Volumen A: Cinética, Estática y Termodinámica
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- 1A: Preludio Matemático
- Uno de sus objetivos al tomar un curso de física es ser más competente en la resolución de problemas de física, tanto problemas conceptuales que involucran poco o nada de matemáticas, como problemas que involucran algunas matemáticas. En un problema típico de física se te da una descripción sobre algo que está ocurriendo en el universo y se supone que debes averiguar y escribir algo muy específico sobre lo que sucede como resultado de lo que está ocurriendo.
- 2A: Conservación de Energía Mecánica I: Energía Cinética y Energía Potencial Gravitacional
- Los profesores de física suelen asignar problemas de conservación de energía que, en términos de complejidad matemática, son muy fáciles, para asegurarse de que los estudiantes puedan demostrar que saben lo que está pasando y pueden razonar a través del problema de manera correcta, sin tener que dedicar mucho tiempo a las matemáticas. Una buena imagen antes y después que represente correctamente la configuración y el estado de movimiento en cada uno de los dos instantes bien elegidos en el tiempo es crucial para mostrar la comprensión adecuada. A pres
- 3A: Conservación de Energía Mecánica II: Muelles, Energía Cinética Rotacional
- Un error común que involucra resortes es usar la longitud de un resorte estirado cuando se requiere la cantidad de estiramiento. Dada la longitud de un resorte estirado, hay que restar la longitud de ese mismo resorte cuando no se estira ni se comprime para obtener la cantidad de estiramiento.
- 4A: Conservación del Momentum
- Un error común que implica la conservación del impulso surge en el caso de colisiones totalmente inelásticas de dos objetos, el tipo de colisión en la que los dos objetos colisionantes se pegan entre sí y se mueven como uno solo. El error es utilizar la conservación de la energía mecánica en lugar de la conservación del impulso. Una forma de reconocer que alguna energía mecánica se convierte a otras formas es imaginar un resorte para estar entre los dos objetos colisionantes de tal manera que los objetos comprimen el resorte.
- 5A: Conservación del Momentum Angular
- El momento angular de un objeto es una medida de lo difícil que es evitar que ese objeto gire. Para un objeto que gira alrededor de un eje fijo, el momento angular depende de qué tan rápido esté girando el objeto, y de la inercia rotacional del objeto (también conocida como momento de inercia) con respecto a ese eje.
- 6A: Movimiento unidimensional (movimiento a lo largo de una línea): definiciones y matemáticas
- Un error que a menudo se comete en problemas de movimiento lineal que involucran aceleración, es usar la velocidad al final de un intervalo de tiempo como si fuera válida para todo el intervalo de tiempo. El error surge en problemas de aceleración constante cuando la gente intenta usar la definición de velocidad promedio en la solución. A menos que se le pregunte específicamente sobre la velocidad promedio, nunca necesitará usar esta ecuación para resolver un problema de física. Evite usar esta ecuación, solo le conseguirá
- 7A: Movimiento unidimensional: Las ecuaciones de aceleración constante
- Las ecuaciones de aceleración constante presentadas en este capítulo sólo son aplicables a situaciones en las que la aceleración es constante. El error más común que involucra las ecuaciones de aceleración constante es utilizarlas cuando la aceleración está cambiando.
- 8A: Movimiento unidimensional: Colisión Tipo II
- Un error común que uno ve a menudo en las soluciones incorrectas a los problemas del tipo de colisión dos es usar un sistema de coordenadas diferente para cada uno de los dos objetos. Es tentador usar la posición del objeto 11 en el tiempo 00 como origen para el sistema de coordenadas para el objeto 11 y la posición del objeto 22 en el tiempo 00 como origen para el sistema de coordenadas para el objeto 22. Esto es un error. Se debe elegir un solo origen y usarlo para ambas partículas. (También se debe elegir un solo positivo
- 9A: Gráficas de Movimiento Unidimensionales
- Considere un objeto que experimenta movimiento a lo largo de una trayectoria en línea recta, donde el movimiento se caracteriza por unos pocos intervalos de tiempo consecutivos durante cada uno de los cuales la aceleración es constante pero típicamente a un valor constante diferente al que es para los intervalos de tiempo especificados adyacentes. La aceleración experimenta cambios bruscos de valor al final de cada intervalo de tiempo especificado. El cambio abrupto conduce a una discontinuidad de salto en la Gráfica de Aceleración vs Tiempo y una discontinuidad en la pendiente.
- 10A: Problemas de aceleración constante en dos dimensiones
- Al resolver problemas que implican aceleración constante en dos dimensiones, el error más común es probablemente mezclar el movimiento x e y. Se debe hacer un análisis del movimiento x y un análisis separado del movimiento y. La única variable común tanto al movimiento x como al y es el tiempo. Tenga en cuenta que si la velocidad inicial está en una dirección que está a lo largo de ninguno de los ejes, primero se debe romper la velocidad inicial en sus componentes.
- 11A: Velocidad Relativa
- Los vectores agregan como vectores, no como números. Excepto en ese caso muy especial en el que los vectores que estás agregando se encuentran a lo largo de una y la misma línea, no puedes simplemente sumar las magnitudes de los vectores.
- 12A: Fuerza Gravitacional Cerca de la Superficie de la Tierra, Primer Pincel con la Segunda Ley de Newton
- Algunas personas piensan que cada objeto cerca de la superficie de la tierra tiene una aceleración de 9.8 m/s hacia abajo en relación con la superficie de la tierra. Eso simplemente no es así. De hecho, al mirar alrededor de la habitación en la que escribo esta frase, todos los objetos que veo tienen cero aceleración relativa a la superficie de la tierra. Sólo cuando se encuentra en la capa libre, es decir, sólo cuando nada está tocando o empujando o tirando del objeto excepto el campo gravitacional de la tierra, un objeto experimentará
- 13A: caída libre, también conocido como Movimiento de Proyectiles
- Las ecuaciones de aceleración constante se aplican desde el primer instante en el tiempo después de que el proyectil abandona el lanzador hasta el último instante en el tiempo antes de que el proyectil golpee algo, como el suelo. Una vez que el proyectil hace contacto con el suelo, el suelo ejerce una fuerza enorme sobre el proyectil provocando un cambio drástico en la aceleración del proyectil en un periodo de tiempo muy corto hasta que, en el caso de un proyectil que no rebota, tanto la aceleración como la velocidad se convierten en ze
- 14A: Leyes de Newton #1: Uso de diagramas de cuerpo libre
- Si arrojas una roca hacia arriba en presencia de otra persona, y le preguntas a esa otra persona qué mantiene la roca yendo hacia arriba, después de que deja tu mano pero antes de que alcance su mayor altura, esa persona puede decirte incorrectamente que la fuerza de la mano de la persona la mantiene en marcha. Esto ilustra el error común de que la fuerza es algo que se le da a la roca de la mano y que la roca “tiene” mientras está en el aire. No lo es. Una fuerza se trata de algo que se está haciendo para
- 15A: Las leyes de Newton #2: Tipos de fuerzas, creando diagramas de cuerpo libre
- No hay “fuerza de movimiento” que actúe sobre un objeto. Una vez que tienes la fuerza o fuerzas ejercidas sobre el objeto por todo (incluyendo cualquier campo de fuerza por masa en la ubicación del objeto) que esté tocando el objeto, tienes todas las fuerzas. No agregue una “fuerza de movimiento” falso a su diagrama de cuerpo libre. Es especialmente tentador agregar una fuerza falsa cuando no hay fuerzas reales en la dirección en la que va un objeto. Tenga en cuenta, sin embargo, que un objeto no necesita una fuerza sobre él para
- 16A: Leyes de Newton #3: Componentes, Fricción, Rampas, Poleas y Cuerdas
- Cuando, en el caso de un sistema de coordenadas inclinadas, rompes el vector de fuerza gravitacional en sus vectores componentes, asegúrese de que el vector de fuerza gravitacional en sí forme la hipotenusa del triángulo rectángulo en su diagrama de componentes vectoriales. Con demasiada frecuencia, la gente dibuja uno de los componentes del vector de fuerza gravitacional de tal manera que es más grande que el vector de fuerza gravitacional del que se supone que es un componente.
- 17A: La Ley Universal de la Gravitación
- Considera un objeto liberado del reposo de un diámetro de luna entera por encima de la superficie de la luna. Supongamos que se le pide que calcule la velocidad con la que el objeto golpea la luna. Este problema tipifica el tipo de problema en el que los estudiantes utilizan la ley universal de la gravitación para obtener la fuerza ejercida sobre el objeto por el campo gravitacional de la luna, y luego usan erróneamente una o más de las ecuaciones de aceleración constante para obtener la velocidad final.
- 18A: Movimiento Circular - Aceleración Centípeta
- Hay una tendencia a creer que si un objeto se mueve a velocidad constante entonces no tiene aceleración. Esto es cierto en el caso de un objeto que se mueve a lo largo de una trayectoria en línea recta. Por otro lado, una partícula que se mueve sobre una trayectoria curva se está acelerando ya sea que la velocidad esté cambiando o no. La velocidad tiene magnitud y dirección. En el caso de una partícula que se mueve sobre una trayectoria curva, la dirección de la velocidad cambia continuamente, y así la partícula tiene aceleración.
- 19A: Variables de movimiento rotacional, aceleración tangencial, aceleración angular constante
- Uno de los errores más comunes que solemos cometer los humanos es simplemente no reconocer que cuando alguien nos pregunta; a partir del tiempo cero, cuántas revoluciones, o equivalentemente cuántas vueltas o rotaciones hace un objeto; que alguien está pidiendo el valor del desplazamiento angular Δθ. Para estar seguros, normalmente calculamos δθΔθ en radianes, así que tenemos que convertir el resultado a revoluciones antes de reportar la respuesta final, pero el número de revoluciones es simplemente el valor de Δθ.
- 20A: Torque y movimiento circular
- El error que surge en la aplicación de la 2da Ley de Newton para el Movimiento Rotacional implica la sustitución de la suma de los pares alrededor de algún eje particular, τ, por una suma de términos que no son todos pares. A menudo, la suma errante incluirá fuerzas sin brazos de momento (una fuerza por un brazo de momento es un par, pero una fuerza por sí misma no es un par) y en otros casos la suma errante incluirá un término que consiste en un par por un brazo de momento.
- 21A: Vectores - El Producto Cruzado y Torque
- No use su mano izquierda cuando aplique ya sea la regla de la mano derecha para el producto cruzado de dos vectores (discutida en este capítulo) o la regla de la derecha para “algo rizado algo recto” discutida en el capítulo anterior.
- 22A: Centro de Masa, Momento de Inercia
- Un error que surge en el cálculo de los momentos de inercia, involucra el Teorema del Eje Paralelo. El error es intercambiar el momento de inercia del eje a través del centro de masa, con el paralelo a ese, al aplicar el Teorema del Eje Paralelo. Reconocer que el subíndice “CM” en el teorema del eje paralelo significa “centro de masa” ayudará a evitar este error. También, una comprobación de la respuesta, para asegurarse de que el valor del momento de inercia con respecto al eje
- 23A: Estática
- Debe repetirse: Asegúrese de que cualquier fuerza que entre en la ecuación de equilibrio de par se multiplica por un brazo de momento, y que cualquier par puro que entre en la ecuación de equilibrio de par NO se multiplica por un brazo de momento.
- 24A: Trabajo y Energía
- Has hecho bastante resolución de problemas usando conceptos energéticos. De vuelta en el capítulo 2 definimos la energía como una cantidad física transferible que se puede decir que tiene un objeto y dijimos que si se transfiere energía a una partícula material que inicialmente está en reposo, esa partícula adquiere una velocidad que es un indicador de cuánta energía se transfirió. Dijimos que un objeto puede tener energía porque se está moviendo (energía cinética), o debido a su posición relativa a algún otro objeto (potencial ene
- 25A: Energía Potencial, Conservación de Energía, Energía
- El trabajo realizado sobre una partícula por una fuerza que actúa sobre ella a medida que esa partícula se mueve del punto A al punto B bajo la influencia de esa fuerza, para algunas fuerzas, no depende del camino seguido por la partícula. Para tal fuerza existe una manera fácil de calcular el trabajo realizado sobre la partícula a medida que se mueve del punto A al punto B.
- 26A: Impulso e Impulso
- Imagina una gigantesca mesa de air hockey con un montón de discos de varias masas, ninguno de los cuales experimenta fricción alguna con la superficie horizontal de la mesa. Supongamos que la resistencia al aire es insignificante. Ahora supongamos que subes y le das un empujón a cada puck, donde el tipo de empujón que le das al primero es especial en que todo el tiempo estás empujando ese puck, la fuerza tiene uno y el mismo valor; y el empujón que le das a cada uno de los otros discos es similar en la siguiente respuesta
- 27A: Oscilaciones: Introducción, Masa en un Muelle
- Cuando algo va y viene decimos que vibra u oscila. En muchos casos las oscilaciones involucran a un objeto cuya posición en función del tiempo está bien caracterizada por la función sinusoidal o coseno del producto de un tiempo constante y transcurrido. Tal movimiento se conoce como oscilación sinusoidal. También se le conoce como movimiento armónico simple.
- 28A: Oscilaciones: El péndulo simple, energía en movimiento armónico simple
- Comenzando con la sacudida del péndulo en su posición más alta en un lado, el período de oscilaciones es el tiempo que tarda el bob en balancearse hasta su posición más alta en el otro lado y de nuevo. No olvides esa parte sobre “y de vuelta otra vez”.
- 29A: Ondas: Características, Tipos, Energía
- Considera una cuerda horizontal larga y tensa de gran longitud. Supongamos que un extremo está en la mano de una persona y el otro está fijado a un objeto inmóvil. Ahora supongamos que la persona mueve su mano hacia arriba y hacia abajo. La persona hace que su mano, y su extremo de la cuerda, oscilen hacia arriba y hacia abajo.
- 30A: Función de onda, interferencia, ondas estacionarias
- En que dos de nuestros cinco sentidos (la vista y el sonido) dependen de nuestra capacidad de percibir e interpretar las ondas, y en que las ondas son ubicuas, las ondas son de inmensa importancia para los seres humanos. Las ondas en los medios físicos se ajustan a una ecuación de onda que puede derivarse de la Segunda Ley del movimiento de Newton. La ecuación de onda dice:
- 31A: Cuerdas, Columnas de Aire
- Tenga cuidado de no sacar conclusiones sobre la longitud de onda de una onda estacionaria. La gente hará un buen trabajo dibujando una gráfica de Desplazamiento vs. Posición A lo largo del Medio y luego interpretarla incorrectamente. Por ejemplo, mira el diagrama de esta página.
- 32A: Beats y el Efecto Doppler
- Si una sola fuente de sonido de frecuencia viene hacia usted a velocidad constante, el tono (frecuencia) que escucha es mayor que la frecuencia de la fuente. Cuanto más alto depende de qué tan rápido te llegue la fuente. La gente comete el error de pensar que el tono aumenta a medida que la fuente se acerca al receptor. Ese sería el caso si la frecuencia dependiera de lo cerca que estuviera la fuente del receptor. No lo hace La frecuencia se mantiene igual. El Efecto Doppler es sobre velocidad, no posición.
- 33A: Fluidos: Presión, Densidad, Principio de Arquímedes
- Un error que se ve en las soluciones a problemas de fluidos estáticos de objetos sumergidos, es la inclusión, en el diagrama de cuerpo libre para el problema, además de la fuerza de flotación
- 34A: Principio de Pascal, Ecuación de Continuidad y Principio de Bernoulli
- Experimentalmente, encontramos que si aumenta la presión en alguna cantidad dada en una ubicación en un fluido, la presión aumenta en esa misma cantidad en todas partes del fluido. Este resultado experimental se conoce como Principio de Pascal.
- 35A: Temperatura, Energía Interna, Calor y Capacidad Térmica Específica
- Como saben, la temperatura es una medida de lo caliente que está algo. Frota dos palos juntos y notarás que la temperatura de cada uno aumenta. Hiciste trabajar en los palos y su temperatura aumentó.
- 36A: Calor: Cambios de fase
- Como se mencionó en el capítulo anterior, hay ocasiones en las que se pone un objeto caliente en contacto con una muestra más fría, ese calor fluye desde el objeto caliente a la muestra más fría, pero la temperatura de la muestra más fría no aumenta, aunque no fluya calor fuera de la muestra más fría (por ejemplo, hacia una muestra aún más fría objeto).
- 37A: La Primera Ley de la Termodinámica
- Terminamos este libro de texto de física cuando iniciamos la parte física del mismo (el capítulo 1 fue una revisión matemática), con una discusión sobre la conservación de la energía. De vuelta en el Capítulo 2, el foco estaba en la conservación de la energía mecánica; aquí enfocamos nuestra atención en la energía térmica.
Miniatura: Montaña rusa “Blue Fire” en Europa Park. (CC SA 3.0; Coaster J).