“Física para Ciencias Biológicas”
Escuela: Gestión Ambiental
Expositor: Ing. Richard Rivera
Segundo Bimestre
Octubre 2011-Febrero 2012
Hipótesis atómica: Toda la materia está compuesta por átomos
Átomos: Numerosos Movimiento continuo No tienen edad Son diminutos
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Naturaleza atómica de la materia
Estructura atómica Núcleo: Concentra casi
toda la masa. Nucleones: Formados de
quarks agrupados. Carga neutral, neutrón; carga positiva, protón
Electrones: Orbitan el núcleo atraídos por la carga positiva del mismo
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Elementos: Tabla periódica
Elemento: Sustancia formada por átomos del mismo tipo
Tabla periódica: Los átomos se clasifica por el número de protones (número atómica) y ordenamiento eléctrico
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Tabla periódica de los elementos
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Isótopos
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Átomos: Igual número de electrones(-) y protones(+)
Número de neutrones: puede variar (isótopo)
La masa atómica varía de isótopo a isótopo de un elemento
Compuestos y mezclas
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Compuesto: Sustancia conformada por más de un tipo de átomo: agua (H2O). Difiere de sus elementos conformantes
Mezcla: Sustancias que se mezclan, pero no se combinan.
Molécula: Mínima cantidad de un compuesto
Líquidos
Difíciles de comprimir Adquieren la forma de su
contenedor Presión: Fuerza ejercida por un
líquido sobre las paredes de su contenedor: P=F/A
La presión de un líquido depende de su profundidad
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Principio de Arquímedes
Flotabilidad: Pérdida aparente de peso de objetos sumergidos
Principio de Arquímedes: “Un cuerpo sumergido sufre un empuje hacia arriba igual al peso del fluido desplazado”
Volumen desplazado del fluido = Volumen del objeto introducido 9
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Un cambio de presión en una parte del fluido se transmite a las demás partes
Es posible multiplicar fuerza manteniendo la presión constante:
F1/A1 = F2/A2
Tensión superficial
Se produce por la resistencia de los líquidos a aumentar su superficie
Al posarse un insecto, este su hundirá solo si aporta la suficiente energía como para vencer la tensión superficial, de lo contrario podrá caminar sobre la superficie del líquido
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Capilaridad
Subida de agua por un tubo fino y hueco
Se debe a que el agua se adhiere más a la superficie (adhesión) del vidrio que entre sí (cohesión)
La tensión superficial trata de reducir el área, y por eso el agua asciende 12
Gases
Atmósfera: Mezcla de gases que rodea la tierra. Se mantienen así porque la energía cinética de los movimientos de sus átomos se equilibra con la gravedad
La atmósfera es menos densa a medida que se asciende
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Presión atmosférica
Se debe al peso del aire Varía por la altura, clima,
temperatura. Se mide con un barómetro Este se equilibra cuando el
peso del líquido en el tubo ejerce la misma presión que la atmósfera exterior
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Principio de Bernoulli
Dinámica de fluidos Al aumentar la rapidez de un fluido,
disminuye la presión interna en el fluido
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Temperatura, calor y expansión
Temperatura: Indica lo caliente o frío de un objeto respecto a una norma
Se mide con termómetros La escala más usada es la Celsius (o
centígrada) La temperatura se relaciona con los
movimientos aleatorios de los átomos y moléculas que componen una sustancia
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Calor: Energía transferida de un cuerpo a otro por diferencia de temperatura
El calor fluye de lo caliente a lo frío.
Los cuerpos no contienen calor, contienen energía interna (energía en el interior de la sustancia) 17
Temperatura, calor y expansión
Expansión térmica: Las sustancias se dilatan al calentarse y se contraen al enfriarse
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Temperatura, calor y expansión
Transferencia de calor
Conducción
Convección
Radiación
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Ley de enfriamiento de Newton La tasa de enfriamiento (cuantos grados de
temperatura cambia por unidad de tiempo) depende de la diferencia de temperatura de un cuerpo con su medio: Tasa de enfriamiento ~ ΔT
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Cambio de fase
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Cambio de fase
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Se absorbe energía ->
<- Se cede energía
Termodinámica
Estudio de calor y su transformación en energía mecánica
Cero absoluto: Temperatura a la que átomos y moléculas pierden toda su Ec
Sistema: Grupo bien definido de átomos, moléculas, partículas u objetos.
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Primera ley de la termodinámica
Al fluir calor hacia o desde un sistema, este gana o pierde una cantidad de energía a la cantidad de calor transferido.
Calor agregado al sistema = aumento de energía interna + trabajo externo efectuado
Proceso adiabático: Compresión o expansión de un gas sin que entre o salga calor del sistema
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Meteorología y la primera ley
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Segunda ley de la termodinámica
El calor nunca fluye por sí mismo de un objeto frío a uno caliente
Máquina térmica: Transforma calor en trabajo
Eficiencia = (Tc-Tf)/Tc (Carnot) La diferencia de presiones debida a la
diferencia de temperaturas produce el trabajo.
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Orden y desorden. Entropía
El orden tiende al desorden: la energía deja de ser útil
Lo desordenado no se ordenará por sí mismo
Entropía: Medida del desorden de un sistema
La entropía del Universo aumenta siempre
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Sonido
Ondas (Vibraciones) que viajan por un medio
Frecuencia: tonos agudos o graves
Oído humano:20-20000 Hertz
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Naturaleza del sonido en el aire
El sonido se origina por una vibración, que hace vibrar las moléculas de aire
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El aire trasmite la vibración hasta los oídos, haciendo vibrar el tímpano, que a su vez envía pulsos eléctricos al cerebro
Medios de transmisión
Se requiere un medio El sonido se propaga por cualquier
sustancia elástica Se propaga más rápido en sólidos que
en líquidos, y en líquidos que en gases Rapidez: depende de temperatura,
humedad, etc
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Reflexión del sonido
Eco La energía del reflejo
depende de la superficie reflectora
Ángulo de incidencia = Ángulo de reflexión
Reverberación: reflexión múltiple
Refracción del sonido
Las ondas se desvían si partes de la misma se mueven a distintas rapideces
Usualmente, al estar el aire a distintas temperaturas
Sonido
Energía: Pequeña. Se disipa en energía térmica al viajar en el aire. Sonidos de menor frecuencia llegan más lejos
Vibración forzada: Se obliga a un objeto a vibrar a la misma frecuencia que otro, como en una caja de resonancia.
Sonido
Frecuencia natural: Depende de elasticidad, forma, etc.
Resonancia: Cuando la frecuencia de las vibraciones forzadas de un objeto coincide con su frecuencia natural
Interferencia
Si la cresta de una onda coincide con la cresta de otra, se incrementa la amplitud.
Si la cresta de una onda coincide con un valle de otra, se reduce la amplitud.
Pulsaciones
Fluctuación en la intensidad de sonidos combinados debido a la interferencia
Dicha interferencia a veces es constructiva, a veces destructiva
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