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Ana Reyes, Dalia Angulo
La presente revista científica está realizada con el objetivo de
resaltar la importancia de la física en nuestro entorno, ya que la
Física es una de las ciencias naturales que más ha contribuido al
desarrollo y bienestar del hombre, porque gracias a su estudio e
investigación ha sido posible encontrar en muchos casos, una
explicación clara y útil a los fenómenos que se presentan en
nuestra vida diaria.
Reitero que la física ha sido fundamental en la evolución del
hombre con ese motivo se ha hecho una recopilación de los temas
más importantes abarcando leyes, conceptos, teorías,
clasificaciones y características de los cuerpos del universo.
Enfatizando en la física nuclear ya que ha sido protagonista de la
evolución así como de la destrucción misma del hombre.
Esta revista tiene el propósito de ayudarte a entender los temas
básicos de la física, como las leyes de movimiento, el universo, tipos
de movimiento y diferentes teorías que han surgido a lo largo del
tiempo.
La física a veces puede parecer un tema muy complicado pero con
las herramientas necesarias podremos comprender un poco más
los temas más importantes o relevantes. Por eso esta revista puede
ser utilizada como herramienta útil para estudiar física general.
Introducción
-Cinemática
Movimiento rectilíneo uniforme
Movimiento rectilíneo uniforme acelerado
Caída libre
Movimiento parabólico
-Física moderna
Teoría de la relatividad
Física nuclear
Radioactividad
-Leyes del movimiento
Ley de inercia
Ley de aceleración
Ley de acción-reacción
Ley de gravitación universal
-El universo
Clasificación de los cuerpos celestes
Agujeros negros
Se le denomina cinemática a una
rama de la física dedicada a estudiar
el movimiento en sí, a diferencia de la
dinámica que estudia las
interacciones que lo producen.
La cinemática se basa en la
descripción del movimiento usando
explicaciones, números y ecuaciones
que incluyen la distancia,
desplazamiento, rapidez, velocidad y
aceleración.
Son los movimientos más sencillos, los que siguen una
línea recta.
Por ejemplo los movimientos de proyectiles
El movimiento rectilíneo uniforme fue
definido, por primera vez, por Galileo en los
siguientes términos: "Por movimiento igual
o uniforme entiendo aquél en el que los
espacios recorridos por un móvil en tiempos iguales, tómense como se
tomen, resultan iguales entre sí", o, dicho de otro modo, es un movimiento
de velocidad v constante.
Es un tipo de movimiento común en la
naturaleza. Por ejemplo cuando una piedra rueda por
el precipicio.
Son cuerpos que se mueven ganando velocidad
con el tiempo de un modo aproximadamente
uniforme; es decir con una aceleración constante.
Este es el significado del movimiento
uniformemente acelerado, el cual “en tiempos iguales,
adquiere iguales incrementos de rapidez”.
En este movimiento la velocidad es variable, nunca permanece constante; lo
que sí es constante es la aceleración.
El movimiento rectilíneo uniformemente acelerado presenta tres
características fundamentales:
La aceleración y la
fuerza resultante sobre
la partícula son
constantes.
La velocidad varía
linealmente respecto del
tiempo.
La posición varía según
una relación cuadrática respecto del tiempo.
La caída libre es aquella donde un objeto es lanzado con una velocidad inicial
igual a cero. En este movimientos el desplazamiento es en una sola dirección
que corresponde al eje vertical (eje "Y").
Todos los cuerpos con este tipo de
movimiento tienen una aceleración dirigida
hacia abajo cuyo valor depende del lugar en
el que se encuentren. Los cuerpos dejados
en caída libre aumentan su velocidad (hacia
abajo) en 9,8 m/s cada segundo.
La aceleración de gravedad es la misma para
todos los objetos y es independiente de las
masas de éstos.
En la caída libre no se tiene en cuenta la
resistencia del aire. Si se desprecia la
resistencia del aire y se supone que
aceleración en caída libre no varía con la altitud, entonces el movimiento
vertical de un objeto que cae libremente es equivalente al movimiento con
aceleración constante.
CAÍDA LIBRE
Movimiento parabólico es el que se lanza y su trayectoria se realiza en forma
de una parábola.
Se corresponde con la trayectoria ideal de un proyectil que se mueve en un
medio que no ofrece resistencia al avance y que está sujeto a un campo
gravitatorio uniforme.
En realidad, cuando se habla de cuerpos que se mueven en un campo
gravitatorio central (como el de La Tierra), el movimiento es elíptico
El movimiento parabólico puede ser analizado como la composición de dos
movimientos rectilíneos: un movimiento rectilíneo uniforme horizontal y un
movimiento rectilíneo uniformemente acelerado vertical.
La física moderna comienza a principios del siglo XX, cuando el alemán Max
Planck investiga sobre el “cuanto” de energía. Planck decía que eran
partículas de energía indivisibles, y que éstas no eran continuas como decía la
física clásica.
La misión final de la física actual es entender la relación que existe entre las
fuerzas que rigen la naturaleza, la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza
nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil. Comprender y lograr una teoría de
unificación, para así poder entender el
universo y sus partículas.
Se divide en:
La mecánica cuántica
La teoría de la relatividad
¿EN QUÉ CONSISTE LA MECÁNICA
CUÁNTICA?
Los sistemas atómicos y las partículas
elementales no se pueden describir
con las teorías que usamos para
estudiar los cuerpos macroscópicos
(como las rocas, los carros, las casas,
etc.) Esto se debe a un hecho
fundamental respecto al
comportamiento de las partículas y los
átomos que consiste en la
imposibilidad de medir todas sus propiedades simultáneamente de una
manera exacta. Es decir en el mundo de los átomos siempre existe una
Incertidumbre que no puede ser superada. La
mecánica cuántica explica este comportamiento.
La mecánica cuántica
puede explicar la
existencia del átomo y
revelar los misterios de la
estructura atómica, tal
como hoy son entendidos;
fenómenos que no puede
explicar debidamente la
física clásica o más
propiamente la mecánica
clásica.
La mecánica cuántica es el
fundamento de los
estudios del átomo, su
núcleo y las partículas
elementales
LA MECÁNICA CUÁNTICA.
Imagen ilustrativa de la dualidad onda-partícula, en
el que se aprecia cómo un mismo fenómeno puede
ser percibido de dos modos distintos.
Estudia la estructura de los núcleos
atómicos, que contienen la práctica
de la masa de la materia y donde se
producen reacciones que hacen brillar
las estrellas o producen energía. Los
protones y neutrones que forman el
núcleo del átomo se encuentran
unidos por la interacción nuclear, de
corto alcance.
Pero la Física Nuclear no sólo nos
permite responder preguntas sobre
cómo está formada la materia o cómo
ha evolucionado el Universo, sino que recientemente ha permitido el
desarrollo de aplicaciones que van desde las terapias y diagnóstico médicos
mediante técnicas como la tomografía por emisión de positrones (PET) o la
hadronterapia, hasta la generación de energía o el análisis de obras de arte.
En la actualidad, más de la mitad de los aceleradores de partículas repartidos
por el mundo están en hospitales para usarse en Medicina.
La radiactividad (o radioactividad) puede considerarse un fenómeno físico
natural por el cual algunos cuerpos o elementos químicos, llamados
radiactivos, emiten radiaciones que
tienen la propiedad de impresionar
placas fotográficas, ionizar gases,
producir fluorescencia, atravesar
cuerpos opacos a la luz ordinaria, etc.
Debido a esa capacidad, se les suele
denominar radiaciones ionizantes (en
contraste con las no ionizantes).
Las radiaciones emitidas pueden ser
electromagnéticas, en forma de rayos
X o rayos gamma, o bien
corpusculares, como pueden ser
núcleos de helio, electrones o
positrones, protones u otras. En resumen, es un fenómeno que ocurre en los
núcleos de ciertos elementos, que son capaces de transformarse en núcleos
de átomos de otros elementos.
La radiactividad puede ser:
Natural: manifestada por los isótopos que se encuentran en la naturaleza.
Artificial o inducida: manifestada por los radioisótopos producidos en
transformaciones artificiales.
Leyes de mov.
La Primera ley de Newton nos dice que para que un cuerpo altere su
movimiento es necesario que exista algo que provoque dicho cambio. Ese
algo es lo que conocemos como fuerzas. Estas son el resultado de la acción
de unos cuerpos sobre otros.
La inercia es la capacidad que tiene la
materia de mantener su estado de
reposo, o de movimiento rectilíneo
uniforme mientras no exista una
fuerza que actúe sobre ella.
Esta propiedad de la materia se
encuentra expresada en La Primera
Ley de Newton y recibe el nombre de
mecánica, existe también otro tipo
llamado térmica, que se refiere a la
dificultad que tiene un objeto de
cambiar su temperatura.
Entre más difícil sea cambiar el estado de un
objeto, ya sea de temperatura, de reposo o
movimiento rectilíneo uniforme, se dice que
tiene mayo inercia.
Por ejemplo, Si un automóvil frena
repentinamente, un pasajero que no use su
cinturón de seguridad saldrá disparado hacia
adelante debido a la inercia.
La segunda ley del movimiento de Newton dice que “Cuando se aplica una
fuerza a un objeto, éste se acelera. Dicha a aceleración es en dirección a la
fuerza y es proporcional a su intensidad y es inversamente proporcional a la
masa que se mueve”.
Esta ley explica qué
ocurre si sobre un
cuerpo en movimiento
(cuya masa no tiene por
qué ser constante)
actúa una fuerza neta:
la fuerza modificará el
estado de movimiento,
cambiando la velocidad en módulo o dirección.
En concreto, los cambios experimentados en la cantidad de movimiento de
un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la
dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones
en los cuerpos
Si un caballo tira de una piedra unida a una cuerda el caballo es igualmente
tirado por la piedra hacia atrás; porque la cuerda, tendiendo por el esfuerzo a
soltarse, tirará del caballo hacia la
piedra tanto como la piedra lo
haga hacia el caballo, e impedirá
el progreso de uno tanto como
avanza el otro.
Si un cuerpo actúa sobre otro con una fuerza (acción), éste reacciona
contra aquél con otra fuerza de igual valor y dirección, pero de sentido
contrario (reacción).
El vuelo de los cohetes espaciales explica
como consecuencia del principio de acción y
reacción. El cohete ejerce una fuerza sobre
sus propios gases de combustión y estas
otras sobre el cohete igual y de sentido
contrario.
Hay que destacar que, aunque los pares de
acción y reacción tengan el mismo valor y
sentidos contrarios, no se anulan entre sí,
puesto que actúan sobre cuerpos distintos.
No hay una fuerza que es antes y otra
que es después. Las dos fuerzas acción-
reacción son simultaneas. Recordemos la
palabra INTERACCIÓN que no tiene estas connotaciones. La interacción es el
conjunto de dos acciones
mutuas y simultaneas.
La fuerza de atracción gravitacional es la fuerza con que la Tierra nos atrae
hacia el suelo, es la culpable de que, al perder el equilibrio, nos vayamos de
bruces al piso.
Newton demostró que la fuerza de la gravedad
tiene la dirección de la recta que une los
centros de los astros y el sentido corresponde
a una atracción.
Es una fuerza
directamente
proporcional al
producto de las
masas que
interactúan e
inversamente proporcional a la distancia que
las separa. La constante de proporcionalidad,
G, se denomina constante de gravitación
universal.
La ley de gravitación universal de Newton dice que un objeto atrae a los
demás con una fuerza que es
directamente proporcional a las masas.
La gravedad se ejerce entre dos objetos
y depende de la distancia que separa sus
centros de masa
LEY DE LA GRAVITACIÓN
UNIVERSAL
El Universo contiene galaxias, cúmulos de galaxias y estructuras de mayor
tamaño llamadas supercúmulos, además de materia intergaláctica. Todavía
no sabemos con exactitud la magnitud del Universo, a pesar de la avanzada
tecnología disponible en la actualidad.
-CLASIFICACION DE CUERPOS
CELESTES
Se clasifican en:
GALAXIAS: conjunto de estrellas (miles
de millones) distribuidas de forma
heterogénea formando cúmulos
estelares.
NEBULOSAS: nubes cósmicas de
gases y polvo, surgidas por la
concentración de polvo interestelar
y que se supone que dan lugar a las
estrellas.
ESTRELLAS: concentraciones de
polvo interestelar cuya
concentración
gravitacional provoca
un aumento de
temperatura que
propicia reacciones
nucleares de fusión
de átomos.
El Universo
AGUJEROS NEGROS: son cuerpos
puntuales con una densidad tan
extraordinariamente alta que la
atracción gravitacional que generan
impide a la luz emitida por ellos salir
de un cierto entorno
PLANETAS: concentraciones de polvo
interestelar que por su masa no
llegarían a alcanzar la
temperatura crítica para
desencadenar las
reacciones nucleares
típicas de las estrellas
SATÉLITES: astros generalmente
pequeños que giran alrededor de los
planetas.
ASTEROIDES: son cuerpos rocosos de
pequeño tamaño que se mueven alrededor
del sol formando un cinturón situado entre
las órbitas de Marte y Júpiter. En ocasiones
escapan de su órbita y son atrapados por la de la Tierra precipitándose
y dando lugar a las estrellas fugaces. La
mayoría se desintegran por el
calentamiento al atravesar la atmósfera
terrestre, pero algunos, los más grandes,
llegan a la superficie constituyendo los
meteoritos.
COMETAS: son cuerpos
que siguen órbitas
enormemente
excéntricas con foco en
el sol. Cuando está lejos
del sol consta sólo de un
cuerpo rocoso y helado.
Al acercarse el calor solar
evapora partículas y
gases de ese núcleo
constituyendo la cabellera.
-AGUJEROS NEGROS
Un agujero negro es una región del espacio en la que la atracción de la
gravedad es tan fuerte que nada puede escapar. Es un "agujero" en el
sentido de que las cosas pueden caer, pero no salir de él. Es "negro" en el
sentido de que ni siquiera la luz puede escapar. Otra forma de decirlo es que
un agujero negro es un objeto para el que la velocidad de escape (la
velocidad requerida para desligarse de él) es mayor que la velocidad de la luz
-- el último "límite de velocidad" en
el universo.
En 1783 un astrónomo aficionado
británico, el Rev. John Mitchell, se
dio cuenta de que las leyes de
gravitación y movimiento de Newton
implicaban que mientras más masivo
es un cuerpo, mayor es la velocidad
de escape. Si usted pudiera de
alguna manera hacer algo unas 500
veces mayor que el Sol, pero con la
misma densidad, razonó, ni siquiera
la luz podría moverse lo suficientemente rápido para escapar y ese "algo"
nunca sería visto. Pero los astrónomos y físicos necesitaron la teoría de la
relatividad general de Einstein, que es la teoría moderna de la gravedad, para
entender la verdadera naturaleza y las características de los agujeros negros.
La frontera de un agujero negro se
llama horizonte de eventos, porque
cualquier evento que suceda en su
interior está oculto para siempre
para alguien que mira desde fuera.
El astrónomo Karl Schwarzchild
demostró que el radio del
horizonte de eventos en kilómetros
es 3 veces la masa expresada en
masas solares; a éste radio se le
llama radio de Schwarschild. El
horizonte de eventos es un filtro unidireccional en el agujero negro: cualquier
cosa puede entrar, pero nada puede salir.
Un agujero negro es un objeto muy simple: tiene sólo tres propiedades,
masa, espín y carga eléctrica. Debido a la manera en la que los agujeros
negros se forman, su carga eléctrica es probablemente cero, lo que los hace
aún más simples. La forma de la materia en un agujero negro no se conoce,
en parte porque está oculta
para el universo externo, y en
parte porque, en teoría, la
materia continuaría colapsando
hasta tener radio cero, un
punto al que los matemáticos
llaman una singularidad, de
densidad infinita ---algo con lo
que no tenemos experiencia
aquí en la Tierra.
En teoría, los agujeros negros vienen en tres tamaños: pequeños ("mini"),
medianos y grandes ("supermasivos"). Hay buena evidencia de que los
agujeros negros de tamaño mediano se forman como despojos de estrellas
masivas que colapsan al final de sus vidas, y de que existen agujeros negros
supermasivos en los núcleos de muchas galaxias --- quizá incluyendo la
nuestra.