Fisica II

UNIDAD 1

ENERGIA MECANICA

1.1.Trabajo.

1.2.Energia.

1.3.Tipos de energía.

1.4.Interconversiones.

1.5.Potencia.

LEYES DE CONSERVACION

1.6.Conservacion de la energía.

1.7.Conservacion de momento lineal.

1.8.Conservacion de momento angular.

UNIDAD 2

ESTADO SOLIDO

2.1.Propiedades de los sólidos.

2.2.Modulo de Young.

2.3.Ley de hooke.

HIDROSTATICA

2.4.Propiedades de los fluidos.

2.5.Presion hidrostática, atmosférica y absoluta.

2.6.Principio de Arquímedes.

2.7.Principio de pascal.

2.8.Tension superficial, adhesión, cohesión, capilaridad.

HIDRODINAMICA

2.9.Tipos de flujos.

2.10.Principio de bernoulli.

2.11.Principio de torricelli.

UNIDAD 3

CALOR Y TEMPERATURA

3.1.Termometria.

3.2.Escalas.

3.3.Calorimetria.

3.4.Transmision de calor.

3.5.Cambios provocados por el calor.

VOLUMEN Y PRESION

3.6.Concepto.

3.7.Leyes de Boyle, Charles y Gay Lussac.

3.8.Ecuacion general del estado gaseoso.

3.9.Ecuacion de los gases ideales.

TERMODINAMICA

3.10.Sistemas termodinámicos.

3.11.Ciclos termodinámicos.

3.12.Leyes de la termodinámica.

3.13.Maquinas térmicas.

3.14.Eficiencia.

UNIDAD 1

Energia Mecanica

1.1.Trabajo

En mecánica clásica, el trabajo que realiza una fuerza sobre un cuerpo equivale a la energía necesaria para desplazar este cuerpo.1 El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra (del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades.

Ya que por definición el trabajo es un tránsito de energía,2 nunca se refiere a él como incremento de trabajo, ni se simboliza como ΔW.

Matemáticamente se expresa como:

Donde es el módulo de la fuerza, es el desplazamiento y es el ángulo que forman entre sí el vector fuerza y el vector desplazamiento.

1.2.Energia

La energía mecánica, De todas las transformaciones o cambios que sufre la materia, los que más interesan a la mecánica son los asociados a la posición y/o a la velocidad. Ambas magnitudes definen, en el marco de la dinámica de Newton, el estado mecánico de un cuerpo, de modo que este puede cambiar porque cambie su posición o porque cambie su velocidad. La forma de energía asociada a los cambios en el estado mecánica de un cuerpo o de una partícula material recibe el nombre de energía mecánica.

1.3.Tipos de energía

Energía solar: se produce y es liberada por el Sol. Es fundamental para la vida en la Tierra. La energía solar llega hasta la tierra en forma de luz y calor.

Energía calorífica: se produce por la combustión del carbón, madera, petróleo, gas natural, gasolina y otros combustibles.

Energía eléctrica: se produce cuando a través de un conductor se logra un movimiento o flujo de electrones; generando luz, calor o magnetismo

Energía química: se produce cuando las sustancias reaccionan entre sí alterando su constitución íntima, como es el caso de la energía obtenida en los explosivos o en pilas eléctricas. La energía química está almacenada en los cuerpos, por lo tanto, es una forma de energía potencial.

Energía hidráulica: se obtiene de la caída del agua desde una cierta altura, hasta un nivel más bajo. Esto provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas. De esta forma de energía se puede derivar la hidroelectricidad, que es un recurso natural disponible en aquellas zonas que presentan suficiente cantidad de agua disponible.

Actualmente, la energía hidráulica es utilizada para obtener energía eléctrica.

Energía geotérmica: proviene del centro de la Tierra y se libera como energía calórica. El calor que se libera en este tipo de energía derrite las rocas y además calienta las aguas subterráneas, provocando vapor de agua, el que está a una presión tal, que al hacerlo pasar por un generador es capaz de producir energía eléctrica.

Energía eólica: es aquella producida por el movimiento del aire. Esta forma de energía se utiliza hace muchos años; desde el pasado han existido los molinos de viento conectados con una piedra grande, la que al girar muele y tritura el trigo. Actualmente, la energía eólica se utiliza para obtener agua por bombeo de los pozos, además, permite obtener energía eléctrica.

Energía radiante: se produce por ondas electromagnéticas que se caracterizan por su propagación en el vacío a una velocidad de 300000 km/s.

Energía nuclear: se origina por la energía que mantiene unidas a las partículas en el núcleo de los átomos.

Energía Potencial: La energía potencial, por lo tanto, es la energía que posee un cuerpo o sistema en virtud de su posición o de su configuración (conjunto de posiciones). Así el estado de mecánico de una piedra que se eleva a una altura dada no es el mismo que el que el que tenia a nivel del suelo: ha cambiado su posición. En un muelle que es tensado, las distancias relativas entre sus espiras aumentan. Su configuración ha cambiado por efecto del estiramiento. En uno y otro caso el cuerpo adquiere en el estado final es capaz de romper un vidrio al chocar contra el suelo y el muelle puede poner en movimiento una bola inicialmente en reposo.

Energía Cinética: La forma de energía asociada a los cambios de velocidad recibe el nombre de energía cinética. Un cuerpo en movimiento es capaz de producir movimiento, esto es, de cambiar la velocidad de otros. La energía cinética es, por lo tanto, la energía mecánica que posee un cuerpo en virtud de su movimiento o velocidad.

1.4.Interconversiones

La energía es una magnitud física que que da una idea del estado dinámico de un cuerpo o un sistema. Como se sabe por la teoría relativista, materia y energía son dos manifestaciones o dos estados diferentes de una misma entidad.

Con independencia de lo anterior, todos los cuerpos poseer una energía adicional debido a su movimiento, a su temperatura, a su posición, a su elasticidad... En los dos primeros casos, si es debida al movimiento o a su temperatura se le llama energía cinética. En los otros casos, si es debida a su posición en un campo de fuerzas (como el gravitatorio) o a su elasticidad, se le llama energía potencial.

Ambas energías, cinética y potencial, están relacionadas por el llamado principio de la conservación de la energía que afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se transforma (cambia de una forma a otra).

En la mecánica este principio se traduce en que en un sistema cerrado la suma de la energía cinética y potencial permanece invariable en cualquier instante. Lo que significa que en dos instantes diferentes 1 y 2:

½ m v1² + m g h1 = ½ m v2² + m g h2

En la termodinámica este principio se traduce en que el incremento de la energía interna de un sistema es igual a su energía térmica menos el trabajo que el sistema realice con el exterior:

∆U = Q – W

Este principio también tiene su traducción en las diferentes ramas de la física: en electromagnetismo, en mecánica cuántica, en mecánica relativista...

Un ejemplo de la conversión de energía potencial a cinética lo tienes en una central hidraúlica. La energía potencial del agua de la presa cae y se convierte en energía cinética capaz de mover una turbina.

1.5.Potencia

La potencia mecánica es la rapidez con la que se hace el trabajo por cada unidad de tiempo, es decir, la potencia es la forma de expresar la rapidez con la que efectuamos un trabajo. El trabajo es igual a la fuerza aplicada para mover un objeto multiplicada por la distancia a la que el objeto se desplaza en la dirección de la fuerza. En términos matemáticos, la potencia es igual al trabajo realizado dividido entre el intervalo de tiempo a lo largo del cual se efectúa dicho trabajo.

La energía es una magnitud física que asociamos con la capacidad que tienen los cuerpos para producir trabajo mecánico, emitir luz, generar calor, etc.

Energía mecánica

Es la capacidad que tienen los cuerpos o los sistemas para realizar un trabajo en virtud del movimiento, de la posición y la composición. Como puede notarse, la energía se mide por el trabajo que es capaz de realizar o por el trabajo que se ha realizado es decir, la energía es la medida del trabajo.

Leyes de Conservacion

1.6.Conservacion de la energía

La ley de la conservación de la energía constituye en el primer principio de la termodinámica (la primera ley de la termodinámica) y afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra, por ejemplo, cuando la energía eléctrica se transforma energía calorífica en un calefactor.

Dentro de los sistemas termodinámicos,

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