TEMA 3 . LA ENERGÍA Y EL MOVIMIENTO

ENERGÍA MECÁNICA 

La Energía mecánica es la producida por fuerzas de tipo mecánico, como la elasticidad, la gravitación, etc., y la poseen los cuerpos por el hecho de moverse o de encontrarse desplazados de su posición de equilibrio. Puede ser de dos tipos: Energía CINÉTICA Y ENERGÍA POTENCIAL (GRAVITATORIA Y ELÁSTICA)

ENERGÍA CINÉTICA

 La energía cinética de un cuerpo es aquella energía que posee debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su velocidad. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética.

ENERGÍA POTENCIAL

En un sistema físico, la energía potencial es la energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar.

TRANSFORMACIONES DE LA ENERGÍA CINÉTICA Y POTENCIAL

Le energía cinética es la relacionada con el movimiento de los cuerpos, mientras que la potencial está relacionada con la posición (es energía almacenada), los ejemplos son muchos, por ejemplo un resorte comprimido tiene energía potencial, pero si lo sueltas esa energía se transforma en energía cinética, ya que puede golpear a otro cuerpo, otro ejemplo es el agua de un tinaco, tiene energía potencial por la altura en que esta almacenada, pero si abres la llave el agua saldrá rápidamente transformando un tipo de energía en otra.

PRINCIPIO DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

El Principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.

En el caso de la energía mecánica se puede concluir que, en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante. Este fenómeno se conoce con el nombre de Principio de conservación de la energía mecánica.

la estructura de la materia a partir del modelo cinético de particulas

   las propiedades de la materia:
MASA:
La masa, en física es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. Es una propiedad intrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial  y de la masa gravitacional  La unidad utilizada para medir la masa en el sistema internacional de unidades  es el kilogramo  (kg). Es una magnitud escala

VOLUMEN:
El volumen es una magnitud escalar  definida como el espacio ocupado por un objeto. Es una función derivada de longitud , ya que se halla multiplicando las tres dimensiones
En física , el volumen es una magnitud física  extensiva que es asociada a la propiedad de los cuerpos físicos  de ser extensos o materiales .

La unidad de medida  de volumen en el sistema internacional de unidades  es el metro cubico , aunque temporalmente también acepta el litro  (que equivale a un décimo cubico , el que se utiliza comúnmente en la vida práctica.

DENSIDAD:
La densidad es una medida de cuánto material se encuentra comprimido en un espacio determinado; es la cantidad de masa por unidad de volumen

ESTADOS DE AGREGACIÓN:

La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso. Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua. La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso: Los sólidos: Tienen forma y volumen constantes. Se caracterizan por la rigidez y regularidad de sus estructuras. Los líquidos: No tienen forma fija pero sí volumen. La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy específicas son características de los líquidos. Los gases: No tienen forma ni volumen fijos. En ellos es muy característica la gran variación de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de temperatura y presión PRESIÓN: FUERZA: La dinámica estudia las fuerzas para poder predecir a partir de ellas el tipo de movimiento que tiene un cuerpo. Cada vez que realizamos una acción, estamos ejerciendo fuerzas, aunque unas requieran más precisión que otras. Por ejemplo, al cambiar de lugar o desplazar un objeto, al modificar su forma, ÁREA :El área (abreviado con el símbolo a) es una medida de la extensión de una superficie , expresada en unidades de medidas denominadas unidades de superficies Para superficies planas el concepto es más intuitivo. Cualquier superficie plana de lados rectos puede triangularse  y se puede calcular su área como suma de las áreas de dichos triángulos. Ocasionalmente se usa el término "área" como sinónimo de superficie, cuando no existe confusión entre el concepto geométrico en sí mismo (superficie) y la magnitud métrica asociada al concepto geométrico (área). PRINCIPIO DE PASCAL el principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623–1662) que se resume en la frase: la presión ejercida por un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión. También podemos ver aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidráulicas, en los elevadores hidráulicos y en los frenos hidráulicos. TEMPERATURA: La temperatura es el nivel de calor en un gas, líquido, o sólido. Tres escalas sirven comúnmente para medir la temperatura. Las escalas de Celsius y de Fahrenheit son las más comunes. La escala de Kelvin es primordialmente usada en experimentos científicos. Escala Celsius La escala Celsius fue inventada en 1742 por el astrónomo sueco Andrés Celsius. Esta escala divide el rango entre las temperaturas de congelación y de ebullición del agua en 100 partes iguales. Usted encontrará a veces esta escala identificada como escala centígrada. Las temperaturas en la escala Celsius son conocidas como grados Celsius (ºC). Escala Fahrenheit La escala Fahrenheit fue establecida por el físico holandés-alemán Gabriel Daniel Fahrenheit, en 1724. Aun cuando muchos países están usando ya la escala Celsius, la escala Fahrenheit es amplia mente usada en los Estados Unidos. Esta escala divide la diferencia entre los puntos de fusión y de ebullición del agua en 180 intervalos iguales. Las temperaturas en la escala Fahrenheit son conocidas como grados Fahrenheit (ºF). Escala de Kelvin La escala de Kelvin lleva el nombre de William Thompson Kelvin, un físico británico que la diseñó en 1848. Prolonga la escala Celsius hasta el cero absoluto, una temperatura hipotética caracterizada por una ausencia completa de energía calórica. Las temperaturas en esta escala son llamadas Kelvins (K). Cómo Convertir Temperaturas A veces hay que convertir la temperatura de una escala a otra. Para convertir de ºC a ºF use la fórmula:   ºF = ºC x 1.8 + 32. Para convertir de ºF a ºC use la fórmula:   ºC = (ºF-32) ÷ 1.8. Para convertir de K a ºC use la fórmula:   ºC = K – 273.15 Para convertir de ºC a K use la fórmula: K = ºC + 273.15. Para convertir de ºF a K use la fórmula: K = 5/9 (ºF – 32) + 273.15. Para convertir de K a ºF use la fórmula:   ºF = 1.8(K – 273.15) + 32 CALOR El calor está definido como la forma de energía que se transfiere entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico DILATACIÓN: proceso físico por el cual se producen cambios de volumen como resultado de cambios de temperatura. PROPAGACIÓN:se propaga la energía desde los cuerpos calientes a los fríos. Decir “propagación del calor” es una forma de hablar: lo que en realidad se propaga es la energía, que es lo que poseen los cuerpos.  Existen tres maneras en las que la energía térmica se propaga de unos cuerpos a otros: conducción, convección y radiación.

energia calorifica y sus transformaciones

   energia calorifica y sus transformaciones

La luz del sol llega a la Tierra, sus rayos son energía, veamos la transformación de la energía calorífica. La energía calorífica es la manifestación de la energía en forma de calor, esta energía se puede transmitir de un cuerpo a otro por radiación, conducción y convección.
La energía calorífica del sol nos llega a través de las radiaciones solares, esta energía se puede transformar en energía eléctrica gracias a distintos procesos desarrollados como los paneles solares, el problema es que esta tecnología todavía no está completamente desarrollada.


equilibrio termico

El concepto de equilibrio térmico puede extenderse para hablar de un sistema o cuerpo en equilibrio térmico. Cuando dos porciones cuales sean de un sistema se encuentran en equilibrio térmico se dice que el sistema mismo está en equilibrio térmico o que es térmicamente homogéneo.



transferencia del calor: del cuerpo de mayor a menor temperatura

 la transferencia de calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura  diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor  o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico . La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la Segunda ley de la termodinámica  Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta

Principio de conservación de la energía  indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.

En el caso de la energía mecánica se puede concluir que, en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante. Este fenómeno se conoce con el nombre de Principio de conservación de la energía mecánica

BLOQUE IV .MANIFESTACIONES DE LA ESTRUCTURA INTERNA DE LA MATERIA TEMA 1 EXPLICACION DE LOS FENOMENOS ELECTRICOS: EL MODELO ATOMICO

Proceso histórico del desarrollo del modelo atómico: aportaciones de Thomson, Rutherford yBohr; avances y limitaciones de los modelos. Los filósofos griegos fueron los primeros que trataron de comprender la naturaleza de la materia. Vimos que fue precisamente en Grecia donde hace más de dos mil años se propuso la idea de que todo. La materia estaba constituida por componentes elementales e indivisibles denominados átomos. Esta idea fue introducida por Leucipo y desarrollada por Demócrito, y aun que hubo algunos seguidores de su filosofía, la idea de que la materia está constituida por átomos fue prácticamente abandonado durante casi 21 siglos. Su reaparición se dio gradualmente a lo largo de muchos años, y se debió a una nueva reflexión teórica sobre el asunto, sino al trabajo experimental de una gran cantidad de científicos. Y a mencionarnos a partir de experimentos en los que comprimía aire, Robert boyle había sugerido que esta formada por partículas minúsculas separadas por grandes espacios vacíos.

Unos 400 años antes de Cristo, el filósofo griego Demócrito consideró que la materia estaba constituida por pequeñísimas partículas que no podían ser divididas en otras más pequeñas. Por ello, llamó a estas partículas átomos, que en griego quiere decir "indivisible". Demócrito atribuyó a los átomos las cualidades de ser eternos, inmutables e indivisibles. Sin embargo las ideas de Demócrito sobre la materia no fueron aceptadas por los filósofos de su época y hubieron de transcurrir cerca de 2200 años para que la idea de los átomos fuera tomada de nuevo en consideración.

Existen diferentes formas en la que un cuerpo adquiere una carga neta, la más común la carga por fricción, en donde el frotamiento de un cuerpo con otro ocasiona que los electrones más lejanos del núcleo salten y otro método seria por inducción electrostática, sin necesidad de un contacto directo con otra superficie.

Materiales aislantes y conductores

Para saber si algún elemento no identificado, metal u otro que no se sepa su procedencia, es conductor o no, o si tiene electricidad o no, jamás debe hacerse al tacto de las manos. Para ello hay instrumentos especiales.

Aportaciones de Thomson: se le considera uno de los descubridores del electrón gracias a sus experimentos con los rayos catódicos. Thomson creía que el electrón era el componente universal de la materia y fue el primero en sugerir una teoría sobre la estructura interna del átomo.

Aportaciones de Rutherford: después del descubrimiento de que el átomo estaba formado por partículas positivas y negativas, la siguiente cuestión a resolver fue ¿cómo están organizadas estas partículas? Rutherford creó el primer modelo precursor de la concepción actual.

Aportaciones de Bohr: postuló que los electrones que circulan en los átomos obedecen a las leyes de la mecánica cuántica.

 El protón (en griego protón significa primero) es una partícula subatómica con una carga eléctrica de una unidad fundamental positiva y una masa de 938,3 MeV/ , del mismo modo, unas 1836 veces la masa de un electrón. Experimentalmente, se observa el protón como estable, con un límite inferior en su vida media de unos 10³⁵ años, aunque algunas teorías predicen que el protón puede desintegrarse. El protón y el neutrón, en conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de los átomos

Un neutrón es una variación neutra formada por dos quarks down y un quark up. Forma, junto con los protones, los núcleos atómicos. Fuera del núcleo atómico es inestable y tiene una vida media de unos 15 minutos emitiendo un electrón y un antineutrino para convertirse en un protón. El neutrón es necesario para la estabilidad de casi todos los núcleos atómicos (la única excepción es el hidrógeno), ya que interactúa fuertemente atrayéndose con los protones, pero sin repulsión electrostática.

El electrón comúnmente representado como  es una partícula subatómica de tipo fermiónico. En un átomo los electrones rodean el núcleo atómico, compuesto fundamentalmente de protones y neutrones.

Los electrones tienen una masa pequeña respecto al protón, y su movimiento genera corriente eléctrica en la mayoría de los metales. Estas partículas desempeñan un papel primordial en la química ya que definen las atracciones con otros átomos.

Efectos de atracción y repulsión electrostáticos.

Las primeras observaciones sobre fenómenos eléctricos fue en el año 600 a.C. por Tales de Mileto que observo que al frotar un pedazo de ámbar con ciertas pieles este atraía objetos pequeños.

Mucho después, el científico inglés Stephen Gray descubrió que existen dos tipos de cargas eléctricas; una al frotar el vidrio (vítrea) a la que llamamos carga positiva y otra al frotar resina (resinosa) a lo que conocemos como carga negativa, dos cargas iguales se repelen mientras que si son diferentes se atraen.

Cuando un cuerpo adquiere carga eléctrica, se acumula energía potencial eléctrica y para que se manifieste es necesario que se transfiera a otro cuerpo que tenga un nivel distinto de carga eléctrica, es decir, un potencial eléctrico distinto. La diferencia del potencial eléctrico de un cuerpo y otro se conoce como voltaje.

La electricidad es una forma de energía que se puede trasmitir de un punto a otro.

Todos los cuerpos presentan esta característica, que es propia de las partículas que lo forman, pero algunos la trasmiten mejor que otros.

Los cuerpos, según su capacidad de trasmisión de la corriente eléctrica, son clasificados en conductores y aisladores.

Conductores son los que dejan traspasar a través de ellos la electricidad.

Entre éstos tenemos a los metales como el cobre.

En general, los metales son conductores de la electricidad.

Aisladores o malos conductores, son los que no permiten el paso de la corriente eléctrica, ejemplo: madera, plástico, etc.

La pila es un sistema que transforma la energía química en energía eléctrica. En el interior de la pila se está produciendo una reacción química entre el cinc (metal) y un ácido, que genera el flujo de electricidad.