Aplicaciones de las ondas electromagnéticas

1. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS:Las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin necesidad de un medio, pudiendo por tanto propagarse en el vacío. SERGIO MARTINEZ VELEZ

2. Aplicaciones de las ondas electromagnéticas En la tierra En el espacio SERGIO MARTINEZ VELEZ

3. Según las direcciones de vibración y de propagación: ONDAS LONGITUDINALES: El movimiento de las partículas que transportan la onda es paralelo a la dirección de propagación de la onda. SERGIO MARTINEZ VELEZ

4. ONDAS TRANSVERSALES:las vibraciones de las partículas en torno a su punto de equilibrio se producen en direcciónperpendicular a la de la propagación de las ondas. SERGIO MARTINEZ VELEZ

5. Aplicaciones de las ondas transversales SERGIO MARTINEZ VELEZ

6. Características de las ondas Todas las ondas tienen unas características generales: • Amplitud - Longitud • - Período - Frecuencia • - Intensidad • - Velocidad de propagación Pero a su vez están formadas por otras características: pulso, tren de ondas, frente de ondas …. SERGIO MARTINEZ VELEZ

7. ¿Qué es un pulso? Un pulso es una sola onda. Las partículas oscilan una sola vez al paso del pulso, transmiten la energía y se quedan como estaban inicialmente. El sonido de un disparo es un pulso de onda sonora SERGIO MARTINEZ VELEZ

8. ¿Y un tren de ondas? Un tren de ondas es la repetición seguida de un pulso. En el caso de las ondas transversales muestran una sucesión de cretas y valles que se repiten de esta manera: SERGIO MARTINEZ VELEZ

9. Frente de ondas El frente de ondas aparece en las ondas transversales y longitudinales. Un frente de onda es la línea o la superficie formada por los puntos que han sido alcanzados por la perturbación en un mismo instante. SERGIO MARTINEZ VELEZ

10. Similitud de una onda SERGIO MARTINEZ VELEZ

11. Amplitud La amplitud es la separación máxima que alcanza, desde la posición de equilibrio, cada uno de los puntos que oscilan. Se representa con la letra A, y se expresa en metros (m). SERGIO MARTINEZ VELEZ

12. Longitud de onda La longitud de onda es la distancia que se para dos puntos consecutivos de dicha onda que vibran de idéntica manera. Se representa con la letra λ, y se expresa en metros (m). SERGIO MARTINEZ VELEZ

13. Período El período es el tiempo que tarda una perturbación , una onda, etc. , en recorrer una longitud de onda y coincide con el tiempo que tarda un punto en realizar una vibración completa. Se representa con la letra T, y se expresa en segundos (s). SERGIO MARTINEZ VELEZ

14. Frecuencia La frecuencia es el número de vibraciones que realiza un punto en la unidad de tiempo. Se representa con la letra f, y se expresa en hercios (Hz), aunque realmente se mide en segundos (s). SERGIO MARTINEZ VELEZ

15. Velocidad de propagación La velocidad de propagación es la distancia que la onda avanza en cada unidad de tiempo. Se representa con la letra v, y expresa en metro por segundos (m/s). Las ondas se propagan con velocidad constante cuando el medio posee idénticas propiedades en todas las direcciones. SERGIO MARTINEZ VELEZ

16. PROBLEMA PARA RESOLVER : Un movimiento ondulatorio se propaga con una velocidad de 0,2 m/s. Sabiendo que cada 0,4 m los puntos alcanzados por las ondas se encuentran en el mismo estado de vibración, calcula el período y la frecuencia del movimiento. La fórmula de la velocidad de propagación es : λ v= __ T f = 1 / T SERGIO MARTINEZ VELEZ

17. Intensidad de una onda La intensidad de un movimiento ondulatorio es la capacidad de energía que fluye por el medio a través de la unidad de superficie perpendicular a la dirección de propagación en la unidad de tiempo. Se representa con la letra I, y se expresa en w /m2. SERGIO MARTINEZ VELEZ

18. La fórmula de la intensidad es: P I = ____ S SERGIO MARTINEZ VELEZ

19. Equilibrio Equilibrio. Condiciones de equilibrio.

20. Centro de gravedad • El cálculo del torque del peso agrega una variable a la resolución de la condición de equilibrio de un cuerpo: es preciso saber la ubicación del centro de gravedad; esto es, el punto donde se concentra todo el peso del cuerpo. • Recordemos la definición de centro de masa • Si g tiene el mismo valor en todos los puntos del cuerpo, el centro de gravedad es idéntico al centro de masa. • El torque que ejerce el peso sobre un sólido se puede calcular asumiendo que todo su peso actúa en su centro de gravedad. El centro de masa es el promedio ponderado de las posiciones por la masa El centro de gravedad se ubica en el centro de masa si g no cambia SERGIO MARTINEZ VELEZ

21. Una esfera de 1,00 kg con radio r1=0,080 m está unida por una varilla ligera de 0,400 m de longitud a una segunda bola de 2,00 kg con radio r2=0,100 m . ¿Dónde se encuentra en centro de gravedad del sistema? Solución Tomando como referencia el centro de la esfera pequeña, el centro de gravedad es: Problema 11.1 SERGIO MARTINEZ VELEZ

22. Condiciones de equilibrio de un sólido • Para que un sólido se encuentre en equilibrio debe cumplirse dos condiciones: • No debe acelerar de manera rectilínea. • No debe rotar con cierta aceleración angular. • A estas condiciones se le llama “de equilibrio” y matemáticamente se expresan de la siguiente manera: • Condición de equilibrio de traslación • La suma de las fuerzas externas que actúan sobre un cuerpo es un vector nulo • Condición de equilibrio rotacional • La suma de los momentos de torsión debidos a todas las fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo, respecto a cualquier punto específico, debe ser cero. 0 SERGIO MARTINEZ VELEZ

23. ¿En qué caso el torque producido por el peso mantiene al vehículo en equilibrio? Centro de gravedad y equilibrio SERGIO MARTINEZ VELEZ

24. Ejercicio de equilibrio • Una tabla uniforme de longitud L = 6,00 m y masa M = 90,0 kg descansa sobre dos caballetes separados D = 1,50 m, situados a distancias iguales del centro de la tabla. Si Tito trata de pararse en el extremo de la tabla, ¿Qué masa máxima puede tener Tito si la tabla no se mueve? • Solución • Se calculan las distancias relativas al punto de giro. • Se calculan los torques de las fuerzas. • Se aplican las condiciones de equilibrio para las fuerzas. SERGIO MARTINEZ VELEZ

25. Ejercicio de equilibrio • Una revista especializada informa que cierto auto deportivo tiene 53% de su peso sobre las ruedas delanteras y el 47% sobre las traseras, con una distancia entre ejes de 2,46m. eso implica que la fuerza normal total sobre las ruedas delanteras es de 0,53w, y sobre las traseras, de 0,47w, donde w es el peso total. Al espacio entre el eje delantero y el eje trasero se llama distancia entre ejes. ¿Qué tan adelante del eje trasero está el centro de gravedad del automóvil? • Solución SERGIO MARTINEZ VELEZ

26. Ejercicio de equilibrio • En la figura se muestra una escalera uniforme de 5,00 m de longitud y 180,0 N de peso, un hombre de 800,0 N de peso sube por la escalera y se detiene después de subir 1/3 de la escalera, si la pared es liza, determine las fuerzas normal y de fricción que actúan sobre la base de la escalera. Calcule el coeficiente de fricción estática mínimo que evita un deslizamiento en la base de la escalera. Calcule la magnitud y dirección de la fuerza de contacto que actúa sobre la base de la escalera 0 SERGIO MARTINEZ VELEZ

27. Ejercicio de equilibrio • En la figura el hombre esta descansando después de subir un tramo por la cuerda, El hombre pesa 700 N, su cuerpo forma un ángulo de 60° con la pared y su centro de gravedad esta a 0,85 m de los pies. La fuerza de la cuerda actúa a 1,30 m de los pies y la cuerda forma un ángulo de 20° con la vertical, calcule la tensión y la reacción sobre los pies del hombre. • Solución • Sumatoria de fuerzas en x y y son iguales a cero. • Sumatoria de torques respecto al punto de contacto es cero. SERGIO MARTINEZ VELEZ

28. Termodinámica SERGIO MARTINEZ VELEZ

29. 1.1 Termodinámica y energía La termodinámica (del griego termo, que significa "calor" y dinámico, que significa "fuerza" ) es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico. Aproximadamente, calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor. SERGIO MARTINEZ VELEZ

30. 1.2 Estado y Equilibrio En termodinámica, se dice que un sistema se encuentra en estado de equilibrio termodinámico, si es incapaz de experimentar espontáneamente algún cambio de estado cuando está sometido a unas determinadas condiciones de contorno, (las condiciones que le imponen sus alrededores). Para ello ha de encontrarse simultáneamente en equilibrio mecánico y equilibrio químico. La termodinámica clásica trata, casi siempre, de transformaciones entre estados de equilibrio. La palabra equilibrio implica un estado que ha repartido sus variables hasta que no hay cambios. En el estado de equilibrio no hay potenciales sin balancear (o fuerzas perturbadoras) con el sistema. Un sistema se dice que ha llegado al equilibrio termodinámico cuando no experimenta cambios al haber sido aislado de su entorno. SERGIO MARTINEZ VELEZ

31. 1.3 Ley cero de la Termodinámica La Ley cero de la termodinámica nos dice que si tenemos dos cuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, y los ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estos alcanzarán la misma temperatura, es decir, tendrán ambos la misma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamaremos C se pone en contacto con A y B, también alcanzará la misma temperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrán la misma temperatura mientras estén en contacto. SERGIO MARTINEZ VELEZ

32. 1.4 Propiedades de un sistema Se puede definir un sistema como un conjunto de materia, que está limitado por una superficie, que le pone el observador, real o imaginaria. Si en el sistema no entra ni sale materia, se dice que se trata de un sistema cerrado, o sistema aislado si no hay intercambio de materia y energía, dependiendo del caso. En la naturaleza, encontrar un sistema estrictamente aislado es, por lo que sabemos, imposible, pero podemos hacer aproximaciones. Un sistema del que sale y/o entra materia, recibe el nombre de abierto. Ponemos unos ejemplos: Un sistema abierto: es por ejemplo, un coche. Le echamos combustible y él desprende diferentes gases y calor. Un sistema cerrado: un reloj de cuerda, no introducimos ni sacamos materia de él. Solo precisa un aporte de energía que emplea para medir el tiempo. Un sistema aislado:¿Cómo encontrarlo si no podemos interactuar con él?. Sin embargo un termo lleno de comida caliente es una aproximación, ya que el envase no permite el intercambio de materia e intenta impedir que la energía (calor) salga de él. SERGIO MARTINEZ VELEZ

33. SERGIO MARTINEZ VELEZ

34. 1.5 Procesos, Ciclos, Sistemas cerrados o Abiertos Se dice que un sistema pasa por un proceso termodinámico, o transformación termodinámica, cuando al menos una de las coordenadas termodinámicas no cambia. Los procesos más importantes son: Procesos isotérmicos: son procesos en los que la temperatura no cambia. Procesos Isobáricos: son procesos en los cuales la presión no varía. Procesos Isócoros: son procesos en los que el volumen permanece constante. Procesos adiabáticos: son procesos en los que no hay transferencia de calor alguna. SERGIO MARTINEZ VELEZ

35. Ciclos Se denomina ciclo termodinámico a cualquier serie de procesos termodinámicos tales que, al transcurso de todos ellos, el sistema regrese a su estado inicial; es decir, que la variación de las magnitudes termodinámicas propias del sistema sea nula. No obstante, a variables como el calor o el trabajo no es aplicable lo anteriormente dicho ya que éstas no son funciones de estado del sistema, sino transferencias de energía entre éste y su entorno. Un hecho característico de los ciclos termodinámicos es que la primera ley de la termodinámica dicta que: la suma de calor y trabajo recibidos por el sistema debe de ser igual a la suma de calor y trabajo realizados por el sistema. SERGIO MARTINEZ VELEZ

36. Sistemas Sistemas cerrados: Son los sistemas que no presentan intercambio con el medio ambiente que los rodea, pues son herméticos a cualquier influencia ambiental. Así, los sistemas cerrados no reciben ninguna influencia del ambiente, y por otro lado tampoco influencian al ambiente. b) Sistemas abiertos: son los sistemas que presentan relaciones de intercambio con el ambiente, a través de entradas y salidas. Los sistemas abiertos intercambian materia y energía regularmente con el medio ambiente SERGIO MARTINEZ VELEZ

37. 1.6 Formas de Energía Energía es la capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. La materia posee energía como resultado de su movimiento o de su posición en relación con las fuerzas que actúan sobre ella. La energía luminosa (o radiante) procedente del sol se encuentra en la base de casi todas las formas de energía actualmente disponibles: la madera y los alimentos proceden directamente de la energía solar; los combustibles fósiles corresponden a un almacenamiento de energía de duración muy larga, cuya fuente es igualmente el sol: se trata de productos de transformación de organismos que vivieron hace millones de años para llegar al petróleo, al gas o al carbón. La energía química deriva directamente de la energía luminosa o solar, bajo la forma potencial de alimentos, vegetales, o combustibles. La energía térmica junto con la energía química, constituye una de las primeras energías utilizadas por el hombre para calentarse o cocer sus alimentos. SERGIO MARTINEZ VELEZ

38. La energía hidráulica tiene también su origen en el sol. La radiación solar hace evaporar el agua de los mares, lagos, etc., y forma nubes que producen nieve o lluvia que aseguran la perennidad del ciclo del agua. La energía mecánica, en forma de trabajo, es una energía cada vez más indispensable al hombre para la satisfacción de todas sus necesidades. Antes, el hombre solo podía contar con su propia energía muscular para desplazarse, ejecutar los trabajos necesarios para la producción de alimentos, vestidos, edificaciones, etc. La energía eléctrica es una forma de energía de transición (ni primaria ni final) extremadamente difundida actualmente y cómoda debido a sus posibilidades de conversión (calefacción, iluminación, energía mecánica, etc.) y de transporte. Proviene, en general, de la conversión, en centrales, de energía mecánica por medio de generadores (o alternadores). La energía nuclear es la única forma de energía que no tiene el sol como origen. Esta energía es resultado, por la relación de equivalencia masa-energía, de reacciones de los núcleos de ciertos elementos ligeros (fusión) o pesados (fisión). SERGIO MARTINEZ VELEZ

39. Formas de Energía SERGIO MARTINEZ VELEZ

40. Coeficientes de dilatacion lineal • Algunos coeficientes de dilatación • Material α ( ° C-1 ) • Hormigón 1,0 x 10-5Acero 12 x 10-6 • Hierro 12 x 10-6Plata 2,0 x 10-5 • Oro 1,5 x 10-5Invar 0,04 x 10-5 • Plomo 3,0 x 10-5Zinc 2,6 x 10-5 • Aluminio 2,4 x 10-5Latón 1.8 x 10-5 • Cobre 1,7 x 10-5Vidrio 0,7 x 10-5 • Cuarzo 0,04 x 10-5Hielo 5,1 x 10-5 SERGIO MARTINEZ VELEZ

41. PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS SERGIO MARTINEZ VELEZ

42. 2.1 Sustancia pura Sustancia es la clase de materia de la que están formados los cuerpos. Se denomina sustancias puras (llamada así para distinguirla de una mezcla) aquel sistema homogéneo que posea un solo componente. Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos si su composición es constante y definida. También se refiere a la unión de uno o más átomos iguales con interacción química, es decir, que se encuentran enlazados con fuertes lazos químicos, que no es posible separar de manera física. SERGIO MARTINEZ VELEZ

43. 2.2 Fases de una sustancia pura Una sustancia pura no puede separarse en otras sustancias por ningún medio mecánico. Sustancias químicas típicas que se pueden encontrar en el hogar son agua, sal (cloruro de sodio) y azúcar (sacarosa). En general, las sustancias existen como sólidos, líquidos, o gases, y pueden moverse entre estos estados de la materia mediante cambios en la temperatura o presión. SERGIO MARTINEZ VELEZ

44. 2.3 Superficie P-V-T El diagrama PVT es la representación en el espacio tridimensional Presión - Volumen específico - Temperatura de los estados posibles de un compuesto químico. Estos estados configuran en el espacio PVT una superficie discontinua, debiéndose las discontinuidades a los cambios de estado que sufre el compuesto al variarse las condiciones de presión y temperatura, que son las variables que suelen adoptarse como independientes en los estudios y cálculos termodinámicos, principalmente por la relativa sencillez de su medida. SERGIO MARTINEZ VELEZ

45. 2.4 Ecuación de estado de gas ideal La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal es: P *V=n *R *T Donde: P= Presión V= Volumen n= Moles de gas. R= Constante universal de los gases ideales (8,314472 J/mol·K) o (0,0821 atm·L/mol·K) T= Temperatura en Kelvin. SERGIO MARTINEZ VELEZ

46. 2.5 Otras ecuaciones de estado • Ecuación de Van der Waals nótese que Vm es el volumen molar. En esta expresión, a, b y R son constantes que dependen de la sustancia en cuestión. Pueden calcularse a partir de las propiedades críticas de este modo: • Ecuación del Virial SERGIO MARTINEZ VELEZ

47. Ecuación de Redlich-Kwong • Ecuación de Soave en donde ω es el factor acéntrico del compuesto. para el hidrógeno: • Ecuación de Peng-Robinson SERGIO MARTINEZ VELEZ

48. 2.6 Diagrama de propiedades Los diagramas más comunes que se emplean son: • Diagrama p-V (diagrama de Clapeyron): Este es uno de los más comunes. Tiene las siguientes propiedades de interés: el área bajo la curva representa el trabajo sin trasvasijamiento. En un ciclo cerrado, si el ciclo se recorre a favor de los punteros del reloj, el trabajo intercambiado es positivo (ciclo motriz). Si se recorre en contra de los punteros del reloj, el trabajo intercambiado es negativo (ciclo que absorbe trabajo). SERGIO MARTINEZ VELEZ

49. Diagrama T-S (temperatura-entropía o Diagráma Entrópico): es muy empleado, pues (si las evoluciones son reversibles) el área encerrada por el ciclo o bajo la curva representa los calores intercambiados. SERGIO MARTINEZ VELEZ

50. Diagrama H-S (entalpía-entropía o Diagrama de Mollier): También es diagrama común, pues permite representar con facilidad evoluciones reales y estudiar las variaciones de entalpía. Esto último es clave al momento de estudiar intercambios de calor y trabajo basándose en el primer principio. SERGIO MARTINEZ VELEZ