Punto de fusión y punto de ebullición

La materia tiene propiedades características y no características. Las primeras son particulares para cada sustancia ya que dependen de la naturaleza del átomo que la constituye, por lo que permiten identificar sustancias. Entre las propiedades características de la materia están el punto de fusión y el punto de ebullición.

	Punto de fusión	Punto de ebullición
¿Qué es?	Temperatura a la cual una sustancia cambia de estado sólido a líquido.	Temperatura a la cual una sustancia cambia de estado líquido a gaseoso.
Condición	Presión = 1 atm.	Presión = 1 atm.
Tipo de magnitud	Constante física.	Constante física.
Fases en equilibrio	Sólida y líquida.	Líquido y gaseoso.
¿Qué sucede durante el equilibrio?	La temperatura permanece constante a pesar de que el tiempo de calentamiento aumenta.	La temperatura permanece constante a pesar de que el tiempo de calentamiento aumenta.
¿De qué depende?	Tipo de enlace químico, polaridad e intensidad de las fuerzas de atracción intermolecualres.	Principalmente de la presión atmosférica. También influye el tipo de enlace, polaridad e intensidad de las fuerzas de atracción intermolecualres.
En sustancias covalentes	Bajo.	Bajo.
En sustancias iónicas	Muy alto.	Muy alto.
¿Cómo determinarlo?	Los aparatos más usados son: Tubo de Thiele. Aparato Fisher-Jhons. Aparato Melt-Temp.	Los métodos más usados son: Método por destilación. Método de Siwoloboff.
Representación gráfica temperatura/tiempo
Ejemplo del proceso	Derretimiento de un hielo. Derretimiento de una vela. Fundición del hierro.	Hervir agua para espagueti. Cocinar una sopa. Hacer café.
En algunas sustancias	Agua: 0 °C Mercurio: -38,87 °C Etanol: – 117,3 °C Cobre: 1.083 °C Hierro: 1.535 °C	Agua: 100 °C Mercurio: 356,58 °C Etanol: 64,96 °C Cobre: 2.595 °C Hierro: 3.000 °C

Corriente continua y corriente alterna

La corriente eléctrica es el desplazamiento ordenado de cargas eléctricas a través de un conductor. Según el sentido, ésta puede ser continua o alterna. Ambas son muy usadas e indispensables para el funcionamiento de artefactos electrónicos y del alumbrado público.

	Corriente continua	Corriente alterna
Abreviación	DC (direct current).	AC (alternating current).
Dirección del flujo de electrones	Una sola dirección constante en el tiempo.	Varía, cambia continuamente y no es constante en el tiempo.
Voltaje	Constante.	Cambios periódicos.
Polaridad	Tiene polaridad (positivo o negativo).	No tiene polaridad.
Frecuencia	Siempre será igual a 0.	Cerca de 50 a 60 Hz.
Fuente	Baterías, electroquímicos y celdas fotovoltaicas.	Alternadores.
Pérdida	La transmisión de DC genera pérdidas mayores a la de AC. Para largas distancias habrá pérdida de corriente.	La pérdida en la transmisión de AC es menor que la de DC. Este tipo de corriente es apta para recorrer largas distancias.
Ventajas	Puede almacenarse en baterías. Puede reducirse su voltaje a niveles muy bajos para ser usado en dispositivos electrónicos.	Fácil transformación. Facilidad de transporte a larga distancia. Fácil y económico manejo cambio en los niveles de voltaje.
Aplicación	En los dispositivos electrónicos y digitales.	En los alumbrados públicos y viviendas.
Conversión	De DC a AC se usan rectificadores y diodos semiconductores.	De AC a DC se usan diodos, capacitores y reguladores.
Forma representativa

Ley de Coulomb y ley de gravitación universal

La ley de Coulomb y la ley de gravitación universal son de gran importancia para entender el comportamiento de dos de las fuerzas fundamentales en la naturaleza: la eléctrica y la gravitacional. Ambas leyes se representan por medio de expresiones matemáticas muy similares, sin embargo sus diferencias son notorias.

	Ley de Coulomb	Ley Gravitacional universal
Enunciado	La fuerza eléctrica de atracción y repulsión entre dos cargas es directamente proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.	La fuerza gravitacional de atracción entre dos masas es directamente proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
Interacción	Fuerza entre cargas. Puede ser atractiva o repulsiva.	Fuerza entre masas. Siempre es atractiva.
Efectos	Más evidente en cuerpos pequeños: los átomos.	Más evidente en cuerpos grandes: galaxias, planetas y estrellas.
Expresión matemática	$F_{E} = K \frac{q_{1}q_{2}}{r^{^{2}}}$	$F_{G} = G \frac{m_{1}m_{2}}{r^{2}}$
Cuerpos implicados	Cargas: $q_{1}q_{2}$	Masas: $m_{1}m_{2}$
La distancia entre:	Los centros de las cargas es $r$	Los centros de las masas es $r$
Constante	$K = 9 . 10^{9} N.m^{2}/C^{2}$	$G = 6,67 . 10^{-11} N.m^{2}/kg^{2}$
Fuerza sobre el átomo de hidrógeno	Carga del electrón del átomo de H $q_{1} = - 1,6 . 10^{-19} C$ Carga del protón del átomo de H $q_{2} = 1,6 . 10^{-19} C$	Masa del electrón del átomo de H $m_{1} = 9,1 . 10^{-31} kg$ Masa del protón del átomo de H $m_{2} = 1,67 . 10^{-27} kg$

Energía cinética y energía potencial

Un sistema posee energía si tiene la capacidad de hacer el trabajo. El trabajo desplaza la energía de un sistema a otro. Hay muchos tipos diferentes de energía que se dividen en dos formas principales: cinética y potencial. Aunque puede transformarse de un tipo a otro, la energía nunca puede ser creada o destruida.

	Energía cinética	Energía potencial
Se asocia con:	El movimiento.	La energía almacenada.
Depende de:	La masa del objeto y su velocidad.	La altura del cuerpo respecto a un sistema de referencia.
Se puede convertir en:	Energía potencial	Energía cinética
Unidad de medición	Joule (J)	Joule (J)
Formas de energía	Mecánica, térmica, eléctrica, radiante y sonora.	Mecánica, eléctrica e hidráulica.
Fórmula	E_k= ½ m. v²	E_Pg= m.g.h
Ejemplo	Cualquier tipo de movimiento.	La energía de un objeto ubicado a lo alto de una montaña con respecto a la base de la misma.

Modelos atómicos: Thomson, Rutherford y Bohr

Durante siglos, la humanidad ha investigado a los átomos: partículas fundamentales de la materia. Estos átomos son tan pequeños que no es posible verlos, por lo que a lo largo de los años los científicos han propuesto modelos y teorías acerca de cómo son. A continuación se comparan tres de los primeros modelos atómicos que anteceden al modelo atómico actual.

	Modelo atómico de Thomson	Modelo atómico de Rutherford	Modelo atómico de Bohr
Científico responsable	Joseph Thomson (1856 – 1940)	Ernest Rutherford (1871 – 1937)	Niels Bohr (1885 – 1962 )
Año de propuesta del modelo	1904	1911	1913
Forma del átomo	Esfera maciza de materia con carga positiva y partículas incrustadas con carga negativa.	Esfera maciza con carga positiva rodeada de pequeñas partículas con carga negativa.	Esfera maciza con carga positiva rodeada de pequeñas partículas con carga negativa.
Descubrimiento experimental	Los electrones: partículas diminutas con carga eléctrica negativa ubicadas dentro del átomo.	El núcleo: zona central del átomo, muy pequeña.	Espectros atómicos: radiación emitida por los átomos excitados de los elementos en estado gaseoso.
Núcleo	No posee.	Sí posee. Está cargado positivamente.	Sí posee. Está cargado positivamente.
Masa del átomo	Concentrada en toda la esfera maciza de materia.	Concentrada en el núcleo.	Concentrada en el núcleo.
Ubicación de electrones	Incrustados en la esfera positiva.	Alrededor del núcleo, en el espacio vacío.	Alrededor del núcleo, en órbitas circulares.
Movimiento de electrones	No posee.	Giran constantemente cerca del núcleo, en el vacío.	Giran constantemente cerca del núcleo en niveles definidos de energía.
Cantidad de cargas	Igual cantidad de cargas positivas y negativas. El átomo es neutro.	Igual cantidad de cargas positivas y negativas. El átomo es neutro.	Igual cantidad de cargas positivas y negativas. El átomo es neutro.
Representación del modelo
Otros nombres del modelo	Modelo del pudín de pasas.	Modelo planetario.	Modelo de Bohr.

Ondas sonoras

El sonido es producido por fuentes vibrantes colocadas en un medio que por lo general suele ser el aire, pero puede ser cualquier gas, líquido o sólido. Un objeto que vibra en el aire produce ondas de sonido a través del desplazamiento de las capas de sus partículas.

El sonido es una forma de energía que se transmite de un punto a otro como una onda.

¿Qué es una onda?

Una onda es una perturbación vibratoria en un medio que transporta energía de un punto a otro sin que haya un contacto directo entre los dos puntos.

Se puede decir que una onda es producida por las vibraciones de las partículas del medio a través del cual pasa.

Tipos de ondas

Hay dos tipos de ondas: longitudinales y transversales.

En las ondas longitudinales, las partículas del medio vibran hacia adelante y hacia atrás en la misma dirección en que se mueve la onda. El medio puede ser sólido, líquido o gaseoso.

Por su parte, en las ondas transversales las partículas del medio vibran hacia arriba y hacia abajo en ángulo recto hacia la dirección en que se mueve la onda. Estas ondas se producen sólo en sólidos y líquidos, pero no en los gases.

El sonido es una onda longitudinal que consiste en compresiones y rarefacciones que viajan a través de un medio.

Características de las ondas sonoras

Los sonidos de diferentes objetos se pueden distinguir en base a sus diferentes características:

Volumen o sonoridad

La sonoridad es la característica del sonido por la cual se pueden distinguir los sonidos fuertes y débiles. El volumen hace referencia a la magnitud del sonido que escuchamos, es la intensidad con que percibimos la onda sonora. Por ejemplo, cuando una persona habla con otra lo hace con menos intensidad que si lo hiciera en una reunión pública.

La sonoridad depende de una serie de factores:

Amplitud del cuerpo vibrante: la intensidad del sonido varía directamente con la amplitud del cuerpo vibrante. Por ejemplo, cuando al tocar un tambor con fuerza la amplitud de su membrana aumenta y se escucha un sonido fuerte.
Área del cuerpo vibrante: la intensidad del sonido también depende del área del cuerpo vibrante. Por ejemplo, el sonido producido por un tambor grande es más fuerte que el de uno pequeño debido a su gran área vibratoria. La sonoridad aumenta con el área del cuerpo vibrante y viceversa.
Distancia desde el cuerpo vibrante: la sonoridad también depende de la distancia del cuerpo vibrante al oyente. Es causada por la disminución de la amplitud debido al aumento de la distancia.

Tono

El tono es la característica del sonido por la cual podemos distinguir entre un sonido agudo o grave, y depende de la frecuencia. Un tono más alto significa una frecuencia más alta y viceversa.

Frecuencia

La frecuencia es el número de vibraciones de sonido que pasan en un segundo. Por ejemplo, la frecuencia de la voz de las mujeres y los niños es mayor que la de los hombres.

Calidad

Es la característica del sonido por la cual se puede distinguir entre dos sonidos de la misma intensidad y el tono. Por ejemplo, si una persona está fuera de una sala puede distinguir entre las notas de un piano y una flauta que se tocan dentro de la sala, esto se debe a la diferencia en la calidad de estas notas.

Intensidad

Es la energía del sonido que pasa por segundo a través de una unidad de área perpendicular a la dirección de propagación del sonido. Las ondas sonoras transfieren energía desde la fuente sonora al oyente. La intensidad del sonido depende de la amplitud de la onda.

¿Sabías qué...?

La sonoridad depende no sólo de la intensidad del sonido sino también de las condiciones físicas del oído ya que el oído humano es más sensible a algunas frecuencias que a otras.

Reflejo del sonido

Cuando una persona aplaude o grita cerca de una superficie reflectante, como un edificio alto o una montaña, vuelve a escuchar el mismo sonido un poco más tarde. Ese sonido que escucha se llama eco y es el resultado de la reflexión del sonido desde la superficie.

Energía del sonido

Es la energía producida cuando las ondas se mueven hacia afuera desde un objeto vibrante o fuente sonora. Cuando las moléculas de aire alrededor de las ondas comienzan a vibrar, las ondas de sonido son transportadas.

Diferencia entre eco y reverberación

Cuando el sonido incide en la superficie de un medio y rebota, se llama eco o reflejo del sonido. La reverberación es el reflejo múltiple de las ondas sonoras.

La sensación de sonido persiste en nuestro cerebro durante aproximadamente 0,1 s. Para escuchar un eco claro, el intervalo de tiempo entre nuestro sonido y el sonido reflejado debe ser de mayor a 0,1 s si este es menor a 0,1 s se produce reverberación.

Propagación del sonido

En el aire, el sonido se transmite por las variaciones de presión de su fuente al entorno. El nivel de sonido disminuye a medida que se aleja cada vez más de su fuente.

Si bien la absorción por el aire es uno de los factores que atribuyen al debilitamiento de un sonido durante la transmisión, la distancia juega un papel más importante en la reducción del ruido durante la transmisión. La reducción de un sonido se llama atenuación.

El efecto de la atenuación de la distancia depende del tipo de fuentes de sonido. La mayoría de los sonidos o ruidos que se encuentran en la vida cotidiana provienen de fuentes que se pueden caracterizar como fuentes puntuales o lineales.

Si una fuente sonora produce una propagación esférica del sonido en todas las direcciones, es una fuente puntual. Si la fuente sonora produce una propagación cilíndrica del sonido, se puede considerar como una fuente lineal.

Las fuentes sonoras puedes ser naturales o artificiales de acuerdo a su origen.

Carácter vectorial de una fuerza

Las magnitudes pueden ser escalares o vectoriales, estas últimas, como su nombre lo indica, pueden ser representadas por vectores. Estos están definidos de acuerdo a un sistema de referencia y cuentan con dirección, sentido y módulo.

La fuerza que ejerce una persona al empujar un vehículo se representa mediante un vector.

Una magnitud física es una propiedad de un sistema físico, la misma tiene la capacidad de ser medida. Para realizar la medición se utilizan patrones, como pueden ser los del Sistema Internacional de Unidades.

magnitudes escalares

Las magnitudes escalares se definen mediante un número, no tienen ni sentido, ni dirección, ni módulo, tampoco punto de aplicación. Ejemplos de ellas pueden ser la masa de un objeto, la temperatura, el volumen o la densidad de las sustancias.

magnitudes VECTORIALES

Se caracterizan porque están relacionadas con su orientación (dirección y sentido), poseen un punto de aplicación (lugar donde se ejercen) y se expresan mediante una cantidad (módulo o intensidad). Son representadas por un vector que es un segmento orientado. Ejemplos de estas magnitudes son la velocidad, la aceleración, las fuerzas y los campos eléctricos o magnéticos, entre otros.

Dirección: indica la recta de acción por la cual se mueve la fuerza.
Sentido: esta característica está indicada por la punta de la flecha.
Módulo: este elemento viene representado por la longitud de la flecha y su significado depende de la escala asociada.
Un jugador de fútbol ejerce una fuerza sobre la pelota al patearla, dicha fuerza es un vector que está asociado a un ángulo de inclinación. El sitio en donde golpea a la pelota es el punto de aplicación.

¿QUÉ ES EL CARÁCTER VECTORIAL DE UNA FUERZA?

El carácter vectorial de una fuerza está dado por las características que componen a la misma y que pueden ser representadas mediante un vector. Dependiendo de dónde (lugar de aplicación), cómo y hacia dónde (dirección y sentido) se le aplique una fuerza a un objeto, este se moverá. Es decir que el elemento matemático que mejor se asemeja a una fuerza es un vector. Por lo tanto, cualquier concepto o fórmula que sea aplicable a un vector, es también aplicable automáticamente a una fuerza. En lenguaje matemático, los vectores se representan con una flecha arriba ().

suma de fuerzas

Existen dos formas de hacerlo, gráfica y analíticamente. Gráficamente puede realizarse de varias formas, siendo el método de la poligonal y el del paralelogramo los más utilizados.

Cuando la suma corresponde a dos vectores, el método de la poligonal toma el nombre particular de “método del triángulo” (conocido comúnmente como método “cola a punta de flecha”).

Método del triángulo (gráfico)

Este método requiere el uso de regla y transportador. Para el caso de la suma de dos fuerzas () los pasos son los siguientes:

Trazar uno de los vectores, cualquiera de ellos.

2. Dibujar el segundo vector a continuación del primero, es decir, haciendo coincidir la punta de la flecha del primero con el origen del segundo, cuidando de mantener la longitud e inclinación exacta al extrapolarlo (mover su ubicación).

3. Unir el origen del primer vector (fuerza en este caso) con la flecha del último. El vector que queda determinado es el vector resultante .

De esta forma, se obtiene el vector resultante que representa la suma de ambas fuerzas y tiene su propio módulo, dirección y sentido (ver flecha de color verde).

Método del paralelogramo (gráfico)

En este caso, para poder hacer la suma vectorial se tienen que trazar ambos vectores con un origen en común. Ambos se deben trasladar con su misma dirección, sentido y módulo. Luego se dibuja una línea paralela a cada uno de ellos y se forma así un paralelogramo como se ve en la figura.

Para finalizar se traza la diagonal que nace en el origen en común de los vectores y se obtiene el vector resultante.

MÉTODO ANALÍTICO

Para realizar la suma de dos fuerzas en forma analítica se realiza la descomposición de sus componentes en un eje cartesiano. Cualquier fuerza puede ser calculada mediante sus componentes si se sabe el ángulo que forma con el eje horizontal y su módulo. Con estos datos se pueden aplicar fórmulas trigonométricas para hallar los resultados.

Siendo F el módulo del vector y α el ángulo de inclinación con respecto a la horizontal. Es importante tener en cuenta que en las fórmulas la letra F no lleva una flecha en la parte superior, dado que representa al módulo del vector. que es una magnitud escalar (una cantidad). Siempre que se observe una flecha en la parte superior de una letra lo que se indica es que es una magnitud vectorial. Por ejemplo, las fuerzas se descomponen de la siguiente forma:

VERSORES

Un versor es un vector unitario, es decir cuyo módulo es igual a 1. Se utilizan en física y en álgebra lineal y se denomina también versor normalizado. En un eje cartesiano se hallan dos versores: “i” y “j”.

i: versor del eje x

j: versor del eje y

Por lo tanto el vector o fuerza resultante sería:

Por último, el módulo de cualquier fuerza vectorial se puede calcular como:

Fx y Fy en este caso corresponden a las componentes del vector resultante.

Siendo Fx y Fy las componentes de la fuerza resultante con respecto a un eje cartesiano.

A PRACTICAR LO APRENDIDO

Realizar la suma gráfica de las siguientes fuerzas mediante el método del triángulo:

2. Sumar las fuerzas del ejercicio anterior mediante el método del paralelogramo.

3. Dadas las siguientes fuerzas expresadas en la unidad [N], newton, hallar el módulo de la fuerza resultante.

respuestas

¿Sabías qué...?

Para que exista una fuerza deben interactuar dos cuerpos, uno que ejerza la fuerza y otro que la reciba.

Si deseas conocer más sobre cálculo vectorial ingresa a la Enciclopedia de Física ,en la página 160 encontrarás el capítulo de álgebra vectorial.

El movimiento mecánico

Nos movemos, vamos de un lugar para otro y, a veces, también desplazamos objetos. La vida a diario nos lleva a movernos, de la casa a la escuela, del trabajo al banco, del cine a un restaurante, etc. Veamos cómo explica la física estos tipos de movimientos.

En física clásica movimiento mecánico es el fenómeno físico que se define como todo cambio de posición en el espacio que experimentan los cuerpos de un sistema con respecto a ellos mismos o a otro cuerpo que se toma como referencia. Todo cuerpo en movimiento describe una trayectoria. La descripción y estudio del movimiento de un cuerpo exige determinar su posición en el espacio en función del tiempo. Para ello es necesario un sistema de referencia o referencial.

Bien, ya explicamos el concepto de movimiento mecánico y los aspectos que se estudian del mismo. Ahora vamos a identificarlos uno a uno.

Dijimos que el movimiento se estudia en función de un sistema de referencia; es decir, de un sistema que permita determinar la posición en el espacio (metros) y en el tiempo (segundos). De este modo podremos establecer, dónde empieza el movimiento, por qué lugares pasa y en qué punto se detiene.

Un sistema de referencia está formado por ejes de coordenadas y por un punto tomado como posición de origen.
Por ejemplo:

Teniendo en cuenta el sistema de referencia, un objeto, por ejemplo un auto, se mueve cuando cambia su posición inicial a medida que pasa el tiempo. Continuando con el ejemplo, supongamos que el auto recorre 800 metros. En este punto podemos analizar su desplazamiento y la trayectoria. Ambos conceptos son diferentes.

La trayectoria es el camino o curva que recorre el auto, en cambio el desplazamiento es el vector que va del punto inicial al final de una trayectoria. Hay que tener en cuenta que si el auto se desplaza en línea recta, entonces la trayectoria y el desplazamiento coincidirán.

Tipos de movimientos

A continuación vamos a detallar una serie de movimientos, en primer lugar vamos a tener en cuenta el tipo de trayectoria que describen; es decir, si es recta (rectilínea) o curva (curvilínea).

Con respecto a las trayectorias curvilíneas podemos citar los siguientes movimientos: elípticos, circulares y parabólicos.

Movimiento rectilíneo uniforme (MRU)

Trayectoria: recta.
Velocidad: constante.
Aceleración: nula porque no hay cambio de velocidad.

Por ejemplo: ciclistas que avanzan en un línea recta a velocidad contante. La aceleración es nula porque la velocidad no varía. Siempre van a 20 km/h.

El tren bala cuando se mueve a su velocidad crucero (constante) es un ejemplo de MRU.

Movimiento rectilíneo uniformemente variado (MRUV)

Trayectoria: recta.
Velocidad: variada.
Aceleración: constante.

Debido a que la velocidad varía, por ejemplo de 20 km/h a 28 km/h, aparece otro concepto que se llama aceleración. Esta última nos dice cuán rápida cambia la velocidad un móvil. Está relacionada con el cambio de velocidad y el tiempo empleado en realizar ese cambio.

Por ejemplo: Podemos mencionar dos ejemplos clásicos, caída libre o lanzamiento vertical.

En el caso de la caída libre, el movimiento es provocado por la atracción gravitatoria de la Tierra (9,8 m/s²). Por tanto la velocidad del cuerpo en caída libre aumentará 9,8 m/s por cada segundo transcurrido.

En relación al lanzamiento vertical, la atracción gravitatoria actuará del mismo modo que en la caída libre. Por lo tanto si lanzamos una pelota hacia arriba, la velocidad del cuerpo irá disminuyendo gradualmente con una aceleración constante de 9,8 m/s². Este movimiento es simétrico porque la pelota llegará a una altura máxima en un tiempo determinado y luego bajará a la posición inicial en el mismo tiempo que tardó en ascender, siempre y cuando no se tenga en cuenta el roce con el aire y otros factores ambientales.

Movimiento circular uniforme

Trayectoria: circunferencia.
Velocidad: constante.
Aceleración: constante.

Leyes de Newton

Para los fenómenos de la vida diaria, las tres leyes del movimiento de Newton constituyen la piedra angular de la dinámica (el estudio de las causas del cambio en el movimiento).

Primera ley: Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas externas impresas sobre él.

Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza o una serie de fuerzas externas cuyo resultante no sea nulo sobre él.

Segunda ley: El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea de acción a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.

Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento actúa una fuerza neta. La fuerza modificará el estado de movimiento, cambiará la velocidad en módulo o dirección.

Tercera ley: Con toda acción ocurre siempre una reacción igual magnitud y sentido contrario: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales en magnitud y dirigidas en sentido opuesto.

Expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad y dirección, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo. Es importante observar que este principio de acción y reacción relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo cuerpo, y producen en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas. Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la segunda ley.

Teoría de la relatividad

¿Qué conceptos asocias con teoría de la relatividad? … Veamos de qué se trata: fue formulada por el físico alemán Albert Einstein a principios del siglo XX, con el tiempo incluiría dos teorías: la de la relatividad especial y la de la relatividad general. Fueron desarrolladas para explicar cuestiones confusas en el concepto de “movimiento relativo”, pero resultaron ser la base de las ciencias físicas y el punto de partida para que los físicos explicaran conceptos fundamentales.

Albert Einstein fue un físico alemán que nació el 14 de marzo de 1879 en el seno de una familia judía y resolvió una serie de incongruencias que se detectaron en los pilares de la ciencia del siglo XX, es decir, entre la mecánica Newtoniana y la Teoría del Electromagnetismo.

Vayamos paso a paso: ¿De qué se trataban los pilares
de la ciencia de aquella época?

Teoría Mecánica: hoy en día es más conocida como Mecánica Newtoniana. Sirve para explicar eventos físicos de la vida diaria, describe con gran exactitud sistemas como cohetes, movimiento de automóviles, moléculas orgánicas, planetas, etc. Fue desarrollada a partir de los conocimientos de cinemática y dinámica aportados desde Aristóteles hasta Galileo.

Teoría del Electromagnetismo: explica efectos magnéticos y eléctricos conocidos desde los griegos hasta los últimos avances de Oersted, Faraday y Lenz. Fue desarrollada por el científico inglés James Maxwell.

¿Qué ocurría con estas teorías en el siglo XX?

Algo parecía no tener lógica, estas teorías no lograban dar respuesta a nuevos cuestionamientos. Los científicos de la época decidieron reformular conceptos y seguir investigando.

¿Cuáles eran esos nuevos cuestionamientos que quedaban sin respuesta?

En el siglo XX comienzan a preguntarse qué medio utiliza la luz para moverse. La primera hipótesis fue decir que existía un medio transparente, fijo en todo el Universo y de baja densidad que inundaba todos los huecos del espacio. Lo llamaron éter y para comprobar su existencia dos físicos, Michelson y Morley, desarrollaron una prueba: emitir dos rayos de luces en sentido opuesto. Uno fue emitido en sentido al movimiento de la Tierra y el otro en sentido contrario. De este modo, se suponía que el que giraba en sentido al movimiento de la Tierra debía llegar más rápido; pues de acuerdo a la teoría de la época, para determinar la velocidad real de este rayo había que sumar la velocidad propia del rayo más la de la Tierra. En cambio, para obtener la velocidad del rayo que iba en movimiento contrario al de la Tierra había que restar la velocidad de la Tierra a la velocidad del rayo.

Para sorpresa de todos, los haces de luz llegaban en el mismo momento al espejo, que se había dispuesto como meta para que rebotaran y volvieran al punto inicial al cual también debían llegar en el mismo momento.

El experimento lo hicieron una y otra vez, ya que estaban convencidos de que un rayo debía tardar más que otro en hacer el recorrido. Pero no encontraron diferencia. En consecuencia, entró en crisis la teoría del éter y volvió a surgir la incógnita: ¿en qué se apoyaba la luz para trasladarse? ¿Por qué la velocidad no variaba a pesar de todos los experimentos?

La velocidad de la luz es 300.000 km/h. La luz del Sol tarda 8 minutos en llegar a la Tierra.

Albert Einstein revela el misterio

Un joven alemán que estudiaba ciencias físicas en Zurich formula una explicación al gran interrogante de la época reformulando toda la física clásica de Newton que se estudiaba en aquel momento. A partir de las teorías de Einstein, la mecánica clásica comienza a considerarse como un caso particular de una mecánica más amplia y general. Con el tiempo, la denominan Física Relativista y la aplican para explicar el movimiento de partículas que se mueven a grandes velocidades, como las de la luz.

Einstein sustentó su teoría física en dos postulados que, con el tiempo, sirvieron para explicar la naturaleza del universo.

Ellos son:
1. La luz se mueve siempre a velocidad constante de 300.000 Km/seg, independientemente de la velocidad de la fuente emisora.
2. No existe ningún experimento posible en una nave que nos permita saber si nos estamos moviendo.

Albert Einstein tenía 26 años cuando publicó la teoría de la relatividad.

Como podemos ver, estos postulados rompen con los conceptos establecidos en la época. Por ejemplo, es ignorado el principio de la relatividad establecido por Galileo, donde se indica que hay que sumar las velocidades. Si desde un automóvil emitimos un haz de luz, Galileo hubiese dicho que para determinar su velocidad habría que sumar la velocidad del haz, más la velocidad del automóvil; Einstein estableció que la luz siempre se mueve a velocidad constante de 300.000 Km/seg, independientemente de la velocidad de la fuente emisora. Además, Einstein afirmó que la luz no necesita ningún medio de transporte ya que simplemente se mueve a través del vacío.

La teoría de la relatividad introduce el concepto de tiempo relativo. Los fenómenos físicos tienen asociado un tiempo. Si un astronauta realiza un viaje por el espacio a la velocidad de la luz no notará nada particular en su reloj, pero al regresar a la Tierra se dará cuenta que no coincide con los relojes que se quedaron en ella. Adicional a esto, Einstein predice que la masa y la energía de un cuerpo están relacionadas con la velocidad de la luz elevada al cuadrado, E = mc². Esta fórmula afirma que en un solo kilogramo de materia esta almacenada toda la energía que consume la Tierra. Para ese momento, en el año 1905, se pensó que era imposible extraer esa energía pero la situación cambió 30 años después con la bomba que destruyó Hiroshima.

E=mc² es la ecuación más famosa del mundo desde que apareció en la portada de la revista Times de 1946.

La electricidad

El término “electricidad” deriva del griego electrón, que significa “ámbar”, y con este nombre se ha designado a todos los fenómenos físicos relacionados con la atracción de cargas negativas o positivas y resultantes de la presencia de una corriente eléctrica. Esto se debe a que Tales de Mileto, antiguo científico y pensador griego, comprobó que si se frotaba una varilla de ámbar con lana o piel, ésta atraía objetos ligeros que volaban y se adherían a él. Ahora bien, para explicar adecuadamente la mayoría de los fenómenos asociados, debemos incluir lo que se entiende como “magnetismo”. De esta manera, podremos entender el significado de los campos magnéticos, el origen de los rayos que tanto destacan en las tormentas y toda una amplia gama de aplicaciones industriales que conocemos en la actualidad.

La electricidad o energía eléctrica se produce porque la materia que nos rodea está formada por átomos que constan, a su vez, de protones, neutrones y electrones. Los protones y electrones tienen, entonces, una propiedad que se conoce con el nombre de carga eléctrica; ésta puede ser de dos tipos:

• Los protones tienen carga eléctrica positiva.
• Los electrones tienen carga eléctrica negativa.

Normalmente, los átomos de los cuerpos tienen tantos protones como electrones, por lo que tendrán tantas cargas eléctricas positivas como negativas. Ahora bien, estas cargas se contrarrestan unas a otras para que el objeto resulte neutro. No obstante, los átomos pueden ganar o perder electrones y convertirse en iones. De esta forma, los cuerpos neutros pueden adquirir una carga eléctrica.

• Cuando los átomos ganan electrones, el cuerpo adquiere carga eléctrica negativa.
• Cuando los átomos pierden electrones, el cuerpo adquiere carga eléctrica positiva.

Un cuerpo electrizado está cargado positiva o negativamente porque ha perdido o ganado electrones. Por consiguiente, la carga eléctrica es una magnitud física, medible y cuantificable.

La electricidad se puede trasmitir de un punto a otro, conduciéndola a través de distintos objetos o materiales. En otras palabras, las cargas eléctricas pueden desplazarse de un cuerpo a otro dando lugar a lo que se denomina “corriente eléctrica”, que consiste en el desplazamiento ordenado de electrones. Para que se produzca una corriente eléctrica se necesitan:

• Electrones que puedan moverse; por ejemplo, los iones, tanto positivos como negativos, originan corrientes eléctricas.
• Sustancias conductoras por donde puedan desplazarse las cargas móviles, sean sólidas, líquidas o gaseosas.
• Finalmente, generadores y/o dispositivos que, manteniendo el desequilibrio de cargas y aportando la energía necesaria, consiguen el movimiento de dichas cargas. Son generadores las máquinas que existen en las centrales eléctricas, los dínamos que dan luz a una bicicleta o las pilas que permiten el funcionamiento de una linterna.

Si falta alguno de estos elementos, la corriente eléctrica no podrá mantenerse en un circuito. Así, cuando una pila se agota, ya no es capaz de transportar electrones desde sus bornes –éstos son las partes metálicas de una máquina o dispositivo eléctrico donde se produce la conexión con el circuito eléctrico exterior al mismo–; la corriente se interrumpe en el circuito.

En los materiales llamados conductores existen partículas con carga eléctrica negativa que pueden desplazarse. Así pues, los metales son buenos conductores de corriente eléctrica porque disponen de electrones que pueden moverse con libertad a lo largo del metal. Los mejores conductores son la plata, el cobre, el oro, el aluminio, el hierro y el plomo. En otros materiales, llamados aislantes, las cargas no pueden moverse con libertad, por lo que no se produce una corriente eléctrica. La madera, la goma, el plástico y el vidrio son buenos aislantes porque en ellos no hay electrones que tengan libertad para moverse a lo largo del material.

LA ELECTRICIDAD EN EL HOGAR

El uso de la electricidad en la vida moderna es imprescindible. Difícilmente una sociedad puede concebirse sin el uso de la electricidad. De este modo, y a través de la tecnología, la industria eléctrica ha puesto a disposición de las personas el uso de artefactos eléctricos que facilitan las labores del hogar, haciendo la vida más placentera.

Las máquinas o artefactos eléctricos que nos proporcionan comodidad en el hogar, ahorro de tiempo y disminución en la cantidad de quehaceres, se denominan electrodomésticos. Entre los más utilizados pueden citarse la cocina eléctrica, el refrigerador, la tostadora, el microondas, la licuadora y el lavarropas. Existe también otro tipo de artefactos que nos proporcionan entretenimiento y diversión, y que son también herramientas de trabajo y fuentes de información: el televisor, el equipo de sonido, los videojuegos, las computadoras, etc.

LA ELECTRICIDAD EN LA INDUSTRIA

Con todo, la necesidad de aumentar la producción de bienes a un mínimo costo obligó a reemplazar la mano de obra por maquinarias eficientes. Esto pudo llevarse a cabo en forma masiva a raíz del desarrollo de los motores eléctricos. Por ejemplo, en una empresa de bebidas gaseosas podemos observar como las correas transportadoras llevan las botellas a las máquinas tapadoras para ser llenadas y luego son transportadas para ser empacadas; estas máquinas necesitan energía eléctrica para su operación.

LA ELECTRICIDAD EN LA COMUNIDAD

Por otra parte, la electricidad en la comunidad se manifiesta a través del alumbrado público en plazas, parques, autopistas, túneles y carreteras, con el fin de proporcionar seguridad y visibilidad a los peatones y mejor desenvolvimiento del tráfico automotor en horas nocturnas; los semáforos en la vía pública permiten regular y controlar el flujo de vehículos. También en los medios de comunicación apreciamos la importancia de la electricidad, ya que el funcionamiento de la radio, televisión, cine, la emisión de la prensa, entre otros, depende en gran parte de este tipo de energía.

Por lo demás, desde que la electricidad fue descubierta, siempre estuvo al servicio de la medicina a través de los distintos instrumentos y máquinas usadas en esta área (equipos para radiaciones de cobalto, equipos de rayos X, equipos para tomografías, equipos para electrocardiogramas), y ha contribuido a numerosos avances en la ciencia e investigación.

Además, diversas herramientas y maquinarias que funcionan con electricidad son empleadas en nuestra comunidad para reparar o acondicionar nuestras urbanizaciones.

FUENTES DE ENERGÍA EN LA NATURALEZA

En la naturaleza encontramos la electricidad atmosférica, que se manifiesta a través del rayo. Este fenómeno natural contiene gran carga eléctrica y al acercarse a la tierra se transforma en energía calórica y luminosa. Ya conocemos que las nubes están formadas por un número inmenso de pequeñas gotas de agua, que forman grandes masas suspendidas en el aire. El roce de una nube con otra, o con los picos de las grandes montañas, puede hacer que éstas adquieran una carga eléctrica extraordinaria.

La nube cargada de electricidad puede ejercer sobre otras nubes, o sobre las porciones más elevadas del suelo, fenómenos de influencia, haciendo que la atracción entre cargas opuestas produzca una descarga violenta. De este modo se produce el rayo, con la consiguiente manifestación de luminosidad, que es el relámpago, y el ruido producido por la rotura de las capas de aire, que constituye el trueno.

En la naturaleza existen diversas fuentes de energía y, para convertirlas en electricidad, es necesario crear el sistema apropiado para cada fuente. Estas fuentes de energía son de dos tipos: No Renovables, como el petróleo, el gas, el carbón, el uranio, y el plutonio, y Renovables, como el agua, la luz solar, el calor y viento, etc.

A modo de conclusión, podemos decir que, a pesar de no contar aún con la tecnología suficiente para aprovechar todo el caudal energético de la electricidad, vamos camino a ello.