Conceptos de física

Magnitudes y unidades

Las magnitudes son propiedades que se pueden medir. Las magnitudes pueden ser escalares cuando su cantidad queda definida por un número o vectoriales si además tienen dirección y sentido.

Las unidades son cantidades de referencia de cada magnitud que se usan para medir

La física intenta encontrar la relación entre las distintas magnitudes y lo hace mediante expresiones matemáticas llamadas ecuaciones

Las magnitudes se diferencian en fundamentales y derivadas. Las magnitudes derivadas se calculan a partir de las fundamentales mediante ecuaciones. Las masa, el tiempo, la longitud y la carga son magnitudes fundamentales.

Las dimensiones de una magnitud derivada es la relación que tiene con las fundamentales. Se puede calcular a partir de una ecuación física. Por ejemplo, sabemos que una ecuación de la velocidad es \(v=e/t\) (velocidad = espacio partido por tiempo) por tanto, las dimensiones de la velocidad son \([v]=[L][T]^{⁻1}\) (dimensiones de velocidad = longitud por tiempo elevado a menos 1)

En toda ecuación física las dimensiones del primer miembro deben ser iguales a las del segundo miembro

Mecánica

El estado de movimiento de un cuerpo queda determinado por el momento lineal o cantidad de movimiento: \(\vec p=m\vec v\)

Para cambiar el estado de movimiento de un cuerpo hay que aplicar fuerzas. Cuanta más masa tiene un cuerpo o más rápido se mueve, más cuesta cambiar su movimiento. Por ejemplo, hace falta más fuerza para pararlo.

\(\vec F=m\vec a\) La fuerza = masa por aceleración

El equilibrio estático se produce cuando la suma de las fuerzas y de los momentos de las fuerzas es cero.

Giros:

Una sola fuerza no es capaz de hacer girar un cuerpo. Para conseguirlo hace falta aplicar un par de fuerzas separadas una distancia.

\(M = rFsen(γ)\)El momento de la fuerza (M) desde un punto (también llamado par) es el producto la distancia (r) del punto al punto de aplicación de la fuerza por la fuerza (F) y multiplicado por el seno del ángulo que forman (γ). Si el ángulo es cero, el momento también es cero. Si el ángulo es 90º el par es máximo.

El par a veces se representa con la letra griega tau τ

En física los ángulos se suelen medir en radianes. Los radianes se calculan como la longitud de arco (L)dividido por el radio (R): \(γ=L/R\)

Circle radians

En ingeniería la velocidad angular suele medirse en r.p.m (revoluciones por minuto);

Esta misma relación se produce con otras magnitudes angulares: \(ω=v/R\): la velocidad angular(ω) = a la velocidad lineal (v) dividida por el radio(R).

El momento de inercia (I) es una magnitud física que se comporta en el movimiento circular análogamente a la masa en el movimiento lineal. Cuanto mayor es el momento de inercia más cuesta cambiar el estado de giro de un sólido. El momento de inercia es tanto mayor cuanto más masa hay y más alejada está del centro de giro

Trabajo y energía

El trabajo (W) es el producto de la fuerza (F)) por el desplazamiento (r) por el coseno del ángulo que forman. Si en ángulo es de 0º el trabajo es máximo. Si el ángulo es de 90º el trabajo es cero.

\(W=Frcos(γ)\)

La energía es la capacidad para producir trabajo. Cuando un sistema intercambia energía con otro lo hace realizando un trabajo o intercambiando calor.

Macroscópicamente, los objetos tienen energía por tener masa y velocidad (energía cinética) o por estar sometidos a fuerzas (energía potencial). Estos dos tipos de energía constituyen lo que se conoce como energía mecánica.

Cuando después de un fenómeno la cantidad de energía mecánica ha variado, ha habido un flujo de calor. El rozamiento entre objetos es la principal causa de esta situación

Energía cinetica: \(Ec={mv²}/2\) ->Energía cinetia = masa por velocidad al cuadrado partido por 2.

Energía potencial grabitatoria: \(Ep=mgh\). Energía potencial gravitatoria = masa por g (9.8m/s2) por la altura. Esta ecuación sólo es válida en las proximidades de la superficie terrestre.

Energía potencial producida por un muelle: \(Ep={kx²}/2"\) -> Energía = constante elástica del muelle (k) por elongación (estiramiento) del muelle al cuadrado partido por 2

La potencia es el trabajo realizado en un tiempo: \(P=W/t\)

Existe una relación entre potencia, par y velocidad angular: \(P=ωτ\)