Fase de estrategia de aprendizaje

Reconocimiento de la unidad y profundizacin de la unidad

Jhon Fredy Perez

Cdigo: 100413A_220

Gustavo Antonio Meja

Profesor Tutor

Fsica general

Universidad Nacional Abierta y A Distancia

08/04/2015

UNIDAD 1

ENERGA DE UN SISTEMA

El concepto de energa es uno de los temas ms importantes en ciencia e ingeniera. En

la vida cotidiana se piensa en la energa en trminos de combustible para transporte y

calentamiento, electricidad para luz y electrodomsticos, y alimentos para el consumo.

No obstante, estas ideas no definen la energa; solo dejan ver que los combustibles son

necesarios para realizar un trabajo y que dichos combustibles proporcionan algo que se

llama energa. La energa est presente en el Universo en varias formas. Todo proceso

fsico que ocurra en el Universo involucra energa y transferencias o transformaciones

de energa. Por desgracia, a pesar de su extrema importancia, la energa no es fcil de

definir.

Variacin de la energa en los sistemas materiales

Segn este principio, la energa puede transformarse de una forma a otra o transferirse

de un cuerpo a otro, permaneciendo en su conjunto constante. Es decir que la energa ni

Se crea ni se destruye; tan solo se transforma. En toda transferencia de energa hay

una prdida en forma de calor, esto ya es difcilmente aprovechable.

Tipos de energa

Energa cintica:

Figura 1

La energa cintica es la energa que posee un objeto debido a su movimiento, esta

energa depende de la velocidad y masa del objeto segn la ecuacin E = mv2, donde m

es la masa del objeto y v2 la velocidad del mismo elevada al cuadrado.

La energa asociada a un objeto situado a determinada altura sobre una superficie se

denomina energa potencial. Si se deja caer el objeto, la energa potencial se convierte

en energa cintica.

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Energa potencial:

Figura 2.

En un sistema fsico, la energa potencial es energa que mide la capacidad que tiene

dicho sistema para realizar un trabajo en funcin exclusivamente de su posicin o

configuracin. Puede pensarse como la energa almacenada en el sistema, o como una

medida del trabajo que un sistema puede entregar. Suele abreviarse con la letra U o Ep.

La energa potencial puede presentarse como energa potencial gravitatoria, energa

potencial electrosttica, y energa potencial elstica.

Ms rigurosamente, la energa potencial es una magnitud escalar asociada a un campo

de fuerzas (o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando la energa

potencial est asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo

en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido

entre B y A

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Energa Calorfica

Figura 3

La energa calorfica es la manifestacin de la energa en forma de calor. En todos

los materiales los tomos que forman sus molculas estn en continuo movimiento ya

sea trasladndose o vibrando. Este movimiento implica que los tomos tienen una

determinada energa cintica a la que nosotros llamamos calor o energa calorfica.

Energa elctrica:

Figura 4

La energa elctrica es la energa resultante de una diferencia de potencial entre dos

puntos y que permite entablar una corriente elctrica entre los dos, para obtener algun

tipo de trabajo, tambin puede trasformarse en otros tipos de energa entre las que se

encuentran energa luminosa o luz, la energa mecnica y la energa trmica

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Energa Qumica:

Figura 5.

Es un tipo de energa debido a la reaccin qumica del contenido energtico de los

productos es, en general, diferente del correspondiente a los reactivos.

En una reaccin qumica el contenido energtico de los productos Este defecto o exceso

de energa es el que se pone en juego en la reaccin. La energa absorvida o desprendida

puede ser de diferentes formas, energa lumnica, elctrica, mecnica, etc, aunque la

principal suele ser en forma de energa calorfica. Este calor se suele llamar calor

de reaccin y suele tener un valor nico para cada reaccin, las reacciones

pueden tambin debido a esto ser clasificadas en exotrmicas o endotrmicas, segn que

haya desprendimiento o absorcin de calor.

UNIDAD 2

CONSERVACIN DE LA ENERGA

El anlisis de situaciones fsicas aplicando la aproximacin de energa para dos tipos de

sistemas: sistemas no aislados y aislados. Para sistemas no aislados se investigaran

formas en que la energa cruza la frontera del sistema, lo que resulta en un cambio en la

energa total del sistema. Este anlisis conduce a un principio muy importante llamado

conservacin de energa. El principio de conservacin de la energa se extiende ms all

de la fsica y se aplica a organismos biolgicos, sistemas tecnolgicos y situaciones de

ingeniera.

En los sistemas aislados la energa no cruza la frontera del sistema. Para dichos

sistemas, la energa total del sistema es constante. Si dentro del sistema no actan

fuerzas no conservativas, se aplica la conservacin de energa mecnica para resolver

varios problemas. Las situaciones que suponen la transformacin de energa mecnica

en energa interna debido a fuerzas no conservativas requieren un manejo especial.

Sistema no aislado: conservacin de energa

Un objeto que se representa como partcula puede actuar fuerzas diferentes, resultando

un cambio en su energa cintica. Esta situacin muy simple es el primer ejemplo del

modelo de un sistema no aislado, en el la energa cruza la frontera del sistema durante

cierto intervalo de tiempo debido a una interaccin con el medio ambiente.

El trabajo es un mtodo para transferir energa hacia un sistema mediante la aplicacin

de una fuerza al sistema y causar un desplazamiento del punto de aplicacin de la

fuerza.

Las ondas mecnicas son un medio de transferencia de energa al facilitar que una

perturbacin se propague a travs del aire u otro medio. Es el mtodo mediante el que la

energa (que usted detecta como sonido) deja su radio reloj a travs de la bocina y entra

a sus odos para estimular el proceso de audicin. Otros ejemplos de ondas mecnicas

son las ondas ssmicas y las ondas ocenicas.

El calor es un mecanismo de transferencia de energa que se activa mediante una

diferencia de temperatura entre dos regiones del espacio. Por ejemplo, el mango de una

cuchara dentro de una taza con caf se calienta porque los electrones y tomos en

movimiento constante en la parte sumergida de la cuchara chocan con los ms lentos en

la parte cercana del mango. Dichas partculas se mueven ms rpido debido a las

colisiones y chocan con el siguiente grupo de partculas lentas. Por lo tanto, la energa

interna del mango de la cuchara se eleva a causa de la transferencia de energa debida a

este proceso de colisin.

La transferencia de materia involucra situaciones en las cuales la materia cruza

fsicamente la frontera de un sistema, transportando energa. Los ejemplos incluyen

llenar el tanque de su automvil con gasolina y transportar energa a las habitaciones de

su hogar mediante circulacin de aire caliente del horno, un proceso llamado

conveccin.

El sistema asilado

un sistema aislado, en el la energa no cruza la frontera del sistema por ningn mtodo

es aquel que no intercambia ni materia ni energa2 con su entorno, es decir se encuentra

en equilibrio termodinmico. Un ejemplo de esta clase podra ser un gas encerrado en

un recipiente de paredes rgidas lo suficientemente gruesas (paredes adiabticas) como

para considerar que los intercambios de energa calorfica3 sean despreciables y que

tampoco puede intercambiar energa en forma de trabajo.

http://es.wikipedia.org/wiki/Materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)

UNIDAD 3

CANTIDAD DE MOVIMIENTO LINEAL Y COLISIONES

Si la cantidad de movimiento de un cuerpo cambia, tambin cambia su velocidad, claro

suponiendo que la masa se conserve. Si existe una variacin en la velocidad, quiere

decir que hay aceleracin, pero qu produce esta aceleracin?: recuerda que Newton

afirm que una fuerza, y debe actuar sobre el cuerpo en un instante determinado; cuanto

mayor sea la fuerza ms intensa sera la variacin en la cantidad de movimiento que el

cuerpo experimenta. Existe otro factor que permite variar la cantidad de movimiento y

es el tiempo que tarda en actuar esa fuerza sobre el cuerpo. Si dos hombres intentan

empujar un auto, aplicando una fuerza en un instante de tiempo muy pequeo, es muy

posible que no lo muevan, en cambio si la misma fuerza es aplicada por un lapso de

tiempo mayor, posiblemente lograran mover.

El producto de esta fuerza por el tiempo que tarda en actuar sobre un cuerpo dado se le

conoce como impulso

En algunas colisiones es posible que no se conserve la cantidad de movimiento de un

cuerpo, pero a continuacin se presentan varios impactos entre bolas de billar en donde

s se conserva la cantidad de movimiento: En aquellos casos donde se conserva la

energa cintica durante el choque, se dice que el choque es elstico. En caso contrario

se dice que es inelstico. Cuando dos cuerpos permanecen unidos despus del impacto,

se dice que la colisin es perfectamente inelstica, por ejemplo el choque entre una bala

y un bloque de madera, en el que la bala queda incrustada.

La cantidad de movimiento, momento lineal, mpetu o momentum es una magnitud

fsica fundamental de tipo vectorial que describe el movimiento de un cuerpo en

cualquier teora mecnica. En mecnica clsica, la cantidad de movimiento se define

como el producto de la masa del cuerpo y su velocidad en un instante determinado.

Histricamente, el concepto se remonta a Galileo Galilei. En su obra Discursos y

demostraciones matemticas en torno a dos nuevas ciencias, usa el trmino

italiano impeto, mientras que Isaac Newton en Principia Mathematica usa el trmino

latino motus1 (movimiento) y vis motrix (fuerza motriz). Momento y momentum son

palabras directamente tomadas del latn mmentum, trmino derivado del

verbo mvre 'mover'.

La definicin concreta de cantidad de movimiento difiere de una formulacin mecnica

a otra: en mecnica newtoniana se define para una partcula simplemente como el

producto de su masa por la velocidad, en la mecnica lagrangiana o hamiltoniana se

admiten formas ms complicadas en sistemas de coordenadas no cartesianas, en la

teora de la relatividad la definicin es ms compleja aun cuando se usan sistemas

inerciales, y en mecnica cuntica su definicin requiere el uso de operadores auto

adjuntos definidos sobre un espacio vectorial de dimensin infinita.

En mecnica newtoniana, la forma ms usual de introducir la cantidad de movimiento es

como el producto de la masa (kg) de un cuerpo material por su velocidad (m/s), para

luego analizar su relacin con las leyes de Newton. No obstante, tras el desarrollo de la

fsica moderna, esta manera de operar no result ser la ms conveniente para abordar

esta magnitud fundamental. El defecto principal es que esta definicin newtoniana

esconde el concepto inherente a la magnitud, que resulta ser una propiedad de cualquier

http://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Conceptos_f%C3%ADsicos_fundamentales#Magnitudes_fundamentaleshttp://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Conceptos_f%C3%ADsicos_fundamentales#Magnitudes_fundamentaleshttp://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Conceptos_f%C3%ADsicos_fundamentales#Magnitudes_fundamentaleshttp://es.wikipedia.org/wiki/Vectorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cl%C3%A1sicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Producto_escalarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Masahttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Galileo_Galileihttp://es.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newtonhttp://es.wikipedia.org/wiki/Cantidad_de_movimiento#cite_note-1http://es.wikipedia.org/wiki/Impulsohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_newtonianahttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_materialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_lagrangianahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_hamiltonianahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_coordenadas#Sistema_de_coordenadas_cartesianashttp://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_la_relatividadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_referencia_inercialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_referencia_inercialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_referencia_inercialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cu%C3%A1nticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Operador_herm%C3%ADticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Operador_herm%C3%ADticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Espacio_vectorialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Newton

ente fsico con o sin masa, necesaria para describir las interacciones. Los modelos

actuales consideran que no slo los cuerpos msicos poseen cantidad de movimiento,

tambin resulta ser un atributo de los campos y los fotones.

La cantidad de movimiento obedece a una ley de conservacin, lo cual significa que la

cantidad de movimiento total de todo sistema cerrado (o sea uno que no es afectado por

fuerzas exteriores, y cuyas fuerzas internas no son disipadoras) no puede ser cambiada y

permanece constante en el tiempo.

En el enfoque geomtrico de la mecnica relativista la definicin es algo diferente.

Adems, el concepto de momento lineal puede definirse para entidades fsicas como los

fotones o los campos electromagnticos, que carecen de masa en reposo

UNIDAD 4

ESTUDIO DE LA PRESIN

La presin es una magnitud fsica que mide la proyeccin de la fuerza en

direccin perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cmo se

aplica una determinada fuerza resultante sobre una lnea. En el Sistema Internacional de

Unidades la presin se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es

equivalente a una fuerza total de un newton (N) actuando uniformemente en un metro

cuadrado (m). En el Sistema Ingls la presin se mide en libra por pulgada

cuadrada (pound per square inch o psi) que es equivalente a una fuerza total de

una libra actuando en una pulgada cuadrada.

La presin es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual

acta, es decir, equivale a la fuerza que acta sobre la superficie. Cuando sobre una

superficie plana de rea A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme, la

presin P viene dada de la siguiente forma:

En un caso general donde la fuerza puede tener cualquier direccin y no estar

distribuida uniformemente en cada punto la presin se define como:

Donde es un vector unitario y normal a la superficie en el punto donde se pretende

medir la presin. La definicin anterior puede escribirse tambin como:

donde:

, es la fuerza por unidad de superficie.

, es el vector normal a la superficie.

, es el rea total de la superficie S.

http://es.wikipedia.org/wiki/Interacciones_fundamentaleshttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Fot%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_conservaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_cerradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_la_relatividadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_electromagn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Perpendicularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_de_superficiehttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidadeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidadeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidadeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Pascal_(unidad_de_presi%C3%B3n)http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/Newton_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Metro_cuadradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro_cuadradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro_cuadradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Unidades_de_longitudhttp://es.wikipedia.org/wiki/Libra_por_pulgada_cuadradahttp://es.wikipedia.org/wiki/Libra_por_pulgada_cuadradahttp://es.wikipedia.org/wiki/Libra_por_pulgada_cuadradahttp://es.wikipedia.org/wiki/Libra_(unidad_de_fuerza)http://es.wikipedia.org/wiki/Pulgada_cuadradahttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81reahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_normalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vector_normal

Presin absoluta y relativa

En determinadas aplicaciones la presin se mide no como la presin absoluta sino como

la presin por encima de la presin atmosfrica, denominndose presin

relativa, presin normal, presin de gauge o presin manomtrica.

Consecuentemente, la presin absoluta es la presin atmosfrica (Pa) ms la presin

manomtrica (Pm) (presin que se mide con el manmetro).

Presin hidrosttica e hidrodinmica

En un fluido en movimiento la presin hidrosttica puede diferir de la llamada presin

hidrodinmica por lo que debe especificarse a cual de las dos se est refiriendo una

cierta medida de presin.

Presin de un gas

En el marco de la teora cintica la presin de un gas es explicada como el resultado

macroscpico de las fuerzas implicadas por las colisiones de las molculas del gas con

las paredes del contenedor. La presin puede definirse por lo tanto haciendo referencia a

las propiedades microscpicas del gas:

Para un gas ideal con N molculas, cada una de masa m y movindose con una

velocidad aleatoria promedio vrms contenido en un volumen cbico V las partculas del

gas impactan con las paredes del recipiente de una manera que puede calcularse de

manera estadstica intercambiando momento lineal con las paredes en cada choque y

efectuando una fuerza neta por unidad de rea que es la presin ejercida por el gas sobre

la superficie slida.

La presin puede calcularse entonces como

Este resultado es interesante y significativo no solo por ofrecer una forma de calcular la

presin de un gas sino porque relaciona una variable macroscpica observable, la

presin, con la energa cintica promedio por molcula, 1/2 mvrms, que es una magnitud

microscpica no observable directamente. Ntese que el producto de la presin por el

volumen del recipiente es dos tercios de la energa cintica total de las molculas de gas

contenidas.

Propiedades de la presin en un medio fluido

Manmetro

1. La fuerza asociada a la presin en un fluido ordinario en reposo se dirige siempre

hacia el exterior del fluido, por lo que debido al principio de accin y reaccin, resulta

en una compresin para el fluido, jams una traccin.

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9ricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_manom%C3%A9tricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Man%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Masahttp://es.wikipedia.org/wiki/Momento_linealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81reahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fluidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo_de_compresi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tracci%C3%B3n

2. La superficie libre de un lquido en reposo (y situado en un campo gravitatorio

constante) es siempre horizontal. Eso es cierto solo en la superficie de la Tierra y a

simple vista, debido a la accin de la gravedad constante. Si no hay acciones

gravitatorias, la superficie de un fluido es esfrica y, por tanto, no horizontal.

3. En los fluidos en reposo, un punto cualquiera de una masa lquida est sometida a una

presin que es funcin nicamente de la profundidad a la que se encuentra el punto.

Otro punto a la misma profundidad, tendr la misma presin. A la superficie imaginaria

que pasa por ambos puntos se llama superficie equipotencial de presin o superficie

isobrica.

UNIDAD 5

DINMICA DE FLUIDOS

Cuando el fluido esta en movimiento, su flujo se caracteriza como uno de dos tipos

principales. Se dice que el fluido es estable, o laminar, si cada partcula del fluido sigue

una trayectoria uniforme de tal modo que las trayectorias de diferentes partculas nunca

se cruzan unas con otras, En el flujo estable todas las partculas de fluido que llegan a

un punto dado tienen la misma velocidad. Sobre cierta rapidez critica, el flujo de fluido

se vuelve turbulento. El flujo turbulento es flujo irregular que se caracteriza por

pequeas regiones con forma de remolino

El termino viscosidad se usa comnmente en la descripcin del flujo de fluido para

caracterizar el grado de friccin interna en el fluido. Esta friccin interna, o fuerza

viscosa, se asocia con la resistencia que tienen dos capas adyacentes de fluido para

moverse una en relacin con la otra. La viscosidad hace que parte de la energa cintica

del fluido se convierta en energa interna. Este mecanismo es similar a aquel mediante

el cual un objeto que se desliza sobre una superficie horizontal rugosa pierde energa

cintica.

Considere el flujo de fluido ideal a travs de una tubera de tamao no uniforme, Las

partculas en el fluido se mueven a lo largo de lneas de corriente en flujo estable. En un

intervalo de tiempo t, un elemento corto del fluido en el extremo inferior de la tubera

se mueve una distancia x1 = v1t. Si A1 es el rea de seccin transversal ya que el

fluido es incompresible y el flujo es estable, la masa de fluido que cruza A1 en un

intervalo de tiempo t debe ser igual a la masa que cruza A2 en el mismo intervalo de

tiempo. Esto es, m1 = m2 o A1v1 = A2v2, lo que significa

A1v1= A2v2

Esta expresin se llama ecuacin de continuidad para fluidos. Afirma que el producto

del rea y la rapidez del fluido en todos los puntos a lo largo de una tubera es constante

para un fluido incompresible.

Ecuacin de bernoulli

http://es.wikipedia.org/wiki/Superficie_equipotencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Isobarahttp://es.wikipedia.org/wiki/Isobarahttp://es.wikipedia.org/wiki/Isobara

Tal vez ha experimentado la sensacin de conducir en una autopista y que un gran

camin pase junto a usted con gran rapidez. En esta situacin, es posible que haya

tenido la aterradora sensacin de que su automvil era jalado hacia el camin mientras

este pasaba. En esta seccin se investigara el origen de este efecto. A medida que un

fluido se mueve a travs de una regin donde su rapidez o elevacin sobre la superficie

de la Tierra cambian, la presin en el fluido vara con dichos cambios. La

correspondencia entre rapidez del fluido, presin y elevacin la dedujo por primera vez,

en 1738, el fsico suizo Daniel Bernoulli.

La ecuacin de Bernoulli como se aplica a un fluido ideal. Esta ecuacin con

frecuencia se expresa como:

+1

22 + =

La ecuacin de Bernoulli muestra que la presin de un fluido disminuye conforme la

rapidez del fluido aumenta. Adems, la presin disminuye conforme aumenta la

elevacin. Este ltimo punto explica porque la presin del agua de los grifos en los

pisos superiores de un edificio alto es dbil a menos que se tomen medidas para

proporcionar mayor presin para dichos pisos.

Referencias:

[1] Serway, R. A., & Jewett Jr., J. W. (2008). Fsica para ciencias e ingenieras Vol. 1

sptima edicin.

[2] Galindo T. D. A (2013) Modulo de fsica general.