Las transformaciones de energía están presentes en todos los fenómenos que ocurren en la naturaleza.
 Por ejemplo, el motor de un carro produce un cambio de energía química (contenida en la gasolina y liberada en su combustión) en energía cinética. 


Concepto de trabajo 
El Trabajo es una de las formas de transferencia (cuando dos cuerpos intercambian energía, lo hacen, o bien de forma mecánica, mediante la realización de un trabajo, o bien de forma térmica, mediante el calor) de energía entre los cuerpos. Para realizar un trabajo es preciso ejercer una fuerza sobre un cuerpo y que éste se desplace. 
El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra \ W (del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades.


Donde F es el módulo de la fuerza, d es el desplazamiento y \alpha es el ángulo que forman entre sí el vector fuerza y el vector desplazamiento.





viernes, 1 de noviembre de 2013

Magnitudes y unidades de medida

Magnitudes y unidades
Los fenómenos de la naturaleza se pueden interpretar gracias a que los cuerpos poseen propiedades que pueden ser medidas. 
Magnitud es todo aquello que se puede medir. Por ejemplo, se puede medir la masa, la longitud, el tiempo, la velocidad, la fuerza.... La belleza, el odio... no son magnitudes, ya que no se pueden medir. 
Medir es comparar una magnitud con otra de la misma especie que se toma como unidad.
La medición. Toda medición comprende cuatros  aspectos:
* Lo que se desea medir.
* El instrumento con el cual se mide.
* La unidad de medida.
* La persona que mide.
Patrón de medida: Son objetos escogidos por convenios internacionales, que materializan y determinan las unidades. Los patrones de medidas deben cumplir entre otras las siguientes condiciones:
* Ser de fácil manejo.
* Facilidad de construcción
* Ser invariable en tiempo y espacio.
Unidad de medida:  es una cantidad arbitraria que se elige para comparar con ella cantidades de la misma especie y a la que se le asigna valor 1 dentro de esa escala de unidades.
 El resultado de una medida debe ir siempre acompañado de la unidad correspondiente. Por ejemplo: 20 m, 50 Kg, 30 h. 

Las medidas pueden ser: 
 * Directas: cuando se compar directamente la magnitud con la unidad. Por ejemplo cuando se mide una longitud con una regla. 
 * Indirectas: Cuando su valor se obtiene aplicando alguna ecuación matemática. Por ejemplo cuando se mide el área de una habitación midiendo la longitud de sus lados. 
   * Escalares: Son aquellas que  están caracterizadas por un número y su correspondiente unidad.  Por ejemplo: longitud ( 1 cm, 2 pulgadas, etc.), superficie ( 100 cm2, 1500 pulgada2, etc), volumen ( 250 cm3, 800 litros, etc).
    * Vectoriales: Son aquellas que están caracterizadas por un número, unidad, dirección, sentido y punto de aplicación.  Se representan mediante vectores.  Por ejemplo: velocidad, fuerza, etc.

Magnitudes fundamentales.Sistema Internacional de Unidades 
Una unidad de medida debe ser algo fijo y constante, no debe cambiar según el individuo que haga la medida, por eso se establecen patrones fijos. Pero si bien dentro de cada nación las unidades eran fijas no sucedía lo mismo entre las diferentes naciones, por ejemplo para medir longitudes se empleaba la vara castellana o la yarda inglesa. Las relaciones científicas y comerciales entre distintas naciones exigieron que las unidades de medida fueran universales. 
Refiriéndonos concretamente a las longitudes, en 1790 por iniciativa del gobierno francés se logró establecer una medida de longitud universal el metro que junto con otras unidades relacionadas constituye el primer sistema universal de unidades llamado sistema métrico decimal llamado así porque sus unidades van de 10 en 10. 
También se llegaron a acuerdos para facilitar el empleo de unidades y la comprensión de las medidas, se eligen las unidades de unas cuantas magnitudes llamadas magnitudes fundamentales que caracterizan a todo el sistema de unidades

Sistema de unidades. 
Es un conjunto de magnitudes fundamentales y sus unidades correspondientes y las demás magnitudes, que se obtienen a partir de las fundamentales utilizando fórmulas físicas que las relacionan, son las magnitudes derivadas. 
Por ejemplo la longitud es una magnitud fundamental cuya unidad en el Sistema Internacional 
es el metro (m) y lo mismo el tiempo que se mide en segundos(s), sin embargo la velocidad es 
una magnitud derivada que se mide en m/s. 
El sistema de unidades que tiene más aceptación hoy día es el S.I. (Sistema internacional de unidades) que es el que vamos a emplear. En la Conferencia General de Pesas y Medidas celebrada en París (1960) se aceptó este sistema de unidades que había sido propuesto por Giorgi a principio de siglo. En España fue declarado legal en el año 1967 Este sistema considera magnitudes fundamentales a: 



Unidad de espacio
Espacio (distancia entre dos puntos) tiene como unidad patrón internacional el metro.


Medidas de superficie: 
Para la medida de superficie se utiliza el metro cuadrado (m2) y las conversiones se realizan elevando al cuadrado los factores visto para las unidades de espacio.

Medidas de Volumen: 
Para la medida de volumen se utiliza el metro cúbico (m3) y las conversiones se realizan elevando al cubo los factores visto para las unidades de espacio.
En las unidades de volumen y capacidad tenemos:
1dm3 = 1 litro (l)
1cm3 = 1 mililitro (ml)
1m3 = 1000 litros
Unidad de tiempo
El tiempo tiene como unidad patrón internacional el segundo(s).

Otras unidades de tiempo:

   •Un año = 365,25 dìas
•Un lustro = 5 años.
      •Una década = 10 años.
  •Un siglo = 100 años.
      •1 milenio = 1000 años.



Unidad de masa
La masa tiene como unidad patrón internacional el kilogramo (kg).



Tabla de prefijos para todas las unidades de medidas