“Física para Ciencias Biológicas”

Escuela: Gestión Ambiental

Expositor: Ing. Richard Rivera

Segundo Bimestre

Octubre 2011-Febrero 2012

Hipótesis atómica: Toda la materia está compuesta por átomos

Átomos: Numerosos Movimiento continuo No tienen edad Son diminutos

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Naturaleza atómica de la materia

Estructura atómica Núcleo: Concentra casi

toda la masa. Nucleones: Formados de

quarks agrupados. Carga neutral, neutrón; carga positiva, protón

Electrones: Orbitan el núcleo atraídos por la carga positiva del mismo

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Elementos: Tabla periódica

Elemento: Sustancia formada por átomos del mismo tipo

Tabla periódica: Los átomos se clasifica por el número de protones (número atómica) y ordenamiento eléctrico

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Tabla periódica de los elementos

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Isótopos

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Átomos: Igual número de electrones(-) y protones(+)

Número de neutrones: puede variar (isótopo)

La masa atómica varía de isótopo a isótopo de un elemento

Compuestos y mezclas

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Compuesto: Sustancia conformada por más de un tipo de átomo: agua (H2O). Difiere de sus elementos conformantes

Mezcla: Sustancias que se mezclan, pero no se combinan.

Molécula: Mínima cantidad de un compuesto

Líquidos

Difíciles de comprimir Adquieren la forma de su

contenedor Presión: Fuerza ejercida por un

líquido sobre las paredes de su contenedor: P=F/A

La presión de un líquido depende de su profundidad

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Principio de Arquímedes

Flotabilidad: Pérdida aparente de peso de objetos sumergidos

Principio de Arquímedes: “Un cuerpo sumergido sufre un empuje hacia arriba igual al peso del fluido desplazado”

Volumen desplazado del fluido = Volumen del objeto introducido 9

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Un cambio de presión en una parte del fluido se transmite a las demás partes

Es posible multiplicar fuerza manteniendo la presión constante:

F1/A1 = F2/A2

Tensión superficial

Se produce por la resistencia de los líquidos a aumentar su superficie

Al posarse un insecto, este su hundirá solo si aporta la suficiente energía como para vencer la tensión superficial, de lo contrario podrá caminar sobre la superficie del líquido

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Capilaridad

Subida de agua por un tubo fino y hueco

Se debe a que el agua se adhiere más a la superficie (adhesión) del vidrio que entre sí (cohesión)

La tensión superficial trata de reducir el área, y por eso el agua asciende 12

Gases

Atmósfera: Mezcla de gases que rodea la tierra. Se mantienen así porque la energía cinética de los movimientos de sus átomos se equilibra con la gravedad

La atmósfera es menos densa a medida que se asciende

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Presión atmosférica

Se debe al peso del aire Varía por la altura, clima,

temperatura. Se mide con un barómetro Este se equilibra cuando el

peso del líquido en el tubo ejerce la misma presión que la atmósfera exterior

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Principio de Bernoulli

Dinámica de fluidos Al aumentar la rapidez de un fluido,

disminuye la presión interna en el fluido

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Temperatura, calor y expansión

Temperatura: Indica lo caliente o frío de un objeto respecto a una norma

Se mide con termómetros La escala más usada es la Celsius (o

centígrada) La temperatura se relaciona con los

movimientos aleatorios de los átomos y moléculas que componen una sustancia

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Calor: Energía transferida de un cuerpo a otro por diferencia de temperatura

El calor fluye de lo caliente a lo frío.

Los cuerpos no contienen calor, contienen energía interna (energía en el interior de la sustancia) 17

Temperatura, calor y expansión

Expansión térmica: Las sustancias se dilatan al calentarse y se contraen al enfriarse

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Temperatura, calor y expansión

Transferencia de calor

Conducción

Convección

Radiación

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Ley de enfriamiento de Newton La tasa de enfriamiento (cuantos grados de

temperatura cambia por unidad de tiempo) depende de la diferencia de temperatura de un cuerpo con su medio: Tasa de enfriamiento ~ ΔT

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Cambio de fase

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Cambio de fase

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Se absorbe energía ->

<- Se cede energía

Termodinámica

Estudio de calor y su transformación en energía mecánica

Cero absoluto: Temperatura a la que átomos y moléculas pierden toda su Ec

Sistema: Grupo bien definido de átomos, moléculas, partículas u objetos.

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Primera ley de la termodinámica

Al fluir calor hacia o desde un sistema, este gana o pierde una cantidad de energía a la cantidad de calor transferido.

Calor agregado al sistema = aumento de energía interna + trabajo externo efectuado

Proceso adiabático: Compresión o expansión de un gas sin que entre o salga calor del sistema

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Meteorología y la primera ley

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Segunda ley de la termodinámica

El calor nunca fluye por sí mismo de un objeto frío a uno caliente

Máquina térmica: Transforma calor en trabajo

Eficiencia = (Tc-Tf)/Tc (Carnot) La diferencia de presiones debida a la

diferencia de temperaturas produce el trabajo.

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Orden y desorden. Entropía

El orden tiende al desorden: la energía deja de ser útil

Lo desordenado no se ordenará por sí mismo

Entropía: Medida del desorden de un sistema

La entropía del Universo aumenta siempre

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Sonido

Ondas (Vibraciones) que viajan por un medio

Frecuencia: tonos agudos o graves

Oído humano:20-20000 Hertz

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Naturaleza del sonido en el aire

El sonido se origina por una vibración, que hace vibrar las moléculas de aire

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El aire trasmite la vibración hasta los oídos, haciendo vibrar el tímpano, que a su vez envía pulsos eléctricos al cerebro

Medios de transmisión

Se requiere un medio El sonido se propaga por cualquier

sustancia elástica Se propaga más rápido en sólidos que

en líquidos, y en líquidos que en gases Rapidez: depende de temperatura,

humedad, etc

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Reflexión del sonido

Eco La energía del reflejo

depende de la superficie reflectora

Ángulo de incidencia = Ángulo de reflexión

Reverberación: reflexión múltiple

Refracción del sonido

Las ondas se desvían si partes de la misma se mueven a distintas rapideces

Usualmente, al estar el aire a distintas temperaturas

Sonido

Energía: Pequeña. Se disipa en energía térmica al viajar en el aire. Sonidos de menor frecuencia llegan más lejos

Vibración forzada: Se obliga a un objeto a vibrar a la misma frecuencia que otro, como en una caja de resonancia.

Sonido

Frecuencia natural: Depende de elasticidad, forma, etc.

Resonancia: Cuando la frecuencia de las vibraciones forzadas de un objeto coincide con su frecuencia natural

Interferencia

Si la cresta de una onda coincide con la cresta de otra, se incrementa la amplitud.

Si la cresta de una onda coincide con un valle de otra, se reduce la amplitud.

Pulsaciones

Fluctuación en la intensidad de sonidos combinados debido a la interferencia

Dicha interferencia a veces es constructiva, a veces destructiva