Conceptos básicos de Física

Aceleración

Aceleración, se conoce también como aceleración lineal, y es la variación de la velocidad de un objeto por unidad de tiempo. La velocidad se define como vector, es decir, tiene módulo (magnitud), dirección y sentido. De ello se deduce que un objeto se acelera si cambia su celeridad (la magnitud de la velocidad), su dirección de movimiento, o ambas cosas. Si se suelta un objeto y se deja caer libremente, resulta acelerado hacia abajo.

Si se ata un objeto a una cuerda y se le hace girar en círculo por encima de la cabeza con celeridad constante, el objeto también experimenta una aceleración uniforme; en este caso, la aceleración tiene la misma dirección que la cuerda y está dirigida hacia la mano de la persona.

Cuando la celeridad de un objeto disminuye, se dice que decelera. La deceleración es una aceleración negativa.Un objeto sólo se acelera si se le aplica una fuerza. Según la segunda ley del movimiento de Newton, el cambio de velocidad es directamente proporcional a la fuerza aplicada. Un cuerpo que cae se acelera debido a la fuerza de la gravedad.

Aceleración angular

La velocidad angular de un cuerpo que gira, es la variación del ángulo descrito en su rotación en torno a un eje determinado por unidad de tiempo. Una aceleración angular es un cambio de la velocidad angular, es decir, un cambio en la tasa de rotación o en la dirección del eje. Por lo tanto, la aceleración angular es diferente de la aceleración lineal.

Espacio

En el concepto corriente es una extensión tridimensional, capaz de contener los objetos sensibles. Durante muchos años se consideró que el espacio tenía tres dimensiones: largo, ancho y alto. Este tipo de espacio, coincide plenamente con la experiencia cotidiana y con todas las formas habituales de medida de tamaños y distancias. Sin embargo, las investigaciones modernas en matemáticas, física y astronomía han indicado que el espacio y el tiempo forman en realidad parte de un mismo continuo, al que los científicos denominan espacio-tiempo o continuo espacio temporal.

Hay tres formas de representar el espacio. En una dimensión, en dos o en tres. El espacio bidimensional se mide en metros cuadrados (unidad de superficie).

Fuerza

Fuerza, en física, cualquier acción o influencia que modifica el estado de reposo o de movimiento de un objeto. La fuerza que actúa sobre un objeto de masa m es igual a la variación del momento lineal (o cantidad de movimiento) de dicho objeto respecto del tiempo. Si se considera la masa constante, para una fuerza también constante aplicada a un objeto, su masa y la aceleración producida por la fuerza son inversamente proporcionales. Por tanto, si una fuerza igual actúa sobre dos objetos de diferente masa, el objeto con mayor masa resultará menos acelerado.

Las fuerzas se miden por los efectos que producen, es decir, a partir de las deformaciones o cambios de movimiento que producen sobre los objetos. Un dinamómetro es un muelle o resorte graduado para distintas fuerzas, cuyo módulo viene indicado en una escala. En el Sistema Internacional de unidade, la fuerza se mide en newtons: 1 newton (N) es la fuerza que proporciona a un objeto de 1 kg de masa una aceleración de 1 m/s 2 .

Mientras más intensa es la fuerza, mayor es su efecto en un cuerpo. La intensidad de una fuerza se mide en newtons mediante un instrumento llamado dinamómetro. Las fuerzas se miden por los efectos que producen, es decir, a partir de las deformaciones o cambios de movimiento que producen sobre los objetos.

Para averiguar el efecto combinado de dos o más fuerzas sobre un objeto, hay que considerar la intensidad y la dirección de las mismas.

Si actúan en línea recta, sus efectos se suman o se resta. La fuerza es una magnitud vectorial, y esto significa que tiene módulo, dirección y sentido.

Al conjunto de fuerzas que actúan sobre un cuerpo se le llama sistema de fuerzas. Si las fuerzas tienen el mismo punto de aplicación se habla de fuerzas concurrentes. Si son paralelas y tienen distinto punto de aplicación se habla de fuerzas paralelas.

Cuando sobre un objeto actúan varias fuerzas, éstas se suman vectorialmente para dar lugar a una fuerza total o resultante. Si la fuerza resultante es nula, el objeto no se acelerará: seguirá parado o detenido o continuará moviéndose con velocidad constante. Esto quiere decir que todo cuerpo permanece en estado de reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme mientras no actúe sobre él una fuerza resultante no nula.

Fórmula de la fuerza

F=m*a

La fuerza se mide en newtons (N), la masa en kilogramos (kg), y la aceleración en metros por segundo al cuadrado (m/s2). El peso de un cuerpo se calcula de forma análoga tomando la aceleración de la gravedad (g) cuyo valor aproximado es 10 m/s2

F= fuerza
m= masa
a= aceleración

Gravedad

Fenómeno en virtud del cual todos los cuerpos son atraídos hacia el centro de la Tierra con una fuerza F= m*g, siendo m la masa del cuerpo en estudio y g la aceleración de la gravedad. La fuerza (F) recibe el nombre de peso-fuerza o, para abreviar, peso del cuerpo. La ley de la gravedad es un caso particular de la ley de gravitación universal de Isaac Newton.

Toda la materia está sometida a la fuerza de gravedad. Para un objeto, la atracción que sufre es su peso.
La fuerza de gravedad se mide en newtons (N). Su valor es 9,81 N, por cada kg de materia en la superficie terrestre.

Centro de gravedad

Es el punto de aplicación de la fuerza peso en un cuerpo, y que es siempre el mismo, sea cual sea la posición del cuerpo.

Para determinar el centro de gravedad hay que tener en cuenta que toda partícula de un cuerpo situada cerca de la superficie terrestre está sometida a la acción de una fuerza, dirigida verticalmente hacia el centro de la Tierra, llamada fuerza gravitatoria.

Cuanto más bajo es el centro de gravedad, más estable es el objeto. El centro de gravedad de un objeto simétrico se halla en el centro del objeto. Si un objeto es irregular, el centro de gravedad puede estar situado fuera de su perímetro.

Cada segundo, los objetos en caída libre, aumentan su velocidad en 9,81 m/s debido al efecto de la gravedad.

Gravitación

Propiedad característica de la materia que consiste en el hecho de que entre los cuerpos materiales se ejerce siempre una atracción mutua proporcional a sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de sus distancias.

La gravitación es la propiedad de atracción mutua que poseen todos los objetos compuestos de materia. A veces se utiliza como sinónimo el término gravedad, aunque estrictamente este último sólo se refiere a la fuerza gravitacional entre la Tierra y los objetos situados en su superficie o cerca de ella. La gravitación es una de las cuatro fuerzas básicas que controlan las interacciones de la materia; las otras tres son las fuerzas nucleares débil y fuerte, y la fuerza electromagnética.

Masa

La masa es la magnitud fundamental de la física. Masa (física), propiedad intrínseca de un cuerpo, que mide su inercia, es decir, la resistencia del cuerpo a cambiar su movimiento. La masa no es lo mismo que el peso, que mide la atracción que ejerce la Tierra sobre una masa determinada.

Desde un punto de vista estático masa puede precisarse como: dos cuerpos de la misma forma e igual volumen, constituidos por la misma sustancia, se dice que tienen la misma masa, es decir, la misma cantidad de materia

- Se mide en kilogramos (kg) y también en gramos, toneladas, libras, onzas, etc.
- La masa es una propiedad intrínseca de un cuerpo, que mide su inercia, es decir, la resistencia del cuerpo a cambiar su movimiento.
- La masa inercial y la masa gravitacional son iguales.
Dos masas iguales situadas en el mismo punto de un campo gravitatorio tienen el mismo peso.

Un principio fundamental de la física clásica es la ley de conservación de la masa, que afirma que la materia no puede crearse ni destruirse. Esta ley se cumple en las reacciones químicas, pero no ocurre así cuando los átomos se desintegran y se convierte materia en energía o energía en materia

La teoría de la relatividad, cambió el concepto tradicional de masa. La relatividad demuestra que la masa de un objeto varía cuando su velocidad se aproxima a la de la luz, es decir, cuando se acerca a los 300.000 kilómetros por segundo; la masa de un objeto que se desplaza a 260.000 km/s, por ejemplo, es aproximadamente el doble de su llamada masa en reposo.

Cuando los cuerpos alcanzan estas velocidades, la masa puede convertirse en energía y viceversa, como sugería la famosa ecuación de Einstein, E=mc2 (la energía es igual a la masa por el cuadrado de la velocidad de la luz).

Mecánica

Mecánica es una de las ramas de la física que se ocupa del movimiento de los objetos y de su respuesta a las fuerzas. Nuestra experiencia diaria nos dice que el movimiento de un cuerpo esta influenciado por los cuerpos que lo rodean; esto es por sus interacciones con ellos. Hay varias reglas generales o principios que se aplican a todas las clases de movimiento, no importa cual sea la naturaleza de las interacciones. Este conjunto de principios, y la teoría que los sustenta, se denomina mecánica.
Hasta hace unos 400 años el movimiento se explicaba desde un punto de vista muy distinto. Por ejemplo, los científicos razonaban -siguiendo las ideas del filósofo y científico griego Aristóteles- que una bala de cañón cae porque su posición natural está en el suelo; el Sol, la Luna y las estrellas describen círculos alrededor de la Tierra porque los cuerpos celestes se mueven por naturaleza en círculos perfectos.

Newton es el principal responsable de la ciencia de la mecánica como la comprendemos hoy en día. Sin embargo, muchas personas más han contribuido a su avance. Algunos de los nombres más ilustres son Arquímedes, Galileo, Kepler, Descartes, Huygens, Hamilton, Mach y Einstein.

Peso

Peso, medida de la fuerza gravitatoria ejercida sobre un objeto. En las proximidades de la Tierra, y mientras no haya una causa que lo impida, todos los objetos caen animados de una aceleración, g, por lo que están sometidos a una fuerza constante, que es el peso.

Si m es la masa del cuerpo y g la aceleración de gravedad, se tiene P=m*g

Un cuerpo de masa el doble que otro, pesa también el doble. Se mide en Newtons (N) y también en kg-fuerza, dinas, libras-fuerza, onzas-fuerza, etc.

El kg, es por tanto, una unidad de masa, no de peso. Sin embargo, muchos aparatos utilizados para medir pesos (básculas), tienen sus escalas graduadas en kg en lugar de kg-fuerza. Esto no suele representar, normalmente, ningún problema ya que 1 kg-fuerza es el peso en la superficie de la Tierra de un objeto de 1 kg de masa. Por lo tanto, una persona de 60 kg de masa pesa en la superficie de la Tierra 60 kg-Fuerza. Sin embargo, la misma persona en la Luna pesaría sólo 10 kg-fuerza, aunque su masa seguiría siendo de 60 kg.

Tiempo

Tiempo , periodo durante el que tiene lugar una acción o acontecimiento, o dimensión que representa una sucesión de dichas acciones o acontecimientos. El tiempo es una de las magnitudes fundamentales del mundo físico, igual que la longitud y la masa. En la actualidad se emplean tres métodos astronómicos para expresar el tiempo. Los dos primeros se basan en la rotación diaria de la Tierra sobre su eje, y se refieren al movimiento aparente del Sol (tiempo solar) y de las estrellas (tiempo sidéreo). El tercer método astronómico para medir el tiempo se basa en la rotación de la Tierra en torno al Sol (tiempo de efemérides).

En la antigüedad las medidas de tiempo estaban basadas en la periodicidad de algunos fenómenos naturales como el día y la noche, las estaciones, las fases lunares y en general los fenómenos de tipo astronómico. Luego se idearon algunos objetos como el reloj de arena, el de agua y posteriormente el de péndulo, hasta llegar a los relojes digitales que están basados en las oscilaciones de corrientes eléctricas minúsculas y los más precisos relojes atómicos basados en las propiedades radiactivas de algunos materiales.

Velocidad

La velocidad de un cuerpo es el espacio que recorre en un intervalo de tiempo determinado. La unidad de medida universal es el m/s (metros por segundo). Velocidad es una magnitud vectorial. Es la variación de la posición de un cuerpo por unidad de tiempo. La velocidad es un vector, esto quiere decir, que tiene módulo (magnitud), dirección y sentido.
La magnitud de la velocidad, conocida también como rapidez o celeridad, se suele expresar como distancia recorrida por unidad de tiempo (normalmente, una hora o un segundo); se expresa, por ejemplo, en kilómetros por hora o metros por segundo. Cuando la velocidad es uniforme (constante) se puede determinar sencillamente dividiendo la distancia recorrida entre el tiempo empleado.

Cuando un objeto está acelerado, su vector velocidad cambia a lo largo del tiempo. La aceleración puede consistir en un cambio de dirección del vector velocidad, un cambio de su magnitud o ambas cosas.

Fórmula: V= d/t mts./seg o cm./seg

V= velocidad
d= distancia
t= tiempo

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