Conceptos Fundamentales de Física: Estática, Dinámica y Termodinámica

Estática

Estática: Es la rama de la física que estudia las fuerzas en equilibrio, es decir, cuando la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es igual a cero.

Equilibrio: Un cuerpo está en equilibrio cuando las fuerzas que actúan sobre él se cancelan entre sí, resultando en una fuerza neta de cero. Si se aplica una fuerza al centro de masa del objeto, se moverá de manera uniforme. Si la fuerza se aplica fuera del centro de masa, el objeto rotará alrededor de su centro de masa.

Dinámica

Impulso mecánico: Es la cantidad de movimiento que se transfiere a un cuerpo cuando se le aplica una fuerza durante un intervalo de tiempo. El impulso es una magnitud vectorial y se calcula como el producto de la fuerza por el tiempo de aplicación.

Cantidad de movimiento: También conocida como momento lineal, es una medida de la masa en movimiento. Se calcula como el producto de la masa de un objeto por su velocidad.

Tipos de Choques

Choque elástico: En un choque elástico, la energía cinética total del sistema se conserva. Los objetos que chocan rebotan entre sí sin pérdida de energía.

Choque inelástico: En un choque inelástico, la energía cinética no se conserva. Parte de la energía se transforma en otras formas, como calor o deformación. En un choque completamente inelástico, los objetos que chocan se unen y se mueven juntos después del choque.

Energía Mecánica

Energía mecánica: Es la capacidad de un cuerpo para realizar trabajo debido a su posición o movimiento. Se compone de dos tipos principales de energía:

  • Energía cinética: Es la energía asociada al movimiento de un cuerpo.
  • Energía potencial: Es la energía almacenada en un cuerpo debido a su posición o configuración. Hay varios tipos de energía potencial, como la energía potencial gravitatoria, la energía potencial elástica y la energía potencial química.

Trabajo: Es la transferencia de energía que ocurre cuando se aplica una fuerza a un objeto y este se desplaza una cierta distancia. Se calcula como el producto de la fuerza por la distancia recorrida y el coseno del ángulo entre la fuerza y el desplazamiento.

Hidrostática

Hidrostática: Es la rama de la física que estudia los fluidos en reposo. Algunos conceptos clave incluyen:

  • Viscosidad: Es la resistencia de un fluido a fluir. Los fluidos más viscosos fluyen más lentamente que los fluidos menos viscosos.
  • Tensión superficial: Es la fuerza que hace que la superficie de un líquido se comporte como una membrana elástica.
  • Cohesión: Es la fuerza de atracción entre moléculas de la misma sustancia.
  • Adhesión: Es la fuerza de atracción entre moléculas de diferentes sustancias.
  • Densidad: Es la masa por unidad de volumen de una sustancia.
  • Peso específico: Es el peso por unidad de volumen de una sustancia.
  • Presión: Es la fuerza por unidad de área que se aplica sobre una superficie.

Hidrodinámica

Hidrodinámica: Es la rama de la física que estudia los fluidos en movimiento. Un principio importante es el teorema de Bernoulli, que establece que la suma de la energía cinética, la energía potencial y la energía de presión de un fluido en movimiento es constante a lo largo de una línea de corriente.

Gasto: Es el volumen de fluido que pasa por un punto dado por unidad de tiempo.

Flujo: Es la masa de fluido que pasa por un punto dado por unidad de tiempo.

Teorema de Torricelli

El teorema de Torricelli establece que la velocidad de un fluido que sale por un orificio en un recipiente es igual a la velocidad que un objeto adquiriría al caer libremente desde la superficie del fluido hasta el nivel del orificio.

Termodinámica

Calor: Es la transferencia de energía térmica entre objetos o sistemas a diferentes temperaturas.

Temperatura: Es una medida de la energía cinética promedio de las partículas en un sistema.

Calor latente: Es la cantidad de calor que se requiere para cambiar la fase de una sustancia sin cambiar su temperatura. Hay dos tipos principales de calor latente: el calor latente de fusión (para el cambio de sólido a líquido) y el calor latente de vaporización (para el cambio de líquido a gas).

Termodinámica: Es la rama de la física que estudia las relaciones entre el calor, el trabajo y la energía. Las tres leyes fundamentales de la termodinámica son:

  • Primera ley: La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma de una forma a otra.
  • Segunda ley: La entropía de un sistema aislado siempre aumenta con el tiempo.
  • Tercera ley: La entropía de un sistema se acerca a un valor constante a medida que la temperatura se acerca al cero absoluto.

Gases Ideales

Un gas ideal es un modelo teórico de un gas que se comporta de acuerdo con ciertas leyes simples. Las leyes de los gases ideales son:

  • Ley de Boyle: A temperatura constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión.
  • Ley de Charles: A presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
  • Ley de Gay-Lussac: A volumen constante, la presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.

Trabajo termodinámico: Es el trabajo realizado por un sistema cuando se expande o se contrae contra una presión externa.