Guía de estudio para examen global Física 1

Periodo febrero –agosto 2020

Conversiones de unidades de medida.

Para poder medir una magnitud (¿A cuanta velocidad nos desplazamos? o por ejemplo ¿A qué temperatura está el agua del baño?) utilizamos un patrón comúnmente aceptado llamado unidad.

Si decimos que Juan mide 2 metros, estamos indicando que Juan tiene una magnitud llamada longitud y que su valor es 2 veces de lo que se considera 1 metro (unidad). 

Se estableció un sistema de unidades conocido como el Sistema Internacional de Unidades (SI) propuesto por Giovanni Giorgi.

La comunidad científica emplea siempre las mismas unidades que están recogidas en este sistema para cada magnitud, sin embargo, en la vida cotidiana es probable encontrar países que utilizan unidades diferentes. Por ejemplo, en España el volumen se suele medir en Litros.

Para poder saber la equivalencia de las unidades de medida utilizamos las tablas del S.I.

Tabla de prefijos

Cada símbolo es una potencia de 10, cuando hablamos de milímetros hablamos del prefijo con el símbolo o letra “m” que equivale a un factor de 10 elevado a la -3.

Movimiento ondulatorio

Las ondas mecánicas son producidas por las vibraciones de objetos materiales y éstas se propagan únicamente en presencia de un medio material.

Las partes de una onda son las siguientes:

Vibración: es un meneo periódico en el tiempo.

Onda: Es un meneo periódico tanto en el espacio como en el tiempo. meneo

Amplitud se refiere a la distancia entre el punto medio y la cresta (o el valle) de la onda. De modo que la amplitud es igual al desplazamiento máximo desde el equilibrio.

Longitud de onda de una onda es la distancia de la parte superior de una cresta la parte superior de la siguiente cresta. O, lo que es lo mismo, la longitud de onda es la distancia entre cualesquiera partes sucesivas idénticas de la onda.

Frecuencia: Número de vibraciones de ida y vuelta que realiza en un tiempo (por segundo es las más conocido).

Oscilación: Vuelta completa de ida y vuelta es una vibración.

Periodo: Es el tiempo de una vibración completa.

Existen dos tipos de ondas, la onda transversal que su vibración es perpendicular a la dirección de propagación de la onda y la onda longitudinal la propagación de la onda se produce en la misma dirección que la perturbación que la creó.

Imagina que fijas los ojos en un punto estacionario sobre la superficie del agua y observas las olas que pasan por este punto. Puedes medir cuánto tiempo transcurre entre la llegada de una cresta y la llegada de la siguiente (el periodo) y también observar la distancia entre las crestas (la longitud de onda). Sabes que la Velocidad de propagación se define como la distancia dividida entre el tiempo.

Velocidad de propagación = longitud de onda/periodo

v= λT

Las fórmulas que se requiere para la propagación de las ondas son las siguientes:

λ= vf

λ=v∗T

F= 1F

Onda Transversal

T=1f

Donde:

T= Es el periodo y se mide en segundos (s)

v = La velocidad de onda se mide en m/seg.

λ =La longitud de onda se mide en metros (m)

F= La frecuencia se mide en Hertz(Hz)

1.- Realice las siguientes conversiones

1) 7 ft (pies) a metros 2) 789 in (pulgadas) a metros 3) 89 kg a libras

Respuesta: para realizar la conversión solo es realizar los siguientes pasos

[7 ft1 ] [ .3048metros1 ft ]=¿ Se realiza la conversión de tal forma que se realiza un producto

entre la cantidad que se busca convertir situándola en el numerador y en el denominador sea 1.

El otro corchete lleva también una fracción la cual debe tener las equivalencias, en este caso el pie (ft) un 1 ft equivalente .3048 m (metros) .

La regla principal es que si la cantidad a convertir esta en el numerador, en el otro corchete la equivalencia que lleve la misma unidad de medida debe estar en el denominador.

Esto es para que se eliminen términos semejantes que en este caso son los pies (ft) y solo quede la unidad de metros:

[7 ft1 ] [ .3048metros1 ft ]=[ 71 ] [ .3048metros1 ]=2.1336m

Realiza el inciso 2 y 3 y compara tus resultados: 2) 20.0406 m 3) 196.211 lb

2.- Conforme el sonido sale de un instrumento de 256 Hz con una velocidad de 340 m/s, ¿cuál es su longitud de onda en el aire?

Respuesta: vemos que nos da la velocidad de la onda por lo tanto al ver la formula sabemos que v=f∗λ

AL despeja la longitud de onda de la fórmula:

λ= vf

Si sustituimos solo las unidades de medida m=m /sHz

Nos damos cuenta que no podemos eliminar los segundos de la formula y nos quedaría

m/s*Hz, algo que no puede ser, pero Sabemos que la frecuencia es igual a f= 1T

podemos despejar T y obtenemos

T=1f , de esa forma queda:

λ=v∗T

Sustituimos unidades de medidas y nos queda:

m=m/ seg∗seg .

Así podemos ver claramente que los segundos se pueden eliminar y solo quedaría metros.

Ya que sabemos que podemos aplicar, lo hacemos de forma directa todo:

T=1f= 1256Hz

=.00390625 seg

λ=v∗T=(340 mseg ) ( .00390625 seg )=1.328125m

Y ahí se tiene el resultado.

Ahora es tu turno, si un instrumento cuya frecuencia de 200 Hz, y tiene una longitud de onda de 1.7 metros ¿Cuál es su velocidad de propagación?

Compara tu resultado, respuesta: 340 m/s

El sonidoEl sonido es la sensación producida en el órgano del oído por medio de los movimientos vibratorios de los cuerpos, transmitido por un medio como el aire.

Tono o altura: En el sonido es la cualidad que nos permite distinguir entre un sonido agudo o alto y otro grave o bajo

Amplitud de onda: es el tamaño de la onda que va a ejercer el sonido, entre mas fuerte sea el sonido más grande será la onda.

Voz: es aquella producida por el sonido emitido por las cuerdas vocales.

Eco: Son las vibraciones del sonido que recorren una cierta distancia para rebotar de alguna superficie y así volver a escuchar el mismo sonido.

ÓpticaÓptica: Es una rama de la física que toma la luz como una onda

Difracción: Es la capacidad de las ondas para cambiar la dirección alrededor de obstáculos en su trayectoria

Polarización: Es la propiedad por la cual uno o más de los múltiples planos en que vibran las ondas de la luz se filtra impidiendo su paso.

Reflexión de la luz: Es el cambio de la dirección que experimenta un rayo cuando incide sobre una superficie opaca es decir cuando la luz no pasa y rebota de una superficie, en cambio cuando la luz logra atravesar un objeto se llama refracción.

Ley de reflexión: establece que el ángulo que forma el rayo incidente con la normal, es igual al ángulo que se forma entre el rayo reflejado a la normal.

EspejosLos espejos son superficies pulidas que después de recibir luz esta se refleja siguiendo la ley de reflexión.

Espejo plano: Este posee una superficie lisa, es el más común, en este se refleja la luz en una sola dirección.

Espejo cóncavo: es aquel espejo donde en su zona reflejarte tiene una curvatura hacia adentro este tipo de espejo cuando refleja una imagen se ve más grande de lo que es en realidad un ejemplo de donde lo ocupan es en los telescopios.

Espejo convexo: estos son lo contrario de los espejos cóncavos, tienen su curvatura en la zona reflejante, pero hacia afuera, esto hace que tenga su imagen más concreta.

Espectro VisibleEs el espectro de radiación electromagnética que es visible para el ojo humanoTiene diferentes longitudes de onda en la banda de los 400 nm y los 700 nm.

La longitud de onda es la que determina el color que percibimos y su rango es muy amplio

ESPECTRO NO VISIBLEEs la parte del Espectro electromagnético que no puede ser vista por el ojo humano, existen colores por encima del rojo y por debajo del violeta a estos colores se les conoce como espectros no visibles en ellos se esconden ondas electromagnéticas como los infrarrojos y los ultravioletas nadie puede presenciar las perturbaciones de las ondas.

Rayos x: las imágenes de rayos x muestran el interior de su cuerpo en diferentes tonos de blanco y negro esto es debido a que diferentes tejidos absorben diferentes cantidades de radiación el calcio en los huesos absorbe la mayoría de los rayos x por lo que los huesos se ven blancos la grasa y otros tejidos blandos absorben la menor cantidad por lo que los pulmones se ven negros.

Ley De CoulombLa ley de coulomb se resume en lo siguiente:

Los cuerpos cargados sufren una fuerza de atracción o repulsión al aproximarse.

El valor de dicha fuerza es proporcional al producto del valor de sus cargas.

La fuerza es de atracción si las cargas son de signo opuesto y de repulsión si son del mismo signo.

La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

Nos habla de la fuerza eléctrica, la cual tiene la siguiente formula:

F=Kq1q2r2

F es la fuerza eléctrica de atracción o repulsión. En el S.I. se mide en Newtons (N).

Q y q son lo valores de las dos cargas puntuales. En el S.I. se miden en Culombios (C).

r es el valor de la distancia que las separa. En el S.I. se mide en metros (m).

K es una constante de proporcionalidad llamada constante de la ley de Coulomb. No se

trata de una constante universal y depende del medio en el que se encuentren las cargas. En concreto para el vacío k es aproximadamente 9 x109N m2/C 2 utilizando unidades en el

S.I.

Las cargas q1 y q2 pueden ser positivas o negativas pero al magnitud de la fuerza será positiva, por lo tanto al realizar los cálculos de la carga eléctrica, por lo que deberían sustituirse sin signo.

Campo eléctricoLa fuerza eléctrica es un ejemplo de fuerza a distancia, ya que las cargas eléctricas no deben estar necesariamente en contacto para poder interactuar, por lo que al medio que permite que las cargas eléctricas interactúen mediante fuerzas eléctricas se le conoce como campo eléctrico.

La ecuación está dada por una carga de prueba q0 la cual es una carga eléctrica, no necesariamente real, cuya función es determinar la presencia de campo eléctrico en el espacio generado por una carga “q” a partir de la fuerza eléctrica actúa sobre ella.

E= Fq0

Donde:

E= es la magnitud del campo eléctrico N/C

F= es la magnitud de la fuerza que ejerce la carga q sobre q0

q0 es la carga prueba en coulombs (C)

Resuelve lo siguiente:

Una gota de tinta en una impresora industrial de inyección de tinta porta una carga de 1.6 x10−10y se desvía sobre papel por una fuerza de 3.2 x10−4N. Demuestra que la intensidad del campo eléctrico para producir esta fuerza es de 2 millones N/C.

Respuesta: solo debemos aplicar la fórmula del campo eléctrico

E= Fq0

= 3.2 x10.4N

1.6x 10.10C=2000000 N /C

1-.Cuál es la Fuerza sobre una carga de 1.6 x10−12C campo eléctrico que tiene una intensidad de 3 x106 N /C compara resultados R= .4.8 x 10−6 N

Dos cargas puntuales, cada una con 0.1 C de carga, están separadas 0.1 m. Dado que

k=9 x109 Nm2

C2 ¿Cuál es la fuerza entre las cargas? Compara tus resultados: R=9 x109N

Diferencia de potencialEs la energía potencial eléctrica, es el impulso que necesita una carga eléctrica para que pueda fluir por un conductor de un circuito eléctrico, esta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico.

La unidad de medición para el potencial eléctrico es el volt, de modo que el potencial eléctrico con frecuencia se llama voltaje. Un potencial de 1 volt (V) es igual a 1 joule (J) de energía potencial eléctrica por 1 coulomb (C) de carga, ya que se define como la diferencia de energía potencial eléctrica entre una unidad de carga.

Para comprender esto, imagina una batería de 1.5 V. La Energía potencial (E) que se le transferirá a uan carga q es de 1 C:

V= Eq

Donde:V = volts (V)E= energía potencial eléctrica (J)Q = carga eléctrica (C)

Potencia eléctricaA menos que sea en un superconductor, una carga que se mueve en un circuito gasta energía. Esto puede resultar en el calentamiento del circuito o en el encendido de un motor. La tasa a la que la energía eléctrica se convierte en otra forma, como energía mecánica, calor o luz, se llama potencia eléctrica. La potencia eléctrica es igual al producto de la corriente y el voltaje

Potencia=Corriente x voltaje

Si el voltaje se expresa en volts y la corriente en amperes, entonces la potencia se expresa en watts. De modo que, en unidades:

Watts(W )=(A ) x (V )

W= watts, es la unidad de medida para la potencia eléctrica.

A= Amperes

V= Volts

La ley de OhmLa relación entre el voltaje, la corriente y la resistencia se resume en la ley de Ohm. Ohm descubrió que la corriente en un circuito es directamente proporcional al voltaje establecido en el circuito e inversamente proporcional a la resistencia del circuito. En forma abreviada:

I=VΩ

Donde:I= Corriente que se mide en Amperes (A)V= Voltaje que se mide en Volts (V)Ω= Resistencia que se mide en ohms (Ω)

Realiza lo siguiente:

Un tostador tiene un elemento calefactor de 15 Ω y se conecta a una toma corriente de 120 V. calcula la corriente del tostador:

Solo se debe realizar una sustitución a la fórmula:

I=VΩ

=12015

=8 A

Calcula la potencia de una secadora de cabello que opera en 120 V y extrae una corriente de 10 A.

Utiliza la formula correcta y compara resultados: R=1200 W

Circuitos eléctricosUn circuito eléctrico es una trayectoria a lao largo de la cual pasan los electrones, para que un flujo sin interrupciones, consta de varias partes:

Un interruptor eléctrico que se puede abrirse o cerrarse para cortar o dejar pasar el flujo de energía, un generador o pila que produce o mantiene la corriente eléctrica.

Conductores, por donde circula la corriente, son de cobre o aluminio que son buenos conductores de la electricidad, ofrecen poca resistencia a que pase la corriente

Generadores, producen y mantienen la corriente eléctrica, existen alternadores que son generadores de corriente alterna o pilas que son de corriente continua.

Receptores, son los elementos que se transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía, por ejemplo, las bombillas transforman la energía eléctrica en luz, los radiadores en calor, los motores en movimiento.

Características de los circuitos en serie:

1. La corriente eléctrica tiene una sola ruta a través del circuito. Esto significa que la corriente que pasa a través de la resistencia de cada dispositivo eléctrico a lo largo de la ruta es la misma.

2. A esta corriente se resiste la resistencia del primer dispositivo, la resistencia del segundo y también la del tercero, de modo que la resistencia total a la corriente en el circuito es la suma de cada una de las resistencias a lo largo de la ruta del circuito, la fórmula para calcular la resistencia equivalente de un circuito en serie es la siguiente:

RT=R1+R2+R3…

3. La corriente en el circuito es numéricamente igual al voltaje suministrado por la fuente, dividido entre la resistencia total del circuito. Esto coincide con la ley de Ohm.

I=VR

4. El voltaje suministrado es igual a la suma de cada una de las “caídas de voltaje” a través de cada dispositivo. Esto es consistente con el hecho de que la energía total suministrada al circuito es igual a la suma de las energías suministradas a cada dispositivo.

V T=V 1+V 2+V 3… . .

5. La caída de voltaje a través de cada dispositivo es proporcional a su resistencia: la ley de Ohm se aplica por separado a cada dispositivo. Esto se deduce del hecho de que más energía se disipa cuando una corriente pasa a través de una resistencia grande que cuando la misma corriente pasa a través de una resistencia pequeña.

Características de las conexiones en paralelo:

1. Cada dispositivo se conecta a los mismos dos puntos A y B del circuito. Por tanto, el voltaje es el mismo a través de cada dispositivo.

2. La corriente se divide entre las ramas paralelas. La ley de Ohm se aplica por separado a cada rama.

3. La corriente total del circuito es igual a la suma de las corrientes en sus ramas paralelas. Esta suma es igual a la corriente de la batería u otra fuente de voltaje.

I Total=I 1+ I 2+ I 3….4. A medida que aumenta el número de ramas paralelas, la resistencia global del circuito

disminuye. La resistencia global se reduce con cada ruta agregada entre cualesquiera dos puntos del circuito. Esto significa que la resistencia global del circuito es menor que la resistencia de cualquiera de las ramas, la fórmula para calcular una conexión en paralelo:

RT=1

1R1

+ 1R2

+ 1R3

+.. 1Rn