Teoría básica y problemas propuestos de circuitos eléctricos de corriente continua- La corriente eléctrica. Resistencia eléctrica. Circuitos eléctricos y sus componentes. Ley de Ohm. Potencia eléctrica. Circuito serie-paralelo. Regla del divisor de tensión. Regla del derivador de corriente. Leyes de Kirchhoff. Conversión de fuentes de tensión a fuentes de corriente y viceversa. Análisis de circuitos por el método de las mallas. Análisis de circuitos por el método nodal. Redes en punte. Teorema de superposición. Teorema de Thevenin. Teorema de Norton. Si dos cuerpos de carga igual y opuesta se conectan por medio de un conductor metálico, por ejemplo un cable, las cargas se neutralizan mutuamente. Esta neutralización se lleva a cabo mediante un flujo de electrones a través del conductor, desde el cuerpo cargado negativamente al cargado positivamente. En cualquier sistema continuo de conductores, los electrones fluyen desde el punto de menor potencial hasta el punto de mayor potencial. Un sistema de esa clase se denomina circuito eléctrico. La corriente que circula por un circuito se denomina corriente continua (CC) si fluye siempre en el mismo sentido y corriente alterna (CA) si fluye alternativamente en uno u otro sentido. Un circuito eléctrico es el trayecto o ruta de una corriente eléctrica. El término se utiliza principalmente para definir un trayecto continuo compuesto por conductores y dispositivos conductores, que incluyen una fuente de fuerza electromotriz que transporta la corriente por el circuito. En este material instruccional se introducirá en forma sucinta los lineamientos básicos sobre corriente eléctrica. Se resalta el concepto de resistencia eléctrica y su vinculación con el efecto Joule; el cual permitirá explicar la influencia del calor en la resistividad eléctrica de los materiales. La Ley de Ohm es abordada, y a partir de ella se introduce la noción de potencia eléctrica. Las Leyes de Kirchhoff son expuestas y empleadas al enseñar el método de las mallas y el método de los nodos; asimismo, se esbozará la regla del derivador de corriente y la regla del divisor de tensión, ambas usadas en el análisis de circuitos eléctricos serie – paralelo. Muy someramente, se tocará el teorema de Thevenin, el Teorema de Superposición y el Teorema de Norton. Al final, se ofrecerá una recopilación de algunos problemas que han formado parte de las evaluaciones de cohortes precedentes.
Teoría básica y problemas propuestos de Electrostática- Contenidos, conocimientos previos. Naturaleza de la electricidad. Ley de Coulomb. Campo eléctrico. La Ley de Gauss. Potencial eléctrico. Rigidez dieléctrica. Superficie equipotencial. Cálculo del campo eléctrico a partir del potencial eléctrico. Capacitancia eléctrica. Cálculo de capacitancia equivalente en diferentes configuraciones. Energía almacenada por un capacitor. La Electricidad engloba una categoría de fenómenos físicos originados por la existencia de cargas eléctricas y por la interacción de las mismas. Cuando una carga eléctrica se encuentra estacionaria, o estática, produce fuerzas eléctricas sobre las otras cargas situadas en su misma región del espacio; cuando está en movimiento produce, además, efectos magnéticos. Los efectos eléctricos y magnéticos dependen de la posición y movimiento relativos de las partículas con carga. En lo que respecta a los efectos eléctricos, estas partículas pueden ser neutras, positivas o negativas. La electricidad se ocupa de las partículas cargadas positivamente, como los protones, que se repelen mutuamente, y de las partículas cargadas negativamente, como los electrones, que también se repelen mutuamente; la rama de la física que estudia las cargas eléctricas estacionarias se llama Electrostática, el cual es el tema central del presente módulo. En este material instruccional, se introducirá primero un discernimiento sobre la naturaleza de la electricidad, conocimiento que permitirá abordar la Ley de Coulomb, Campo Eléctrico y Potencial Eléctrico en distribuciones discretas de cargas y cuerpos uniformemente cargados. La Ley de Gauss es presentada como una herramienta útil al momento de cuantificar el campo eléctrico en objetos con formas geométricas definidas. Por otro lado, se expondrá lo referente a las superficies equipotenciales desde el punto de vista eléctrico. Con los conceptos anteriormente esbozados, se emprenderá la discusión en torno a los condensadores electrostáticos, dando especial énfasis a la manera como pueden establecerse arreglos del tipo serie – paralelo. Al final, se ofrecerá una recopilación de algunos problemas que han formado parte de las evaluaciones de cohortes precedentes.
Teoría básica y problemas propuestos de Hidrostática e Hidrodinámica- Principio fundamental de la hidrostática. Principio de Pascal. Principio de Arquímedes (Boyantez). Momento de Inercia. Presión sobre superficies planas. ¿Qué es la hidrodinámica?. Gasto volumétrico y la ecuación de continuidad. Teorema de Bernoulli. Número de Reynolds y los regimenes de flujo. Problemas propuestos con respuestas. Preguntas de razonamiento. Problemas propuestos sin respuestas. Bibliografía recomendada. Desde el punto de vista macroscópico, se acostumbra clasificar la materia, en sólidos y fluidos. Un fluido, es una sustancia que puede fluir, de tal forma que el término fluido incluye a los líquidos y los gases. Aun la distinción entre un líquido y un gas no es tajante, en virtud de que, cambiando en forma adecuada la presión y la temperatura resulta posible transformar un líquido en un gas o viceversa; durante el proceso la densidad, la viscosidad y otras propiedades cambian de manera continua. En un sentido estricto, se puede considerar un fluido como un conjunto de moléculas distribuidas al azar que se mantienen unidas a través de fuerzas cohesivas débiles y las fuerzas ejercidas por las paredes del recipiente que lo contiene. La rama de la física que estudia los fluidos, recibe el nombre de mecánica de los fluidos, la cual a su vez tiene dos vertientes: hidrostática, que orienta su atención a los fluidos en reposo; e hidrodinámica, la cual envuelve los fluidos en movimiento. En este material instruccional, se describirá brevemente algunas propiedades de los fluidos: densidad, peso específico, volumen específico entre otras; nuevos principios físicos serán presentados para explicar efectos como la fuerza de flotación (boyantez) sobre un objeto sumergido. Deduciremos una expresión para la presión ejercida por un fluido en reposo como una función de la densidad y profundidad; con ello, nos introduciremos al campo de la manometría. Al estudiar los fluidos en movimientos, se presentará la ecuación de continuidad, examináremos y aplicaremos el Principio de Bernoulli en la resolución de problemas que involucren fluidos en movimiento. Se dará una introducción al concepto de pérdidas hidráulicas en tuberías y su relación con la Ley de Conservación de la Energía Mecánica descrita en el Módulo III de Física I. Al final, se ofrecerá una recopilación de algunos problemas que han formado parte de las evaluaciones de cohortes precedentes.
Teoría básica y problemas propuestos de sistemas en equilibrio isostático- Conocimientos previos. ¿Qué es un vector y para qué sirven?. Magnitudes vectoriales y escalares. Suma y resta de vectores. Multiplicación de vectores: producto escalar y producto vectorial. Generalidades sobre fuerza. Momento de torsión de una fuerza. Condiciones de equilibrio estático en un sistema mecánico. Reacciones en puntos de apoyos. Metodología para resolver sistemas isostáticos. Problemas propuestos con respuestas. Preguntas de razonamiento. Problemas propuestos sin respuestas. El término equilibrio implica que un cuerpo ya sea en el plano o en el espacio está en reposo o que su centro de masa se mueve con velocidad constante. Esta situación es común en ingeniería y de vital importancia al cuantificar las fuerzas y torques a la cual será sometido un elemento estructural cualquiera. Al analizar un sistema estático se toma como premisa el hecho de que la aceleración de su centro de masa es cero con respecto a un referencial inercial, asimismo, la aceleración angular alrededor de cualquier eje fijo en este referencial también ha de ser cero. El análisis de un cuerpo rígido en condición estática conlleva la operacionalización de todas las fuerzas involucradas, en tal sentido el presente módulo se cimienta en el álgebra vectorial tanto en el plano como en el espacio. Por último, debe señalarse que las nociones aquí tratadas serán de gran importancia en subproyectos ulteriores tales como: mecánica racional, resistencia de materiales y todos aquellos estrechamente vinculados con el diseño de elementos estructurales. En este material instruccional se introducirá en forma sucinta los lineamientos básicos sobre álgebra vectorial: suma y resta, fundamentalmente. Se presentará los conceptos de producto vectorial y escalar; los cuales permitirán incorporar lo concerniente al momento de torsión de una fuerza. Se desarrollará la teoría del triángulo de fuerzas, que es una herramienta muy útil, pues permite simplificar en gran medida problemas que involucren barras o vigas. En determinadas situaciones se hará uso de los vectores unitarios direccionales como estrategia de cálculo; asimismo, se esbozará algunos aspectos básicos del álgebra matricial, dada su relevancia al solventar sistemas de ecuaciones. Al final, se ofrecerá una recopilación de algunos problemas que han formado parte de las evaluaciones de cohortes precedentes.
Teoría básica y problemas propuestos de Trabajo mecánico y energía- ¿Qué es el impulso mecánico?. Trabajo mecánico. Trabajo debido a la aceleración de gravedad. Fuerzas conservativas y no conservativas. Relación entre la energía cinética y el trabajo mecánico. Potencia mecánica. Principio de conservación de la energía mecánica. Conservación del momento lineal. Tipología de las colisiones. Problemas propuestos con respuestas. Preguntas de razonamiento. Problemas propuestos sin respuestas. Un problema fundamental de la dinámica de las partículas es el de encontrar cómo se moverá un elemento móvil cuando se conocen las fuerzas que actúan sobre el. Sin embargo, el problema se hace más difícil cuando la fuerza que opera sobre él no es constante. En tal caso, aún se puede obtener la aceleración de la partícula a partir de la segunda ley de Newton del movimiento (Ley de la Fuerza), para ello se emplea el proceso de integración matemática. El procedimiento seguido para determinar el movimiento de una partícula sujeta a tales fuerzas conduce a los conceptos de trabajo y energía cinética, y a desarrollar el teorema de la variación de la energía, que es el motivo central de este módulo. En este material instruccional se introducirá en forma sucinta los lineamientos básicos sobre impulso mecánico y cantidad de movimiento. Se presentarán los conceptos de trabajo, energía cinética y energía potencial (gravitatoria y elástica); los cuales permitirán incorporar lo concerniente al principio de conservación de la energía mecánica. Se desarrollará la teoría de función potencial, que es una herramienta muy útil pues permite simplificar en gran medida problemas que involucren sistemas estáticos. En determinadas situaciones se hará uso del principio de conservación del momento lineal, dado su utilidad en el estudio de colisiones inelásticas y elásticas; asimismo, se esbozará el concepto de potencia mecánica. Al final, se ofrecerá una recopilación de algunos problemas que han formado parte de las evaluaciones de cohortes precedentes.
Teoría de los movimientos armónicos forzados- Oscilaciones amortiguadas. Definición. Resonancia.
La teoría de los movimientos armónicos forzados es fundamental en muchos ámbitos de la física y la ingeniería.
Un oscilador amortiguado por sí solo dejará de oscilar en algún momento debido al roce, pero podemos mantener una amplitud constante aplicando una fuerza que varíe con el tiempo de una forma periódica a una frecuencia definida. Un ejemplo cotidiano es un columpio, que podemos mantenerlo con amplitud constante con sólo darle unos empujoncitos una vez cada ciclo. El movimiento resultante se llama oscilación forzada. Si se suprime la excitación externa, el sistema oscilará con su frecuencia natural...
Teoría de partículas elementales- Introducción histórica de los constituyentes de la materia. Partículas Elementales. Las Fuerzas Fundamentales. El Modelo Estándar. Cuestiones pendientes de la Física de Partículas.
Quark, Cuántica, Partículas, Antipartículas, gluones, electrón, neutrón, átomo, Fuerzas Elementales, Campos elementales, Teoría Cuántica de campos, Simetrías, ElectroDinámica de Campos, junto a nombres de físicos como Bohr, Dirac, Rutherford, Zweig, Gell, Man.
Teoría Electromagnética- Divergencia. Rotacional de un campo vectorial. Teorema de Stokes. Gradiente. Operador Nabla. Laplaciano. Espectro electromagnético. Ondas electromagnéticas. Referencia electrónica. Electromagnetismo.
Teorías Atómicas- Cada sustancia del universo, las piedras, el mar, nosotros mismos, los planetas y hasta las estrellas más lejanas, están enteramente formada por pequeñas partículas llamadas átomos.~~Son tan pequeñas que no son posible fotografiarlas. Para hacernos una idea de su tamaño, un punto de esta línea puede contener dos mil millones de átomos.~~Estas pequeñas partículas son estudiadas por la química, ciencia que surgió en la edad media y que estudia la materia.
Teorías Físicas: dificultades y evolución- En este artículo se discute el desarrollo que ha experimentado el cuadro físico del mundo desde los tiempos de Newton hasta mediados del siglo XX. En él se analizan algunas particularidades de los distintos momentos por los que ha pasado el conocimiento humano en esta rama de la ciencia. Se analiza el desarrollo de la Física Clásica y cómo se hizo necesario el replanteamiento de toda esta teoría debido al descubrimiento de nuevos fenómenos que no podían ser explicados por ella.
Tercer Trabajo de Investigación de Teoría electromagnética- Propiedades magnéticas de la materia. Monopolos Magnéticos. Circuito RL. Almacenamiento de energía en un campo magnético. La densidad de energía y el campo magnético. Potencia en los circuitos de CA. El transformador. Campos magnéticos inducidos y la corriente de desplazamiento. Las ondas electromagnéticas. Tipos de imanes. La ley de Gauss para el magnetismo.
Tercera Ley de Newton- Tercera Ley De Newton. Cuando uno se apoya en la pared, cuando hay un libro sobre la mesa o cuando se empuja un auto hay fuerzas que actúan sobre los cuerpos, y más de las que uno piensa. En el ejemplo del auto claro que hay una fuerza, la de la persona que empuja, pero que sucede con los otros ejemplos. Sobre los cuerpos están actuando muchas fuerzas constantemente como la de gravedad, que es la atracción que ejercen todos los cuerpos sobre los otros; la normal, que es la que evitan que los cuerpos caigan cuando están sobre algo; la de roce, que actúa contra el sentido del movimiento; la de acción y la de reacción. Son estas últimas dos las que son representadas en la tercera ley de Newton. Normalmente en la naturaleza las fuerzas no se presentan solas, sino que en pares como son las fuerzas de acción y reacción...
Termodinámica- Leyes. Entropía. Calor y Temperatura. Escalas de medición de la temperatura. Teoría cinética de los gases. Leyes de los gases. Presión atmosferica en relación al medio ambiente.
Termodinámica y el concepto de Entropía- Definición de algunos conceptos. La Ley cero. La Primera Ley. La Segunda Ley. La entropía, el desorden y el grado de organización. Entropia, procesos reversibles y procesos irreversibles. ¿Para qué sirve la entropía?