MATERIA Y ENERGÍA (Física)

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1 MATERIA Y ENERGÍA (Física) 1. Tema 1: Conceptos generales. 1. La materia. Propiedades macroscópicas y su medida 2. Estructura microscópica de la materia 3. Interacción gravitatoria y electrostática 4. La energía: Manifestaciones y principios de conservación 5. Nuestra fuente de energía: El Sol. 6. Ondas. Luz y sonido. 2. Tema 2: Composición y propiedades del aire: 1. Composición del aire. Presión atmosférica. 2. Vapor de agua en el aire. Humedad relativa y bienestar 3. El oxígeno: Propiedades y reactividad. Reacciones de combustión. 4. Ciclo del oxígeno. La capa de ozono 3. Tema 3: La contaminación del aire: 1. Clasificación de los contaminantes 2. Principales contaminantes primarios: Origen y efectos 3. Principales contaminantes secundarios Origen y efectos 4. Contaminación doméstica: radón, dióxido y monóxido de carbono. 1

2 Interacciones y Fuerzas Tipos de interacciones Se llaman interacciones a las acciones mutuas que los cuerpos ejercen unos sobre otros. Interacciones a distancia. Ejemplos: la gravitación, el electromagnetismo. Interacciones de contacto. 2

3 Interacciones a distancia Las cuatro interacciones fundamentales Son aquellas acciones que se ejercen entre cuerpos que no están en contacto. 1. Interacción gravitatoria Las fuerzas gravitatorias se producen entre todos los cuerpos del Universo con masa, tienen alcance infinito y su intensidad disminuye con la distancia. 2. Interacción electromagnética Se debe a la existencia de cargas eléctricas. Es mucho más intensa que la gravitatoria, y también tiene alcance infinito, disminuyendo su intensidad con la distancia. 3

4 Las cuatro interacciones fundamentales 3. Interacción nuclear fuerte Mantiene unidos a los protones y neutrones en el núcleo de los átomos. Es la más intensa de todas, pero tiene muy corto alcance (solo actúa a distancias inferiores al diámetro de los núcleos atómicos). 4. Interacción nuclear débil Es la responsable de la desintegración radiactiva de algunos átomos. Es unos millones de veces menos intensa que la nuclear fuerte, teniendo un alcance algo mayor. Reacción nuclear, fusión en el Sol. De esta manera se genera la enorme cantidad de energía que emite el Sol. 4

5 Composición de fuerzas La fuerza es una magnitud vectorial, al igual que la velocidad o la aceleración. Se representa por un vector, que se caracteriza por: F r 1. El módulo o intensidad 2. La dirección 3. El sentido 4. El punto de aplicación Mismo sentido Sentido opuesto 5

6 Fuerzas con distinta dirección Descomposición de fuerzas Fuerza resultante (ángulo de 90º) 6

7 Ley de la Gravitación Universal G es la constante de la gravitación universal. Es independiente del medio, y vale: Siempre atractiva Directamente proporcional a las masas Inversamente proporcional al cuadrado de la distancia Dirección de la fuerza en la línea que une los cuerpos Fuerza que siempre aparece entre cuerpos con masa 7

8 Fuerza gravitatoria En función de la distancia entre dos masas Sobre una masa m 8

9 La Luna y las mareas La Tierra y la Luna forman un sistema satelitario cuya distancia media, entre ambos cuerpos, es de km eje Tierra-Luna El radio de la Luna es igual a 3/11 del radio de la Tierra; es decir, aproximadamente km, mientras que su densidad es ligeramente inferior a la de nuestro planeta La fuerte atracción gravitatoria que la Luna ejerce sobre la Tierra da lugar al fenómeno de las mareas, que consiste en un «alargamiento» de la Tierra en la dirección del eje Tierra-Luna 9

10 Fuerza gravitatoria sobre la superficie terrestre F G m h MT F G = G + T m ( h R ) 2 cerca de la superficie: h << R T h + R T ~ R T R T M G m M = m G R T F G 2 RT g aceleración gravitatoria terrestre (m/s 2 ) T 2 T M T F G F G =m g (Peso) R T =6,37x10 6 m M T =5,98x10 24 kg g=9,81 m/s 2 Báscula mide F G producido por un cuerpo de masa m 10

11 Algunas fuerzas Peso F G =m g Fuerza Normal = Fuerza Normal Fuerza de Rozamiento 11

12 Las leyes de Newton 1. El principio de Inercia Si sobre un cuerpo fuerza neta =0 entonces permanece en reposo o se mueve con velocidad constante (valor y dirección) 2. Principio de Acción de Fuerzas F = m a r F = r m a aceleración de una masa es proporcional a la fuerza ejercida (fuerza y aceleración son vectores) 3. Acción y Reacción Acción: la que el cuerpo A ejerce sobre el cuerpo B la que el cuerpo B ejerce sobre el A. B F AB F BA A 12

13 Velocidad Movimiento Rectilíneo Uniforme: Velocidad constante v distancia recorrida: s = v t Cómo cambiar de unidades km/h m/s? 13

14 Aceleración Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado: aceleración: a es constante velocidad aumenta: v = a t distancia recorrida: s = ½ a t 2 con velocidad inicial v 0 : s = v 0 t + ½ a t 2 14

15 Aceleración Caída libre Caída libre: aceleración: a = g = 9.81 m/s 2 aceleración de la gravedad con velocidad inicial v 0 = 0 m/s velocidad aumenta: v = g t distancia recorrida: s = ½ g t 2 Cuánto tiempo tardara una moneda de caer desde una altura de 19,6 m? 15

16 La Presión Fuerza Presión = Superficie P = F S Unidad de presión: pascal: 1 Pa = 1 N/m 2 bar: 1 bar= 1000 mbar= 10 5 Pa atmósfera: 1 atm = Pa = mbar 16

17 Efecto deformador de las fuerzas Deformación depende de la relación entre la fuerza y la superficie sobre la que se aplica Presión =Fuerza /Superficie P: N/m 2 = Kg/ms 2 = Pa A mayor superficie menor presión masa=7500 kg Superficie de su planta =0.2m 2 F G =7500 kg x 9.81 m/s 2 = N P=F G /S= Pa masa =50 kg superficie del tacón = 1 cm 2 FG =50 kg x 9.81 m/s2 =490 N P=F G /S= Pa 17

18 Efecto deformador de las fuerzas Deformación depende de la relación entre la fuerza y la superficie sobre la que se aplica Presión =Fuerza /Superficie P: N/m 2 = Kg/ms 2 Al caminar sobre la nieve, debido a nuestro peso nos hundimos fácilmente Utilizando raquetas, ampliamos la superficie sobre la que actúa el peso reduciendo la presión sobre la nieve. En consecuencia nos hundimos menos, por que deformamos menos la superficie nevada. 18

19 Los efectos de las fuerzas Efecto estático. Las fuerzas pueden producir deformaciones, perceptibles a veces y otras no, porque pueden ser muy pequeñas. Efecto dinámico. Aquellos efectos que implican cambios en el estado de movimiento de los cuerpos. Equilibrio 19

20 Los efectos de las fuerzas Efecto dinámico. Las fuerzas pueden: Hacer pasar a un cuerpo del reposo al movimiento. F 20

21 Los efectos de las fuerzas Efecto dinámico. Las fuerzas pueden: Cambiar el valor de la velocidad aumentándola o disminuyéndola. F 21

22 Los efectos de las fuerzas Efecto dinámico. Las fuerzas pueden: Cambiar el valor de la velocidad aumentándola o disminuyéndola. 22

23 Los efectos de las fuerzas Efecto dinámico. Las fuerzas pueden: Modificar la dirección de la velocidad. v F 23

24 Los efectos de las fuerzas Efecto dinámico. Las fuerzas pueden: Modificar la dirección de la velocidad. 24

25 Fuerza Electrostática Atractiva Repulsiva 25

26 Cargas eléctricas Carga eléctrica: protones: carga positiva electrones: carga negativa Un cuerpo electrizado está cargado : positivamente ha perdido electrones negativamente ha ganado electrones Unidad de carga: culombio (C) 1 C = 6, electrones 26

27 Fuerza eléctrica F e ± Q 1 d ± Q 2 F e Atractiva (cargas opuestas) o repulsiva (cargas iguales) Directamente proporcional a las cargas d Inversamente proporcional al cuadrado de la distancia Dirección de la fuerza en la línea que une las cargas Q 1 F e F e Q 2 Ley de Coulomb F e = K e Q 1 Q d 2 2 K e N m 2 C 2 1 4π Permitividad eléctrica del vacío ε 0 27

28 Intensidad de Corriente Eléctrica I = Q / t Intensidad de corriente = la carga eléctrica Q que atraviesa un conductor en un tiempo determinado t Unidad amperio 1 A = 1 C/s 28

29 Fuerza eléctrica : Fuerzas de Van der Waals Se produce debido a la atracción eléctrica entre moléculas dipolares moléculas dipolares carga eléctrica negativa y positiva ligeramente separadas Es responsable de los ENLACES MOLECULARES Ejemplo: Molécula de agua 29

30 Fuerza eléctrica : Fuerzas de Van der Waals Puentes de hidrógeno H O H H O H 30

31 Fuerza eléctrica : Fuerzas de Van der Waals Los puentes de hidrógeno son responsables de la red cristalina que se observa en los copos de nieve. Son responsables de la fase sólida del agua Estas fuerzas originan un enlace molecular mucho más débil que el metálico, iónico o covalente. Prueba de ello es que el enlace se rompe a temperaturas por encima de 0ºC. 31

32 Imán Fuerza Magnética 32

33 Campo Magnético Terrestre 33

34 Campo Magnético creado por una corriente Electricidad Magnetismo Electromagnetismo 34

35 El Motor Eléctrico 35

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