2º ESO 🟡

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Chavales, por primera vez los alumnos os vais a enfrentar a esta asignatura en Secundaria. Es importante que adquiráis los conceptos y procedimientos básicos para que en cursos posteriores tengáis una base sólida donde apoyaros. Por lo general traéis una serie de ideas previas erróneas que es necesario corregir con prontitud. Debe quedaros claro que Física y Química es una materia experimental por lo que debéis comprender desde un principio que para superarla con garantías debéis trabajar ambas vertientes. Asimismo nos apoyaremos siempre en la experimentación y en los fenómenos de la vida cotidiana para que nuestro conocimiento quede perfectamente contextualizado.
 
TEMA 0
Introducción. Conceptos básicos
TEMA 1
El trabajo de los científicos  
TEMA 2
La materia que nos rodea
TEMA 3
La diversidad de la materia
TEMA 4
Viaje al interior de la materia
TEMA 6
Vivimos en movimiento
TEMA 7
Las fuerzas
TEMA 8
La energía


TEMA 0: INTRODUCCIÓN. CONCEPTOS BÁSICOS

 

       Definición de Física: Es la ciencia que estudia todo aquello que se puede medir. La Física se encarga de estudiar las longitudes, la capacidad, la velocidad, etc.

 

       Definición de Química: Es la ciencia que estudia la materia y sus transformaciones. La Química estudia, por ejemplo, un hierro atacado por un ácido o un papel que arde.

Definición de Física y Química         

       Definición de Medir: Es la acción de comparar un valor con otro que consideramos “patrón” o unidad.

Por ejemplo, podemos medir la longitud de una mesa usando nuestro bolígrafo.


Definición de Magnitud: Es todo aquello que se puede medir. Ejemplo: la velocidad, la masa, la temperatura, la superficie/área,…


Diferencia entre medida, cantidad y unidad.

47ºC

La medida es todo, el número y la letra, es decir, la cantidad y la unidad. La cantidad es el número. Y la unidad es la/s letra/as que van detrás la cantidad.

Hay dos tipos de magnitudes:
  • Las fundamentales o básicas

  • Las derivadas

Son todas las demás: Velocidad, Densidad, capacidad, volumen, Fuerza, etc.

Tipos de magnitudes

Sistema Internacional de Unidades (S.I)

Como cada magnitud se puede medir usando varias unidades diferentes, para evitar confusiones se estableció en 1960 un sistema de unidades universal denominado Sistema Internacional de Unidades (S.I.). Este sistema cuenta con 7 unidades básicas (vistas arriba) a partir de las cuales se pueden obtener las derivadas.

En un pueblo cerca de París (Sevrés) existe el Museo de Pesas y Medidas donde todavía a día de hoy se puede ver el Peso patrón y el Metro Unidad, entre otras.

Peso patrónMetro patrón

Sistema Internacional de Unidades


Escala de unidades. Múltiplos y submúltiplos.
Los múltiplos son aquellas unidades más grandes de la “central”. Los submúltiplos son aquellas unidades más pequeñas que la “central”.

Este año nos estudiaremos 3 múltiplos y submúltiplos más:     


Recordad que cuando las unidades de longitud están elevadas a 2 (cuadrado) y 3 (cubo), cada salto en la escala equivale a 100 y 100 respectivamente.

                               

         

Cambios de unidades usando factores de conversión

1er PASO: Poner la medida que te doy con su cantidad y su unidad.

2º PASO: Añadir un signo de multiplicación seguido de tantas rayas de fracción como cambios de unidades haya.

3er PASO: Cruzar las unidades en fracciones diferentes.

4º PASO: Completar las fracciones con las unidades a las que queremos llegar.

5º PASO: Es recomendable ponerle un 1 a la unidad mayor y realizar el correspondiente cambio, es decir, escribir la cantidad junto a la otra unidad de manera que la medida del numerador y la del denominador valgan lo mismo.

6º PASO: Tachar las unidades y valores numéricos (ceros) según corresponda.

7º PASO: Realizar correctamente las operaciones seguidas de las unidades que no se han tachado.
Cambios de unidades con factores de conversión

● Notación científica

Muchas veces, al realizar algún cambio de unidades en Física o Química, es habitual obtener cantidades muy grandes o muy pequeñas. Por ello es necesario usar la notación científica.

Consiste en expresar un número muy grande o muy pequeño como potencia de 10, de manera que el número de delante solo tenga una sola cifra entera, y lo demás decimal.

Si el número es muy grande el exponente del 10 será positivo.

Si el número es muy pequeño el exponente del 10 será negativo.

Ejemplos:

300000000 g = 3 . 10
g

0,000234m = 2,34 . 10-4m

( no sería correcto 23,4 . 10-5 ni 0,234 . 10-3 m aunque en Matemáticas sea correcto)
Notación científica


El Redondeo en Física y Química


En FyQ vamos a redondear hasta las centésimas. Eso significa que solo deberemos poner dos cifras detrás de la coma. Recordad que si la tercera cifra es 5 o mayor la anterior aumenta en una unidad y si es menor que 4 se queda como está)
Ejemplo: 75,345s es aproximadamente 75,35s 

TEMA 1: EL TRABAJO DE LOS CIENTÍFICOS

Se llama Método Científico al camino que siguen los científicos en sus trabajos de investigación hasta alcanzar un logro o descubrimiento.

Consta de varias etapas:

Observación: Consiste en captar un fenómeno cotidiano con nuestros sentidos o utilizando algún aparato. Para ello hay que ser inquieto y curioso.


Formulación de hipótesis: Es una explicación verosímil el fenómeno. Es una idea que explica el porqué ha sucedido. Puede ser acertada o no pero nunca disparatada.


Experimentación: Nos llevamos el fenómeno al laboratorio para repetirlo cambiando las variables. Así podemos asegurar que la hipótesis que hemos hecho es correcta o equivocada. Si fuera falsa tendríamos que formular una nueva hipótesis.


Conclusiones. Leyes y Teorías: Si el experimento confirma la hipótesis podemos enunciar Leyes que siempre se repiten y a partir de ellas teorías.


Publicaciones /Divulgación: Consiste en poner en conocimiento del mundo científico nuestro hallazgo para demostrar que es correcto o por el contrario refutarlo. Se puede publicar en revistas especializadas (Nature, Science), TV, radio, internet en páginas especializadas, libros de divulgación...


ETAPA

EJEMPLO (LA DENSIDAD)

Planteamiento del problema (Observación)

Un científico observa con el sentido de la vista que un trozo de poliexpan flota en el agua mientras que un trozo de roca (pizarra) no

Formulación de hipótesis

Y elabora la siguiente hipótesis. 

1ª Hipótesis: “Los cuerpos blancos siempre flotan en el agua mientras que los oscuros se hunden. Pasa lo mismo en cualquier líquido”

2ª Hipótesis: “Los cuerpos flotan cuando tienen menos densidad que el líquido donde se alojan mientras que se hunden si su densidad es mayor. No tiene nada que ver con su color”

Comprobación de la hipótesis (Experimentación, tablas y gráficas)

En el laboratorio probamos con varios cuerpos oscuros (tapón de botella/lata de refresco vacía) y observa que pueden flotar mientras que algunos claros como un huevo se hunden. 

Conclusiones (Leyes y teorías)

Por lo tanto se concluye que la 1ª hipótesis no es correcta mientras que la 2ª si. La Ley que expresa la densidad es d=m/V. Se llama Ley de Flotabilidad de Arquímedes.

Divulgar los resultados

Una vez enunciada la Ley se debe publicar en revistas científicas especializadas (Nature y Science), en radio, TV, internet, prensa y libros de divulgación para que la comunidad científica la conozca y la ponga a prueba


flotabilidad.jpg 


TEMA 2: LA MATERIA QUE NOS RODEA


Definición de MATERIA: Es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio (posee un volumen)

Ejemplos de materia: pelota, mesa, humo, aire, estrella

Ejemplos de no materia: luz, fuego, la no materia puede estar en algún confín del universo.


Diferencia entre cuerpo material y sistema material:


  • Cuerpo material: Aquella materia que tiene unos límites definidos. Se sabe dónde empieza y dónde acaba.

Ejemplo: árbol, grano de arena

  • Sistema material: Aquella materia que NO tiene unos límites definidos. NO se sabe dónde empieza y dónde acaba.

Ejemplo: bosque, arena de la playa


Las propiedades de la materia pueden ser de dos tipos:

  • Extensivas: Dependen de la cantidad de materia del cuerpo. A mayor materia mayor valor de la propiedad y viceversa. Ejemplos: masa y volumen.

Imaginad un trozo de madera. Cuanta más materia tenga más masa.

 

  • Intensivas: No dependen de la cantidad de materia. Ejemplos: velocidad, color, punto de ebullición, densidad,…

Un coche leva la misma velocidad si tiene más materia (el coche entero) o si tiene menos (si miramos solo una parte, el faro)


Experiencia de aula. ¿Ese cuerpo flota?

Vamos a calcular la densidad de un sólido regular y de otro irregular.


  • Sólido regular (bote de bicarbonato): Para calcular su volumen hay que aplicar la fórmula del cilindro

    .

Debemos medir la altura y el radio de bote. Al sustituir en la fórmula y calcularlo sale V = 238,34cm3 

Luego calculamos su masa en una balanza electrónica y obtenemos m = 56g

https://www.calculadoraconversor.com/wp-content/uploads/2015/10/formula-densidad.gif  

Sólido irregular (piedra): Para calcular su volumen hay que utilizar una probeta.

 
Para calcular el volumen tenemos que restarle al volumen final (con la piedra) el volumen inicial (sin la piedra) 
Vpiedra = Vfinal– Vinicial = 74,5-69= 5,5mL 
Luego calculamos su masa en una balanza electrónica y obtenemos m = 12,5g

Densidad:

https://www.calculadoraconversor.com/wp-content/uploads/2015/10/formula-densidad.gif  

  • Si la densidad de un cuerpo es mayor que la del agua (1g/cm3) el cuerpo se hundirá.

  • Si la densidad de un cuerpo es menor que la del agua el cuerpo flota.

  • Si la densidad del cuerpo es igual a la densidad del agua, el cuerpo queda en equilibrio, en la mitad del líquido.

 

Relación entre las unidades de capacidad y las unidades de volumen.


Debéis recordar que,

1mL = 1 cm3

1L = 1dm3


MASA Y VOLUMEN


Masa: Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. Su unidad en el S.I. es el kilogramo (Kg) y se puede medir con una balanza de platillos, con una balanza electrónica, con una báscula, etc.


Volumen: Se define como el espacio que ocupa un cuerpo. Su unidad en el S.I. es el kilogramo (m3) y se puede medir de dos formas según el caso:


  • Si es un sólido regular: Se usa la fórmula del volumen en cada caso.

Por ejemplo, Vcubo= lado x lado x lado= lado3= L3


  • Si es un sólido irregular: el volumen del mismo se calcula con una probeta llena de agua tal y como hemos visto en la práctica anterior.



DENSIDAD

Densidad: Es la relación (división) entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Nos da información sobre lo “apretadas” o separadas que están las partículas dentro de un cuerpo. Se mide en Kg/m3 en unidades del S.I:

 

 ¿Qué cuerpo tiene más densidad en cada caso?


               



¿CÓMO SE RESUELVE UN PROBLEMA?


1º) Leer el problema con atención razonando qué datos me dan y cuál me piden.

2º) Poner los datos del problema (usando abreviaturas)

3º) Dibujar el problema

4º) Escribir la fórmula que vamos a utilizar SIN SUSTITUIR (con letras)

5º) Hacer los cambios de unidades que consideres conveniente (usando factores de conversión)

6º) Sustituir los datos en la fórmula y operar

7º) Obtener un resultado (medida) y expresarla en la unidad correcta.

 

Elaboración de gráficas rectas o curvas.



Gráficas (“curvas”) de calentamiento o enfriamiento.

Son gráficas Temperatura vs Tiempo que nos informan de cómo va variando la temperatura y los estados de agregación de un cuerpo conforme se aumenta o disminuye su temperatura.

Lo interesante en ellas es:

  • Saber dibujarlas graduando bien el eje de temperatura (Y) y de tiempo (X)

  • Pintarlas correctamente según aumente o disminuya la temperatura.

  • Recordad que cuando una sustancia cambia de estado la temperatura no varía hasta que toda la sustancia ha cambiado de estado. Por lo tanto en la gráfica aparecerán como líneas rectas.

  • Dividir la gráfica en tramos y poner en cada tramo el nombre del estado o del cambio de estado.

  • Saber responder preguntas sobre la gráfica


TEMA 3: LA DIVERSIDAD DE LA MATERIA


Introducción

La materia que nos rodea puede adoptar formas muy diversas. En las siguientes imágenes podéis ver ejemplos de materia de lo más diversos. Ejemplo



Al haber tanta variedad se hace necesaria su clasificación.


  • Clasificación de la materia según su composición

   

 

  • Clasificación de la materia según su uniformidad

Recuerda que las mezclas se podían clasificar en homogéneas y heterogéneas.

Veamos la definición de cada una de ellas:

HOMOGÉNEAS: Aquellas en las que NO se puede distinguir a simple vista o con ayuda de un microscopio óptico los componentes o sustancias que la constituyen.

Por ejemplo, al disolver una cucharada de sal en agua no podemos saber dónde está el agua y donde la sal.

 

HETEROGÉNEAS: Aquellas en las que se SI puede distinguir a simple vista o con ayuda de un microscopio óptico los componentes o sustancias que la constituyen.
 

Por ejemplo, al mezclar aceite y agua el primero flota con el segundo. En todo momento sabemos dónde está uno y otro

PONER.

  • Diferencia entre sustancia pura y mezcla homogénea

La sustancia pura es aquella que tiene una composición química constante y unas propiedades características. Por ejemplo su temperatura de fusión, temperatura de ebullición o densidad no varían. El agua es un compuesto cuya temperatura de fusión es 0ºC y su temperatura de ebullición 100ºC

Por el contrario una mezcla homogénea no tiene una composición química constante porque puede contener más cantidad de una sustancia que de otra y por lo tanto sus propiedades varían. Por ejemplo el agua con sal es una mezcla cuyo punto de fusión está por debajo de cero y su temperatura de vaporación por encima de 100ºC.

  • Disoluciones

Las disoluciones son mezclas homogéneas formadas por dos componentes, un soluto y un disolvente:

  • SOLUTO: El que se encuentra en menor cantidad.

  • DISOLVENTE: El que se encuentra en mayor cantidad. Excepto cuando es el agua que SIEMPRE es el disolvente.

 Ejemplos:

3g de sal  +   5g de vinagre

SOLUTO    DISOLVENTE

4g de agua   +   5g de alcohol

DISOLVENTE     SOLUTO

 

Concentración de una disolución
Concentración: es la relación entre la cantidad de soluto que se disuelve en una cierta cantidad de disolvente. Cuanto más soluto se disuelva más concentrada estará esta disolución.
 
  • Tipos de disoluciones según su concentración.

  1. Diluidas: Contienen poco soluto

  2. Concentradas: Contienen más soluto que las anteriores.

  3. Saturadas: Contienen la máxima cantidad de soluto que se puede disolver.

  4. Sobresaturadas: Contienen más soluto del que se pueden disolver. Se queda en el fondo (precipita)

Diluida, concentrada, saturada y sobresaturada.jpg

  • Tipos de disoluciones según su estado de agregación.

Problemas de concentraciones

Hay dos tipos:

  • Tanto por ciento en masa (%m)


  • Gramos partido litro (g/L)

 Para poder resolver los problemas nos debe de quedar clara la diferencia entre soluto, disolvente y disolución. Las dos primeras ya las hemos definido con anterioridad. Lo que nos debe de quedar claro es que cuando hablamos de disolución nos estamos refiriendo a la suma del soluto y el disolvente (también la suma de sus masas).


mdisolución = msoluto + mdisolvente



MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS (Homogéneas y heterogéneas)



TEMA 4: VIAJE AL INTERIOR DE LA MATERIA


  • Introducción

Ya desde la antigüedad, el hombre ha ansiado conocer cómo estaba constituida la materia, qué había dentro de ella, cuáles eran los “ladrillos básicos”, si lo había que producían tanta diversidad.


  • Escuelas de pensamiento

Entre el s. V y VI a.C. apareciendo dos grandes escuelas de pensamiento que elucubraban sobre la materia. Estas eran:


  • La escuela continuista: Esta consideraba que la materia era continua y se podía dividir en partes más pequeñas hasta el infinito. También consideraba que toda la materia conocida estaba formada por 4 elementos básicos (tierra, fuego, aire y agua). Así, por ejemplo un pájaro estaría formado por tierra porque tiene masa y por aire porque vuela.

Como se puede apreciar la idea es errónea.

Defensores: Entre sus defensores cabe destacar a Aristóteles. He hecho, pese a no ser correcta esta concepción de la materia duró 2000 años gracias al gran prestigio de Aristóteles.


  • La escuela atomista (no continuista): Consideraba que la materia era discontinua y cuando se dividía cada vez en partes más pequeñas llegaría un punto en que no se podría más. A esas partículas indivisibles se les dio el nombre de átomos (que en griego significa indivisible).

Defensores: A favor de esta idea estaba Leucipo y su alumno aventajado Demócrito que se piensa fue el primero que utilizó la palabra átomo.

Pese a ser la teoría más cercana a la realidad fue rechazada hasta el siglo XIX y XX cuando Dalton retomó la idea hasta nuestros días.

Definición “antigua” de átomo: “Es la partícula más pequeña e indivisible en que se divide la materia”

A lo largo de la historia han ido surgiendo modelos atómicos que intentaban explicar cómo eran esos átomos, de qué estaban hechos.

Un modelo atómico es una explicación aproximada, que no se considera 100% fiel a la realidad pero que gracias a su simplificación facilita la compresión del fenómeno, en este caso del átomo. Hagamos un repaso de cuales fueron:

  • Teoría de Dalton: La materia estaba formada por partículas pequeñas e indivisibles llamadas átomos. Consideraba al átomo como una esfera.

  • Modelo de Thomson: El átomo era una esfera maciza dónde estaba concentrada toda la carga positiva e incrustados por dentro y por fuera los electrones con carga negativa. También se le conoce como el modelo del “pastel de pasas” o “plumbcake” 
  • Modelo de Rutherford: Se le conoce también como modelo planetario. El átomo está constituido por dos partes:

Núcleo: Parte central donde se encuentran los protones y los neutrones.

Corteza: Parte externa donde están los electrones.
  • Modelo actual: Actualmente no se sabe con certeza la posición de los electrones, solo puedes saber su probabilidad (99%)


Partículas subatómicas
Son aquellas partículas más pequeñas que el átomo y que forman parte de él.
Tipos:

Electrón: Se encuentra en la corteza girando alrededor del núcleo. Tiene carga negativa. De masa muy pequeña, prácticamente despreciable.

Protón: Se encuentra en el núcleo. Tiene carga positiva. Su masa es 2000 veces mayor que la del electrón. 

Neutrón: Se encuentra en el núcleo. No tiene carga eléctrica. Su masa es similar a la del protón. 

Cuando el átomo es NEUTRO, tiene igual carga positiva que negativa, es decir, el mismo número de protones que de electrones.
 
Nueva definición de elemento y compuesto

  • Elemento: Sustancia pura formada por átomos iguales
  • Compuesto: Sustancia pura formada por átomos distintos
 
Número atómico y número másico
  • Número atómico (Z): Nos indica el número de protones que hay en el núcleo.
  • Número másico (A): Nos indica el número de protones y neutrones que hay en el núcleo.
Por lo tanto, si quieres obtener el número de neutrones (N) tendríamos que hacer la siguiente resta:

N (nº de neutrones) = A – Z

¿Cómo se ordenan los electrones por capas?  
Si los electrones se colocaran siempre en una única capa, debido a que poseen carga negativa aparecería una fuerza de repulsión entre ellos que acabaría por desintegrar el átomo. Por ello los electrones se distribuyen por capas separadas. Esto se estudiará más adelante cuando se trate el modelo de Böhr en profundidad.

1ª CAPA (K): 2 eletrones (2e)

2ª CAPA (L): 8 electrones (8e)

3ª CAPA (M): 18 electrones (18e)

4ª CAPA (N): 32 electrones (32e)  

IONES
Un ion es un átomo que posee carga eléctrica.
  • Catión: Si tiene carga positiva. Ejemplo; Na+ Al3+
  • Anión: Si tiene carga negativa. Ejemplo; S2- O2- F-

¡¡OJO!! Para obtener un ion NUNCA se debe modificar el número de protones del núcleo ya que si hiciéramos eso lo estaríamos convirtiendo en otro elemento de la tabla periódica. Por el contrario, lo que se debe modificar es el número de electrones (quitarle o ponerle)
   
ISÓTOPOS
Un isótopo es un átomo que tiene el mismo número atómico (Z) y distinto número másico (A). Es decir, varía el número de neutrones.

Siempre un isótopo se obtiene a partir de un átomo dado por comparación.


TEMA 6: VIVIMOS EN MOVIMIENTO

Conceptos básicos 
 
Sistema de referencia (S.R.): Es un punto desde el cual estudiamos el movimiento de un cuerpo. Como puede haber muchos sistemas de referencia, el movimiento se considera relativo.

Movimiento: Un cuerpo está en movimiento cuando cambia de posición respecto al sistema de referencia elegido. Si no es así, estará en reposo.

Ejemplo: un corredor de atletismos, un avión, una pelota de golf

Posición: Es el lugar que ocupa un cuerpo respecto al sistema de referencia elegido en un tiempo determinado.


Diferencia entre trayectoria, espacio recorrido y desplazamiento

Trayectoria: Es una línea (o gráfica) que aparece al unir las diferentes posiciones por las que pasa un cuerpo.

Espacio recorrido: es la distancia medida sobre la trayectoria. Se mide en el sistema internacional (S.I.) en metros. Ejemplo 10cm=0,1m

Desplazamiento: Es la línea recta que une el punto inicial y el punto final. También se mide en metros porque es una distancia.

Velocidad
Es el cociente entre el espacio recorrido y el tiempo que tarda en ello.
 
siendo:

“e” el espacio recorrido (en metros)

“t” el tiempo (en segundos)

“v” la velocidad, media (en m/s)


Esta fórmula puede adoptar otro aspecto si lo que nos piden es el espacio o el tiempo:
 
Ejemplos

recorre 80Km

menos velocidad

tarda 1 hora
 
recorre 80Km

más velocidad

tarda 50min

recorre 80Km

más velocidad

tarda 1 hora
 
recorre 30Km

menos velocidad

tarda 1 hora

Aceleración  
En algunos movimientos la velocidad no es siempre la misma sino que va variando. En estos casos aparece una aceleración.

Definición de aceleración: Es el cociente entre la variación de velocidad y el tiempo.
 
siendo:

“vf” velocidad final (en metros/segundo, m/s)

“vi” velocidad inicial (en metros/segundo, m/s)

“t” tiempo (en segundos, s)

“a” aceleración (en m/s2)

En 2ºESO vamos a considerar que cuando la aceleración es positiva acelera mientras que cuando es negativa es porque frena (reduce su velocidad). Para que esto sea cierto debéis pintar vuestros móviles desplazándose de izquierda a derecha.

TIPOS DE MOVIMIENTO (Esquema)

TEMA 7: FUERZAS

Definición: Una fuerza es o surge de la interacción entre dos cuerpos. Acción que modifica el estado de reposo o movimiento de un cuerpo o es capaz de producirle una deformación (aunque no siempre).


Ejemplos

 

ELEMENTOS NECESARIOS PARA DEFINIR PERFECTAMENTE UNA FUERZA

  • Punto de aplicación: Es el punto perteneciente al cuerpo sobre el que se aplica la fuerza.



  • Dirección: Es la línea sobre la que actúa la fuerza.



  • Sentido: las dos orientaciones posibles dentro de una misma dirección.



  • Intensidad / Módulo: Es la cantidad o valor numérico de dicha fuerza. Las unidades en el sistema internacional de la fuerza son Kg.m/s2 pero a ese conjunto de unidades se le ha dado el nombre de Newton (N).


SUMA Y RESTA DE FUERZAS

Con el mismo sentido:


Con la misma dirección y sentidos diferentes:


¿CON QUÉ INSTRUMENTO MEDIMOS LAS FUERZAS?

El instrumento que sirve para medir la fuerza se llama dinamómetro.

Un dinamómetro está constituido por un cilindro alargado en cuyo interior hay un muelle. A ambos lados del cilindro suele haber dos ganchos para fijarlo a un eje inmóvil y al cuerpo de interés. El cilindro está graduado de manera que cuando se cuelga un cuerpo y el muelle se estira una marca indica la cantidad de Newton de fuerza que está ejerciendo.

 

DEFORMACIÓN DE LOS CUERPOS

La deformación es mayor cuanto mayor sea la fuerza.

Hay dos tipos de cuerpos:


  1. Elásticos: Son aquellos que cuando se ejerce una fuerza sobre ellos se deforman pero cuando la fuerza desaparece vuelven a su forma original. Ejemplos, goma del pelo, muelle, esponja,…

  2. Plásticos: Son aquellos que cuando se ejerce una fuerza sobre ellos se deforman pero cuando la fuerza desaparece vuelven a su forma original. Ejemplos, botella de plástico, plastilina, rocas,…


Otras veces los cuerpos no se deforman sino que esa fuerza aplicada provoca una presión. Vamos a definir lo que entendemos por presión,


PRESIÓN: Es el cociente entre la fuerza aplicada y la superficie donde se aplica.

 

Las unidades en que se mide la presión en el sistema internacional es el Pascal (Pa). Como el Pascal es una unidad muy pequeña se suele usar otras como la atmósfera, el bar o el milímetro de mercurio

 

LEYES DE NEWTON

  • 1ª Primera Ley de Newton o Ley de la Inercia.

Todo cuerpo permanece en reposo o con movimiento rectilíneo uniforme MRU si no actúa ninguna fuerza sobre él”

 

  • 2ª Segunda Ley de Newton o Ley fundamental de la Dinámica.

Cuando le aplicamos una fuerza a un cuerpo le imprimimos una aceleración que es directamente proporcional a dicha fuerza”

F = m . a

Fórmula fundamental de la Dinámica

F: fuerza (N)

m: masa (Kg)

a: aceleración (a)


  • 3ª Primera Ley de Newton o Ley de Acción-Reacción.

Cuando un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, este ejerce a su vez otra fuerza sobre A de igual intensidad y dirección y sentido contrario”


TIPOS DE FUERZAS


Fuerza gravitatoria: Es la fuerza con la que un planeta atrae a los cuerpos situados a su alrededor. Ejemplo, un astronauta en la estación espacial internacional.

 

Fuerza de rozamiento: Aparece cuando dos superficies están en contacto. Es una fuerza que siempre se opone al movimiento por lo que hay que dibujarla con sentido contrario al desplazamiento. Ejemplo, al mover un sofá por el suelo aparece una fuerza de rozamiento

 

Fuerza eléctrica: Se manifiesta entre cuerpos que tienen cargar eléctricas. Ejemplo, el protón con carga eléctrica positiva y el electrón con carga negativa se atraen gracias a la fuerza eléctrica.

 

Fuerza magnética: Se produce o aparece cuando hay un imán (natural o inducido) o cuando existen cargas eléctricas en movimiento. Ejemplo, el polo norte y sur de otro imán se atraen y el S-S o N-N se repelen.

 


FUERZA GRAVITATORIA (en más profundidad)


Este año la fuerza gravitatoria que vamos a estudiar y calcular es el Peso o también llamada fuerza-Peso.


Peso (P ): Es la fuerza con la que un planeta atrae a un cuerpo, situado sobre su superficie.

 

El peso va a depender de:


  • Masa: de la masa del cuerpo. A mayor masa, el peso del cuerpo será mayor.

 


  • Gravedad: A mayor gravedad del planeta en el que esté, mayor peso tendrá el cuerpo.

 


El peso solo va a depender de esas dos magnitudes. Pero si nos referimos de nuevo a la fuerza gravitatoria, su valor dependerá también de la distancia.


  • Distancia: distancia entre el cuerpo y la superficie del planeta. Cuanto más lejos de la superficie esté el cuerpo, menor será la fuerza gravitatoria ejercida sobre él.

 


FÓRMULA DEL PESO

 

Diferencia entre PESO y MASA


Son conceptos que frecuentemente se confunden y son completamente diferentes:

La masa es una característica intrínseca de cada cuerpo, su valor siempre es el mismo estés en el planeta que estés. Nos habla de la cantidad de materia que tiene un cuerpo y, a no ser que una persona adelgace o engorde, su masa será la misma independientemente del planeta. Además la masa se mide en kilogramos en unidades S.I


Por contra el peso, como acabamos de ver, si es una magnitud que depende del planeta, pues depende de la aceleración de la gravedad de dicho planeta. Ahora el peso si variará. Se mide en Newton en unidades S.I.


FUERZA DE ROZAMIENTO (en más profundidad)


Fuerza de rozamiento: Es una fuerza que se opone al movimiento. Siempre aparece en la superficie de contacto entre dos cuerpos.

 

TEMA 8: ENERGÍA Y SUS TRANSFORMACIONES

 
La energía  
“Es la capacidad que tiene un cuerpo para producir una transformación en él mismo o en otro cuerpo”. Por ejemplo, una vela posee energía porque cuando arde puede producir una transformación en el agua de un cazo al calentarla. Pero también se transforma ella misma porque la cera se funde.

La energía es una magnitud que se mide en Julios (J), en el sistema internacional. Se escribe en mayúscula en honor a James Prescott JOULE. Aunque hay otras unidades en las que se puede expresar: la caloría (cal), el vatio o kilovatio/hora (para la electricidad), etc.

1 caloría= 4,18 Julios

1 cal = 4,18 J

Como el julio es una unidad muy pequeña a veces se usa la caloría, que es algo más grande, sobre todo cuando nos referimos a alimentos.

Transferencias de energía: calor y trabajo  
Calor y trabajo son las dos formas en las que un cuerpo puede intercambiar energía. No confundirlos con energías. Calor y trabajo NO son energías, son energías “en tránsito”. Para que lo entendáis mejor, la energía es como el dinero que tenemos en un Banco, cuanto más dinero, más energía. En cambio el calor y el trabajo son la forma en que se gasta ese dinero. Se puede gastar en “metálico” o mediante “tarjeta de crédito”.


CALOR: Es la forma en la que dos cuerpos a diferente temperatura intercambian energía. Para que aparezca calor es obligatorio que existan, al menos, dos cuerpos, que estén a diferente temperatura y que estén en contacto. El calor se mide en julios (J) en el S.I.
 
El CALOR siempre va desde el cuerpo que tiene más temperatura hacia el que tiene menos temperatura. En Física, el frío NO EXISTE.

Hay tres formas de intercambiar energía en forma de calor:

  • Conducción: Se produce entre sólidos. Se transmite materia pero no energía. Los metales son buenos conductores térmicos. Ejemplo, una cuchara se calienta al acercar un mechero porque sus partículas vibran y transmiten esa vibración a las contiguas.
  • Convección: Se produce en fluidos. Líquidos o gases. Debido al movimiento de sus partículas al calentarse. Produce las conocidas “corrientes de convección”
  • Radiación: Los cuerpos intercambian calor sin que exista un medio material. Lo pueden hacer en el vacío. Todos los cuerpos emiten calor por el mero hecho de estar a una cierta temperatura. El calor del Sol nos llega hasta nosotros a través del espacio vacío (o casi vacío).

TRABAJO: Es la forma en la que dos cuerpo intercambian energía cuando se provoca un desplazamiento debido a una fuerza. Si no aparecen ambos no existe trabajo. El trabajo se mide en julios (J) en el S.I.

Por ejemplo, un hombre que empuja un carrito de bebé está intercambiando energía en forma de trabajo porque ejerce una fuerza sobre el carrito y este se mueve.

Si hay desplazamiento pero no hay fuerza, no hay trabajo, como por ejemplo una nave que vaga por el espacio con los motores apagados.

Si hay fuerza pero no hay desplazamiento tampoco hay trabajo. Como por ejemplo un jamón que cuelga del techo.
 

El jamón sufre la fuerza de la gravedad pero no se mueve. 


Diferencia entre tipos y fuentes de energía

Un tipo de energía es la forma en que se manifiesta una determinada energía. Se usa para clasificarlas. Hay diferentes tipos de energías:

  • Energía mecánica (energía cinética y energía potencial gravitatoria)
  • Energía eléctrica
  • Energía luminosa
  • Energía química
  • Energía térmica o calorífica
  • Energía nuclear
  • Energía magnética / electromagnética
  • Energía sonora

Una fuente de energía es aquella que procede directamente de la naturaleza. Se usa para clasificarlas. A su vez las fuentes de clasifican en renovables y no renovables.

Una fuente de energía renovable es aquella que no se agota con el paso del tiempo, mientras que una fuente de energía no renovable es aquella que sí se agota con el paso del tiempo.
  • Energías renovables: eólica (viento), solar (fotovoltáica y termosolar), geotérmica (calor de la Tierra), mareomotriz (mareas), hidroeléctrica (embalses), biomasa (vegetación).
  • Energías no renovables: combustibles fósiles (petróleo, gas natural y carbón) y la nuclear (fusión y fisión nuclear)*

como podéis ver la nuclear es tanto tipo como fuente de energía.

Vamos a estudiar con profundidad un tipo de energía muy importante que es la Energía mecánica. Esta energía es la suma de otras dos, la cinética y la potencial.


La energía cinética: La poseen aquellos cuerpos que están es movimiento. Cuanto mayor sea la velocidad del cuerpo y mayor sea su masa, más energía poseerá.

Ejemplos:

Un camión que se mueve a 80Km/h posee más energía que una moto que se mueve a 80Km/h porque si, por ejemplo, chocan contra una pared el camión produce más destrozos, es decir, provoca más transformaciones que es la definición de energía.

Una moto que circula a 100Km/h lleva más energía que otra que circula a 80Km/h (ambas con la misma masa) porque a la primera se mueve a una velocidad mayor.


La energía cinética se puede calcular mediante una fórmula.

Ec= ½ . m. v2

siendo,

m: masa (Kg) en el S.I.

v: velocidad (m/s) en el S.I.

Ec: energía cinética (J) en el S.I.


La energía potencial: La poseen los cuerpos por el mero hecho de estar a una cierta altura. Cuanto más alto esté y mayor sea la masa de ese cuerpo mayor será su energía potencial.

Ejemplos:

Un maceta situada a 10 metros del suelo en un balcón posee más energía que otra maceta situada en una ventana a 5 metros del suelo porque si, por ejemplo, cambas caen, la primera provocará más destrozos, es decir, provoca más transformaciones que es la definición de energía.

Una maceta y una piedra, la primera de 250g y la segunda de 7 Kg, ambas situadas a 5 metros del suelo al caer producen efectos diferentes. La piedra al tener más masa provocará más destrozos, luego a mayor masa, mayor energía.

También va a depender de la gravedad del planeta donde estemos. A mayor gravedad, más energía potencial. Así no es lo mismo cuando lanzamos una piedra en la Tierra o en la Luna, donde su gravedad es mucho menor.


La energía potencial se puede calcular mediante una fórmula.

Ep= m. g. h

siendo,

m: masa (Kg) en el S.I.

g: gravedad (m/s2) en el S.I.

h: altura (m) en el S.I.

Ep: energía potencial (J) en el S.I.
 
 
Transformación de la energía de una a otra.
La energía se transforma: “La energía es capaz de cambiar de una forma a otra. Este proceso se denomina transformación de energía”

Imaginemos un tobogán en el que situamos un tren de juguete quieto a una cierta altura. Ese tren posee energía potencial gravitatoria por estar en alto pero no posee energía cinética por estar parado. Si en un momento determinado el tren cae por la rampa, va aumentado su energía cinética porque cada vez va más rápido pero va disminuyendo su energía potencial al estar a menor altura (más bajo). Lo curioso es que esa energía potencial que ha “perdido” se ha convertido en energía cinética en la misma proporción. Lo que “pierde” por un lado lo “gana” por otro.

Si de nuevo enfila una rampa ascendente volverá a transformar su energía cinética en potencial y así sucesivamente.

Pero la energía no solo se transforma de cinética al potencial y viceversa. Por ejemplo consideremos una máquina de Pinball. Cuando empezamos la partida la bola está quieta. Cuando tiramos del muelle este se comprime y la energía se transforma de elástica a cinética que es cuando la bola se pone en movimiento.

Hay otros casos en que la energía se convierte en energía calorífica o térmica. Por ejemplo, cuando las ruedas de un coche de Fórmula 1 llevan muchas vueltas se calientan. Lo que ha ocurrido es que la energía cinética de las ruedas al moverse se ha convertido en energía calorífica o térmica.


Degradación de la energía

En muchas ocasiones el último eslabón de la cadena de cambios de energía es un aumento de la temperatura del medio ambiente, lo que supone un aumento de energía interna del mismo. Ese aumento de temperatura se nota muy poco pues el ambiente es muy grande y, si en un momento puede darse una elevación importante de la temperatura es una zona limitada, rápidamente tiende a igualar la temperatura con los alrededores.

Ejemplo: ¿Qué transformaciones energéticas ocurren cuando un coche realiza un viaje de 100 km, al final del cual vuelve al punto inicial, gastando 7 litros de gasolina?

El coche que inicialmente estaba en reposo, se puso en movimiento por lo que aumentó su energía cinética, si tuvo que subir cuestas aumentó su energía potencial gravitatoria, pero al final, el coche está parado y en un mismo sitio, por lo que no tiene energía cinética ni tiene más energía potencial.

¿Qué ha pasado con la energía que cedió la gasolina? Pues que se ha transformado en energía calorífica o térmica del medio ambiente a causa principalmente del rozamiento del coche con el aire, el rozamiento de las ruedas, etc. El aumento de temperatura en el ambiente no se nota porque es muy pequeño. Esa energía no ha desaparecido, pero ha dejado de ser útil para el hombre; decimos que la energía se DEGRADA cuando deja de ser útil para el hombre; en el lenguaje cotidiano decimos que la energía se ha gastado.


Principio de conservación de la energía.

Si, como hemos visto antes, si la energía se degrada, ¿significa que la energía se “pierde” porque al final hay menos energía que al principio? En un embalse donde se produce energía eléctrica, ¿significa que se crea energía? ¿Significa que después del proceso hay más energía que al principio?

La respuesta es NO, la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. “En todo proceso físico-químico la suma de todas las energías que hay al principio del mismo es igual a la suma de todas las energías que hay al final”

El único proceso en donde la energía no se conserva en las reacciones nucleares que suceden en las centrales. Ahí, la masa se transforma en una energía que no había al principio (ecuación de Einstein).

Ejemplo: Imaginad una scooter de 50cc llena de gasolina. Una adolescente la coge para “dar una vuelta” y regresa a casa con el depósito vacío.

¿En este proceso hay energía al principio? ¿Quién la posee?

Al principio la energía la posee la gasolina. Este tipo de energía se denomina química y al arder o producirse la combustión se puede convertir en otras.

¿Se cumple el principio de conservación de la energía?

Sí, siempre se cumple. Al principio había solo energía térmica pero durante el movimiento se ha ido convirtiendo en otras. Por ejemplo, en energía cinética porque la moto se mueve, en energía potencial porque la moto ha subido por carreteras, en energía térmica o calorífica (degradándose) por el rozamiento de las ruedas con el suelo, el motor se calienta, el rozamiento de nuestro cuerpo con el aire,.. Si sumamos todas esas energías obtendremos el mismo valor que posee la gasolina al inicio.