Presión, densidad y peso específico

La presión es el efecto que las fuerzas ejercen sobre los cuerpos que la soportan. Se puede definir presión como la fuerza entre la superficie:

• La presión se mide en el Sistema Internacional (SI) en pascales (Pa) y es N/m^2. También existe el bar y las atmósferas (atm):
• 1 bar = 10^5 Pa
• 1 atm = 101325 P

• A mayor fuerza ejercida, mayor presión. Además, a menor superficie, mayor presión y mayor efecto de la fuerza ejercida

La densidad es la relación etnre la masa y el volumen. Se escribe en el SI como Kg/m^3.

 

 

El peso específico es el peso de la unidad de volumen. Se escribe en el SI como N/m^3.

 

• El peso específico y densidad son dos cosas distintas. El peso de un cuerpo será igual a su masa por la aceleración de la gravedad. Esto es:

• Pe = d · g

 

Jacob Sierra Díaz

Todo lo que hay que saber sobre energía

Si miramos toda la materia que nos rodea, podremos ver que está sujeta a continuos cambios. Mencionados cambios (ya sea un movimiento o un deslizamiento por ejemplo) cuestan "algo". Ese "algo" se denomina energía. Es decir, para cualquier cambio de cualquier objeto se precisa energía. La energía también es propia de los seres humanos (metabolismo, correr, andar...).

 

Por lo tanto podremos definir energía como la capacidad que tienen los cuerpos (ya sean inanimados o seres vivos) para producir cambios en otros cuerpos o en ellos mismos  o incluso en ambos sentidos.

Sin embargo debemos saber que la energía no es la causa de los cambios de los que estamos hablando. Las causas de estos cambios son las interacciones y las transferencias de energía.

Llegado este momento, debemos definir lo que es la energía cinética. Es la energía que tienen los cuerpos por el hecho de estar en movimiento. Su valor depende de la masa del cuerpo y de su velocidad. Por lo tanto, la fórmula para calcular la energía cinética será:

 

Donde la Ec [Energía cinética] se mide en julios (J), la m [Masa] en kilogramos (kg) y la v [Velocidad] en metros por segundo (m/s).

 

Los físicos suelen decir que la Ec es un tipo de energía mecánica. Definimos Em [Energía mecánica] como aquella que está ligada ala posición o al movimiento de los cuerpos.

 

Ahora nos toca hablar de otro aspecto muy importante sobre la energía, la energía potencial. Se define como la energía que tienen los cuerpos por ocupar una determinada posición. Podemos hablar de energía potencial gravitatoria y de energía potencial elástica.

• La energía potencial gravitatoria es la energía que tiene un cuerpo por estar situado a una cierta altura sobre la superficie terrestre. Su valor dependerá de la masa del cuerpo (m), de la gravedad (g) y de la altura sobre la superficie (h).

 

• La energía potencial elástica es la energía que tiene un cuerpo que sufre una deformación. Su valor depende de la constante de elasticidad del cuerpo (k) y de lo que se ha deformado (x). La K es una constante elástica en newtons/metro y la x es el alargamiento en metros.

 Estas energía se miden también en julios.

 

Jacob Sierra Díaz

La biblioteca de Newton

Una buena idea de los intereses de Newton la da la composición de su biblioteca, que se conoce con bastante detalle tras el estudio que publicó en 1978 el bibliotecario John Harris.

Vamos a clasificar el porcentaje de libros que el genio científico tenía en:

• Libros científicos
• Alquimia y química: 9% aprox.
• Matemáticas: 7% aprox.
• Medicina y anatomía: 3,5%
• Física: 3%
• Astronomía: 2%
• Libros no científicos
• Literatura clásica: 8%
• Historia: 143 volúmenes
• Obras de referencia: 5%
• Teología: 27%
• Obras generales:205 volúmenes
• Biblias, testamentos y estudios bíblicos: 99 libros
• Padres de la Iglesia: 61 libros
• Historia de la Iglesia: 28 volúmenes
• Controversias religiosas: 28 libros
• Ritos y costumbres judías: 24 volúmenes
• Otros: 32 volúmenes

En palabras de Durán Guardeño (2012), únicamente el 25% de los 1800 libros de su biblioteca se pudieron clasificar de científicos. Sin embargo, deberemos estudiar un poco de historia para saber que en aquella época, en Cambridge, era mucho más difícil encontrar obras científicas que de otros temas tales como la religión o novelas clásicas. Ahora la cuestión es la siguiente, ¿se los habrá leído todos?...

BIBLIOGRAFÍA

DURÁN GUAREÑO, Antonio. Newton. La ley de la gravedad, la fuerza más atractiva del universo. Navarra: National Geographic, 2012. 111p.

 

 

Jacob Sierra Díaz

Movimientos

El movimiento uniforme es aquel en el que el espacio es igual a la velocidad por el tiempo. Así mismo no tiene aceleración.

e = v · t

Dentro de esto tenemos movimientos uniformes acelerados (MUA) y movimientos uniformes retardados (MUR). Vamos a ver sus fórmulas:

 

 

Veámoslo en un ejemplo:
1.- Se lanza un piedra desde el suelo con una velocidad de 12 m/s. ¿Qué tiempo tardará la piedra en alcanzar su altura máxima? ¿Cuál es esa altura?

En primer lugar debemos escribir las fórmulas a emplear, poner los datos del problema y hacer un pequeño dibujo para que nos ayude.

 

A continuación aplicaremos las fórmulas para resolver el problema.

 

 

Jacob Sierra Díaz

Efecto eléctrico a partir del campo magnético

A partir de los descubrimientos de Oersted, algunos científicos de su época se plantearon si el efecto contrario podría ocurrir, es decir; si un campo magnético sería o no capaz de generar una corriente eléctrica, algo que tendría unas interesantes consecuencias prácticas.

Faraday situó un imán en las proximidades de un circuito cerrado formado por una bobina (un conjunto de espiras) y un galvanómetro.

Con el imán y la bobina en reposo, la aguja del galvanómetro no se mueve, no se detecta el paso de corriente. (Foto de la izquierda)



Después acercó el imán a la bobina para introducirlo dentro. La aguja del galvanómetro se desvió, indicando el paso de corriente. (Foto de la derecha)




Aparece corriente al ir introduciendo el imán en la bobina. Observó que si el movimiento es más rápido, la desviación de la aguja es aún mayor; y si cesa el movimiento del imán, el galvanómetro vuelve a marcar cero. (Foto  de la izquierda)



Cuando el imán está en reposo, dentro o fuera de la bobina, no hay corriente y la aguja del galvanómetro permanece cerrada. Cuando se aleja el imán, la aguja del  galvanómetro vuelve a detectar el paso de corriente, pero ahora en sentido contrario.

Cuando el imán se aleja de la bobina, produce en el circuito una corriente de sentido contrario. (Foto de la derecha).




Si el imán se acerca por el polo sur, el efecto es el mismo que el observado anteriormente. Esto nos indica que cuando el imán se acerca con la polaridad cambiada, se invierte el sentido de la corriente.

A partir de sus experiencias, Faraday formulo las siguientes leyes:

1.    Aparecerá corriente eléctrica en un circuito siempre que se produzca una variación en el campo magnético que atraviesa la superficie definida por el circuito.

2.    La intensidad de la corriente generada depende de la rapidez con que varía el campo magnético.

Jacob Sierra Díaz

 

Problemas de balística

Un rifle Winchester de masa 5,2 kg dispara una bala de 20 g a una velocidad de 250 m/s. ¿Con qué velocidad retrocederá?

Lo primero que tenemos que hacer es reflejar los datos del problema y saber la información que tenemos y la que nos falta. Nos podemos ayudar de un gráfico:

Masa = m = 5,2 kg
Bala = b = 20 g [Cuidado, está en gramos]
Velocidad de la bala = Vb = 250 m/s

La fórmula a aplicar en este problema es la del principio de cantidad de movimiento:

 

• Antes del disparo la bala está parada y su velocidad es cero, por lo tanto la del fusil también.

• Velocidad de la bala = Vb = 0
• Velocidad del fusil = Vf = 0
• Entonces el vector Pant = 0

 

• Después del disparo tendremos la suma de la masa y velocidad del fusil más la masa y velocidad de la bala:

• Vector de Ppost = mb · vb + mf · vf

 

• A continuación tendremos que aplicar la fórmula

 

 

Jacob Sierra Díaz

El trabajo y la maleta

En física el trabajo se define como fuerza por espacio. Una curiosidad sobre el trabajo lo tenemos con una maleta:

• ¿Hacemos trabajo cuando llevamos una maleta con las asas?

La respuesta es no. Aunque nos duela el brazo por llevar la maleta no estamos haciendo ningún trabajo. Estrictamente diremos que estamos haciendo trabajo si levantamos la maleta o la bajamos al suelo.  



La fuerza y el espacio son vectores. El gráfico que describirá este comportamiento será:

Por lo tanto será la fuerza por el espacio por el coseno de α. α tiene como valor 90ª. El coseno de 90 es 0, por lo que toda la fórmula dará 0. Conclusión: no se hace trabajo.


 Entonces, podremos afirmar que no hay trabajo cuando:

• La fuerza no exista

• El espacio no exista

• La fuerza y el desplazamiento sean perpendiculares

 

Jacob Sierra Díaz y UCLM 

El magnetismo a lo largo de la historia

 

 

Jacob Sierra Díaz

El día en que la manzana cayó sobre Newton

Este es el relato que cuenta Stukeley en su libro Life of Newton (1752) sobre la famosa historia de la manzana de su amigo de Isaac Newton:

"Después de comer, estando el tiempo cálido, fui al jardín a tomar el té con sir Isaac; bajo la sombra de unos manzanos, nos quedamos solos él y yo. Entre otras cosas, me dijo que justo en esa misma situación fue como se le había ocurrido la noción de gravitación. Fue sugerida por la caída de una manzana cuando estaba sentado en actitud contemplativa. ¿Por qué la manzana siempre cae perpendicularmente al suelo?, se preguntó a sí mismo. ¿Por qué no cae hacia otro lado o hacia arriba? Seguramente la razón es que la Tierra la atrae. Debe haber una potencia de atracción en la materia: y la suma de la potencia de atracción de la materia de la Tierra. Por eso esta manzana cae perpendicularmente, o sea, hacia el centro de la Tierra. Si la materia atrae la materia, debe ser en proporción a su cantidad. Por lo tanto, ¡la manzana atrae a la Tierra, como la Tierra atrae a la manzana!"

BIBLIOGRAFÍA

• DURÁN GUAREÑO, Antonio. Newton. La ley de la gravedad, la fuerza más atractiva del universo. Navarra: National Geographic, 2012. 167p.

• FIFO. La manzana de Newton. Batanga.

 

 

Jacob Sierra Díaz

Guitarras eléctricas y fuerza centrípeta

¿Qué ves en la siguiente imagen gif?

Esta floritura con la guitarra eléctrica, que nada tiene que ver con saber o no saber a tocarla, se llama guitar spin. Y como bien has podido observar en la imagen consiste en voltear la guitarra eléctrica alrededor del cuerpo. Esto no es ni más ni menos que la fuerza centrípeta aplicada a un caso práctico.

Cuando un guitarrista gira su guitarra alrededor de su cuerpo, la correa es la encargada de generar la mencionada fuerza centrípeta que mantiene al instrumento moviéndose en círculos. Al hacer girar la guitarra velozmente, mayor fuerza centrípeta se crea para mantener la rotación. Entonces, con suficiente velocidad se logrará completar un giro completo. Si se excede, puede provocar que la correa se rompa y la guitarra salga volando. Sin embargo, la ciencia nos demuestra que las guitarras no están diseñadas para ser volteadas.


Bibliografía (ISO 690)
Alan Ashby. Pinterest. [Imagen GIF]: 2013

La ciencia de lo absurdo. Alfonso Herrera. Nat Geo México, 2014

 

 

Jacob Sierra Díaz

Newton y las armas de fuego

¿Qué propiedad física se aplica a la siguiente imagen?

Empecemos por el principio. En la imagen vemos lo que denominamos un culatazo de arma de fuego, es decir, su retroceso al ser disparado su proyectil. La ley física que se aplica a mencionado culatazo es la Tercera Ley de Movimiento de Newton; la cual dice que a cada acción le corresponderá una reacción de igual magnitud pero en sentido opuesto.

Veamos algunos consejos para contrarrestar el culatazo mediante otra fuerza igual de sentido opuesto y evitar lo que vemos en la imagen gif.

• Para no ser empujado por el culatazo, el tirador debe ponerse en una posición estable y cargar el cuerpo hacia delante.

• Debe pegar el arma al hombro lo más firme posible.

Bibliografía (ISO 690)

CityCaption. Recoil. [Imagen GIF]. Reddit: 2015

La ciencia de lo absurdo. Alfonso Herrera. Nat Geo México, 2014

Prof. Pársec y Jacob Sierra Díaz

Lenguaje cotidiano versus lenguaje científico

Muchas son las palabras que empleamos diariamente en nuestro vocabulario que pueden suponer dificultades para poder asimilar de forma correcta ciertos conceptos físicos. Aquí van algunos:

• Señal de dirección prohibida: Lo que en lenguaje cotidiano llamamos dirección, en el lenguaje científico es sentido. Una dirección tiene dos sentidos.

 

 

• Instante de tiempo. En lenguaje cotidiano equivale a intervalo de tiempo corto. En el científico, no tiene duración.

 

 

 

• Cuando decimos "peso 70 kilos", lo que en realidad estamos indicando es que nuestra masa es de 65 kg (kilogramos) y nuesto peso es de 6.9,8 = 637 newtons (N)

BIBLIOGRAFÍA(ISO 690) 
 
REDAL, Eric Juan. Física y química. Madrid: Santillana- El país, 2005. 356p. ISBN:84-9815-195-3

 

Prof. Pársec y Jacob Sierra Díaz