UNIDAD 1

Magnitudes físicas

En Física, se llaman magnitudes a aquellas propiedades que pueden medirse y expresar su resultado mediante un
número y una unidad. Son magnitudes las longitud, la masa, el volumen, la cantidad de sustancia, el voltaje, etc.
Las siguientes magnitudes se denominan magnitudes físicas fundamentales. Si a estas magnitudes se les añaden dos
magnitudes complementarias: el ángulo sólido y el ángulo plano, a partir de ellas pueden expresarse TODAS las
demás magnitudes físicas.

UNIDAD 3

¿En qué se diferencian calor y temperatura?

Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. Amenudo pensamos que calor
y temperatura son lo mismo. Sin embargo este no es el caso. El calor y la temperatura están relacionadas
entre si, pero son conceptos diferentes.

El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una
medida de la energía molecular media. El calor depende de la velocidad de las partículas, su número, su
tamaño y su tipo. La temperatura no depende del tamaño, del número o del tipo. Por ejemplo, la
temperatura de un vaso pequeño de agua puede ser la misma que la temperatura de un cubo de agua,
pero el cubo tiene más calor porque tiene más agua y por lo tanto más energía térmica total.

El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si añadimos calor, la temperatura
aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye. Las temperaturas más altas tienen lugar cuando las
moléculas se están moviendo, vibrando y rotando con mayor energía.
Si tomamos dos objetos que tienen la misma temperatura y los ponemos en contacto, no habrá
transferencia de energía entre ellos porque la energía media de las partículas en cada objeto es la misma.
Pero si la temperatura de uno de los objetos es más ala que la otra, habrá una transferencia de energía del
objeto más caliente al objeto más frío hasta que los dos objetos alcancen la misma temperatura.

La temperatura no es energía sino una medida de ella, sin embargo el calor sí es energía.

La temperatura es la medida de la energía térmica de una sustancia. Se mide con un termómetro. Las
escalas más empleadas para medir esta magnitud son la Escala Celsius (o centígrada) y la Escala Kelvin.
1ºC es lo mismo que 1 K, la única diferencia es que el 0 en la escala Kelvin está a - 273 ºC.

En la escala Celsius se asigna el valor 0 (0 ºC) a la temperatura de congelación del agua y el valor 100 (100
ºC) a la temperatura de ebullición del agua. El intervalo entre estas dos temperaturas se divide en 100
partes iguales, cada una de las cuales corresponde a 1 grado.

En la escala Kelvin se asignó el 0 a aquella temperatura a la cual las partículas no se mueven (temperatura
más baja posible). Esta temperatura equivale a -273 ºC de la escala Celsius.

Para convertir ambas temperaturas, tenemos que tener en cuenta que:

T (K) = t(ºC) + 273

Radiación, conducción y convección: tres formas de transferencia de calor

Conducción

Es la más sencilla de entender, consiste en la transferencia de calor entre dos puntos de un cuerpo que se
encuentran a diferente temperatura sin que se produzca transferencia de materia entre ellos.

Ejemplo:

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Tengo una barra metálica con un extremo a 80ºC y otro a temperatura ambiente, si no tengo ninguna otra
influencia externa y el extremo caliente se mantiene a 80ºC, habrá una transferencia de calor por
conducción desde el extremo caliente hacia el frío incrementando la temperatura de este último

Radiación

Es el calor emitido por un cuerpo debido a su temperatura, en este caso no existe contacto entre los
cuerpos, ni fluidos intermedios que transporten el calor. Simplemente por existir un cuerpo A (sólido o
líquido) a una temperatura mayor que un cuerpo B existirá una transferencia de calor por radiación de A a
B.

Ejemplo:
Dejas tu coche estacionado en la playa un día no muy caluroso, al volver te apoyas sin querer en el capó
del coche y el grito se oye a varios kilómetros de distancia. En este caso aunque el sol se encuentra a
bastante distancia de nuestro coche, su temperatura absoluta es tan alta que hace que la transferencia por
radiación sea muy importante. Aquí no tiene a penas  influencia que el aire ambiente esté caliente ya que
si hubiéramos dejado el coche a la sombra esto no ocurriría.

Convección

En este sistema de transferencia de calor interviene un fluido (gas o líquido) en movimiento que transporta
la energía térmica entre dos zonas.

La transmisión de calor por convección puede ser:

 Forzada: a través de un ventilador (aire) o bomba (agua) se mueve el fluido a través de una zona
caliente y éste transporta el calor hacía la zona fría.
 Natural: el propio fluido extrae calor de la zona caliente y cambia su densidad haciendo que se
desplace hacía la zona más fría donde cede su calor.

Ejemplo:

Si enciendo un radiador y espero a que alcance una temperatura bastante alta, no tengo más que poner
una mano encima (a una distancia prudencial) para ver que existe un flujo de aire por convección natural.
El aire alrededor del radiador se calienta disminuyendo su densidad, por lo tanto, al pesar menos que el
aire ambiente, fluye hacía arriba dando paso a un “aire de renovación” alrededor del radiador, reiniciando
el proceso de forma cíclica.

Emplo de los tres tipos:

Escalas termométricas

Son las diferentes unidades con las que se representa la temperatura, Existen varias escalas termométricas
para medir temperaturas, relativas y absolutas.
A partir de la sensación fisiológica, es posible hacerse una idea aproximada de la temperatura a la que se
encuentra un objeto. Pero esa apreciación directa está limitada por diferentes factores; así el intervalo de
temperaturas a lo largo del cual esto es posible es pequeño; además, para una misma temperatura la
sensación correspondiente puede variar según se haya estado previamente en contacto con otros cuerpos
más calientes o más fríos y, por si fuera poco, no es posible expresar con precisión en forma de cantidad
los resultados de este tipo de apreciaciones subjetivas. Por ello para medir temperaturas se recurre a los
termómetros.

En todo cuerpo material la variación de la temperatura va acompañada de la correspondiente variación de

otras propiedades medibles, de modo que a cada valor de aquella le corresponde un solo valor de ésta. Tal
es el caso de la longitud de una varilla metálica, de la resistencia eléctrica de un metal, de la presión de un
gas, del volumen de un líquido, etc. Estas magnitudes cuya variación está ligada a la de la temperatura se
denominan propiedades termométricas, porque pueden ser empleadas en la construcción de
termómetros.

Escala Celsius

Termómetro Fahrenheit+Celsius de pared.

Esta escala es de uso popular en los países que adhieren al Sistema Internacional de Unidades, por lo que
es la más utilizada mundialmente. Fija el valor de cero grados para la fusión del agua y cien para su
ebullición. Inicialmente fue propuesta en Francia por Jean-Pierre Christin en el año 1743 (cambiando la
división original de 80 grados de René Antoine Ferchault de Réaumur) y luego por Carlos Linneo, en Suiza,
en el año 1745 (invirtiendo los puntos fijos asignados por Anders Celsius). En 1948, la Conferencia General
de Pesos y Medidas oficializó el nombre de "grado Celsius" para referirse a la unidad termométrica que
corresponde a la centésima parte entre estos puntos.1

Para esta escala, estos valores se escriben como 100 °C y 0 °C y se leen 100 grados Celsius y 0 grados
Celsius, respectivamente.

Escala Fahrenheit

En los países anglosajones se pueden encontrar aún termómetros graduados en grado Fahrenheit (°F),
propuesta por Gabriel Fahrenheit en 1724. La escala Fahrenheit difiere de la Celsius tanto en los valores
asignados a los puntos fijos, como en el tamaño de los grados. En la escala Fahrenheit los puntos fijos son
los de ebullición y fusión de una disolución de cloruro amónico en agua. Así al primer punto fijo se le
atribuye el valor 32 y al segundo el valor 212. Para pasar de una a otra escala es preciso emplear la
ecuación:

T(°F) = (9/5) * T(°C) + 32 o T(°C) = (5/9) * [T(°F) - 32]

donde T(°F) representa la temperatura expresada en grados Fahrenheit y T(°C) la expresada en grados
Celsius.

Su utilización se circunscribe a los países anglosajones y a Japón, aunque existe una marcada tendencia a la
unificación de sistemas en la escala Celsius.
Escala Kelvin o absoluta

Se comparan las escalas Celsius y Kelvin mostrando los puntos de referencia anteriores a 1954 y los
posteriores para mostrar cómo ambas convenciones coinciden. De color negro aparecen el punto triple del
agua (0, 01 °C, 273, 16 K) y el cero absoluto (-273, 15 °C, 0 K). De color gris los puntos de congelamiento (0,
00 °C, 273, 15 K) y ebullición del agua (100 °C, 373, 15 K).

Si bien en la vida diaria la escala Celsius y Fahrenheit son las más importantes, en ámbito científico se usa
otra, llamada "absoluta" o Kelvin, en honor a sir Lord Kelvin.

En la escala absoluta, al 0 °C le hace corresponder 273, 15 K, mientras que los 100 °C se corresponden con
373, 15 K. Se ve inmediatamente que 0 K está a una temperatura que un termómetro centígrado señalará
como -273, 15 °C. Dicha temperatura se denomina "cero absoluto".

Se puede notar que las escalas Celsius y Kelvin poseen la misma sensibilidad. Por otra parte, esta última
escala considera como punto de referencia el punto triple del agua que, bajo cierta presión, equivale a 0.
01 °C.

La escala de temperaturas adoptada por el Sistema Internacional de Unidades es la llamada escala absoluta
o Kelvin. En ella el tamaño de los grados es el mismo que en la Celsius, pero el cero de la escala se fija en el
- 273, 15 °C. Este punto llamado cero absoluto de temperaturas es tal que a dicha temperatura
desaparece la agitación molecular, por lo que, según el significado que la teoría cinética atribuye a la
magnitud temperatura, no tiene sentido hablar de valores inferiores a él. El cero absoluto constituye un
límite inferior natural de temperaturas, lo que hace que en la escala Kelvin no existan temperaturas bajo
cero (negativas). La relación con la escala Celsius viene dada por la ecuación:

T(K) = t(°C) + 273, 15 o t(°C) = T(K) - 273, 15

T(K) = (5/9) * [t(°F) + 459, 67] ó t(°F) = (9/5) * T(K) - 459, 67

siendo T(K) la temperatura expresada en kelvins.

La Calorimetría es la parte de la física que se encarga de medir la cantidad de calor generada o perdida en
ciertos procesos físicos o químicos.
El aparato que se encarga de medir esas cantidades es el calorímetro. Consta de un termómetro que esta
en contacto con el medio que esta midiendo. En el cual se encuentran las sustancias que dan y reciben
calor. Las paredes deben estar lo más aisladas posible ya que hay que evitar al máximo el intercambio de
calor con el exterior. De lo contrario las mediciones serían totalmente erróneas.
También hay una varilla como agitador para mezclar bien antes de comenzar a medir. Básicamente hay dos
tipos de calorímetros. Los que trabajan a volúmen constante y los que lo hacen a presión constante
.

Calorímetro

es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos.
Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo así como para medir las cantidades de calor
que liberan o absorben los cuerpos. El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase
cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una
fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura
se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro (que también puede
medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energía liberada puede calcularse
fácilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor específico y
el calor latente pueden ir midiéndose según se va enfriando el objeto. El calor latente, que no está
relacionado con un cambio de temperatura, es la energía térmica desprendida o absorbida por una
sustancia al cambiar de un estado a otro, como en el caso de líquido a sólido o viceversa. Cuando la fuente
de calor es una reacción química, como sucede al quemar un combustible, las sustancias reactivas se
colocan en un envase de acero pesado llamado bomba. Esta bomba se introduce en el calorímetro y la
reacción se provoca por ignición, con ayuda de una chispa eléctrica.

Cambios de estado. Calores latentes

Uno de los efectos más comunes del aporte de energía calorífica es el cambio de estado de los cuerpos. Es
bien conocido que el hielo, al calentarse, se convierte en agua líquida, y que ésta se transforma en vapor
por encima de cierta temperatura. Esta sucesión de fases se reproduce, en distintas formas y con rasgos
diferentes, en todas las sustancias de la naturaleza.
Cambios de estado

Durante los procesos de cambio de estado o de fase de un cuerpo no se produce un incremento de

temperatura cuando se aporta calor. En la mayoría de las sustancias, cabe distinguir los siguientes tipos de
cambios de estado:

Esquema gráfico de los cambios de estado.

 Fusión, de estado sólido a líquido.

 Sublimación, de sólido a gas o a la inversa, sin pasar por el estado líquido.
 Vaporización o evaporación, de líquido a gas.
  Condensación, de vapor a líquido.
 Solidificación, de líquido a sólido.

Estos cambios de fase se deben a modificaciones en la estructura molecular íntima de los cuerpos por
efecto de la aportación de una energía calorífica.

Calores latentes

El calor necesario para provocar el cambio de estado completo de una unidad de masa de la sustancia dada
se denomina calor latente. Para cada proceso de cambio de estado existe un calor latente distinto (por
ejemplo, calor latente de fusión, de vaporización, de condensación, etc).

Así, el calor latente de fusión es la cantidad de calor necesaria para fundir completamente una masa m de
un sólido, y se expresa como:

Los calores latentes de vaporización, condensación, sublimación, etc., se definen de forma análoga a la
anterior. Todos los calores latentes son parámetros característicos de cada sustancia, y su valor depende
de la presión a la que se produzca el cambio de fase para la misma.

Los calorímetros suelen incluir su equivalente, para facilitar cálculos. El equivalente en agua del
calorímetro es la masa de agua que se comportaría igual que el calorímetro y que perdería igual calor en
las mismas circunstancias. De esta forma, solo hay que sumar al agua la cantidad de equivalentes.

UNIDAD 4

Diferencias entre masa y peso

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Las cadenas de la hamaca sostienen todo el peso de la niña. Si uno se parara detrás de ella en la base del arco y
tratara de detenerla, las mismas estarían actuando contra la inercia de la niña, que existe a causa de su masa, no de
su peso.
La masa y el peso son diferentes propiedades, que se definen en el ámbito de la física. La masa es una
medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo mientras que el peso es una medida de la fuerza que
es causada sobre el cuerpo, por el campo gravitatorio de otro.

Por lo tanto la masa de un objeto no cambiará de valor sea cual sea la ubicación que tenga sobre la superficie
de la Tierra (suponiendo que el objeto no está viajando a velocidades relativistas con respecto al
observador),1 mientras que si el objeto se desplaza del ecuador al Polo Norte, su peso aumentará
aproximadamente 0,5 % a causa del aumento del campo gravitatorio terrestre en el Polo.2

En forma análoga, en el caso de astronautas que se encuentran en condiciones de micro gravedad, no es

preciso realizar ningún esfuerzo para levantar objetos del piso del compartimento espacial; los mismos “no
pesan nada”. Sin embargo, dado que los objetos en micro gravedad todavía poseen su masa e inercia, un
astronauta debe ejercer una fuerza diez veces más grande para acelerar un objeto de 10 kilogramos a la
misma tasa de cambio de velocidad que la fuerza necesaria para acelerar un objeto de un kilogramo.

En la Tierra, una simple hamaca puede servir para ilustrar las relaciones entre fuerza, masa y aceleración en
un experimento que no es influido en forma apreciable por el peso (fuerza vertical descendente). Si nos
paramos detrás de un adulto grande que este sentado y detenido en la hamaca y le damos un fuerte empujón,
el adulto se acelerará en forma relativamente lenta y la hamaca solo se desplazará una distancia reducida
hacia adelante antes de comenzar a moverse en dirección para atrás. Si ejerciéramos la misma fuerza sobre
un niño pequeño que estuviera sentado en la hamaca se produciría una aceleración mucho mayor, ya que la
masa del niño es mucho menor que la masa del adulto.

Fuerza Gravitatoria
Esta ley establece que los cuerpos, por el simple hecho de tener masa, experimentan una fuerza de atracción
hacia otros cuerpos con masa, denominada fuerza gravitatoria o fuerza gravitacional. Esta fuerza, explica
entre otras muchas cosas, por qué orbitan los planetas.

a fuerza gravitacional entre dos cuerpos es directamente proporcional al producto de sus masas e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Matemáticamente se expresa de la
siguiente forma:

F→g=−G⋅M⋅mr2⋅u→r
donde:
  G es la constante de gravitación universal, G = 6,67·10-11 N·m2/kg2
 M y m son las masas de los cuepos que interaccionan
 r es la distancia que los separa.
 u→r es un vector unitario que expresa la dirección de actuación de la fuerza.

onsecuencias de la ley de gravitación universal

La atracción que ejercemos sobre la Tierra

Las fuerzas gravitacionales, como fuerzas que son, obedecen el principio de acción reacción o tercera ley
de Newton, por lo tanto:

La fuerza con que la Tierra atrae a cualquier cuerpo con masa, incluidos nosotros mismos, es exactamente
igual y de sentido contrario a la fuerza con que los cuerpos atraemos a la Tierra.

¿Entonces por qué la Tierra no nos persigue cuando nos alejamos del suelo? Nuestra masa es muy inferior a
la de la Tierra, por lo que cuando la fuerza gravitacional actúa sobre la Tierra y sobre nosotros, ella se
mueve extremadamente poco hacia nosotros (despreciable) y nosotros mucho hacia ella. No es lo mismo
aplicar la misma fuerza a un carro vacio que un lleno y que posee más masa. Obviamente el vacío se moverá
más rápido.