GUÍA 4
1) Como entender la termodinámica
La termodinámica, por definirla de una manera muy simple, fija su atención en el interior de los sistemas físicos, en los intercambios de energía en forma de calor que se llevan a cabo entre un sistema y otro. A las magnitudes macroscópicas que se relacionan con el estado interno de un sistema se les llama coordenadas termodinámicas; éstas nos van a ayudar a determinar la energía interna del sistema. En resumen, el fin último de la termodinámica es encontrar entre las coordenadas termodinámicas relaciones generales coherentes con los principios básicos de la física.
La termodinámica basa sus análisis en algunas leyes: La Ley "cero", referente al concepto de temperatura, la Primera Ley de la termodinámica, que nos habla del principio de conservación de la energía, la Segunda Ley de la termodinámica, que nos define a la entropía. A continuación vamos a hablar de cada una de estas leyes, haciendo hincapié en la segunda ley y el concepto de entropía.
La Ley cero
La Ley cero de la termodinámica nos dice que si tenemos dos cuerpos llamados A y B, con diferente temperatura uno de otro, y los ponemos en contacto, en un tiempo determinado t, estos alcanzarán la misma temperatura, es decir, tendrán ambos la misma temperatura. Si luego un tercer cuerpo, que llamaremos C se pone en contacto con A y B, también alcanzará la misma temperatura y, por lo tanto, A, B y C tendrán la misma temperatura mientras estén en contacto.
De este principio podemos inducir el de temperatura, la cual es una condición que cada cuerpo tiene y que el hombre ha aprendido a medir mediante sistemas arbitrarios y escalas de referencia (escalas termométricas).
La Primera Ley
La Primera ley de la termodinámica se refiere al concepto de energía interna, trabajo y calor. Nos dice que si sobre un sistema con una determinada energía interna, se realiza un trabajo mediante un proceso, la energía interna del sistema variará. A la diferencia de la energía interna del sistema y a la cantidad de trabajo le denominamos calor. El calor es la energía transferida al sistema por medios no mecánicos. Pensemos que nuestro sistema es un recipiente metálico con agua; podemos elevar la temperatura del agua por fricción con una cuchara o por calentamiento directo en un mechero; en el primer caso, estamos haciendo un trabajo sobre el sistema y en el segundo le transmitimos calor.
Cabe aclarar que la energía interna de un sistema, el trabajo y el calor no son más que diferentes manifestaciones de energía. Es por eso que la energía no se crea ni se destruye, sino que, durante un proceso solamente se transforma en sus diversas manifestaciones.
La Segunda Ley
Por último, vamos a ver el contenido de la segunda ley de la termodinámica. En términos más o menos sencillos diría lo siguiente: "No existe un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor de una fuente y la conversión íntegra de este calor en trabajo". Este principio (Principio de Kelvin-Planck) nació del estudio del rendimiento de máquinas y mejoramiento tecnológico de las mismas. Si este principio no fuera cierto, se podría hacer funcionar una central térmica tomando el calor del medio ambiente; aparentemente no habría ninguna contradicción, pues el medio ambiente contiene una cierta cantidad de energía interna, pero debemos señalar dos cosas: primero, la segunda ley de la termodinámica no es una consecuencia de la primera, sino una ley independiente; segundo, la segunda ley nos habla de las restricciones que existen al utilizar la energía en diferentes procesos, en nuestro caso, en una central térmica. No existe una máquina que utilice energía interna de una sola fuente de calor.
Concepto de entropía
El concepto de entropía fue introducido por primera vez por R. J. Clausius a mediados del siglo XIX. Clausius, ingeniero francés, también formuló un principio para la Segunda ley: "No es posible proceso alguno cuyo único resultado sea la transferencia de calor desde un cuerpo frío a otro más caliente". En base a este principio, Clausius introdujo el concepto de entropía, la cual es una medición de la cantidad de restricciones que existen para que un proceso se lleve a cabo y nos determina también la dirección de dicho proceso.
2) Como comprender de manera activa y practica los campos electroestáticos.
Las dos teorías de la relatividad
Einstein desarrollo dos teorías de la relatividad:
La teoría especial de la relatividad en 1905, que se ocupa de la forma en la cual el espacio y el tiempo se manifiestan a diferentes observadores, que se mueven a velocidades relativas constantes entre ellos. Cuando en física hablamos de observadores, nos referimos a personas que pueden hacer mediciones de espacio con una regla, o del paso del tiempo con un reloj. Es decir esta teoría es una teoría del espacio - tiempo
La teoría general de la relatividad en 1915, es una teoría que estudia las causas de la gravedad, de la atracción existente entre dos cuerpos. Pensemos por un momento lo extraño que resulta afirmar que dos cuerpos muy masivos (Ej. La tierra y la luna), ejercen entre sí una fuerza de atracción a pesar de estar separados por una gran distancia y no estar unidos por nada material. La acción a distancia sin una conexión concreta, es algo extraño, aunque al estar acostumbrados a percibirla, no nos asombra. Newton había determinado cual era la ecuación matemática que expresa la ley física de atracción entre los cuerpos, pero nunca explico el porque de la acción a distancia que ejercen los cuerpos entre si. Esta teoría de Einstein brinda de alguna manera ese por que.La teoría de la relatividad especial Ahora nos concentraremos en la primera de las teorías de la relatividad, es decir la especial.
En primer lugar tenemos que saber que la idea fundamental de esta teoría es la no existencia de la condición de movimiento o reposo absoluto. Solo existe el movimiento relativo entre cuerpos y el estado de reposo de un cuerpo será relativo a otro cuerpo. Este es el motivo por el cual la teoría adopta el nombre de Relatividad.
¿Qué significa la condición de movimiento absoluto? seria aquel que puede determinarse y medirse sin ninguna referencia localizada fuera del objeto en movimiento. No existen marcas fijas en el espacio contra las cuales pudieran observarse los estados de movimiento de los cuerpos. Pensemos ¿como nos damos cuenta nosotros viajando en un auto a velocidad constante, es decir sin acelerar ni frenar, que estamos en movimiento? . Alguna vez podremos haber tenido la experiencia de estar en un vagón de tren detenido en el anden, y de repente si vemos otro tren en el anden contiguo que se mueve en dirección contraria al nuestro, nos da la sensación que somos nosotros los que nos movemos. ¿Por qué? Porque simplemente es cierto, nos movemos relativamente al otro tren, lo cual no indica que nos estemos moviendo respecto del anden donde estamos estacionados.
La condición de movimiento esta íntimamente conectada con el tiempo. Es así que otra idea fundamental de esta teoría de Einstein será que el tiempo absoluto no existe.
Ya dijimos que la velocidad a la que escuchamos el tic-tac de dos relojes, depende de la velocidad relativa entre ellos. Se comprueba que si sincronizamos dos relojes , y uno queda en tierra mientras que el otro viaja al espacio y vuelve, al llegar, la lectura en este ultimo mostrara que el tiempo transcurrido es menor que la lectura en el reloj de tierra. No solamente esto sino que si hubo una persona viajando, esta habrá envejecido menos que la que quedo en tierra. Claro como antes dijimos, las diferencias son imperceptibles a los sentidos, aunque no en la medición de los relojes que puede hacerse tan precisa como sea necesario. Veremos esto con mas detalle mas adelante.
Un detalle acerca de la personalidad de Einstein. El siempre desconfió de ciertos conceptos establecidos no por la razón sino por una autoridad suprema. Esta actitud le permitió dar un gran salto, animándose a proponer lo que otros no se animaban o simplemente no se cuestionaban para no ser tildados de tontos.
Es así que lo que Einstein trataba de hacer cuando propuso su teoría especial de la relatividad, era encontrar el sentido a un conjunto de propiedades de la naturaleza observadas durante un largo periodo de tiempo. ¿Cuáles eran estas?
La relatividad de la mecánica
La rama de la física que estudia como las masas responden a las fuerzas que actuan sobre ellas y a su movimiento, se denomina mecánica. Newton desarrollo en el siglo XVII esta rama de la física a partir de contribuciones hechas anteriormente por Galileo. Las leyes de la mecánica, tienen implícito un principio de relatividad. Este dice que no existe ningún experimento mecánico que pueda revelar el estado de movimiento de un observador. Este solo puede medir su movimiento relativo a otro observador u otro objeto. No puede decir que se mueve a tal o cual velocidad en términos absolutos. Einstein extendió este principio de relatividad de la mecánica a toda la física cuando dijo que ningún experimento, no solo mecánico puede determinar un estado de movimiento absoluto. Su gran salto fue afirmar, el movimiento absoluto no existe.
La relatividad de la electricidad y el magnetismo.
La electricidad es un fenómeno de la naturaleza asociado con pedazos de materia cargadas positiva o negativamente. Este fenómeno se manifiesta porque entre dichos pedazos de materia cargada se ejerce una fuerza de atracción o repulsión. Cuando las cargas están en reposo hablamos de electricidad estática, mientras que si están en movimiento las denominamos corriente eléctrica. Al frotar un vidrio con un trapo y luego acercarlo a un papel tendremos un ejemplo de electricidad estática, mientras que del enchufe de la pared lo que obtenemos es una corriente eléctrica que esta producida por cargas en movimiento.
El magnetismo por otro lado, es una propiedad que tienen algunas substancias (especialmente el hierro), que se manifiesta también por una fuerza de atracción o repulsión, sobre substancias similares. La experiencia común que tenemos de este fenómeno es la observada con los imanes, los cuales interpretamos están rodeados de energía magnética que produce estas atracciones y repulsiones. Esta energía magnética es lo que se denomina el campo magnético del imán.
Al comienzo del siglo XIX, los científicos descubrieron que estas fuerzas estaban relacionadas de la siguiente manera: una corriente eléctrica en una cable produce a su alrededor un campo magnético, y viceversa un imán que se mueve en el interior de un cable enrollado (bobina) genera en el mismo una corriente eléctrica. Es decir, cargas eléctricas en movimiento generan magnetismo, mientras que imanes en movimiento generan corriente eléctrica.
A partir de que se conoció esta inter-relación, comenzó a denominarse a estos fenómenos electromagnéticos.
Lo que observaron los científicos de esta época, era que existía un principio de relatividad en el electromagnetismo, ya que los movimientos, sea de las cargas como de los imanes, para que produjeran campos magnéticos o eléctricos, eran movimientos relativos entre las partes con las que se hacia el experimento.
Esto se puede apreciar bien en el caso del imán que se mueve en el interior de una bobina. Es exactamente lo mismo dado que produce el mismo resultado que el imán se mueve en una dirección mientras la bobina esta quieta, como que la bobina se mueva en la dirección contraria mientras el imán esta quieto. Siempre que las velocidades relativas en ambos casos sean iguales, la corriente eléctrica que se genera será de la misma intensidad.
Luego vemos que haciendo este experimento solo podemos comprobar el estado de movimiento relativo entre la bobina y el imán, pero no sabemos cual de los dos es el que en realidad se esta moviendo.
Sin embargo no todo el electromagnetismo se ajustaba al principio de relatividad como veremos luego.
El descubrimiento de la luz como fenómeno electromagnético.
Maxwell en 1865, demostró matemáticamente que los imanes y las corrientes eléctricas podían producir ondas viajeras de energía eléctrica y magnética. Ondas que se movían en el espacio por sus propios medios, sin que los imanes o los cables intervinieran en este viaje. Una onda electromagnética como toda onda, transmite energía que se manifiesta como fuerzas eléctricas y magnéticas que se mueven a través del espacio. Estas ondas son invisibles, solo podemos apreciar sus consecuencias. Son campos eléctricos y magnéticos que se trasladan en la dirección del movimiento perpendicular a esta (la dirección) y perpendicularmente entre ellos. Es decir si graficamos tres ejes coordenados X, Y y Z, si la onda electromagnética se traslada en la dirección de Z, los campos eléctricos y magnéticos lo harán en la dirección de X e Y, o alternativamente de Y y X. Maxwell calculo matemáticamente la velocidad de traslación de estas ondas electromagnéticas y encontró que la misma era igual a la velocidad de la luz cuya magnitud ya había sido calculada en el pasado. A raíz de este descubrimiento, Maxwell propuso que la luz era una onda viajera de energía electromagnética, que viaja a través del espacio vacío a una velocidad finita cercana a los 300.000 km/seg.
Una carga eléctrica tiene asociada a ella un campo eléctrico E. Su existencia sirve para indicar que toda carga eléctrica colocada en la influencia de dicho campo, experimentara sobre ella una fuerza de determinada magnitud y en determinada dirección.
Si una carga eléctrica se mueve (esto es lo que conocemos como corriente eléctrica), se genera un campo magnético B, cuyo significado es la indicación de que toda carga en movimiento colocada en la influencia de dicho campo magnético experimentara una fuerza cuya magnitud y dirección diferirán de la que experimentaba por la acción del campo eléctrico.
Dado que lo que realmente cuenta en materia de movimiento, son los movimientos relativos de las cargas respecto a los campos, podemos deducir que tendremos el mismo efecto anterior si sobre una carga en reposo actúa un campo magnético variable.
Ahora bien si sobre una carga en reposo detectamos una fuerza, significa que la misma esta dentro de la influencia de un campo eléctrico.
Por esto Maxwell concluye que un campo magnético variable, crea un campo eléctrico.
La reciproca también se comprueba y así Maxwell también establece que un campo eléctrico variable produce un campo magnético.
Si el campo magnético B varia en forma constante, el campo eléctrico E generado será también constante, y viceversa campos magnéticos que varían en forma no constante, generan campos eléctricos también no constantes.
Así nos encontramos con una suma de efectos, campos magnéticos variables generan campos eléctricos variables, que a su vez generan mas campos magnéticos variables que a su vez generan campos eléctricos variables, y así siguiendo.
Maxwell demostró que estos campos eléctricos y magnéticos variables que se recrean constantemente uno al otro, se propagan en el espacio a una velocidad definida y calculada c, que resulta igual a la velocidad de la luz.
Guía No 3
1)
Como se demuestra el teorema de la
conservación de la energía emn la vida cotidiana
ENERGÍA
Es tal vez el fuego es
la manifestación más potente de la energía. De la importancia de su aparición
en la vida humana dan cuenta multitud de vestigios arqueológicos, y las
antiguas leyendas narran su procedencia divina y cómo el robo de una antorcha
encendida, cometida por el héroe Promoteo, proporcionó al hombre el poder de
dominar la naturaleza.
Cuando se piensa en
grandes cantidades de energía, se recuerda la bomba de hidrógeno. Sin embargo,
incluso la inmensa energía de la bomba es pequeña comparada con la energía del
sol, de un huracán tropical o de las mareas. En un día, los Estados Unidos
reciben tanta energía del Sol como la que darían más de un millar de bombas H.
La energía de los
huracanes o de las mareas implica moviento. Y, qué hay con relación a la
energía del Sol Ciertamente, no se percibe movimiento cuando los rayos solares
entibian nuestra piel o iluminan el paisaje. Pero es el calor del Sol el que
mueve los vientos de un huracán. Es evidente que la energía puede aparecer en
más de una forma.
Gran parte de la
historia de la civilización puede escribirse en función del uso y dominio
crecientes de la energía.
En el eclipse total de
sol del día 29 de mayo de 1919 unos astrónomos ingleses, en Sobral, Brasil,
comprobaron que un rayo de luz que se propaga desde una estrella lejana, a la
Tierra, cuando pasa cerca del Sol, se desvía hacia él por su acción
gravitatoria. Esto quiere decir que la luz tiene masa y, en consecuencia, todas
las clases de energía tienen masa.
La energía es la
capacidad que poseen los cuerpos y sistemas para realizar un trabajo. Esta
propiedad se evidencia en formas diversas que pueden transformarse e
interrelacionarse.
Un trabajo efectuado
sobre un cuerpo o sistema de cuerpos supone un aumento de su energía. Así, el
curvar un arco o someter a torsión un muelle, se almacena en ellos energía en
forma elástica que se pone de manifiesto al lanzar la flecha o desenrollar el
muelle. En este proceso se produce sólo cesión de energía entre los componentes
del sistema, de modo que el balance global es nulo. Este fenómeno, conocido
como principio de conservación de la energía no se crea ni se destruye,
sufriendo únicamente transformaciones de unos estados a otros, y constituyó uno
de los axiomas de la física hasta que fue superado tras la aparición de las
teorías relativistas de Albert Einstein.
TRANSFORMACIONES DE LA ENERGÍA.
A finales del siglo
XVII, Isaac Newton sentó las bases de un nuevo concepto de la física e ideó la
noción de fuerza como una magnitud que provocaba los movimientos de los
cuerpos. Sin embargo, sus herederos ideológicos sustituyeron las fuerzas por la
energía a ellas asociadas como causas primigenias de los hechos físicos. Según
estos principios , los intercambios de energía entre los distintos sistemas son
responsables de estos fenómenos y se manifiestan en diversas formas
convertibles entre sí.
Un sistema ideal que no
sufriera pérdidas constituiría un movil perpetuo, ya que su energía generaría
un trabajo permanente. En la realidad, tales sistemas no existen, y las pérdidas
energéticas se traducen en emisión de calor. Por ello se dice que el calor es
la forma más degradada de la energía y no es recuperable para el sistema; en
consecuencia, no resulta transformable.
El siglo XX presenció el
nacimiento de una nueva teoría que obligó a modificar sustancialmente el
concepto de energía y de sus relaciones de intercambio entre los cuerpos. La
relatividad física, defendida por Einstein, observa la energía y la masa como
diversas manifestaciones de un propiedad única, con lo que altera el
tradicional principio de conservación. Así, la energía puede pasar a otros
estados e incluso convertirse en masa, y a la inversa. Einstein, afirmó que
toda clase de energía tiene masa determinada, y demostró que masa y energía son
equivalentes; la propiedad llamada masa es, simplemente, energía concentrada.
En otras palabras, materia es energía y energía es materia.
PRINCIPALES FORMAS DE ENERGIA
Energía Mecánica.
Por ejemplo, aquella que
poseen los cuerpos en movimiento, o bien la interacción gravitatoria entre la
Tierra y la Luna.
Energía Electromagnética.
Generada por campos
electrostáticos, campos magnéticos o bien por corrientes eléctricas.
Energía Química.
Se origina por las
reacciones químicas entre las sustancias; proporciona capacidad para efectuar
un trabajo, por ejemplo: la dinamita, una batería de automóvil, una pila para
radio, etcétera.
Energía Metabólica.
Es la generada por los
organismos vivos gracias a procesos químicos de oxidación como producto de los
alimentos que ingieren.
Energía calorífica.
Es la que se transmite
entre dos cuerpos que se encuentran a diferente temperatura. La proporciona el
calor; por ejemplo, una parrilla eléctrica, el vapor para mover una locomotora,
etcétera. El calor también tiene por efecto cambiar el estado de los cuerpos y,
al aumentar su temperatura, los sólidos se vuelven líquidos (fusión) y los
líquidos hierven (ebullición) y se evaporan. No hay que olvidar que la energía
adopta sucesivamente varias formas antes de convertirsen calor, que es una forma
degradada de energía.
Energía eléctrica.
Es la que se produce por
el movimiento de electrones a través de un conductor. mueve máquinas, enciende
lámparas, calentadores, motores, etcétera, es originada por un flujo de
electrones a través de un conductor eléctrico. Se puede obtener energía
eléctrica a través de cualquier otra forma de energía. Prácticamente se explota
la energía hidráulica de saltos y ríos, o bien la energía térmica de la
combustión de hidrocarburos; incluso la energía solar se aprovecha para
suministrar electricidad a. ingenios espaciales. El único inconveniente que
presenta la energía eléctrica es no tener un medio cómodo para almacenaría.
La energía cinética es
la derivada del movimiento de las partículas materiales, mientras que la energía
poseída por los cuerpos en virtud de sus posiciones o configuraciones se conoce
como potencial. Un martillo, por ejemplo, utliza su energía cinética para
vencer las fuerzas de rozamiento que se oponen a la penetración del clavo. Sin
embargo, los saltos de agua transforman la diferencia de energía potencial,
debida a las distintas alturas o distintas con respecto al centro de la Tierra,
energía eléctrica.
Tradicionalmente, se
diferencia la energía cinética de traslación, provocada por la velocidad lineal
de un cuerpo, de la rotación de los sólidos en torno a un eje. Asimismo, la
energía potencial puede ser de naturaleza gravitatoria, elástica, magnética,
eléctrica, química, etc.
La comparación de todos
estos tipos de energía se realiza a través del trabajo mecánico consumido en la
producción de cada una de ellas. La física experimental ha demostrado que una
cantidad dada de energía corresponde siempre al mismo trabajo, definido como su
equivalente mecánico.
FUENTES DE ENERGÍA
En el ámbito de la
física, se diferencia una ingente variedad de procesos capaces de generar
energía en alguna de sus manifestaciones. Sin embargo, las fuentes clásicas de
energía utilizadas por la industria han sido de origen térmico, químico o
eléctrico, recíprocamente intercambiables entre sí y transformables en energía
mecánica.
Las fuentes de energía
se pueden clasificar en:
1.- Renovables.
2.- No Renovables.
Fuentes de Energía
Renovables:
Las energías renovables
son aquellas que llegan en forma continua a la Tierra y que a escalas de tiempo
real parecen ser inagotables.
2) Como
afectan las temperaturas extremas altas y bajas la salud de los seres humanos
Efectos del frío en la
salud
Clínicamente se puede
decir que un estado de hipotermia existe cuando la temperatura central del
cuerpo es cercana los 35 grados centígrados. Con temperaturas inferiores el
riesgo de muerte aumenta por un para cardiaco.
Si la temperatura
interna sigue disminuyendo, el ritmo cardiaco disminuye. Cuando ya no puede
compensarse la perdida de calor durante mas tiempo, la temperatura interna
desciende hasta cerca de los 30 grados en que gradualmente se detiene en
escalofrío reemplazándose por una rigidez muscular.
Efectos de la exposición al frío
Cualquier condición de
ambiente frío, puede inducir a la disminución de la actividad en cinco áreas:
sensibilidad táctil, ejecución manual, seguimiento, tiempo de reacción, las
cuales se encuentran en las categorías de ejecución motora y cognoscitiva.
Efectos del calor en la salud
Cuando el trabajador
esta expuesto a latos niveles de calor radiante o dirigido puede llegar a
sufrir daños en su salud de dos maneras.
En la primera la
temperatura alta sobre la piel, superior a 45 grados centígrados puede quemar
el tejido.
Los efectos calves de
una temperatura elevada ocurren, si la temperatura profunda del cuerpo se
incrementa a más de 42 grados centígrados, es decir, se aumenta mas o menos en
5 grados.
Las razones que pueden
llevar a hipotermia son:
Condiciones ambientales
muy húmedas que ejercen demasiada presión contra la piel, impidiéndole reducir
el calor por medio del sudor que se evapora.
Por condiciones
ambientales demasiado calientes que interfieren el sistema regulador del
organismo que intenta contrarrestar los efectos de temperaturas altas.
Puede ser causado por
efectos aislantes de la ropa protectoras debido a la impermeabilidad de ésta y
a sus propiedades de retención de calor.
Preguntas generadoras
·
Cual es la equivalencia entre masa y energía
La equivalencia entre la
masa y la energía dada por la expresión de la teoría de la relatividad de
Einstein.
indica que la masa
conlleva una cierta cantidad de energía aunque la primera se encuentre en
reposo, concepto ausente en mecánica clásica, esto es, que la energía en reposo
de un cuerpo es el producto de su masa por su factor de conversión (velocidad
de la luz al cuadrado), o que cierta cantidad de energía de un objeto en reposo
por unidad de su propia masa es equivalente a la velocidad de la luz al
cuadrado
En la última fórmula la
masa adquiere valor unitario como predeterminado de toda fracción, pudiendo
adquirir, tanto la energía como la masa, diversos valores a única condición de
que el resultado fuera la velocidad de la luz al cuadrado para que la
equivalencia fuera correcta, esto dota la fórmula de cierta libertad de
aplicación ya que es independiente de cualquier sistema de unidades, no
obstante, actualmente se le aplica el sistema SI (en la fórmula anterior donde
la velocidad de la luz se expresa en m/s, la energía en J y la masa en kg), aunque
Einstein utilizara el CGS. En un Sistema de Unidades Naturales, c adquiere el
valor 1 y la fórmula sería:
Donde se establece una
igualdad entre Energía y Masa sin factor de conversión aparente. En teoría, el
factor de conversión debe seguir aplicándose aunque su repercusión en el
resultado sea 0.
La ecuación de extender
la ley de conservación de la energía a fenómenos como la desintegración
radiactiva. La fórmula establece la relación de proporcionalidad directa entre
la energía E (según la definición hamiltoniana) y la masa m, siendo la
velocidad de la luz c elevada al cuadrado la constante de dicha
proporcionalidad.
También indica la
relación cuantitativa entre masa y energía en cualquier proceso en que una se
transforma en la otra, como en una explosión nuclear. Entonces, E puede tomarse
como la energía liberada cuando una cierta cantidad de masa m es desintegrada,
o como la energía absorbida para crear esa misma cantidad de masa. En ambos
casos, la energía (liberada o absorbida) es igual a la masa (destruida o
creada) multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz.
Energía en reposo = Masa
× (Constante de la luz)2
·
Como se regula el calor en el ser humano
El encargado de regular
la temperatura corporal es el hipotálamo. Su misión es mantener la temperatura
entorno a los 37ºC ya que dicha temperatura es la ideal para que funcionen las
enzimas de nuestro cuerpo y todas las reacciones químicas que en él tienen
lugar. La temperatura se mantiene intentando equiparar la producción de calor
con la pérdida.
Cuando hace mucho calor
el hipotálamo detecta una subida en la temperatura corporal y para
contrarrestarla procura aumentar la pérdida de calor. ¿Cómo? Mediante la
sudoración y provocando vasodilatación periférica fundamentalmente. Calentar el
aire que respiramos tambien forma parte de ésto. En caso de no conseguirlo,
puede aumentar la temperatura corporal provocando un golpe de calor. No debemos
confundir la fiebre, de la hiperpirexia, de la hipertermia. En los dos primeros
el control del hipotalamo permanece intacto, simplemente sube el grado de
temperatura al que ajusta el hipotálamo. Se diferencian en la temperatura (la
hiperpirexia es por encima de los 40ºC). En la hipertermia en cambio, el
hipotalamo pierde el control, el punto de mantenimiento permanece intacto pero
el control sobre la producción y la pérdida se altera.
Cuando hace mucho frío
nuestro cuerpo detecta una bajada de la temperatura corporal y en un primer
momento intenta contrarrestarla por lo que aumenta la tasa metabólica para
producir calor, produce vasoconstricción periférica para frenar la pérdida y
conservar el calor en los órganos principales, etc... Llega un momento en que
no puede más, se satura, y se procuce una vasodilatación de respuesta y una
serie de procesos que ya entran dentro de la hipotermia.
En todo esto entran en
juego muchas hormonas y neurotransmisores, hay que tener en cuenta que el
hipotalamo es probablemente el órgano endocrino más importante.
Como se regula el calor en los animales
La termorregulación es
la capacidad del cuerpo para regular su temperatura, dentro de ciertos rangos,
incluso cuando la temperatura circundante es muy diferente. Los animales
homeotermos tienen capacidad para regular su propia temperatura.
La temperatura normal
del cuerpo de una persona varía dependiendo de su sexo, su actividad reciente,
el consumo de alimentos y líquidos, la hora del día y, en las mujeres, de la
fase del ciclo menstrual en la que se encuentren. Tradicionalmente la Medicina
considera que la temperatura corporal normal -tomada oralmente- oscila entre
36,5 y 37,5 °C en el adulto saludable; el valor promedio viene a ser 37ºC.
Tres estudios diferentes
recientes sugieren que la temperatura promedio en adultos saludables es de 36,7
°C. Las variaciones entre los tres estudios (con una sola desviación estándar)
son las siguientes:
36,5 a 37,9 °C.
36,3 a 37,1 °C en
varones; 36,5 a 37,3 °C en mujeres.
36,6 a 37,3 °C.
Guía numero 2
Pregunta
esencial
¿Cómo
entender los eventos de la naturaleza de manera activa y dinámica?
La naturaleza hace parte de una posición
filosófica que sostiene que todo lo que existe es natural, en otras palabras,
es parte del espacio. Los procesos temporales de la naturaleza o que si
cualquier tipo de objeto no naturales pueden existir, se conoce sólo a través
de sus efectos en la naturaleza. Todo lo que se puede experimentar es en el
espacio el orden temporal de la naturaleza.
Preguntas de unidad
¿Por qué es importante cuantificar los eventos de
la naturaleza?
La física,
en su búsqueda de describir la verdad última de la naturaleza, tiene varias
bifurcaciones, las cuales podrían agruparse en cinco teorías principales: la
mecánica clásica, que describe el movimiento macroscópico; el
electromagnetismo, que describe los fenómenos electromagnéticos como la luz; la
relatividad, formulada por Einstein, que describe el espacio tiempo y la
interacción gravitatoria; la termodinámica, que describe los fenómenos moleculares
y de intercambio de calor; y, finalmente, la mecánica cuántica, que describe el
comportamiento del mundo atómico.
¿Para qué estudiar y comprender los movimientos
de partículas y cuerpos grandes?
La física
de partículas es la rama de la física que estudia los componentes elementales
de la materia y las interacciones entre ellos como si éstas fueran partículas.
Es llamada también física de altas energías, pues muchas de las partículas
elementales no se encuentran en la naturaleza y es necesario producirlas en
colisiones de alta energía entre otras partículas, como se hace en los
aceleradores de partículas. Los principales centros de estudio sobre partículas
son el Laboratorio Nacional Fermi o Fermilab, en Estados Unidos, y el Centro
Europeo para la Investigación Nuclear o CERN, en la frontera entre Suiza y
Francia. En estos laboratorios lo que se logra es obtener energías similares a
las que se cree existieron en el Big Bang, y así se intenta tener cada vez más
pruebas del origen del universo. En la actualidad, las partículas elementales
se clasifican siguiendo el llamado Modelo Estándar en dos grandes grupos:
bosones y fermiones. Los bosones son las partículas que interactúan con la
materia y los fermiones son las partículas constituyentes de la materia. En el
modelo estándar se explica cómo las interacciones fundamentales en forma de
partículas (bosones) interactúan con las partículas de materia (fermiones).
Así, el electromagnetismo tiene su partícula llamada fotón, la interacción nuclear
fuerte tiene al gluón, la interacción nuclear débil a los bosones W y Z y la
gravedad a una partícula hipotética llamada gravitón. Entre los fermiones hay
más variedad; se encuentran dos tipos: los leptones y los quarks. En conjunto,
el modelo estándar contiene 24 partículas fundamentales que constituyen la
materia (12 pares de partículas/anti-partículas) junto con 3 familias de
bosones de gauge responsables de transportar las interacciones.
¿Cómo entender las causas por las cuales se
produce el movimiento?
El
movimiento se produce por una acción logrando que un cuerpo cambie de posición de
lugar, en el tiempo respecto a otros que se consideren fijos .
Cuando un
cuerpo está en reposo no varía el lugar que ocupa durante el tiempo.
Cuando un
cuerpo se mueve recibe el nombre de móvil y la línea que describe en su
desplazamiento se llama trayectoria.
Preguntas de contenido
¿Para qué y como representar el movimiento de las
partículas en el plano cartesiano?
el
movimiento uniforme se representa mediante un sistema carteciano tomando en el
eje y= espacios y en el eje x= a tiempos por ejemplo un móvil que recorre dos
metros por segundo en cada segundo se representa por la recta señalada en la
figura la velocidad (v) vendrá dada por la tangente trigonométrica del ángulo
del inclinado
¿Cómo aplicar las leyes de la dinámica en nuestra
vida diaria?
Primera ley o principio den inercia: toda fuerza al actuar sobre un cuerpo tiene que
vencer cierta oposición o resistencia que el cuerpo ofrece. Esta resistencia
recibe el nombre de inercia por lo cual esta primera ley se denomina también de
inercia. Ejemplo lo experimentamos al querer arrastrar un carro empujándolo.
Observamos que opone cierta resistencia al ser movido una vez vencida esta
inercia el coche se moverá con facilidad
Segunda ley o principio de la acción o reacción: la acción ejercida por una fuerza es siempre
igual y de sentido contrario a la reacción del cuerpo sobre el que actúa. Un
ejemplo claro de este principio lo experimentamos al golpear un yunque con un
martillo, cuya fuerza de reacción despedirá a este hacia arriba haciéndolo
rebotar
Tercer principio fundamental de la dinámica: cuando un cuerpo material cambia su estado de
movimiento o de reposo es que sobre el actúa una fuerza. Esto se puede resumir
diciendo que las aceleraciones que adquiere un cuerpo son proporcionales a las
fuerzas que sobre el actúan. La constante de proporcionalidad es la masa inerte, m: F=m. a ejemplo si al ir en un carro
a una velocidad uniforme a 60 km/h; por efecto de la fuerza del motor, le
imprimimos una fuerza nueva que lo mueve a 30 km/h; la velocidad resultante
será la suma de los dos, por ser ambas del mismo sentido; o sea, 90 km/h. si a
continuación por la acción de los frenos
formamos una fuerza de sentido contrario y de intensidad de 30 km/entonces la
velocidad de automóvil se verá reducida a 60 km/h; al restarle la nueva fuerza,
que es de sentido opuesto de estos principios se desprende el concepto de masa inerte.
¿Por qué es importante identificar las fuerza de
contacto?
Por que
las fuerzas de contacto son aquellas que producen una acción durante un
determinado periodo de tiempo mas o menos prolongado. Ejemplo el viento que se
produce al inducir sobre las velas, o la fuerza del motor que origina la marcha
del vehículo.
¿Qué una fuerza de acción a distancia y por qué
es importante comprender el concepto de peso?
Las fuerzas de contacto son ciertos tipos de
fuerzas que se presentan en los objetos que interactúan y que están físicamente
en contacto. Por ejemplo: la fuerza con que se empuja un objeto, la fuerza de
fricción
Peso es la
fuerza de atracción que la tierra ejerce sobre la materia, esta atracción es
mayor que en los polos del ecuador, ya que la atracción depende de la distancia
que hay entre la superficie y el centro de la tierra y como la distancia
disminuye des del ecuador hay mayor atracción cuanto mas cerca estamos del
centro de la tierra.
¿Qué es una fuerza centrípeta y por qué es
fundamental tener claridad de este concepto en el movimiento circular?
La fuerza
que hace que un cuerpo siga un movimiento circular se llama fuerza centrípeta
que significa hacia el centro la intensidad de esta fuerza se obtiene
multiplicando la masa del cuerpo por la aceleración que produce.
Cuando se
hace girar un objeto atado al extremo de una cuerda esta transmite una fuerza
centrípeta que se identifica con la tensión a que está sometida.
¿Por qué es importante el principio de
conservación de la energía?
S un
sistema material aislado por que se mantiene constante la energía mecánica del
sistema es decir Em=Ec +Ep = constantes
El sistema
aislado es aquel que esta fuera de la influencia de las fuerzas de rozamiento y
de cualquier otro sistema.
¿Por qué es importante tener claro el concepto de
trabajo en física?
Es el
producto de la fuerza que actúa sobre un cuerpo por el espacio recorrido a
causa de dicha fuerza.
