Lucho_7722

Visita mis otros post de física: * http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/14203694/Fisica-basica_-fenomenos-fisicos.html * http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/14314150/Fisica-basica_-fuerzas-paralelas_-centro-de-gravedad-y-pes.html * http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/14462459/Fisica-basica_-maquinas-simples.html * http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/14645778/Fisica-basica_-cinematica.html * http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/14710401/Fisica-basica_-astronautica.html * http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/14852260/Fisica-basica_-dinamica.html * http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/15260282/Fisica-basica_-trabajo-mecanico.html Composición de fuerzas concurrentes Se llama así al proceso o mecanismo para obtener la resultante entre 2 o más fuerzas aplicadas a un cuerpo. Recordemos lo explicado en el post anterior sobre resultante de un sistema: es la fuerza capaz de reemplazar, con igual efecto, a varias otras fuerzas aplicadas a un cuerpo. Composición de dos fuerzas concurrentes Dos fuerzas, aplicadas a un cuerpo de modo que tengan un punto en común forman un sistema de dos fuerzas concurrentes. En un sistema de dos fuerzas concurrentes pueden ofrecer dos circunctancias; a- Que las dos fuerzas pertenezcan a la misma recta; es decir, que tengan igual dirección. b- Que cada una de las dos fuerzas pertenezcan a distintas rectas. a- Cuando cada una de las dos fuerzas pertenecen a la misma recta pueden darse 3 casos. 1º Que tengan distinto sentido pero igual intensidad. Por ejemplo: cuando dos personas tiran de una cuerda sin ningún vencedor. De aquí deducimos que la resultante de dos fuerzas de igual intensidad, que pertenecen a una misma recta es nula. En símbolos es: R = F1 + F2 = 0 2º Que las dos fuerzas tengan igual sentido. Por ejemplo: cuando dos personas tratan de empujar un automóvil o una carga cualquiera. Esto nos indica que la resultante de dos fuerzas de igual dirección y sentido es otra fuerza de igual dirección y sentido que aquéllas, y cuya intensidad equivale a la suma de ambas. 3º Que las dos fuerzas tengan igual dirección, pero sentido e intensidad distintos. Por ejemplo: el mismo de las personas tirando de la cuerda, pero con un vencedor. El que vence, lo consigue aplicando una fuerza superior a la del otro, En este caso, el que pierde se desplaza en dirección del ganador. De lo expuesto deducimos que la resultante de dos fuerzas de igual dirección, pero con sentido e intensidad distintos es otra, cuyo sentido está determinado por el de la fuerza mayor y cuya intensidad es igual a la diferencia de intensidad de ambas fuerzas. b- En el caso de que las dos fuerzas no pertenezcan a una misma recta, se aplica la llamada regla del paralelogramo, que se enuncia así: Por el extremo de cada una de las fuerzas se traza una paralela a la otra, Así se forma un paralelogramo. La diagonal que parte del origen de las fuerzas es la resultante del sistema. Verificación de la regla del paralelogramo Si las fuerzas no tuvieran el punto en común O, se procede a prolongar sus direcciones hasta que se determine el punto de intersección, y a partir de éste se trasladan las fuerzas. Entonces se aplica la regla del paralelogramo. Las fuerzas, como están representadas como vectores, se podrá resolver la composición de fuerzas con las mismas operaciones con las que se trabajan los vectores. En el caso del sistema de la siguiente figura, la resultante está aplicada a la suma de vectores. Diferencia de dos fuerzas Dadas dos fuerzas, F1 y F2 se puede obtener la fuerza diferencia si procedemos como si fueran vectores. Es decir, a continuación de F1 colocamos F2 pero con sentido contrario; el vector determinado por el origen del primero y el extremo del segundo es el vector diferencia. Valor de la resultante Una vez conocido el mecanismo ¿cómo sabremos cuál es la intensidad de la resultante? Supuesto que todo ah sido hecho a escala, se procede a medir (tomando como base la unidad de escala), y mediante una simple regla de tres obtendremos el valor buscado. Acción y reacción Cuando suspendemos un cuerpo de un hilo, éste se pone tenso por la acción del cuerpo. Toda vez que un resorte es comprimido o estirado, existe una acción que provoca ese fenómeno. Los espectadores colocados en la tribuna de una cancha de fútbol ejercen acción sobre los peldaños de la misma; un cuerpo colocado sobre una mesa ejerce también una determinada acción. En todos los casos esas acciones son equilibradas por alguna otra fuerza que en nuestros ejemplos suministran el hilo, el resorte, el peldaño o la mesa, respectivamente. Esa fuerza se denomina reacción. La experiencia que nos demuestra que a toda fuerza (acción) se opone otra, llamada reacción, de sentido contrario e igual intensidad. Resulta, así, el principio de acción y reacción: A toda fuerza (acción) se opone otra, de igual intensidad y de sentido contrario, llamada reacción. La experiencia nos demuestra también que no siempre la reacción logra anular la acción que recibe, ya que todos los cuerpos no poseen la misma capacidad de reacción. Ejemplo: una pelota es deformada por una fuerza; como el aire que contiene se comprime y tiende a reaccionar, la misma recupera su forma. pero si a esa pelota le pasa por encima un camión, la reacción no se verifica, pues revienta. Si sobre el peldaño de una escalera suben más personas que las que pueda soportar, la acción es mayor que su poder de reacción, por lo cual se rompe. En otros casos, el poder o capacidad de reacción del cuerpo es muy superior al de la acción; por ejemplo, la acción de este libro sobre la mesa es superada ampliamente por la reacción de la mesa. Idéntico caso es el de la silla o butaca con respecto al peso de la persona que en ella se haya sentado. Ejemplos: a- Cuando destapamos sin tirabuzón una botella, golpeándola contra la pared, tenemos que la acción es la de golpear la botella contra la pared; la reacción, en cambio, es que la pared "devuelve" esa fuerza en sentido contrario y actúa sobre el corcho, que comienza a desplazarse. b- Para ajustar el escobillón o el martillo golpeamos contra el piso. Aquí tenemos que la acción es la fuerza con que el mango choca contra el suelo; la reacción, en cambio, es que el suelo devuelve esa fuerza con igual intensidad, pero de sentido contrario. Efecto: el mango se introduce más. c- Cuando una manguera, que está en el suelo, recibe el primer impulso del agua, observamos que la manguera se desplaza. Aquí tenemos que la acción es el del agua al "chocar" contra el aire que hay dentro de la manguera y contra el del exterior; la reacción, en cambio, es que el aire "rechaza" esa acción y provoca el desplazamiento de la manguera. Este ejemplo explica el mecanismo de los molinetes que se emplean para regar jardines y el proceso de los aviones "de chorro" (mejor dicho, "de retropropulsión" ) Descomposición de fuerzas Descomponer una fuerza según dos direcciones dadas Procediendo en forma inversa al caso de la composición de dos fuerzas concurrentes, podremos calcular las fuerza F1 y F2, que denominamos componentes de la fuerza dada R. Para ellos, procedemos así: por el extremo de la fuerza R trazamos las paralelas a las direcciones m y n hasta cortarlas. Los segmentos determinados sobre cada una de ellas nos darán las fuerzas buscadas. Descomposición en el plano inclinado y en el péndulo 1º En el plano inclinado (tobogán, dispositivos para deslizar objetos, etc). Si consideramos la descarga de un cuerpo por un plano inclinado, observamos que aquél se desliza por la acción de una fuerza F, cuyo origen explicaremos. A primera vista, la única fuerza actuante es la del cuerpo. Veamos que ocurre. En el punto G está aplicada la fuerza P, pero del cuerpo (con dirección y sentido hacia el centro de la tierra). Por el punto G trazamos la paralela al plano inclinado y una perpendicular a dicho plano (rectas a y b). Por el extremo de P trazamos las paralelas a las rectas a y b; de este modo determinamos los puntos T y V. ¿Qué hemos logrado? Descomponer, según lo explicado, la fuerza P en otras 2: F1 y F2. Consecuentemente, la acción de la fuerza P que ah quedado transformada en F1 y F2 o reemplazarlas por ellas. De acuerdo con lo visto al tratar de acción y reacción, la fuerza F2 queda anulada por la reacción del plano (si no reaccionara el plano se hundiría). Entonces, ¿cuál es la fuerza que actúa en G? Lo es la fuerza F1, merced a la cual el objeto se desliza en el sentido de esa fuerza y F es la equilibrante. 2º En el péndulo (columpio, péndulo de reloj, etc.). Procedemos como en el ejemplo del caso anterior. La fuerza P (peso del cuerpo) se descompone según dos direcciones: una perpendicular al hilo y otra igual a la del hilo y otra igual a la del hilo. En el punto A actuaba P; ahora, en su reemplazo, actúan F1 y F2. Pero por el principio de acción y reacción, F2 queda anulada por la reacción del hilo, que se pone tenso (si no reaccionara, el péndulo caería por rotura del hilo; la reacción también es del soporte M). Queda solamente, actuando sobre el punto A, la fuerza F1, que hace desplazar al péndulo sobre B. Resultante de varias fuerzas concurrentes Método del paralelogramo Por la regla del paralelogramo, relativa a las fuerzas, sabemos obtener la resultante entre dos fuerzas concurrentes. En caso de ser más, procede del modo siguiente: se calcula la resultante entre las dos primeras F1 y F2 y se logra la primera resultante parcial, R1. A esta resultante se le suma la tercera fuerza y se consigue la resultante R2. A esta nueva resultante se le suma la cuarta fuerza, y así sucesivamente, hasta haber sumado la última fuerza. Método de la poligonal En este caso también podemos aplicar lo que conocemos como suma de vectores. Es decir, que a continuación de la primera fuerza F1, construimos un vector F2, equipolente con F2; a continuación de éste, otro, F3, equipolente con F3, y así sucesivamente, hasta construir el equipolente al último dado. La resultante R está dada por el vector cuyo origen es el de las fuerzas y su extremo es el del último transportado. Equilibrante Si al sistema dado le aplicamos una fuerza E de igual intensidad que R pero de sentido contrario, el cuerpo permanece en equilibrio. De ahí que E se denomina equilibrante.

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Al mismo tiempo recordemos los fenómenos observados al arrancar el tren: desplazamientos de cuerpos, tendencia a irse hacia atrás; la circunstancia de tener que seguir unos metros en movimiento al descender de un vehículo en marcha; el conocido caso del jinete que, sin llegar a desplazarse, cuando el caballo arranca súbitamente, o, a la inversa, cuando se detiene bruscamente y lo despide hacia adelante. Todos estos fenómenos nos dan perfecta noción de que queremos seguir en ese tipo de movimiento. De todo esto surge el siguiente enunciado del principio de inercia: Todo cuerpo tiende a permanecer en estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme en que se encuentra, siempre que una fuerza extraña no modifique dicho estado. La primera parte (referente al reposo) es de fácil verificación. La segunda parte (que pertenece al movimiento rectilíneo uniforme) es más difícil de demostrar, pues actúan fuerzas extrañas, imposibles de anular, que tienden a reducir el movimiento. Ejemplo: Muchas veces, andando en bicicleta, hemos dejado de pedalear ¿Qué pasa entonces? Que seguimos andando ¿Indefinidamente? No ¿Por qué? Pues porque la acción del rozamiento con el pavimento y con el aire, la fricción de los ejes y otros factores, tienden a provocar la detención de la bicicleta. Para darnos cuenta de la importancia de esos rozamientos, imaginemos tres ciclistas que marchan por la ruta y, al llegar a cierto punto, dejan de pedalear. En ese instante, uno continúa por el pavimento; otro por un camino de tierra; y el tercero, por uno de arena ¿Qué pasa? ¿Quién llega más lejos? Es decir, ¿Quién conserva por más tiempo su inercia? El que sigue por el pavimento, pues el que va por la arena es el primero en detenerse, siguiéndole el que lo hace por la tierra. Para tener otro ejemplo de la importancia del rozamiento del aire, basta con recordar al ciclista que viaja detrás de un camión. Éste le permite romper el viento, lo que le permite desplazarse con más facilidad. Estudio dinámico del movimiento rectilíneo uniforme Al estudiar movimiento rectilíneo uniforme deducimos que en él la velocidad es constante. Es decir, que el móvil tiende a permanecer en ese tipo de movimiento indefinidamente. Esta circunstancia coincide con lo enunciado del principio de inercia. O sea, si sobre el móvil dotado de movimiento rectilíneo uniforme actuara una fuerza, se detendría o modificaría su velocidad; por lo tanto, podemos decir que: En todo movimiento rectilíneo uniforme no actúan fuerzas sobre el móvil, o bien, las fuerzas que actúan tienen resultante nula. Principio de masa Relaciones entre fuerza, masa y aceleración Muchas veces hemos participado en la acción de empujar un auto sin batería ¿Qué notamos? a - En el primer momento se hace difícil moverlo; una vez logrado, si se mantiene la misma acción (fuerza), la velocidad que adquiere el móvil va en aumento. b - Si en vez de ser una sola son cinco las personas que empujar, todo el proceso es más fácil y la velocidad adquirida en el mismo tiempo es mayor. Estudio dinámico del movimiento uniformemente variado Si a medida que transcurre el tiempo la velocidad aumenta, ¿Qué tipo de movimiento adquiere el móvil? Movimiento uniformemente acelerado. 1 - El movimiento que adquiere el cuerpo por acción de una fuerza constante, es uniformemente variado. Por lo tanto, en todo movimiento uniformemente variado existen fuerzas actuando sobre el móvil. Si el sentido de la fuerza es igual al sentido de la velocidad, el movimiento es acelerado; si el sentido de la fuerza es contrario al de la velocidad, el movimiento es retardado. 2 - A mayor fuerza es mayor la aceleración adquirida 3 - Efectuado el cociente entre la fuerza aplicada y la aceleración adquirida, tendremos un valor constante (cte), llamado masa (m) del cuerpo: F1 / a1 = F2 / a2 =F3 / a3 = F / a = cte (m) En síntesis: F / a = m o sea, masa es el cociente entre la fuerza aplicada y la aceleración adquirida. La mayor o menor masa de un cuerpo representa la mayor o menor resistencia que opone el cuerpo al movimiento, o sea, si mayor o menor inercia. Por ello, podríamos decir que masa es la mayor o menor inercia que posee un cuerpo. Cuanto mayor es su masa, más difícil es sacarlo del reposo y también detenerlo. De todo lo deducido podemos formular el siguiente enunciado del principio de masa: La aceleración adquirida por un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza aplicada e inversamente proporcional a la masa del mismo. En símbolos: a = F / m Por lo tanto: F = m * a expresión que nos indica que la fuerza es igual al producto de la aceleración adquirida; de ella se deduce que: m = F / a Relaciones entre peso, masa y gravedad Si el cuerpo cae, adquiere un movimiento uniformemente acelerado ¿Qué aceleración adquiere? La aceleración de la gravedad. ¿Por acción de qué fuerza cae el cuerpo? Por la acción de su peso. En consecuencia, si por el principio de masa es: F / a = cte(m) y el peso (P) equivale a la fuerza (F) y la gravedad (g) equivale a la aceleración (a), resulta, reemplazando: P / g = cm o sea, masa es el cociente entre el peso y la aceleración de la gravedad del lugar. Dicho en forma matemática, el peso es función de la aceleración de la gravedad. De la última ecuación deducimos: P = m * g por lo tanto: g = P / m El peso del cuerpo varía de acuerdo con el valor de la aceleración de la gravedad. Como el valor g varía con la latitud, resulta que el peso de un cuerpo depende de la latitud del lugar. Relación entre volumen y masa 1 - Tres cuerpos de igual peso, pero de tamaños (volúmenes) y formas distintos Como sus pesos son iguales y g es la misma (en ese mismo lugar de la Tierra), resulta: P1 / g = P2 / g = P3 / g es decir: m1 = m2 = m3 o sea que esos cuerpos tienen igual masa. Por lo tanto, los cuerpos pueden poseer distinto volumen y ser iguales sus masas. 2 - Tres cuerpos de igual tamaño y distinto peso. Si los pesos son distintos, resulta: m1 ≠ m2 ≠ m3 o sea: m1 ≠ m2 ≠ m3 es decir que poseen distinta masa. Por lo tanto, los cuerpos pueden tener igual forma y tamaño, y ser distintas sus masas. Unidades de masa Del principio de masa, recién enunciado, surge la nueva magnitud masa, constante para cada cuerpo en cualquier lugar de la Tierra. Para medir esta magnitud masa se consideran las siguientes unidades: a - Kilogramo masa, que es la masa del kilogramo patrón. En símbolos, Kg significa Kilogramo masa, para diferenciarlo de kilogramo fuerza(peso), se utiliza el mismo símbolo, con la diferencia de que posee un vector sobre el mismo. b - Gramo masa, que es la milésima parte de la masa del Kilogramo patrón. En símbolos, g significa gramo masa, para diferenciarlo de gramo fuerza (peso), se utiliza el mismo símbolo, con la diferencia de que posee un vector sobre el mismo. Sistemas de unidades Es el conjunto de tres unidades fundamentales que se eligen para determinadas magnitudes. De ellas se deducen las correspondientes para las otras magnitudes, según las relaciones que las vinculan. Por ejemplo: de la unidad fundamental metro, se deduce la unidad derivada de superficie, metro cuadrado. Sistema cgs y MKS En estos dos sistemas se consideran fundamentales: longitud, masa y tiempo. Recordamos que para comparar fuerzas adoptamos como unidad de medida el kilogramo fuerza y para la masa, el kilogramo masa. La dina y el newton Por el principio de masa es: a = F / m Por lo tanto: F = m * a Si: m = 1 g y a = 1cm / seg2 (segundo al cuadrado) es: F = 1 g * 1 cm / seg2 (segundo al cuadrado) expresión que nos define la unidad de fuerza en el sistema cgs y que llamamos dina. Dina en la unidad de fuerza en el sistema cgs; o sea, es la fuerza capaz de imprimir al gramo masa una aceleración de 1 centímetro sobre segundo al cuadrado. 1 dyb = 1 g * cm / seg2 (segundo al cuadrado) Si la fuerza aplicada lo es al kilogramo masa y la aceleración que le imprime es de 1 m / seg2 (segundo al cuadrado), la fuerza aplicada se denomina newton. O sea, si: m = 1 Kg y a = 1m / seg2 (segundo al cuadrado) como: F = m * a es: F = 1 Kg * 1 m / seg 2 (segundo al cuadrado) expresión que permite definir la unidad MKS de fuerza, llamada newton. Newton es la unidad de fuerza en el sistema MKS; o sea, es la fuerza capaz de imprimir al kilogramo masa una aceleración de un metro sobre segundo al cuadrado. 1 N = 1 Kg * 1 m / seg 2 (segundo al cuadrado) Sistema práctico Es aquel que considera como unidades fundamentales las correspondientes a las magnitudes: longitud, fuerza y tiempo. Para la longitud, la unidad es el metro; para la fuerza, el kilogramo fuerza; y para el tiempo, el segundo. Relaciones entre las unidades de fuerza Tenemos definidas 3 unidades de fuerza: en el sistema cgs, dina (dyn); en el MKS, newton (N); en el sistema práctico, kilogramo fuerza (Kg, con un vector sobre el símbolo). A 45º de latitud la aceleración de la gravedad es g = 9,80 m / seg2 (segundo al cuadrado), por lo cual se puede demostrar que: NOTA: en las siguientes fórmulas utilizaré el símbolo "Kg (del kilogramo masa)" para referirnos al Kilogramo fuerza, ya que no puedo escribir el símbolo del Kilogramo fuerza con el teclado. Así mismo ocurre con el "g (del gramo masa)", que utilizaré para refirirme al gramo fuerza. En caso de que se refiera al Kilogramo masa o al gramo masa, lo especificaré al lado de dicho símbolo entre paréntesis 1 Kg = 9,8 N 1 g = 980 dyn 1 N = 100000 dyn 1 Kg = 980000 dyn 1 N = 0,102 Kg 1 dyn = 0,00102 g 1 dyn = 0,00001 N En efecto, por el principio de masa: P = m * g es decir: P = 1 Kg (kilogramo fuerza) m = 1 Kg (kilogramo masa) y a 45º de latitud: g = 9,80 m / seg2 (segundo al cuadrado) reemplazando sus valores resulta: 1 Kg * 9,80 m / seg2 = 9,80 Kg * m / seg2 (newtons) (segundo al cuadrado) es decir que: 1 Kg = 9,80 N Considerando: P = 1 Kg (kilogramo fuerza) m = 1 Kg (kilogramo masa) y a 45º de latitud: g = 9,80 m / seg2 (segundo al cuadrado) P = m * g 1g = 1g (gramo masa) * 980 cm / seg2 = 980 g * cm / seg2 (dinas) (segundo al cuadrado). es decir: 1 g = 980 dyn; Por lo tanto: 1 Kg = 980000 dyn Efectuando las siguientes reglas de tres simple, resulta: a - Para newtons: 9,80 N __________ 1 Kg (kilogramos fuerza) 1 N __________ x 1 N __________ (1 Kg * 1 N) / 9,80 N = 0,102 Kg (fuerza) es decir: 1 N = 0,102 Kg (fuerza) o bien: 1 N = 102 g (fuerza) b - Para dinas: 980 dyn __________ 1 g (gramos fuerza) 1 dyn __________ x 1 dyn __________ (1 g * 1 dyn) / 980 dyn = 0,00102 Kg (fuerza) es decir: 1 dyn = 0,00102 Kg (fuerza) o bien: 1 dyn = 1,02 g (fuerza) Si: 1 N = (1 Kg * 1 m) / seg2 (segundo al cuadrado) como: 1 Kg = 1000 g (Kilogramo masa) y 1 m = 100 cm resulta: 1 N = 1000 g * 100 cm / seg2 = 100000 dyn (segundo al cuadrado) Por lo tanto: 1 dyn = 0,00001 N Movimiento circular uniforme Idea de velocidad angular y tangencial Se dice que un cuerpo está animado con movimiento circular uniforme cuando su trayectoria es una circunferencia y recorre arcos iguales en tiempos iguales. Ejemplos: Un niño en una calesita, las paletas de un ventilador, las agujas de un reloj, etc. De la siguiente figura: considerando el punto P, cuya trayectoria es la circunferencia de radio r, resulta, si el arco PP' es el espacio y t es el tiempo: v = PP' / t esta velocidad se denomina velocidad tangencial (más precisamente debe llamarse velocidad numérica, dejándose el término de tagencial para el vector velocidad que la representa, tagencialmente a la trayectoria circular). En consecuencia, velocidad tangencial es el cociente entre la longitud del arco recorrido y el tiempo empleado. Recordemos ahora el caso del caballo de noria. El animal arrastra la palanca OA. Mientras el caballo pasa de la posición OA a la posición OB (describe el arco AB), la palanca recorre el ángulo alfa (α). Es decir, entonces, que existe otra magnitud, que debemos relacionar con el tiempo empleado, y es el ángulo descrito. Por ello, se define así a la velocidad angular: velocidad angular es el cociente entre ángulo descrito y el tiempo empleado. Tres corredores marchan por su andarivel. Al recorrer la curva, el ubicado en la zona exterior, para mantener la alineación, debe correr a mayor velocidad que el de la zona interior, es decir, que cada uno posee distinta velocidad tangencial, si bien la velocidad angular será la misma. En símbolos: ω = a / t donde: ω = velocidad angular a = ángulo descrito t = tiempo empleado Radian Para la medición de ángulos se emplea otra unidad de medida: el radian. Radian es la medida del ángulo en el que la longitud del arco es igual a la del radio correspondiente. Si el arco es igual al radio, se tomará éste como unidad. El ángulo central es de 360º. Si consideramos un ángulo de un radian, ese ángulo puede transportarse seis veces, quedando un pequeño ángulo más. En consecuencia, el arco no se mide en metros o centímetros, sino en radios de circunferencia. Como la longitud de la circunferencia es: l = 2 * π * r resulta que si: r = 1 es: l = 2 * π radianes o sea: l = 2 * 3,14 = 6,28 radianes Es decir que, considerando el radio como unidad y dividiendo la circunferencia en arcos subtendidos por el radio la circunferencia queda dividida en 6,28 (2 * π ) ángulos llamados radianes. Esos 6,28 radianes equivales a los 360º Período y frecuencia de un movimiento circular uniforme Período (T) es el tiempo transcurrido en dar una vuelta entera. Ejemplo: Si un móvil describe una circunferencia es 2 seg, el período es: T = 2 seg Frecuencia (n) es el número de vueltas que cumple un móvil cada unidad de tiempo. Ejemplo: Si un móvil recorre 300 vueltas / minuto, la frecuencia sería de 5 vueltas /segundo, o sea: 300 vueltas / 60 seg = 5 vueltas / seg que significa cinco vueltas cada segundo. Relación entre período y frecuencia El período (T) es la inversa de la frecuencia (n); por lo tanto, la frecuencia es la inversa del período. En símbolos: T = 1 / n y n = 1 / T Otras fórmulas de velocidad angular y tangencial Cuando el móvil recorre una vuelta completa, el tiempo empleado será el período T, y en ese caso el ángulo descrito será de 2 π radianes (2 π radianes es igual a 360º) Por ello las fórmulas del movimiento circular uniforme pueden describirse así: ω = (2 * π) / T o sea: ω = ángulo 360º / tiempo y v = (2 * π * r) / T es decir: v = arco circunferencia) / tiempo Unidades de velocidad angular ω = α / t por lo tanto: [ω] = 1 / seg En función del tiempo (T) y el ángulo en radianes: ω = 2 * π / t Por lo tanto: [ω] = 1 / seg Unidades de velocidad tangencial v = arco / t por lo tanto: = m / seg En función del período (T) y el ángulo en radianes: v = 2 * π * r / T por lo tanto: = m / seg Relación entre la velocidad angular y tangencial Acabamos de deducir que la velocidad angular es: ω = 2 * π / T y la velocidad tangencial es: v = 2 * π * r / T Observemos bien ambas expresiones y veremos que el factor 2 * π / T velocidad angular, figura en la fórmula de la velocidad angular, por ello: v = 2 * π * r / T puede escribirse: v = ω * r expresión que nos permite expresar que la velocidad tangencial o numérica es proporcional al radio, o sea que la velocidad tangencial es función del radio. La velocidad angular y tangencial en función de la frecuencia Como: ω = 2 * π / T es decir: 2 * π * 1 / T y T es inversa de la frecuencia n, podemos escribirla así: ω = 2 * π * r Si: v = 2 * π * r / T es decir: 2 * π * r * 1 / T en función de la frecuencia podemos escribirla: v = 2 * π * r * n Idea de fuerza centrífuga Atemos un peso cualquiera al extremo de una soga o un hilo y hagámoslo girar. Observaremos que la soga se pone tensa y que tendremos que realizar una cierta fuerza para mantener el centro de giro o rotación en el mismo lugar. Esta fuerza que debemos hacer para mantener ese centro se llama fuerza centrípeta. ¿Por qué se pone tensa la soga? Pues porque, como consecuencia del principio de acción y reacción, ah surgido otra fuerza, de igual intensidad y sentido contrario a la centrípetra, que denominaremos fuerza centrífuga. En todo movimiento circular uniforme se originan dos fuerzas: a - Fuerza centrípeta, que tiene dirección y sentido hacia el centro de rotación. b - Fuerza centrífuga, que es la resultante de la existencia de la fuerza centrípeta. La fuerza centrífuga es de igual intensidad que la fuerza centrípeta, pero de sentido opuesto. Si, en el caso de la piedra que gira atada al hilo, éste se rompe, la piedra no sigue la dirección la dirección del radio, sino que sale despedida tangencialmente a la circunferencia ¿Qué ah ocurrido? Al cortarse el hilo, cesa la fuerza centrípeta y, por lo tanto, también la fuerza centrífuga; por ello, el cuerpo sale y, por inercia, sigue en forma tangencial. Valor de la fuerza centrípeta Se puede demostrar que la fuerza centrípeta (o la centrífuga) es directamente proporcional a la masa del cuerpo, al radio y al cuadrado de la velocidad angular. En símbolos: Fc = m * ω2 * r (ω elevado al cuadrado) donde: Fc = fuerza centrípeta o centrífuga m = masa ω = velocidad angular r = radio de giro Ejemplos: 1 - Hagamos girar un cuerpo atado a un resorte o elástico que esté sostenido por un hilo. Observaremos que el resorte se estira. Si colocamos luego cuerpos de distinta masa, verificaremos que a mayor masa se produce mayor estiramiento; o sea, la fuerza centrífuga es proporcional a la masa. 2 - Modifiquemos a la longitud del radio de giro, alargando o acortando el hilo que sostiene al resorte o elástico. Deduciremos que a mayor radio se produce mayor estiramiento; o sea, la fuerza centrífuga es proporcional al radio. 3 - Con uno de los cuerpos, y un radio determinado, repitamos la experimentación explicada, pero modificando la velocidad de giro. Notaremos que a mayor velocidad se produce un estiramiento mayor; o sea, la fuerza centrífuga es proporcional al cuadrado de la velocidad angular (a doble o triple velocidad, la fuerza centrífuga es cuatro o nueve veces mayor respectivamente). Por acción de esta fuerza es que, al tomar una curva, un medio de transporte cualquiera, los pasajeros tienden a inclinarse en el sentido y dirección en que tendría que haber continuado el vehículo. Para contrarrestar estos efectos es que el ciclista se inclina hacia el centro al efectuar la curva del camino, en tanto que algunas pistas y carreteras poseen en las zonas de curva una inclinación hacia el centro, llamada peralte de las curvas. Las fuerzas centrífuga y centrípeta justificarían la forma de la Tierra. La existencia de la fuerza centrífuga es aplicada en distintos mecanismos y circunstancias, como, por ejemplo, en las máquinas centrifugadoras. En las desnatadoras se consigue separar la crema del suero, para fabricar la manteca. En los lavarropas centrífugos se logra eliminar el agua a través de agujeros que posee un tambor cilíndrico, que gira a gran número de revoluciones. En los laboratorios de análisis clínicos existen centrifugadoras que permiten separar el suero y el plasma de la sangre. La fuerza centrífuga que origina la Tiera en su movimiento de rotación, es aprovechada para lanzamientos interplanetarios. La necesidad de guardabarros está regida por la existencia de la fuerza centrífuga; de otra manera se provocarían verdaderos desastres en las calles y vehículos ante la proyección de agua y barro.

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Por ejemplo: moler café, inflar un globo, evaporar agua, el sonido al golpear un metal, etc. Fenómenos físicos Cuando observamos, por ejemplo, el deslizamiento de un niño por el tobogán, el choque de dos piedras, la formación del arcoiris, la desviación del rayo de sol realizada con un espejo, dar bomba a una estufa a presión, estamos en presencia de lo que llamamos fenómenos físicos. El estudio d elos fenómenos físicos constituyen el objeto de la física. Método físico Si el objeto de la física en estudiar los fenómenos físicos, resulta fácil entender que para ello deberemos establecer un orden, que denominamos método. En el estudio de la física se establece el método experimental, que permite reproducir los fenómenos a estudiar, para obtener así las correspondientes conclusiones. Este método consta de las siguientes etapas: 1- Observación 2- Experimentación y medición 3- Hipótesis 4- Leyes físicas Observación: La acción del calor sobre los cuerpos (dilatación), el vaivén del columpio (oscilaciones), el paso del hielo a agua (fusión) y otro muchos casos que atraen nuestra atención, provocan la observación del fenómeno. Experimentación: Consiste en producir el fenómeno en condiciones similares a aquellas en las cuales lo hemos visto ocurrir y, al mismo tiempo, experimentar con objetos o sustancias diferentes, a fin de verificar si también, al cambiar las circunstancias, persiste el fenómeno. Medición: Una vez realizada la experimentación, comparamos esos fenómenos análogos, es decir, medimos (mediante termómetros, relojes, regla, etc), a fin de establecer sus relaciones o diferencias Hipótesis: Ante lo observado, experimentado y medido, surgen ideas, conjeturas, encaminadas a explicar o justificar esos fenómenos. Entonces se emite la hipótesis o "suposición que se formula para explicar un fenómeno" Ley física, teoría y principio: La hipótesis, en general, establece relaciones cualitativas (de calidad; esencialmente lo que ocurre). Cuando, en cambio, basados en esas conclusiones, se establecen relaciones cuantitativas (de cantidad) regidas por expresiones matemáticas, estamos en presencia de una ley. Sabemos que al inflar una pelota de fútbol o un neumático, el aire aumenta la presión y su volumen disminuye (de otro modo no cabría en la cámara todo el aire aportado). Esto permite decir que el volumen es inversamente proporcional a la presión(Ley de Boyle y Mariotte). Además, por intuición, también sabemos que para caminar 5 cuadras tardaremos 20 cuadras (a mayor distancia, mayor tiempo, y recíprocamente), lo cual constituye una ley del movimiento uniforme, cuyo enuncuado es: el espacio es inversamente proporcional al tiempo empleado. Teoría: Es el conjunto de las leyes que se refieren al mismo tipo de fenómenos. Por ejemplo: teoría de la relatividad, teoría ondularotia, teoría cinética de los gases, etc. Principio: Podríamos decir que son leyes que no poseen demostración. Sólo se verifican mediante comprobaciones experimentales. Por ejemplo: principio de Arquímedes, principio de Pascal, principio de inercia, etc. Cuerpo y materia Cuerpo es todo lo que ocupa lugar en el espacio y tiene peso. Esta definición conduce al concepto de extensión: todos los cuerpos tienen determinado volumen (ocupan lugar en el espacio). En íntima relación con estas nociones está hecho de que un mismo espacio no puede estar ocupado simultáneamente por dos cuerpos, propiedad denominada impenetrabilidad y que se demuestra en observaciones como la siguiente: Para colocar un libro en un estante que ya está colmado, retiramos otro y en su lugar ponemos el nuevo, Si en un recipiente no lleno de líquido introducimos un cuerpo cualquiera, notamos que sube el nivel del líquido. Tanto el desalojo del líquido como la retiración necesaria del libro confirman que cada cuerpo reclama su espacio. La experiencia cotidiana nos dice que los cuerpos, como una mesa, una silla, etc., permanecen fijos en el lugar que los colocamos, a no ser que sean removidos por nosotros voluntariamente o por un agente externo. Por otra parte podemos observar que al arrancar bruscamente un tren, nuestro cuerpo se inclina con naturalidad hacia atrás, mientras que los objetos se poca estabilidad se caen o cambian de sitio. Cuando bajamos de un vehículo que aún está en marcha, tenemos que tratar de seguir caminando en la misma dirección que lleva el vehículo para evitar caerse. Todos estos ejemplos nos conducen al concepto de inercia. Las explicaciones precedentes nos permiten enunciar la existencia de estas 3 propiedades esenciales de los cuerpos: * Extensión * Impenetrabilidad * Inercia Ahora bien, si todos los cuerpos, sin excepción, están sujetos a estas propiedades, debe existir alguna razón o causa uniforme. Y existe. En todos ellos se da un elemento común que denominamos materia. La meteria es lo que tienen en común estos cuerpos. Propiedades de la materia La materia, además de las 3 propiedades ya señaladas, posee otras de orden general, como divisibilidad, comprensibilidad, dilatabilidad, etc. Divisibilidad: la materia es divisible; puede subdividirse, por distintos procedimientos, en partículas infinitamente pequeñas. Comprensibilidad: variación de volumen por aumento de presión, tal como ocurre al inflar una pelota o un neumático. Dilatabilidad: los cuerpos pueden aumentar de volumen, longitud o superficie por la acción del calor, como ocurre en los metales. Elasticidad: propiedad que tienen los cuerpos de rotomar su forma primitiva cuando, por acción de agentes externos, han sufrido deformaciones. Finalmente, mencionamos otras propiedades, de carácter estrictamente particular, como dureza, color, sabor, solubilidad (capacidad de disolverse), pero específico (relación entre peso y volumen), meabilidad (capacidad de reducirse a láminas), ductibilidad (para reducirse a hilos), puntos de ebullición, de fusión, de solidificación, etc. Propiedades intensivas y extensivas Podremos también determinar otras propiedades, dependientes de cada cuerpo y sustancia; por ellos se reconocen 2 nuevos tipos de propiedades a saber: Propiedades extensivas: como la palabra lo indica, son las que dependen particularmente de la extensión del cuerpo, como lo son el peso, el volumen, la forma, etc. Propiedades intensivas: son generales y dependen de la calidad del cuerpo, como son la elasticidad, pero específico, dureza, dilatabilidad, etc. Supongamos tener una caja de clavos, tornilloos, tuercas, todos de hierro. Las propiedades extensivas se verán diferentes, peor las intensivas son iguales para todos los objetos mencionados. En términos más precisos, debe decirse que las propiedades extensivas con las que dependen de la masa, mientras que las propiedades intensivas son las que no dependen de la masa. Sustancia Supongamos que tenemos 3 recipientes a los que llamaremos A, B y C; en ellos hay agua, leche y alcohol respectivamente, es decir, materia. En cada uno de los recipientes se observa una serie de propiedades que la caracterizan, la hacen distinta. Enunciamos algunas de cada uno de los cuerpos propuestos: Agua: es incolora, inodora, insípida, se transforma en hielo, no arde, no disuelve grasas. Leche: es blanca, posee color característico y sabor dulce, en reposo se separa en dos líquidos de distinta densidad (grasa y suero); a la intemperie y después de cierto tiempo se descompone (fermenta), no arde. Alcohol: es incoloro, de sabor picante y olor característico, disuelve grasas, al arder produce llama azul, se evapora fácilmente, y sobre la palma de la mano lo hace dando sensación de frío. Cada sustancia se define de acuerdo con sus propiedades particulares. Por lo tanto, podríamos decir que sustancia es la forma particular de presentarse que tiene la materia. Fuerzas Al colgar un cuerpo de un resorte, éste se estira; el cuerpo ejerce una fuerza. A su vez, el resorte tenso ejerce una fuerza sobre el cuerpo y anula o equilibra esa acción. Cuando levantamos un cuerpo, empujamos un objeto, detenemos un niño que cae por el tobogán o nos sentamos sobre una silla, ejercemos una fuerza, lo mismo que el aire comprimido en un neumático ejerce cierta fuerza sobre las paredes de la cámara. Cuando se suspende un cuerpo del extremo de un hilo, éste se pone tenso; si el hilo se corta, el cuerpo cae a tierra por acción de la fuerza de gravedad. Hemos logrado de este modo la idea de fuerza. La primera idea de fuerza surge del esfuerzo muscular realizado para sostener o levantar un cuerpo. Podríamos decir, entonces, que fuerza es todo lo que tiende a modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo, o la forma del mismo. Si una silla es trasladada de lugar; si el niño que se desliza por el tobogán es detenido antes de llegar abajo; si la pelota es desviada de la dirección que traía, todo ellos se ah obedecido a una causa común, que llamamos fuerza. Elementos de la fuerza Los cambios, efectos o fenómenos logrados por la aplicación de la fuerza, se realizan con determinadas características. Supongamos que queremos mover un cuerpo que se halla en estado de reposo. Para lograrlo: a- ¿Tiramos de él de su parte delantera o lo empujamos por detrás? (Punto de aplicación de la fuerza) b- ¿A lo largo de qué calle trasladaremos ese cuerpo si estamos en la esquina? (Dirección de la fuerza) c- ¿Iremos hacia la derecha o hacia la izquierda cuando ya estemos sobre determinada calle? (Sentido) d- ¿Tendremos que efecturar el mismo esfuerzo si se trata de mover un automóvil que si se tratara de una bicicleta? (Intensidad de la fuerza) Consiguientemente, en toda fuerza debemos distinguir los siguientes elementos: * Punto de aplicación * Dirección * Sentido * Intensidad Magnitudes vectoriales y escalares Se distinguen 2 tipos de magnitudes: escalares y vectoriales. Las megnitudes escalares quedan perfectamente definidas por medio de una cantidad. Por ejemplo: 12 cm, 35 m, 8 km, etc Las magnitudes vectoriales necesitan, para estar definidas, establecer la dirección, el sentido y la intensidad. Ejemplos: la fuerza, la velocidad, etc De lo expuesto resulta que las fuerzas son magnitudes vectoriales. Representación de una fuerza (vector) Para representar una fuerza se emplea un vector, que es un segmento orientado o dirigido que condensa todas las características de la fuerza. La longitud del vector está relacionada con la escala elegida. Por ejemplo: si la fuerza es de 35 Kg y la escala es 1 cm = 5 Kg, el vector tendrá una longitud de 7 cm Dinamómetro Es el aparato que sirve para comparar las fuerzas partiendo de la base antes mencionada, según la cual las fuerzas equivalen a pesos. El dinamómetro consta de un resorte suficientemente elástico, perfectamente extensible y que puede recuperar fácilmente su longitud primitiva, fijo en uno de sus extremos, mientras que en el otro posee un fiel que marca, sobre una escala graduada en kiligramos, la intensidad de la fuerza aplicada. Si por acción de nuestra mano estiramos y logramos marcar 20 Kg, querrá decir que la fuerza aplicada es de 20 Kg. Estática Estática es el estudio de las fuerzas en equilibrio. Sistema de fuerzas: sobre un mismo cuerpo pueden actuar simultáneamente varias fuerzas, las cuales, consideradas en conjunto, constituyen un sistema de fuerzas. Sistema de fuerzas es el conjunto de fuerzas que actúan simultáneamente sobre un cuerpo. Sistema de fuerzas en equilibrio Un sistema de fuerzas está en equilibrio cuando no se provoca ninguna alteración o modificación al cuerpo en que se está aplicando. Componentes de un sistema de fuerzas Llamamos componentes de un sistema a cada una de las fuerzas que constituyen el sistema. Las fuerzas F1, F2 y F3, son componentes del sistema de la figura. Resultante de un sistema es la fuerza capaz de sustituir al sistema con iguales efectos. Podríamos decir ahora que un sistema de fuerzas está en equilibrio cuando su resultante es nula. Propiedad de un sistema de fuerzas en equilibrio Como observamos en la siguiente figura. Cuatro niños realizan o aplican otras tantas fuerzas distintas que llamaremos respectivamente F1, F2, F3 y F4. Vemos que la pidra O no se mueve hacia ninguna parte; es decir, está en equilibrio. En cierto momento el niño número 4 se cansa y abandona la soga ¿qué sucede? ¿cuál es el efecto que provoca ese abandono? La piedra se inclina, obedeciendo a la fuerza R (por la acción conjunta de las fuerzas restantes) ¿Qué dirección, sentido e intensidad tendrá esa fuerza R? Dirección igual a la de la fuerza F4; Sentido contrario a la de la fuerza F4; Intesidad igual a la de la fuerza F4. Consiguientemente, podemos establecer el siguiente postulado: En todo sistema de fuerzas en equilibrio, cada fuerza es igual en intensidad y de sentido contrario a la resultante de las demás.

Visita mis otros post de física: * http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/14203694/Fisica-basica_-fenomenos-fisicos.html * http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/14314150/Fisica-basica_-fuerzas-paralelas_-centro-de-gravedad-y-pes.html * http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/14248937/Fisica-basica_-fuerzas-concurrentes.html * http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/14462459/Fisica-basica_-maquinas-simples.html * http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/14645778/Fisica-basica_-cinematica.html * http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/14710401/Fisica-basica_-astronautica.html * http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/14852260/Fisica-basica_-dinamica.html Trabajo mecánico El proceso de levantar un cuerpo hasta cierta altura, nos da la idea de trabajo. El hecho de correr un mueble a través de cierta distancia, o empujar a un niño en un cochecito, también nos da la idea de un trabajo realizado. Toda vez que se aplique una fuerza a un cuerpo, y el punto de aplicación de ella sufra un desplazamiento, se habrá producido trabajo. Caso en el que el desplazamiento coincida con la dirección de la fuerza Teniendo que levantar dos valijas de distinto peso ¿con cuál de ellas efectuaremos más trabajo? Evidentemente, al levantar la más pesada. Supongamos ahora que las valijas pesen lo mismo y debemos colocar a una de ellas en un estante ubicado a 2 m del suelo y a la otra en un estante colocado a 3 m del suelo ¿en qué caso efectuaremos más trabajo? Lógicamente, al subir la valija al estante más alto. Conclusiones: 1 - El trabajo realizado es proporcional a la fuerza aplicada. 2 - El trabajo realizado es proporcional a la altura o espacio recorrido. De estas dos conclusiones surge el siguiente concepto de trabajo mecánico: Un mecanismo o una persona realizan un trabajo si vencen una resistencia a través de cierta distancia. Esa resistencia estará representada por la fuerza aplicada, y la distancia, por el espacio recorrido. Por lo tanto, el trabajo mecánico es igual al producto de la fuerza aplicada por la distancia que recorre el punto de aplicación de la fuerza en su misma dirección. En símbolos: L = F * e donde: L = trabajo F = fuerza aplicada e = distancia recorrida Caso en que la dirección de la fuerza no coincida con la dirección del camino recorrido Puede ocurrir que el espacio recorrido no tenga igual dirección que el de la fuerza aplicada; por ejemplo, la dirección de la fuerza que hace una persona al empujar el coche de un bebé. Por lo tanto, trabajo mecánico es el producto de la intensidad de la fuerza aplicada por la distancia en que se ah desplazado el punto de aplicación de la fuerza y por el coseno del ángulo (α) que determina la dirección de la fuerza con la trayectoria. En símbolos: L = F * d * cos α donde: L = trabajo F = fuerza aplicada e = distancia recorrida Casos que surgen según la posición de la fuerza 1 - La fuerza es paralela con el camino recorrido. En este caso: α = 0 y cos α = 1 Por lo tanto: L = F * d * cos α O sea: L = F * d * 1 Es decir: L = F * d que es el caso particular explicado anteriormente. 2 - La fuerza es perpendicular al camino recorrido. En estas condiciones: α = 90º y cos 90º = 0 O sea: L = F * d * cos 90º. Es decir: L = F * d * 0 = 0 El trabajo es nulo (no se realiza trabajo) cuando la fuerza forma con el camino recorrido un ángulo recto; por ejemplo, si caminamos sobre una superficie horizontal con un peso suspendido, so se realiza trabajo, aunque tengamos la sensación de que lo sea, pero no es más que un esfuerzo muscular. Del mismo modo, no se realiza trabajo cuando sostenemos un cuerpo cualquiera. 3 - La fuerza forma un ángulo cualquiera con el camino recorrido. En este caso, la fuerza aplicada es menor; por lo tanto, el coseno del ángulo α es siempre menor que uno y el trabajo resulta menor también. Conclusiones: Cuando el ángulo α es mayor que 0º y menor que 90º, el trabajo es menor que si la fuerza fuera paralela al recorrido, y debemos aplicar la fórmula: L = F * d * cos α Si el ángulo es mayor que 90º y menor que 180º, el coseno es negativo y el trabajo se llama resistente. Trabajo motor y trabajo resistente Supongamos subir un cuerpo M mediante una polea. Para ello, debemos aplicar la fuerza F, que desplazará su punto de aplicación en el mismo sentido que la fuerza, en tanto que la fuerza P (pero del cuerpo) desplaza su punto de aplicación hacia arriba, mientras que su sentido es hacia abajo. De estas dos posibilidades surgen dos conceptos: el trabajo motor y el trabajo resistente. Trabajo motor: Es en realidad por una fuerza F cuyo punto de aplicación se desplaza en igual sentido que el de la fuerza, recibiendo en este caso el nombre de motriz. Trabajo resistente: Es el que se produce cuando el punto de aplicación de la fuerza F se desplaza en sentido contrario al de la fuerza, en cuyo caso se denomina resistencia. Al levantar un cuerpo, se realiza trabajo resistente. Al dejar caer el cuerpo, se produce trabajo motor. El trabajo motor es positivo, mientras que el trabajo resistente es negativo. En el caso de la palanca o de la polea, la potencia efectúa un trabajo motor, mientras que la resistencia genera un trabajo resistente. Unidades de trabajo En el sistema cgs L = F * e Resulta: L = dyn * cm = ergio Ergio es la unidad de trabajo en el sistema cgs; o sea, es el trabajo realizado al aplicar una fuerza de una dina que se desplaza en el espacio de un centímetro. En el sistema MKS L = F * e Resulta: L = N * m = joule Joule es la unidad de trabajo en el sistema MKS; o sea, es el trabajo realizado al aplicar una fuerza de un newton en el espacio de un metro. Relación entre el ergio y el joule Sabemos que: 1 N = 100000 dyn y que: 1 m = 100 cm Luego si: 1 joule = 1 N * 1 m resulta: 1 joule = 100000 dyn * 100 cm = 10000000 ergios o lo que es lo mismo: 1 joule = 10^7 ergios es decir, que el trabajo de 1 joule equivale a 10000000 ergios. En el sistema práctico Al iniciar el estudio de fuerzas adoptamos como unidad de ellas el kilogramo fuerza. Si la fuerza aplicada es de 1 kilogramo fuerza y el espacio recorrido es 1 m, vemos como: L = F * e resulta: L = 1 Kg * 1 m = 1 Kgm, unidad que recibe el nombre de kilográmetro. Kilográmetro es la unidad en el sistema práctico; o sea, es el trabajo realizado al aplicar una fuerza de un kilogramo en el espacio de un metro. Es decir que al levantar un cuerpo de 1 Kg a la altura de 1 m se efectúa el trabajo de 1 Kgm. Relación entre el kilográmetro, el joule y el ergio Sabemos que: 1 Kg = 9,8 N y que 1 Kgm = 1 Kg * 1 m. Por lo tanto, si reemplazamos, resulta: 1 Kgm = 9,8 N * 1 m = 9,8 joules Es decir que el trabajo de 1 Kgm equivale a 9,8 joules (por aproximación 10 joules). Además si: 1 joule = 10000000 ergios 9,8 joules = 98000000 ergios Es decir: 1 Kgm = 98000000 ergios es decir que el trabajo de 1 Kgm equivale a 98000000 ergios. Potencia Cuando dos personas efectúan el mismo trabajo, pero una lo hace en menos tiempo que la otra, es decir, cuando comparamos el trabajo en relación con el tiempo empleado, estamos frente a un nuevo concepto que llamamos potencia y que se define así: Es el trabajo realizado en la unidad de tiempo; o sea, es el cociente entre el trabajo realizado y el tiempo empleado en realizarlo. En símbolos: W = L / t donde: W = potencia L = trabajo t = tiempo. Ejemplo: Una grúa levanta un cuerpo de 1000 Kg hasta 5 m de altura en 5 seg. Otra levanta el mismo peso hasta igual altura. ¿Cuál de ellas tiene mayor potencia? La potencia de la primera es mayor que la segunda, pues realiza el mismo trabajo en menor tiempo. Unidades de potencia En el sistema cgs: Como: W = L / t Resulta: W = ergio / seg En el sistema MKS: Como: W = L / t Resulta: W = joule / seg = vatio Vatio o watt es la unidad de potencia en el sistema MKS; o sea, se desarrolla una potencia de un vatio al efectuar el trabajo de un joule en el tiempo de un segundo. Kilovatio es un múltiplo del vatio y equivale a 1000 vatios. En el sistema práctico Como: W = L / t Resulta: W = Kgm / seg Si el trabajo es de 75 Kgm resulta: W = 75 Kgm / 1 seg = 1 CV Caballo vapor es la potencia realizada al efectuar un trabajo de 75 Kilográmetros en el tiempo de un segundo (En el sistema inglés es HP y equivale, aproximadamente, a 76 Kgm / seg). Relación entre las unidades de potencia Sabemos que: 1 Kgm = 9,8 joules; por lo tanto: 75 Kgm = 9,8 joules * 75 Y como: 1 CV = 75 Kgm / 1 seg = (9,8 joules * 75) / 1 seg = 735 W = 0,735 Kw es decir que la potencia de 1 CV equivale a 735 W o 0,735 Kw Podríamos también expresar la potencia como el producto de la fuerza por la velocidad. En efecto: W = L / t Pero como: L = F * e Tenemos: W = (F * e) / t Y como: e / t = v Resulta: W = f * v Esta expresión nos demuestra por qué, al subir una pendiente, el motor de un vehículo disminuye su velocidad para aumentar su fuerza. Hay motores de la misma potencia con distinto número de revoluciones, pues unos sirven para máquibas donde la fuerza por realizar es poca y necesitan mucha velocidad, y otros que se aplican a máquinas que necesitan más fuerza que velocidad. Ejemplos: Un torno: el motor debe realizar más fuerza que velocidad; un lavarropas: el motor debe tener más velocidad que fuerza. En ambos casos, el motor puede tener la misma potencia, variando sólo el número de revoluciones por minuto (rpm). Muchas veces hemos escuchado hablar de kilovatios-hora; en general, al hablar del pago de facturas de electricidad, aunque es una unidad de electricidad. Sabemos que: W = L / t por lo tanto: L = W * t O sea: L = 1 Kw * h = 1000 W * 3600 seg = 3600000 joules El kilovatio-hora es una unidad de trabajo y equivale a tres 3600000 joules. Energía Formas de energía Energía es la mayor o menor capacidad de trabajo que tiene un cuerpo o sistema de cuerpos. En el caso de levantadores de pesas, posee más energía aquel que es capaz de levantar 200 Kg hasta 2 m que aquel que sólo levanta 100 Kg hasta 2 m. Una grúa que es capaz de levantar 2 toneladas hasta 3 m posee más energía que otra que puede levantar 1 tonelada hasta 3 m. A continuación dintinguiremos distintos tipos de energía (sólo citaremos algunos): Energía química: Es la originada por las transformaciones y reacciones químicas. La batería de los automóviles transforma energía química en energía eléctrica y permite poner en marcha el motor. Energía eléctrica: Es la que tiene almacenada una pila o batería. La corriente hace mover un ascensor o un tren; por lo tanto, existe una energía eléctrica. Energía calorífica: Es la que se origina por el trabajo o procesos de rozamientos (al golear un clavo con un martillo, se calientan objetos; al afilar un cuchillo con piedras de afilar, se produce calor y saltan chispas). Energía atómica: Es la libarada en los procesos de fisión y fusión atómicos. Energía cinética: Es la que se origina por el estado de movimiento de un cuerpo. Energía potencial: Es la que posee el cuerpo en potencia, por su estado de reposo o posición. A continuación, sólo nos limitaremos a estudiar las dos últimas: energía cinética y energía potencial. Energía cinética Un martillo, al golpear sobre un clavo, efectúa un trabajo (introduce el clavo). Un automóvil, al chocar contra una pared, realiza un trabajo (rompe la pared). En ambos casos, el trabajo realizado es tanto mayor cuanto mayor es la velocidad de los mismos. Por eso, la definimos así: Energía cinética es la energía que tiene un cuerpo o sistema de cuerpos, debido a su estado de movimiento. Se puede demostrar que la energía cinética es directamente proporcional a la masa y al cuadrado de la velocidad del cuerpo. En símbolos: Ec = 1/2 * m * v^2 En efecto, siendo: Ec = L Es: Ec = F * e Pero como: F = m * a y e = 1/2 * a * t^2 Resulta: Ec = m * a * 1/2 * a * t^2 = 1/2 * m * a^2 * t^2 Pero como: a * t = v es a^2 * t^2 = v^2 Por lo que reemplazando resulta: Ec = 1/2 * m * v^2 Esta expresión nos indica que a doble masa, doble energía cinética; a triple masa, triple energía cinética y así continuamente; y que si la velocidad es: V1 = 1 m / seg la energía cinética será 1; si es: V2 = 2 m / seg la energía cinética será ciatro veces mayor; si es: V3 = 3 m / seg la energía cinética será nueve veces mayor. Energía potencial Al colocar un libro en la biblioteca, al colgar una lámpara, se realiza un trabajo. Diremos entonces, que esos cuerpos tienen energía potencial, o sea que poseen "en potencia" cierta energía que liberarán o devolverán en determinadas ocasiones y momento; por ejemplo al caer. Energía potencial es la energía que tienen los cuerpos, debido a su estado de reposo; o bien, es la energía de posición (mayor o menor altura). Se puede comprobar: 1 - Que cuanto más alto está el cuerpo, más trabajo es capaz de desarrollar; 2 - Que cuanto mayor sea el peso del cuerpo, mayor es el trabajo que puede desarrollar. En consecuencia, la energía potencial es directamente proporcional al peso del cuerpo y a la altura en que se encuentra. En símbolos: Ep = P * h Donde: Ep = energía potencial P = peso h = altura Ahora bien, si esos cuerpos caen, ¿qué sucede? Al llegar al suelo, son capaces de realizar un trabajo; por ejemplo, aplastar un resorte, romper un vidrio, elevar otro cuerpo, etc. ¿Por qué esos cuerpos, que estaban en reposo, tienen capacidad de trabajo? Porque han "almacenado" el trabajo que nosotros realizamos al subirlos. Unidades de energía Si la energía es trabajo, las unidades de energía son las unidades de trabajo, o sea que expresamos la energía potencia o cinética en kgm, joules o ergios. Principio de conservación de la energía Consideremos el siguiente caso: a - Por combustión del carbón se obtiene energía eléctrica b - De esta energía eléctrica se obtiene: 1 - energía cinética (movimiento de un motor); 2 - energía calórica (estufa eléctrica, plancha, etc.) c - De este energía cinética se obtiene energía potencial; por ejemplo, el ascenso de un cuerpo a cierta altura mediante un montecargas. d - De esa energía eléctrica se obtiene energía química; por ejemplo, hacemos actuar una corriente eléctrica sobre una solución de sal de cocina y ésta se descompone en dos nuevas sustancias. El combustible que arde en el hogar de una locomotora, produce energía calórica, la que permite desplazarse al tren (energía cinética). Mientras está el movimiento, por rozamientos se produce calor en las vías, en los ejes y en el mismo aire; es decir que, si bien toda la energía producida por el combustible no se transforma en energía cinética (movimiento), se producen simultáneamente otros tipos de energía, cuya suma es igual a la energía brindada por el combustible. En el caso de la dinamita empleada para extraer o romper la piedra de la cantera, la energía química de esa dinamita se transforma en energía mecánica y rompe la piedra. La energía cinética del viento hace girar la hélice del aerocargador y se puede transformar en energía eléctrica. Cosa similar ocurre con los molinos de viento para extraer agua. Podemos asegurar que siempre que se libere una energía se producirá su transformación en otra u otras. Supongamos un tanque situado a cierta altura h y lleno de agua. Se habrá "almacenado" cierta energía potencial, es decir: Ec = P * h Cuando ese líquido se libere, será capaz, al descender por un caño, de realizar un trabajo; por ejemplo, mover una turbina, poner en movimiento un mecanismo, etc. La energía potencial se ah transformado en cinética. Todos los ejemplos citados e infinidad que se verifican a diario, han permitido dar el siguiente enunciado del principio de conservación de la energía: La energía no se crea ni se destruye, se transforma; o también, la suma algebraica de las variaciones de energía de un sistema, en sus distintas formas, es constante. Péndulo Juego o transformación de la energía en el péndulo Llamamos péndulo a todo cuerpo suspendido que puede oscilar alrededor de un punto fijo; por ejemplo, un columpio, una lámpara, un bajado de campana, etc. Prácticamente, podemos construir un péndulo suspendiendo de un hilo extensible y liviano (idealmente sin peso) una esfera de madera, de metal, etc. Al estar suspendido, el péndulo adoptará la posición OA, según la atracción de la gravedad. Separémoslo de esa posición de equilibrio, llevándolo a la posición OB y dejándolo luego libre, comenzará a oscilar, es decir, de B pasará a A y seguirá hasta C, de C pasará a A y seguirá hasta B y así sucesivamente. ¿Qué ocurre?¿Por qué este fenómeno y cómo se explica? Por el llamado juego de la energía del péndulo. Cuando el péndulo es sacado de su posición de equilibrio OA y pasa a la posición OB, la esfera está más alta, es decir, adquiere energía potencial. Si soltamos el péndulo, comienza a moverse según la fuerza F, que resulta de descomponer la fuerza P (peso) según dos direcciones. Al llegar a C, ocurre el mismo fenómeno que en B. Ya hemos dicho que en OB el péndulo posee o adquirió una cierta energóa potencial. Al dirigirse hacia la posición OA, se transforma en energía cinética y se mueve con movimiento acelerado. Al llegar al punto A, el péndulo, por inercia, sigue hasta C, produciéndose el proceso inverso, y al llegar a C se transforma en potencial. Este proceso vuelve a repetirse de acuerdo con lo explicado, por lo que el péndulo continúa oscilando. En síntesis: 1 - Al llegar a la posición A: a - la energía cinética es máxima; b - la energía potencial es cero. 2 - Al llegar a la posición B: a - la energía cinética es cero; b - la energía potencial es máxima. Si consideramos nula la resistencia del aire y los rozamientos en el soporte, la energía potencial en B tendría que ser igual a la energía potencial en C; en consecuencia, el péndulo continuaría oscilando indefinidamente y efectuaría un movimiento continuo. Pero la existencia de los rozamientos enunciados hace hace que parte de esa energía se vaya transformando en energía calórica y, por lo tanto, las oscilaciones vayan siendo cada vez menores (en amplitud), hasta hacer detener el péndulo. Existe otro factor muy importante que tiende a hacer para el péndulo: la fuerza de atracción de la gravedad. Recordemos que la fuerza de atracción de la gravedad actúa de modo que todos los cuerpos tienden a dirigirse hacia el centro de la Tierra. La posición de reposo OA es la más cercana a esa situación; de ahí que la acción de la fuerza de la gravedad tienda a hacer detener el péndulo. Leyes del péndulo Para el estudio de las llamadas leyes del péndulo debemos fijar ciertos conceptos. Longitud del péndulo (L): Distancia entre el punto de suspensión y el centro de gravedad del péndulo. Oscilación simple: Trayectoria descrita entre dos posiciones (arco AB). Oscilación completa: Trayectoria descrita desde una posición extrema, volviendo a la misma después de pasar por la otra posición extrema (arco BCB). Ángulo de amplitud o amplitud (α): Ángulo formado por la posición de reposo y una de las posiciones extremas (ángulo AOB o ángulo AOC). Tiempo de oscilación (T): Es el tiempo empleado por el péndulo en cumplir una oscilación doble (o completa). Ley de masas Suspendamos de un soporte (barra, listón, marco de la puerta) cuatro hilos de coser de igual longitud, y en sus extremos atemos algunos objetos, distintos en naturaleza y tamaño. Saquémoslos del reposo con una regla para lograr la misma amplitud en todos. Retiremos la regla, comienzan a oscilar. Observemos lo que ocurre y veremos que todos "van y vienen" al mismo tiempo; esto nos permite expresar la siguiente ley de masas: Los tiempos de oscilación de varios péndulos de igual longitud son independientes de las masas y naturaleza de los mismos. Ley del isocronismo Dispongamos dos péndulos de los que hemos usado, separándolos de su posición de reposo de modo que los ángulos de amplitud sean distintos, pero no mayores de 6º. Dejémoslos libres; comienzan a oscilar y notamos que, también en este caso, los péndulos "van y vienen" al mismo tiempo. En consecuencia, surge la llamada ley del isocronismo (iguales tiempos): Los tiempos de oscilación de dos péndulos de igual longitud son independientes de los ángulos de amplitud (siempre que nos sean superiores a 6º). Esto es fácil de verificar; en una plaza con juegos infantiles separemos dos columpios de su posición de reposo, uno a 40 cm y el otro a 60 cm, aproximadamente. Verificaremos que cumplen lo expuesto al dejarlos oscilar. Ley de las longitudes Suponiendo que A, B y C son tres de los péndulos que usamos para verificar la primera ley, trabajemos del siguiente modo: a - Determinemos las longitudes de cada uno de ellos: A = 10 cm B = 40 cm C = 90 cm b - Suspendámoslos del marco de la puerta y, de acuerdo con el siguiente orden, saquémoslos del reposo (con igual amplitud): 1 - el de 10 cm y el de 40 cm; 2 - el de 10 cm y el de 90 cm. Observaremos que a menor longitud corresponde menor tiempo de oscilación (más ligero: tarda menos); que a mayor longitud corresponde mayor tiempo de oscilación (más despacio); que mientras el de 40 cm cumple una oscilación, el de 10 cm cumple dos; que mientras el de 90 cm cumple una, el de 10 cm cumple 3. Esta experiencia permite enunciar la ley de las longitudes: Los tiempos de oscilación de dos péndulos, en un mismo lugar de la Tierra, son directamente proporcionales a las raíces cuadradas de sus longitudes. En símbolos: T1 / T2 = √L1 / √L2 Donde: T1 y T2 = Tiempos de oscilación. L1 y L2 = Longitud de los péndulos. Ley de las aceleraciones de las gravedades Ya hemos establecido que, en cada lugar de la Tierra, la aceleración de la gravedad es distinta (máxima en los polos y mínima en el ecuador). Si hacemos oscilar el mismo péndulo en distintos lugares (Buenos Aires y Lima, por ejemplo), se verifica que los tiempos de oscilación no son los mismos. Si es el mismo péndulo, lo único que varía es la gravedad del lugar, factor que modifica el tiempo de oscilación. Se comprueba, así, la llamada ley de las aceleraciones de las gravedades: Los tiempos de oscilación de un péndulo, en distintos ligares de la Tierra, son inversamente proporcionales a las raíces cuadradas de las aceleraciones de las gravedades. En símbolos: T1 / T2 = √g2 / √g1 Donde: T1 y T2 = Tiempos de oscilación. g1 y g2 = Aceleraciones de las gravedades. Tiempo de oscilación del péndulo De las infinitas experiencias realizadas al respecto, se ah podido establecer la siguiente fórmula para el tiempo de oscilación de un péndulo: T = 2 * π *√(1 / g) De la cual surge la correspondiente para el cálculo de la aceleración de la gravedad. En efecto si: T = 2 * π *√(1 / g) Es: T^2 = 2^2 * π^2 * 1 / g Y permutando T^2 y g, resulta: g = (2^2 * π^2 * 1) / T^2 La longitud del péndulo se determina fácilmente, lo mismo que, con un cronómetro, el tiempo de oscilación. Por lo tanto, el péndulo es de gran importancia para la determinación de la gravedad. Otra aplicación importante se efectúa en los relojes. Colocando un péndulo de longitud tal que cumpla una oscilación simple de 1 seg (o sea, 86400 oscilaciones por día), hará funcionar un mecanismo a ese ritmo (esta aplicación se debe al físico Huyghens). El físico Foucault empleó el péndulo para determinar o comprobar el movimiento de rotación de la Tierra, en base a la propiedad de que el plano de oscilación del péndulo es constante. Los invito a unirse a mi comunidad

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Del mismo modo, el operario que aju8sta la tuerca con una llave inglesa, aplica menor esfuerzo cuanto más cerca del extremo toma. En los casos anunciados se cumple: 1º A mayor distancia (d) menor fuerza (F) 2º Amenor distancia (d) mayor fuerza (F) Si disponemos de una varilla de 8 cm de largo, de modo que pueda girar alrededor de un eje (punto fijo), como indica la siguiente figura: en un extremo aplicamos una fuerza (peso) de 5 Kg, comprobaremos que esta se equilibra al colocar una fuerza de 10 Kg a los 4 cm de O, una de 8 kg a los 5 cm de O una de 8 Kg a 5 cm de O una de 40 Kg a 1 cm de O De todo lo expuesto deducimos que, para obtener idéntico efecto, existe íntima relación entre la distancia a la cual se aplica la fuerza (respecto del punto de giro) y su intensidad Brazo de una fuerza Es la distancia del punto de la fuerza o a su fuerza de acción. Asó llegamos a la definición del momento de una fuerza es el producto de la fuerza por su brazo En símbolos: M = F * d donde: M = momento de la fuerza F Observemos ahora la siguiente figura Notamos que en ella la fuerza tiende a hacer girar al cuerpo, respecto de su punto O, en sentido contrario a las agujas del reloj. En la siguiente figura la fuerza tiende a hacerlo girar, respecto del punto O, en igual sentido que las agujas del reloj. De estas dos posibilidades depréndese la siguiente convención para el signo de una fuerza: El momento de una fuerza es positivo cuando la fuerza tiende a hacer girar al cuerpo, respecto del punto de giro, en sentido contrario al de las agujas del reloj, y es negativo cuando tiende a hacerlo girar en igual sentido que las agujas del reloj. Consecuentemente, el momento de una fuerza nos da perfecta idea de rotación, de giro y de desplazamiento respecto de un punto. El valor absoluto del momento resulta de multiplicar la fuerza por la distancia al punto, sin considerar el signo. Palancas Consiste en una barra rígida que puede girar alrededor de un punto, llamado punto de apoyo. Condición de equilibrio Consideremos la palanca empleada para levantar un peso de la siguiente figura Llamemos resistencia (Q) a la fuerza que ejerce el peso, potencia (P) a la fuerza aplicada en el otro extremo, a fin de poder levantar el peso, y punto de apoyo (O) al punto sobre el cual gira la palanca. Supongamos ahora la palanca en la posición AB En tales circunstancias el peso tiende a hacer girar la palanca en un sentido y la fuerza P en el contrario; es decir que cada una de las fuerzas actuantes provoca un efecto de rotación. Si estos dos efectos de rotación se anulan, la palanca está en equilibrio. Por lo tanto, la palanca está en equilibrio cuando el efecto de rotación, originado por la potencia, se contrarresta (se anula, se equilibra) con el efecto de rotación, causado por la resistencia. Pero esos efectos de rotación no son más que los respectivos momentos de la potencia y de la resistencia (recordar la definición y signo de momento) En definitiva, una palanca está en equilibrio, respecto del punto de apoyo, cuando el momento de la potencia es igual al momento de la resistencia (los signos de esos momentos son contrarios) En símbolos: MQ = MR o sea: Q AO = P OB El segmento AO se denomina brazo de resistencia y el OB, brazo de potencia. De la expresión Q AO = P OB se deduce otra forma de enunciar el equilibrio de la palanca: En una palanca en equilibrio, el producto de la resistencia por su brazo es igual al producto de la potencia por el suyo. Según la posición que tenga el punto de apoyo respecto de la potencia y la resistencia, podemos distinguir tres clases de palancas. Géneros de palanca Primer género El punto de apoyo está situado entre la potencia y la resistencia Segundo género La potencia está entre el punto de apoyo y la resistencia Tercer género La potencia está entre el punto de apoyo y la resistencia En cualquiera de los tres géneros, el brazo de potencia es el segundo segmento que se halla entre el punto de apoyo y el punto de aplicación de la potencia (bp), así como el brazo de resistencia es el segmento que se haya entre el punto de apoyo y el punto de aplicación de la resistencia (bq) En general, la fórmula Pbp = Q bq indica la condición de equilibrio de la palanca. Balanzas Llamamos balanza al aparato destinado a comparar pesos de cuerpos. La balanza de precisión es, en esencia, una palanca de primer género, de brazos iguales, denominada cruz, en cuyos extremos penden dos platillos exactamente iguales en cuanto a forma y peso. Haciendo juego con la cruz, hay una aguja larga (el fiel), que indica, en una escala graduada fijada en el soporte, la posición de equilibrio. Colocando cargas iguales en ambos platillos, la posición de equilibrio no debe alterarse. Por medio de un nivel de burbuja o de plomada, se conoce el perfecto equilibrio de toda la balanza. Mientras la balanza no se usa, qeuda frenada, pero por medio de una palanca especial se puede liberar la cruz y comienza a oscilar. Al aplicar la condición de equilibrio de la palanca, la balanza está en equilibrio si P OB = Q OA Pero como, brazos iguales, OB = OA según Q AO = P OB resulta: P = Q donde: P = peso del cuerpo Q = resistencia que oponen las pesas Exactitud y sensibilidad Cualidades escenciales en toda balanza son las siguientes: exactitud y sensibilidad Exactitud está dada por la igualdad lograda entre los brazos de la cruz y por el mismo peso de los platillos Sensibilidad es la susceptibilidad de alterar el fiel al variar el peso en uno de los platillos cuando ambos se hallan en equilibrio. La balanza será tanto más sensible cuanto más apreciable sea la desviación observada en el fiel por las mínimas variaciones de peso en uno de los platillos; por ello, se define así: la sensibilidad de una balanza es mayor cuanto mayor es el ángulo de desviación provocado por una sobrecarga de un miligramo colocada en uno de los platillos cuando está en equilibrio. Poleas la polea es otra máquina simple. Consta de un disco de madera o de metal, con una garganta en la periferia, que permite se le adapte una soga, una cadena, etc., en un extremo de la cual se ah sujetado un cuerpo (resistencia), mientras que en el otro se aplica una fuerza (potencia). Por desplazamiento de la soga o cadena, la polea gira alrededor de un eje, que se encuentra en el centro y que descansa en un soporte de forma de horquilla, dotado de un gancho (es la armadura de la polea) Tipos de polea Polea fija Lo es cuando gira sin que se desplace el eje. Condición de equilibrio Experimentalmente, se comprueba que la polea fija está en equilibrio cuando la potencia es igual a la resistencia En símbolos: P = Q Obeservemos en la siguiente figura donde el diámetro AOB sería una palanca de primer género, de brazos iguales; por lo tanto: AO = OB y que simplificada es: P = Q Polea móvil Una polea es móvil si al deslizarse la soga o cadena se produce simultáneamente un desplazamiento de la polea. Observamos en la siguiente figura cómo va dispuesto el peso y cómo el otro extremo está fijo Cóndición de equilibrio Experimentalmente, se comprueba que en toda polea móvil la potencia es igual a la mitad de la resistencia. En símbolos: P= Q / 2 Observamos que, al aplicar la fuerza P, la polea se desplaza como apoyada en A (cada punta de la parte fija de la soga sirve de apoyo para el desplazamiento) En este caso, el diámetro AOB actúa como palanca de segundo género; luego, en el equilibrio es: P AB = Q AO o sea P2r = Qr que simplificada queda: 2P = Q por lo tanto: P = Q / 2 que es la expresión que se cumple experimentalmente. En la siguiente figura podemos deducir fácilmente cómo el peso del cuerpo se reparte en partes iguales en ambos puntos de la soga; como un extremo irá sujeto, por acción y reacción anula ese esfuerzo y sólo queda el de la potencia, que es la mitad del peso suspendido. Aparejo potencial Es el conjunto de dos o más poleas móviles y una fija, dispuestas como indica la siguiente figura. Condición de equilibrio Experimentalmente, se comprueba que un aparejo potencial está equilibrado cuando la potencia es igual a la resistencia dividida por dos elevado al número de poleas móviles En símboloes: P = Q / 2 n (n es el exponente al cual se eleva el número 2) donde: P = potencia Q = resistencia n = número de poleas móviles En todos los casos de equilibrio de poleas hemos considerado despreciable el peso de las poleas Si observamos la siguiente figura deducimos que: En A: P = Q / 2 En B: P = Q / 2 / 2 = Q / 4 En C: P = Q / 4 / 2 = Q / 8 En D: P = Q / 8 / 2 = Q / 16 En general: P = Q / 2 n ( elevado a la cantidad de poleas móviles n) De esta expresión resulta: Q = P * 2 n ( elevado a la cantidad de poleas móviles n) que permite calcular la resistencia conociendo la potencia y el número de poleas móviles. El número de poleas n sólo puede ser calculado por el método de cálculo mental. Observamos que el divisor varía con las potencias menores de 2, por ello, se llama aparejo potencial. Aparejo factorial El el sistema formado por dos o más poleas móviles, reunidas en una sola armadura, y un número igual de poleas fijas, también en la misma armadura. La resistencia pende de la última polea móvil. Oservemos en la figura como va pasando la soga por todas las poleas. En el extremo libre aplicamos la potencia que hará subir a la armadura de las poleas móviles, El diámetro de la spoleas aumenta hacia los extremos, para lograr el paralelismo de las sogas en sus distintas partes; de tal modo se obtiene la posición más ventajosa. Condición de equilibrio Experimentalmente, se comprueba que el aparejo factorial está en equilibrio cuando la potencia es igual a la resistencia dividida por el duplo de poleas móviles. En símbolos: P = Q / 2 * n De esta expresión resulta: Q = P * 2 * n y n = Q / 2 * P

Bienvenidos a mi post Teoría de la relatividad especial La relatividad del movimiento En nuestra experiencia cotidiana, siempre que observamos un movimiento, lo hacemos siempre especificamos un punto de referencia para poder medir ese movimiento. Por ejemplo, supongamos el caso de que estemos parados en la vereda y veamos pasar por la calle a un automóvil a unos 40 Km/h, desde nuestro punto de vista el conductor del automóvil se mueve con una rapidez de 40 Km/h, pero si nosotros fuéramos dentro del vehículo, junto con el conductor, el mismo se encontraría en reposo. Al lugar desde donde se observa el movimiento se llama marco de referencia. Se puede observar que la velocidad cambia al cambiar el marco de referencia. Esta es la idea fundamental más básica de la relatividad y es algo que puede verificarse con mucha facilidad. Una vez visto esto, ahora veremos la relatividad en si misma, examinando sus propiedades y sus consecuencias. Comenzaremos primero por un poco de historia. Experimento de Michelson y Morley En 1887 los físicos estadounidenses A. A. Michelson y E. W. Morley trataron de encontrar un marco de referencia que se encuentre totalmente inmóvil en el universo, el cual denominaron como "éter". La teoría física del final del siglo XIX postulaba que, al igual que las olas y el sonido que son ondas que necesitan un medio para transportarse (como el agua o el aire), la luz también necesitaría un medio, esto era el éter. Para poder realizar sus observaciones, estos físicos usaron un aparato muy sensible llamado interferómetro , el cual se compone de una lente semiplateada o semiespejo, que divide la luz monocromática en dos haces de luz que formaban un ángulo recto entre si. Con esto se lograba enviar simultáneamente dos rayos de luz (procedentes de la misma fuente) en direcciones perpendiculares, hacerles recorrer distancias iguales y recogerlos en un punto común, en donde se crea un patrón de interferencia que depende de la velocidad de la luz en los dos brazos del interferómetro. Cualquier diferencia en esta velocidad (provocada por la diferente dirección de movimiento de la luz con respecto al movimiento del éter) sería detectada. El interferómetro se ajusto en una trayectoria paralela a la órbita de la Tierra y se supervisó si había cambios en la rapidez promedio de la luz. Pero no se encontró ningún cambio en la rapidez promedio de la luz, al contrario, permanecía constante. El físico irlandes G. F. FitzGerald propuso que la longitud del aparato durante el experimento se contraía en la dirección del movimiento, la cantidad necesaria para contrarrestar la variación de la luz. El físico holandés Hendrik A. Lorentz determino el factor de contracción: En 1905, Einstein dedujo ese mismo factor, y demostró que es el factor de contracción, no sólo del objeto, sino del espacio mismo. También propuso la idea de que la velocidad de la luz es constante en el vacío en todos los marcos de referencia, con la cual se demostraba que el espacio y el tiempo no son independientes, sino que están entrelazados entre si. Postulados de la teoría de la relatividad Al desechar la teoría del éter se demostró que no existe un marco de referencia absoluto. Todos los movimientos son relativos con respecto de un marco de referencia arbitrario. Einstein, al comprender que el espacio y el tiempo están enlazados entre si, desarrollo una relación entre ellos, a través de postulados simples. El primer postulado de la teoría de la relatividad especial de Einstein: Todas las leyes de la naturaleza son iguales en todos los marcos de referencia con movimiento uniforme Por ejemplo, supongamos que vamos en un avión que lleva una velocidad constante de 900 Km/h, notaremos que no podremos percibir esa velocidad, ya que si, por ejemplo, nos sirviéramos un vaso con agua, el vaso se sirve igual que cuando estamos en reposo. Así mismo, si estuviésemos dentro del avión y cerráramos todas las ventanas, no sabríamos si el mismo está en movimiento o en reposo. Las leyes físicas dentro de un avión en movimiento constante son las mismas que dentro del avión estando en reposo. En la siguiente animación veremos la diferencia entre un marco de referencia que se mueve a velocidad constante, y otro con movimiento acelerado. link: http://fisicayquimicaenflash.es/swf/fisica/relatividad/sistemas.swf El segundo postulado de la teoría de la relatividad especial de Einstein: La rapidez de la luz en el vacío es constante en todos los marcos de referencia, independientemente del movimiento de la fuente o del observador Por ejemplo, supongamos el hipotético caso de una nave espacial que parte de su planeta y se dirige hacia al espacio a una velocidad muy grande, supongamos que sea a la mitad de la velocidad de la luz. Durante el trayecto, la nave envía un haz de luz directo al planeta del cual parte ¿Cuál es la velocidad del haz al llegar al planeta? Con toda seguridad diríamos que sería C (la velocidad de la luz) y estaremos en lo correcto, pero ¿Y si la nave cambia su trayecto y se dirige hacia el planeta de nuevo cambiará la velocidad de la luz que incide sobre el mismo? Es decir, ¿La velocidad será igual a la suma de la velocidad de la luz más la velocidad de la nave? Uno podría decir que si, pero en realidad no es así, la velocidad de la luz permanece inalterable, debido a que es una constante. Más adelante veremos el porqué de esto, lo importante es que este es el segundo postulado de la relatividad de Einstein. La simultaneidad Naturalmente, decimos que dos fenómenos son simultáneos cuando ocurren al mismo tiempo. Sin embargo, si integramos el término "simultáneo" a la teoría de la relatividad, veremos que esa simultaneidad depende exclusivamente del observador; mientras que para un observador los fenómenos son simultáneos, para otro no lo son. Por ejemplo, Supongamos el caso de una persona en medio de dos trenes en movimiento (como muestra el dibujo), en cierto momento, caen dos rayos en la parte trasera y delantera de los trenes (caen en simultáneo). Para esa persona, la luz emitida por los rayos, como viajan a la misma velocidad C, llegan al mismo tiempo a la persona. Pero para otra persona fuera de los trenes, que ve avanzar el tren por delante de si misma, verá que la luz de los rayos no llegan al mismo tiempo al medio. Como el tren está en movimiento, verá que el rayo que cae en la parte delantera se mueve más rápido "más rápido". En consecuencia, los rayos se encuentran un poco más cerca de la parte trasera de los trenes que del medio de los mismos, debido a que el fenómeno se observa desde un marco de referencia distinto. Con esto podemos decir que: Dos eventos que son simultáneos en un marco de referencia no necesitan ser simultáneos en otro marco de referencia que se mueva en relación con el primero En la siguiente animación flash se observa otro ejemplo de simultaneidad vista desde dos marcos de referencia distintos. link: http://fisicayquimicaenflash.es/swf/fisica/relatividad/simultaneidadtemporal.swf Espacio-Tiempo Cuando describimos un objeto en el espacio (o cuando describimos sus dimensiones en el espacio), lo hacemos mediante ejes coordenados, con los cuales podemos medir la posición del mismo en la longitud (eje x), en la altura (eje y) y en su profundidad (eje z) en la que se encuentra el mismo a la hora de describirlo. Pero si quisiéramos describirlo un tiempo después, quizás el objeto se movió de lugar, o tal vez fue destruido, sea cual sea el caso, el objeto ya no se encuentra en sus coordenadas anteriores, sino que se ha desplazado. Con esto nos damos cuenta de que no podemos hablar del espacio sin la intervención del tiempo, esto es lo que se llama el continuo espacio-tiempo. Dilatación del tiempo Ahora observaremos la dilatación del tiempo. Imaginemos un destello de luz que se encuentra rebotando infinitamente entre dos espejos que se encuentran a una distancia fija, este "aparato" forma un reloj de luz, ya que los viajes de ida y vuelta se realizan en tiempos iguales. Supongamos que el reloj se encuentra dentro de una nave espacial en movimiento con una rapidez cercana a la de la luz. El tripulante de la nave verá que el destello de luz sigue una línea recta de ida y vuelta, no percibe ningún otro tipo de movimiento. Entre la nave y el tripulante no existe movimiento relativo. Ahora imaginemos otra persona que se encuentra fuera de la nave, la cual pasa por delante de él, y pudiese ver el destello de luz. Desde ese marco de referencia, las cosas son muy distintas. Como la nave tiene un movimiento horizontal, el haz de luz debe desplazarse horizontalmente además de su movimiento vertical, lo que resulta una trayectoria diagonal. Vemos que el destello recorre una mayor distancia desde el marco de referencia del sujeto fuera de la nave que del tripulante, se dice que ambos están en regiones distintas del espacio tiempo. Como la luz viaja a la misma rapidez en todos los marcos de referencia, según el segundo postulado de Einstein, el destello debe tardar un tiempo correspondiente en el marco de referencia del tripulante. El siguiente video ejemplifica lo antes expuesto: link: http://www.youtube.com/watch?v=BS9VgeBq910 Si nos remontamos a la definición de rapidez, sabemos que es el cociente de la distancia entre el tiempo. Para que la rapidez de la luz sea constante, al aumentar la distancia debe aumentar en forma proporcional el intervalo de tiempo. Esto es lo que se denomina la dilatación del tiempo. La relación entre el tiempo propio en el marco de referencia que se mueve con el reloj (representado en la siguiente fórmula como t sub cero) y el tiempo t medido desde otro marco de referencia (el tiempo relativo) es: v representa la velocidad del reloj vista desde el marco de referencia externo y c es la rapidez de la luz. A simple vista se obeserva que el denominador de la ecuación es el factor de contraccuón de la longitud de Lorentz. El inverso de ese factor se representa con la letra griega γ (gamma) y es: Por lo que, reemplazando, podemos escribir la ecuación de la dilatación del tiempo como: Con una simple observación, se puede deducir que γ siempre será igual o mayor que 1. Vemos que esto depende exclusivamente del valor v, ya que c es una constante. Si el valor v es muy pequeño, o sea, si representa velocidades cotidianas, γ será casi igual a 1, por lo que los intervalos de tiempo parecen iguales desde ambos marcos de referencia, esto es lo que sucede con la mecánica clásica. Pero si v alcanza valores muy altos (las llamadas velocidades relativistas), el valor de γ es mucho mayor que 1, lo que ocasiona una dilatación del tiempo muy grande, produciendo que el tiempo transcurra de forma diferente en ambos intervalos de referencia. Esto es la dilatación del tiempo. La paradoja de los gemelos Ejemplificaremos la dilatación del tiempo con el clásico ejemplo de la paradoja de los gemelos idénticos. Uno de los gemelos, que es astronauta, realiza un viaje con gran rapidez por la galaxia, mientras que el otro se queda en la Tierra. Al regresar, el gemelo astronauta descubre que es más joven que su gemelo que se quedó en casa. Sus tiempos han transcurrido de forma distinta, lo cual depende de sus rapideces relativas. Si la velocidad del viajero es de la mitad de la velocidad de la luz durante un año, el otro gemelo habrá envejecido 1,15 años, si su rapidez hubiese sido del 87% de la rapidez de la luz, el otro gemelo habrá envejecido 2 años. Al 99,5% de la velocidad de la luz, el otro habrá envejecido 10 años mientras que el viajero sólo habría envejecido 1 año. link: http://www.youtube.com/watch?v=9K2u9sZWTYo Para explicar el porqué sucede esto, veamos el siguiente ejemplo: Imaginemos una nave espacial suspendida en relación de un planeta la cual envía destellos de luz cada 6 minutos hacia un receptor ubicado en ese mismo planeta. Los destellos llegan al receptor cada 6 minutos, debido que no hay movimiento. Pero si la nave se mueve ya no ocurre lo mismo. Cuando la nave avanza hacia el receptor, los destellos llegan con mayor frecuencia, es decir, en menores intervalos de tiempo. Supongamos que la nave avanza a una velocidad tal que los destellos tengan el doble de freecuencia. es decir, que lleguen el receptor cada 3 minutos. Si la nave se alejara del receptor con la misma rapidez y sigue enviando destellos cada 6 minutos, el receptor recibirá los destellos con la mitad de la frecuencia original, es decir, cada 12 minutos. Sin embargo, aunque los destellos lleguen con distinta frecuencia, la velocidad a la que se desplazan (que es la velocidad de la luz), es la misma en todos los casos, esto se desprende del segundo postulado de la relatividad especial Veamos en que influye esto en la dilatación del tiempo; Imaginemos que el gemelo astronauta sale del planeta y vuelve en un viaje de 2 horas (siendo los viajes de ida y vuelta de 1 hora cada uno). Para el gemelos de la nave, el viaje habrá durado 2 horas, mientras que para el que permaneció en la tierra habrá pasado un poco más de tiempo. Lo podremos vero con los destellos de luz del ejemplo anterior para comprobarlo. En el viaje de ida, durante esa hora que transcurre la nave emite 10 destellos de luz (60 min / 6min = 10). Como en la Tierra se reciben los destellos cada 12 minutos, entonces el tiempo que habrá pasado en la Tierra será de: 12 min * 10 = 120 min = 2 horas. (No nos olvidemos que la velocidad de la luz siempre es constante) En el viaje de regreso, la nave (que sigue emitiendo destellos cada 6 minutos), vuelve a emitir 10 destellos durante todo el trayecto de vuelta. Como los destellos que se reciben tienen una frecuencia de 3 minutos, entonces el tiempo transcurrido en la Tierra será de: 3 min * 10 = 30 min. Viendo el tiempo total invertido, mientras que en en interior de la nave han pasado solo 2 horas, en la Tierra han pasado: 120 min + 30 min = 150 min (2 horas y media). Si la nave fuese más rápido, la diferencia de tiempo en ambos marcos de referencia sería todavía mayor (de días, meses, años, e incluso siglos).Desde este punto de vista se observa que tiene sentido la dilatación del tiempo, y que ambos gemelos concordarán con sus mediciones Suma de velocidades Cuando combinamos velocidades (por ejemplo, cuando caminamos en un tren en movimiento uniforme), lo que hacemos es, simplemente, sumar las dos velocidades que intervienen: Pero esto no se aplica a la luz C. En realidad, la fórmula anterior es sólo una aproximación de la fórmula relativista de velocidades, la cual es la siguiente: Vemos que el denominador es el que afecta al resultado. Cuando el producto de las velocidades dan como resultado un valor muy bajo (como las velocidades cotidianas), el denominador es casi igual a 1, por lo que queda el numerador como la primer fórmula que vimos. Sólo a velocidades cercanas a la de la luz se afecta al resultado de forma significativa. Con esta fórmula, podremos ver la constancia de la velocidad de la luz. Supongamos que una nave que se desplaza a una velocidad como la mitad de la velocidad de la luz emite un láser (que lógicamente se desplaza a la velocidad de la luz), uno puede suponer que la velocidad será mucho mayor que la de la luz, pero verificando con la ecuación, se verifica que: Con lo que se demuestra que no importa las velocidades relativas entre los marcos de referencia, en ambos marcos la luz siempre se desplazará a su velocidad C. Contracción de la longitud y del espacio A medida que los objetos se desplazan por el espacio-tiempo, tanto el tiempo como el espacio cambian. Como ya vimos, el tiempo se dilata dependiendo de la rapidez a la cual se desplaza el objeto; el espacio, por otro lado, se contrae. la contracción del espacio se puede expresar por la llamada ecuación de Lorentz: V es la velocidad relativa entre el objeto y el observador; C es la velocidad de la luz; L es la longitud que tiene el objeto en estado de reposo y L' es la longitud del objeto en movimiento. Si la velocidad alcanza valores muy bajos, el factor de Lorentz adquiere un valor casi igual a uno, por lo que L' = L, esto quiere decir que a las velocidades a las que estamos acostumbrados, la contracción es mínima, y por eso es que no apreciamos este efecto sobre los objetos de nuestro alrededor. La contracción siempre ocurre en dirección del movimiento. Ahora supongamos que un cuerpo adquiere la velocidad de la luz y lo reemplazamos en la fórmula. Al hacerlo, nos damos cuenta que el factor de Lorentz nos daría como resultado cero, y al multiplicarlo la longitud del cuerpo en reposo, nos daría como resultado cero, es decir, longitud cero, cosa que no puede ser posible. Por eso se dice que la velocidad de la luz es el límite superior de rapidez de cualquier cuerpo en movimiento. Como observamos, al moverse a velocidades cercanas a la luz, el tiempo se dilata y el espacio se contrae, esos dos sucesos, aunque parezcan distintos y sin relación, en realidad, son dos facetas del mismo fenómeno, la distorsión del espacio-tiempo. Inercia relativista En física clásica, se entiende por inercia a la resistencia que presentan los cuerpos a los cambios de movimiento. A la inercia del movimiento se la conoce como cantidad de movimiento, y se representa como el producto de la masa por la velocidad: Si bien esta definición es válida para las velocidades con las que nos manejamos normalmente, no lo es para velocidades mayores. Einstein realizó una nueva definición de cantidad de movimiento válida para cualquier velocidad: Donde γ es la inversa del factor de Lorentz. Nuevamente, si comprobamos la fórmula con velocidades muy bajas, gamma es casi igual a uno, por lo que la cantidad de movimiento es casi igual al producto de la masa por la velocidad, lo que verifica que la fórmula de cantidad de movimiento de la física clásica sólo es válida para las velocidades a las que nos desplazamos. Si el cuerpo se moviese a la velocidad de la luz C, γ tiende al infinito. Eso quiere decir, que para poder desplazar un cuerpo a la velocidad de la luz, se requiere aplicarle un impulso infinito para lograrlo, cosa que es imposible. Por lo tanto, ningún cuerpo puede moverse a la velocidad de la luz. Pero ¿Por qué la luz si puede moverse a esas velocidades? Es porque los fotones (partículas constituyentes de la luz) no tienen masa, son pura energía, por lo que las ecuaciones descritas no se les aplican, la luz siempre se desplaza a la misma rapidez en el vacío. Equivalencia entre masa y energía Además de relacionar el espacio y el tiempo, Einstein también relacionó la masa con la energía. Una porción de materia, que no se encuentre en movimiento o se le aplique una fuerza, tiene una "energía de existencia" (llamada energía en reposo). Se necesita energía para crear masa; y se libera energía cuando ésta desaparece. La cantidad de energía E y la cantidad de masa m se relacionan en la famosa ecuación: Debido al enorme valor de C, una pequeña cantidad de masa corresponde a una enorme cantidad de energía. La fórmula tiene sentido si la analizamos en el ámbito de la energía nuclear. Al momento de fisionar los átomos de Uranio bombardeándolos con neutrones, este se divide en 2 átomos, algunas partículas sub-atómicas (principalmente neutrones) y en energía. La cantidad de masa del Uranio original es mayor que la de los átomos y partículas que se forman con el proceso ¿Por qué? Porque parte de la masa original se liberó en forma de energía. Si bien la disminución de masa es muy pequeña, se liberan enormes cantidades de energía en el proceso, prueba de ello son las bombas nucleares y nuestro propio sol, que por medio del proceso de fusión termonuclear, emite enormes cantidades de energía cada segundo. Pero esto no sólo se aplica a las reacciones químicas y nucleares, un cambio de energía en cualquier objeto va acompañado de un cambio de masa. Resumiendo, la equivalencia entre masa y energía expresada por la fórmula E = mC^2 indica que la masa y energía son lo mismo. La masa sólo es energía en estado sólido. Teoría de la relatividad general La teoría de la relatividad especial sólo se aplica a marcos de referencia con movimiento constante, es decir, sin aceleración. Esto llevó a Einstein a formular una nueva teoría de la relatividad, a la que llamó "Teoría de la relatividad general", y que se aplica a todos los marcos de referencia que aceleran. Principio de equivalencia El principio de equivalencia es el principio fundamental de la relatividad general, el cual establece que no es posible distinguir entre un campo gravitacional de un marco de referencia acelerado. Por ejemplo, volviendo a los ejemplos con la nave espacial que viaja a velocidad constante en un espacio con ausencia de una fuerza de gravedad Cuando el tripulante de su interior deje caer un objeto, éste mismo flotaría en el aire. Esto sucede porque al soltar el objeto, este lleva consigo mismo la misma velocidad de la nave. Pero si la nave comienza a acelerar, se observarían fenómenos parecidos a la gravedad. La pared de la parte trasera de la nave empujaría contra el tripulante y contra todo lo que se encuentre dentro de la nave, produciéndose así una "gravedad simulada". Si la nave acelerara con el mismo valor que la aceleración gravitacional de la Tierra, los efectos serían exactamente iguales al campo gravitacional de la misma, parecería que estuviera es reposo en la superficie terrestre, pudiéndose incluso parar en la parte trasera de la nave, que viene a hacer de "piso". Flexión de la luz por la gravedad En el ejemplo anterior vimos que cuando un cuerpo se encuentra en un marco de referencia acelerado, este es sometido a una fuerza de gravedad. Ahora veremos que lo mismo ocurre con la luz. Supongamos que en la nave que describimos en el ejemplo anterior, ingresa un haz de luz por una ventana de la misma. Un observador fuera de la nave, observará que el haz sigue una trayectoria horizontal hasta llegar a la pared opuesta con una velocidad constante. Pero como la nave acelera, la luz que ingresa terminará más abajo que por donde entró, debido que la nave se movió durante el trayecto del haz de luz. Por lo que el observador dentro de la nave observa que la luz se desvía en forma de parábola. La gravedad dentro de la nave desvía la luz dentro de la misma. Ahora bien, si según la física clásica, la gravedad es una interacción entre la masa de 2 cuerpos ¿Por qué la luz se desvía si sólo es energía pura y no tiene masa? La respuesta es que sucede así porque la luz es precisamente energía pura, y como ya se vio anteriormente, masa y energía son equivalentes, por lo que no existe contradicción alguna entre la física clásica y la relativista. La relatividad general predijo que los cuerpos con grandes masas (planetas y soles) desvían la luz de los demás astros que atraviesan sus campos gravitacionales. La desviación dependerá exclusivamente de la fuerza de gravedad del cuerpo involucrado. Como consecuencia, los cuerpos que emanan esa luz (principalmente las estrellas) aparecen en el cielo en una posición que no es la real. Corrimiento gravitacional al rojo Según la teoría de la relatividad general, la gravedad dilata el tiempo. Como la gravedad es más intensa cuanto más cerca nos encontremos del núcleo terrestre, una persona que se encuentre en la cima de una montaña envejecerá un poco más rápido que otra que se encuentre a nivel del mar, la diferencia será de de una fracción de unas millonésimas de segundos, debido a que la gravitación de nuestro planeta es muy débil en la eslaca del universo. Lo mismo se aplica a una persona que se encuentre volando en un avión, o en casos más extremos, un astronauta en órbita, pero la diferencia seguirá siendo imperceptible para nosotros. Obviamente, a mayores campos gravitacionales, mayor será la dilatación del tiempo. En la superficie de Júpiter la dilatación del tiempo es mayor, aunque sigue siendo diminuta, un reloj en su superficie retrasará un poco respecto de otro ubicado en la Tierra. Todos los átomos que emiten luz, lo hacen con una frecuencia específica, propia del átomo. Por lo tanto, cada átomo es un reloj, y cada retraso de la vibración es un retraso del tiempo. Supongamos un átomo en la Tierra, que emite una onda de luz con una determinada frecuencia, sale despedida hacia el espacio. Al intentar escapar del planeta, es retardada por la fuerza gravitacional del mismo, como consecuencia pierde energía, y como la energía de una onda es igual al producto de su frecuencia por la constante de Planck: Al perder energía su frecuencia es menor, por lo que se aproxima hacia la frecuencia del color rojo. En el Sol, la fuerza de gravedad es mucho mayor que en la Tierra, por lo que los fotones de luz llegan a nuestro planeta con una frecuencia mucho menor que la original, esto produce un retraso temporal, tal como vimos en el ejemplo del viajero que emitía un haz de luz cada 6 minutos, lo que ocasiona que el tiempo en la Tierra transcurra más rápido que en la superficie del Sol desde nuestro marco de referencia. En un agujero negro la dilatación del tiempo es infinita, el tiempo no transcurre, debido a que su campo gravitacional es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar. Los fotones pierden toda su energía y, en consecuencia, su frecuencia. Para una persona que estuviese en una estrella que este a punto de convertirse en un agujero negro (si tuviese la capacidad de resistir su fuerza gravitacional), el tiempo transcurre de forma normal, no siente cambio alguno, pero para un observador externo, vería que el tiempo transcurre cada vez más lento, hasta el punto en el que dentro del agujero el tiempo es cero, la persona en el agujero negro se vería inmóvil, sus latidos y respiración parecerían detenerse, hasta que la luz ya no pudiese escapar del mismo, entonces ya no se podría observar dentro. La geometría del espacio La relatividad general establece que el espacio es un medio flexible que se puede doblar y torcer, más precisamente, es un espacio-tiempo tetradimensional curvo. Al doblarse y torcerse se forma un campo gravitacional. Tal deformación es producida por la presencia de una masa. Esto lleva a re-formular el concepto de gravedad. Según la física clásica, la gravedad es una fuerza de atracción entre dos masas. Mientras que la relatividad abandona la noción de fuerza y define a la gravedad como la distorsión del espacio-tiempo que dirige el movimiento de los cuerpos. La deformación del espacio-tiempo es la gravedad. Como se observa en la siguiente imagen, la distorsión del espacio-tiempo es lo que produce que la Luna se mantenga en órbita sobre la Tierra. Lo mismo sucede entre el Sol y los demás cuerpos celestes. Ondas gravitacionales Una onda gravitacional no es más que una perturbación del espacio-tiempo que se propaga a través del mismo cuando un cuerpo se encuentra en movimiento. Todo objeto en movimiento produce una onda gravitacional. Obviamente, cuanto más masivo sea el objeto y cuanto más rápido se mueva, la onda producida será de mayor intensidad. Sin embargo, las ondas gravitacionales son muy débiles, las más débiles que se encuentran en el universo. No obstante, las ondas gravitacionales se encuentran en todas partes, inclusive nosotros mismos las formamos con el solo hecho de movernos. Fin del post

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Fuerzas paralelas de igual sentido Los objetos colocados en un soporte o los caballos que tiran de un carro, son casos típicos de fuerzas paralelas de igual sentido. Según lo observado en el siguiente ejemplo, un hombre colocado sobre una balanza pesa más con sus dos hijos en brazos que sin ellos ¿qué acción ejercen los niños? La de dos fuerzas de sentidos iguales. La diferencia de peso observada indica el peso de los dos niños. Por ejemplo: 100 Kg - 75 Kg = 25 Kg Si uno d elos niños pesa 10 Kg o sea: F1 = 10Kg. Y el otro pesa 15 Kg, es decir: F2 = 15Kg los 25 Kg de la diferencia anterior representan la resultante entre dos fuerzas, es decir, entre los pesos de los niños. De lo expuesto se deducen dos consecuencias: 1º La resultante es igual a la suma de las fuerzas actuantes y tienen el mismo sentido que ellas. Realicemos esta experiencia: en los extremos de una regla graduada coloquemos dos pesos conocidos: por ejemplo, en A, un peso de 100g, y en B, uno de 400g. Con una chinche fijamos un hilo donde marca 24 cm. Suspendemos todo el sistema por este hilo y observamos que se mantiene en equilibrio con un contrapeso de 500g. 2º A mayor fuerza, o sea: F2 = 400g, le corresponde menor segmento, es decir: 6 cm Y a menos fuerza, o sea: F1 = 100g, le corresponde mayor segmento, es decir: 24 cm. Ahora podemos enunciar el siguiente principio: La resultante de dos fuerzas paralelas de igual sentido es otra de fuerza de dirección y sentido iguales a los de las fuerzas dadas, y de intensidad igual a la suma de las intensidades de aquéllas. El punto de aplicación de la resultante está siempre del lado de la fuerza mayor y se cumple la relación: F1 * a1 = F2 * a2 Si pasamos a2 y F2 a los otros miembros de la expresión: F1 * a1 = F2 * a2 se transforma en: F1 / F2 = a2 / a1 lo cual nos permite decir que la resultante de dos fuerzas paralelas está aplicada en un punto que divide al segmento que une a las fuerzas en segmentos (aditivos) inversamente proporcionales a las fuerzas; es decir, a mayor fuerza corresponde menor segmento, y a menos fuerza, mayor segmento. Relación de Stevin Si la espresión: F1 / F2 = a2 / a1 aplicamos la propiedad de los antecedentes y consecuentes y surge la expresión F1 / a2 = F2 / a1 = R / a llamada relación de Stevin. En ella, a es el segmento total (a1 + a2); a1 y a2 las partes en las que ah quedado dividido el segmento a. Esta relación nos permite resolver problemas como el siguiente: Calcular el punto de aplicación de la resultante del sistema de dos fuerzas paralelas, F1 y F2 de igual sentido, de acuerdo con los datos de la siguiente figura: F1 / a2 = F2 / a1 = R / a reemplazando tenemos: 35 Kg / a2 = 25 Kg / a1 = 60 Kg / 3 m Considerando las razones primera y segunda resulta: 35 Kg / a2 = 60 Kg / 3 m Por lo tanto: a2 = 35 Kg * 3m / 60 Kg O sea: a2 = 1,75 m Considerando las razones segunda y tercera resulta resulta: 25 Kg / a1 = 60 Kg / 3 m Por lo tanto: a1 = 25 Kg * 3 m / 60 Kg O sea: a1 = 1,25 m Verificación: a = a1 + a2 O sea que el valor de a es: 1,75 m + 1,25 m = 3m Método práctico para calcular la resultante de fuerzas paralelas Dado el sistema F1 // F2, se procede así a- Sobe F1 determinamos un segmento igual a F2 (ST) b- Sobre la dirección de F2 y en sentido contrario, determinamos un segmento igual a F1 (NM) c- Unimos T con N y queda determinado sobre el segmento del punto O, que es el buscado. d- A partir de O, con la misma dirección y sentido que F1 y F2 aplicamos la fuerza: R = F1 + F2 Fuerzas paralelas de distinto sentido Relizando la experiencia de la siguiente figura cosideradas aplicadas las fuerzas F1 y F2 tenemos un sistema de fuerzas de distinto sentido: F1 = 3 Kg F2 = 9 Kg Si aplicamos en el punto B una fuerza de 6 Kg comprobaremos que el sistema se mantiene en equilibrio, lo cual significa que: F1 = 6 Kg es la fuerza que equilibra a las otras dos; por lo tanto, con sentido contrario a la resultante. Si consideramos el sistema formado por F1 y F2, la equilibrante resulta F3; por lo tanto, la resultante del sistema tiene sentido contrario de F3 De la misma figura deducimos también que F3 resulta de restar: 9 Kg - 3 Kg = 6 Kg y que el sentido y la dirección de la resultante son los de la mayor de las fuerzas. Lo expuesto nos conduce al siguiente enunciado: La resultante de dos fuerzas paralelas de sentido distinto es otra fuerza paralela a las dadas, cuya intensidad es igual a la diferencia de las intensidades de las fuerzas dadas, y su sentido es igual al de la fuerza mayor. El punto de aplicación está situado fuera del segmento que une a las fuerzas y del lado de la mayor. Como en el caso de las fuerzas de igual sentido, se cumple: F1 * AO = F2 * BO expresión que nos dice que "menor fuerza por mayor segmento es igual a mayor fuerza por menor segmento" De la expresión: F1 * AO = F2 * BO resulta, pasando AO y F2 al otro miembro, que: F1 / F2 = BO / AO o sea: F1 / F2 = a2 / a1 lo cual nos permite decir que la resultante entre dos fuerzas paralelas de sentido contrario divide al segmento que une las fuerzas en segmentos (sustractivos) inversamente proporcionales a dichas fuerzas; o sea, a mayor fuerza corresponde menor segmento, y a menor fuerza, mayor segmento. También en este caso se cumple la relación de Stevin o sea: F1 / a2 = F2 / a1 = R / a debemos recordar que ahora: a = a2 - a1 Método práctico para calcular la resultante de dos fuerzas paralelas de distinto sentido Teniendo a la vista la siguiente figura procedemos de la siguiente manera: a- Sobre F1 determinamos un segmento igual a F2 (BN) b- Sobre la recta de F2, y en sentido contrario, determinamos un segmento (AP) igual a F1 c- Unimos los extremos de los mismos y determinamos la recta que corta a AB en su prolongación, con lo que obtenemos el punto O, punto de aplicación de la resultante. En el punto O aplicamos R, de igual sentido que F2 Par de fuerzas o cupla Se denomina así al sistema de dos fuerzas paralelas de igual intensidad y distinto sentido. Aplicando lo estudiado en el caso anterior, la resultante debe ser: R = F1 - F2 = 0 o sea que la cupla tiene resultante nula. A pesar de que la resultante del par de fuerzas es nula, la cupla tiene un efecto: hace girar o rotar el cuerpo al que está aplicada la cupla. Es el caso del tirabuzón, de la canilla, de las tuercas, etc. Peso de un cuerpo Ya hemos dicho que de la sensación producida al sostener un cuerpo surge la idea del peso. Si el cuerpo está suspendido, el hilo se pone tenso, y la dirección y sentido son hacia el centro de la Tierra. Si se cortara el hilo, el cuerpo caería con la misma dirección y sentido. ¿Por qué ocurre todo ello? Pues por la existencia de una fuerza de atracción, denominada fuerza de gravedad. Colocando distintos cuerpos en un mismo dinamómetro, se producen distintos estiramientos. En consecuencia, tienen pesos distintos. Colocando otros cuerpos en el mismo dinamómetro, vemos que todos ellos tienen el mismo estiramiento. Ello se debe a que estos últimos cuerpos tienen el mismo peso. Podríamos comprobar que el mismo cuerpo, ubicado en distintos puntos de la Tierra, provoca estiramientos distintos en un mismo dinamómetro, hecho que registramos con el enunciado siguiente: La fuerza de gravedad no es igual en todos los puntos de la Tierra. Se ah podido comprobar que esa fuerza de atracción es mayor en los polos que en el ecuador, hacia cuya dirección decrece. Por lo tanto, el peso de un cuerpo varía con la latitud del lugar: en los polos adquiere su máximo valor, y éste disminuye hacia el ecuador, donde el valor es mínimo. Centro de gravedad Imaginemos una lámina de cartón cualquiera. Está constituida por infinidad de partículas elementales, que son iguales en peso y dimensión. El peso de cada partícula está representado por el vector F. Todos los vectores F resultan paralelos, de igual sentido e igual intensidad. Según lo estudiado para las fuerzas paralelas de igual sentido, la resultante es igual a la suma de todas las intensidades de las fuerzas dadas; para este caso, la suma de todas las fuerzas F nos da el peso del cuerpo, representado por el vector P. Asimismo, el punto de aplicación de esa fuerza es único, perfectamente definido, y se llama centro de gravedad. Centro de gravedad G es el punto de aplicación de la fuerza del cuerpo. También es el punto por el que pasa la recta de acción de la fuerza peso. Determinación del centro de gravedad Recortemos una lámina de cartón de cualquier forma. 1º La suspendemos libremente por un punto A, mediante un alfiler, del cual lo atamos a un hilo corriente con un peso cualquiera en el extremo. Marquemos sobre el cartón la dirección AB de la vertical del lugar que determina el hilo suspendido. 2º Procedemos en forma similar suspendiendo la lámina por el punto C. Esta nueva posición, CD, representa la vertical del lugar, que marcamos con la lamina 3º La intersección de las dos verticales trazadas determina el centro de gravedad G. A continuación, indicaré algunos centros de gravedad de diferentes figuras geométricas: Equilibrio de los cuerpos Puede ocurrir que el cuerpo que estudiamos se encuentre suspendido o apoyado: para cada caso, las condiciones que han de observarse son distintas. Por ello, consideramos: a- Equilibrio de los cuerpos suspendidos b- Equilibrio de los cuerpos apoyados Equilibrio de los cuerpos suspendidos Con la lámina de cartón con la que determinamos el centro de gravedad, realizamos la siguiente experiencia: a- Suspendamos el cartón libremente por el punto O, situado sobre el centro de gravedad. Si lo golpeamos con el dedo, observamos que vuelve a la posición primitiva. En G', la fuerza P' tiende a hacer volver la lámina a su posición inicial. En estas condiciones, decimos que el cuerpo está en equilibrio estable. b- Suspendamos el cartón, pero de modo que su punto de suspensión O se encuentre situado debajo del centro de gravedad. Apliquemos una pequeña fuerza y veremos que el cuerpo gira alrededor del punto B ¿Qué ah ocurrido? En la posición A, la fuerza P está anulada por la reacción del soporte. En la posición B, la fuerza P' no tiene oposición y hace que el cuerpo pase a la posición C. En este caso, el cuerpo se halla en equilibrio inestable. c- Finalmente, suspendamos la misma lámina atravesándole un alfiler por el centro de gravedad. La colocamos en posiciones distintas y vemos que en cualquiera de ellas permanece en equilibrio, En este caso tenemos un equilibrio indiferente. De todo lo cual deducimos la siguientes clasificación: a- Equilibrio estable El punto de suspensión está sobre el centro de gravedad b- Equilibrio inestable El punto de suspensión está por debajo del centro de gravedad c- Equilibrio indiferente El punto de suspensión coincide con el centro de gravedad Equilibrio de los cuerpos apoyados En la clase de educación física, al realizar el ejercicio de flexión de piernas con las manos a la cintura ¿Cuándo logramos el equilibrio? Al efectuar la prueba de mantener una escoba sobre la palma de la mano en posición vertical ¿Cuándo logramos el equilibrio? Un trompo ¿Cuándo queda vertical? En estos casos, el equilibrio se consigue al lograr que la vertical trazada por el centro de gravedad pase por la base de sustentación del cuerpo. Base de sustentación Base de sustentación del cuerpo es la figura que se forma en el plano al unir los puntos de contacto del cuerpo con dicho plano. Si la vertical que pasa por el centro de gravedad cae afuera de la base de sustentación, el equilibrio es inestable. En cambio, si para cualquier posición del cuerpo la vertical que pasa por el centro de gravedad cae en la base de sustentación, el equilibrio es indiferente. También podríamos decir que el equilibrio es estable cuando el centro de gravedad ocupa su posición más cercana a la base de sustentación. Es el caso del lápiz parado y acostado, donde, en el primer caso, el equilibrio es inestable, pues G no está en la posición más cercana a la base de sustentación, como en el otro caso. Variación del centro de gravedad Un camión cargado ¿tiene el mismo centro de gravedad que cuando está descargado? No, porque, al estar cargado, su centro de gravedad baja, y de este modo, el camión tiene mayor estabilidad (siempre que la carga no salga de la caja del camión). Una hoja de cuaderno tiene el centro de gravedad en la intersección de sus diagonales. Si la transformamos en una pelotita d epapel, el centro de gravedad será el centro de esa pelota. Supongamos un alambre cilíndrico, homogéneo, de 10 Cm. Su centro de gravedad está en el punto medio. Doblemos en ángulo recto ese alambre. El centro de gravedad será el indicado en dicha la figura (el peso P es la suma de los pesos parciales P1 y P2, cuyo punto de aplicación es G) Peso específico la experiencia diaria nos indica que todos los cuerpos no pesan igual, a pesar de que posean igual tamaño y volumen. Así, por ejemplo, si disponemos de cubos de hierro, de corcho, de aluminio, de madera, de plomo, etc., de 1 cm de lado, todos no pesan lo mismo; es decir que, específicamente, cada sustancia determinada posee un peso, que llamamos peso específico. Supongamos que 25 cm3 (cúbicos) de hierro pesen 1950 g; diremos entonces, que si: 25 cm3 pesan 1950 g 1 cm3 pesa 1950 g / 25 cm3 = 7,8 g / cm3 Al dividir 1950 g (peso) por los 25 cm3 (volumen), obtenemos el valor 7,8 g / cm3, que denominamos peso específico. Por lo tanto, se llama peso específico al cociente entre el peso de un cuerpo y su volumen. También podría decirse que el peso específico es el peso de la unidad de volumen. En símbolos (tomando Pe como peso específico) Pe = P / V Recordemos que 1 litro de agua pesa 1 kg y ocupa 1 dm3 (cúbico); por eso, el peso específico del agua es 1 Kg / dm 3, o 1 cl de agua pesa 1 cm3, o también 1 kl de agua pesa 1 t (1000 kg) y ocupa 1 m3 (1000 dm3) De estas relaciones se deducen las correspondencias entre las unidades de peso y las de volumen. Así quedan establecidas las unidades de peso específico, que son las siguientes: Kg / dm3, g / cm3, t / m3 Estas unidades deben ser siempre indicadas al dar el peso específico de una sustancia. De la expresión: Pe = P / V resulta: P = Pe * V y V = P / Pe que permiten calcular el peso o el volumen de un cuerpo conociendo su peso específico y el volumen o peso, respectivamente. Determinación experimental del peso específico Si el peso específico es la relación entre el peso y el volumen, el proceso para poder calcularlo es el siguiente: a- Averiguar el peso b- Averiguar el volumen a- Averiguación del peso de un cuerpo. Evidentemente, esto se logra mediante una balanza de precisión. b- Averiguación del volumen. Introducimos el cuerpo dentro de una probeta graduad, con líquido suficiente para cubrir al cuerpo. La variación del nivel, provocada por la inmersión del cuerpo (propiedad de impenetrabilidad de los cuerpos), nos indica sobre la escala de la probeta el volumen del cuerpo, expresado en centímetros cúbicos. Supongamos que no disponemos de una probeta graduada. Procedemos así: llenamos al ras un vaso o frasco de boca ancha con agua; introducimos el cuerpo en estudio, con lo que parte del líquido será desalojado (impenetrabilidad de los cuerpos). Como habremos dispuesto el vaso o frasco dentro de otro, podremos pesar el agua desalojada. sabemos que 1 g de agua equivale a 1 cm3; luego, el volumen del cuerpo introducido será equivalente a los gramos desalojados. Tabla de pesos específicos (en g / cm3) El peso específico de una sustancia es una constante para una temperatura dada, por ejemplo 0º C, ya para valores determinados de la aceleración de la gravedad. Si la temperatura se modifica, el volumen varía (dilatación) y, por lo tanto, también el peso específico. Como para cada latitud la aceleración de la gravedad también varía, el peso específico también variará.

Estructura atómica Como ya todos sabemos, un átomo está por protones (carga positiva), neutrones (sin carga) y electrones (carga negativa). Los protones y neutrones conforman el núcleo atómico, mientras que los electrones giran alrededor de dicho núcleo, formando orbitas. Los átomos tienen la misma cantidad de cargas positivas y negativas, por lo que se neutralizan entre ellas, es decir, se anulan, dejando al átomo en "equilibrio eléctrico". Sin embargo, los átomos pueden perder o ganas más electrones, esto se denomina ionización. Iones positivos y negativos Cuando, por cualquier motivo, un átomo gana o pierde eletrones, se dice que ese átomo esta ionizado. Si un átomo pierde electrones, este queda con un exceso de carga positiva, y se lo denomina ión positivo o catión. Pero si dicho átomo gana electrones, queda con un exceso de carga negativa, y se lo denomina ión negativo o anión.Como las cargas de distinto signo se atraen, cuando estan cerca los iones positivos y negativos se unen, pero puede ocurrir que se liberen los electrones de más que tienen los aniones y se dirijan al hacia un catión, para neutralizar su carga y así estar equilibrados nuevamente. Cuando esto último ocurre, se dice que el movimiento de esos electrones constituyen lo que denominamos corriente eléctrica Por lo que podemos definir a la electricidad o corriente eléctrica como: "la circulación de electrones libres a traves de un conductor" Pero la corriente eléctrica propiamente dicha, en realidad circula en forma inversa al movimiento de los electrones, por lo que los electrones generan la corriente, pero en sentido inverso a su movimiento. La corriente eléctrica se clasifica en dos tipos: continua (que siempre tiene la misma dirección) y alterna (cambia su dirección en cierto intervalo de tiempo). Al pasar corriente por un conductor, este genera un campo magnético, que tiene un sentido inverso al de la corriente. Siempre que circula corriente por un conductor se genera un campo magnético por fuera de este. Muy débil, pero que se puede potenciar enrrollando muchos conductores entre sí, para generar así una bobina, la cual posee un potente campo magnético. Conductores, semiconductores y asilantes Los materiales a traves de los cuales circulan dichos electrones, según sus propiedades, se clasifican en: Conductores, semiconductores y aislantes. Un conductor es todo aquel material que permite el paso de los electrones con mayor facilidad que otros materiales. Pero también hay otros materiales, como los aislantes, es todo aquel material que ofrece una elevada resistencia al paso de los electrones, por lo que no permiten el paso de electrones a traves de ellos. Por último tenemos los semiconductores, que, segun como se traten, se comportan como conductores o como aislantes. Un ejemplo de semiconductores son los diodos, los cuales permiten el paso de la corriente en un sentido (conductor), pero en el sentido inverso impiden el paso de la corriente (aislante) Flujo eléctrico Ya definimos la corriente eléctrica como la circulación de electrones a través de un conductor. La unidad de medida de la corriente eléctrica es el Ampere, de símbolo A, que expresa la cantidad de electrones que atraviesan una sección del conductor por segundo. Pero para que pueda establecerse dicha corriente eléctrica, debe existir algo que impulse a los electrones para que circulen libremente. Ese algo se denomina tensión, diferencia de potencial o fuerza electromotriz. Tensión, diferencia de potencial, fuerza electromotriz Para que exista un flujo de electrones debemos aplicar energía al conductor. Cuando la energía proviene de una fuerza del tipo eléctrico, se la denomina fuerza electromotriz porque permite el desplazamiento de electrones al desprenderse de los átomos. Esa fuerza electromotriz puede originarla una batería. Por ejemplo: las pilas del control remoto. Una tensión o diferencia de potencial es, como su nombre indica, una diferencia de cargas que existe entre dos extremos de un conductor, en el cual que uno de sus extremos posee carga positiva y el otro carga negativa, lo que provoca que el extremo positivo atraiga los electrones del otro extremo y así se produzca un movimiento de electrones y, en consecuencia, una corriente eléctrica Resistencia eléctrica La resistencia eléctrica es la resistencia que presentan los distintos materiales al paso de la corriente eléctrica, al ser mayor la resistencia, menor es la cantidad de electrones que circulan por el conductor. Los aislantes presentan una resistencia muy elevada, casi infinita, debido a eso no conducen corriente eléctrica. La resistencia se mide en Ohm, de símbolo Ω. La resistencia del material dependera de 3 factores: longitud, sección transversal y resistividad. Por lo tanto, la fórmula matemática para calcular la resistencia es: En donde I es la longitud del material medida en metros, S es el área transversal medida en metros cuadrados, p es la resistividad del material, lo que nos indica si el material es buen conductor o no, y R la resistencia medida en Ω. Esto quiere decir que cuanto mayor sea la resistividad del material y su longitud, mayor será la resistencia, asimismo, mientras menores sean esos valores, menor será la resistencia de dicho material. El valor de la sección transversal s, se comporta de forma inversa, es decir, mientras mayor sea su valor, menor será su resistencia, mientras que si su valor es menor, mayor será la resistencia. Conductancia Es la inversa de la resisencia, es decir, la facilidad que presenta un material al paso de la corriente, se simboliza con la letra G y se mide en mho o en SIEMENS y de fórmula: Resistencias o resistores Las resistencias o resistores, son componentes electrónicos utilizados para oponerse al paso de la corriente que circula por un circuito, para así disminuir su intensidad. Existen diversos tipos de resistencias, entre los que son más utilizados son: resistencias de carbón,de película metálica y de alambre. Las resistencias de carbón son los más utilizados en electrónica, están formados por polvo un combinación de de carbón y un soporte cerámico, para darle forma de barrita y fijar sus terminales. Las resistencias de película metálica estan formadas por una película metálica sobre un tubito de vidrio, al que se fijan los terminales y se los encapsula igual que la resistencia de carbón, por lo que su aspecto exterior es igual al de una resistencia de carbón. Se usan solamente cuando se necesita una gran exactitud en el valor de resistencia. Las resistencias de alambre están constituidos por un alambre que se enrrolla sobre un cilindro de cerámica y se recubren con barniz. Son de un tamaño grande y poseen una enorme resistencia, por lo que se los utiliza en los circuitos que poseen altas tensiones Códigos de colores para resistencias Sobre las resistencias hay impresas 4 bandas de colores, las 2 primeras, indican la resistencia en Ω que posee, la tercera banda representa el número de ceros que hay que agregarle al final del valor anterior para obtener el valor final de resistencia, la cuarta banda representa la tolerancia de la misma. El valor de cada banda depende del color que posean, cada color le corresponde un número, los cuales son: Negro = 0 Marrón = 1 Rojo = 2 Naranja = 3 Amarillo = 4 Verde = 5 Azul = 6 Violeta = 7 Gris = 8 Blanco = 9 La tolerancia de un resistor es un número expresado en porcentaje que representa el margen superior o inferior que puede tomar un valor (por el código de colores) del resistor. Es decir, la resistencia puede variar su valor en un determinado porcentaje, r aumentando o disminuyendo dicho valor Los colores para la tolerancia son: Dorado = 5% Plateado = 10% Sin color = 20% Por ejemplo: si tenemos una resistencia que tiene bandas de color rojo, azul, amarillo y dorado, esto quiere decir que será una resistencia de 260000 Ω y 5% de tolerancia, en donde el 2 es por el color rojo, 6 por el azul, los 4 ceros por el amarillo y el 5% por el dorado. La resistencia posee, además, un valor de potencia que representa la máxima cantidad de calor que puede dar el resistor por el paso de corriente y, si ésta excede, se quemará por la alta temperatura obtenida. La potencia se mide en watts (W). La potencia de un resistencia se conoce por su tamaño, mientras mas grande mayor será la potencia que posea.Las resistencias de carbón se fabrican de 1/8W; 1/4W; 1/2W; 1W y 2W, Para mayores potencias se utilizan resistores de alambre; los de película metálica pueden disipar hasta 1W. Resistencias variables Son aquellas en las que se pueden variar su valor a conveniencia, dentro de este grupo se encuentran los potenciómetros y los presets o preajustables. La constitución de los potenciómetros se debe a una pista circular de carbón desplazándose por un contacto móvil (cursor) solidario a un eje vertical. Los extremos de la pista de carbón y el cursor tienen una conexión a terminales, es decir, que la resistencia entre uno de los terminales y el cursor depende de la posición de éste. Los presets se ajustan una sola vez, hasta lograr una perfecta posición, y que no tienen posibilidad de ser variados por los usuarios. tienen un ajuste con un pequeño destornillador, que es aplicado a una ranura que tiene el contacto móvil. Ley de Ohm La corriente, tensión y resistencia están relacionadas entre sí, dicha relación se expresa en la fórmula de la ley de Ohm que consta de 4 fórmulas fundamentales: I = V/R R = V/I V = I * R P = V * I V = P/I I = P/V En la que I es la intensidad en amper, V la tensión en volts, P la potencia en watts y R la resistencia en ohms. Con estas fórmulas, podremos calcular cualquier valor con solo saber los demás. Capacitores o condensadores Los capacitores son componentes diseñados para almacenar energía eléctrica, constan básicamente de dos armaduras, una positiva y la otra negativa, separadas por un aislante dieléctrico. Al cargar el capacitor, la armadura negativa se carga con carga negativa y la positiva con carga positiva, quedando enfrentadas las cargas, por lo que al apagar el circuito, los capacitores quedan cargados, debido a que las cargas se atraen entre si dentro del capacitor, pero no se llegan a tocar, debido al dieléctrico existente entre ambas armaduras, sólo una pequeña parte atraviesa el dieléctrico, denominada corriente de fuga. La capacidad de almacenamiento de un capacitor se mide en faradios (F), aunque en electrónica se utiliza el microfaradio (μF) que es la millonésima parte de 1 Faradio. Existen varios tipos de capacitores: electrolíticos, cerámicos, de poliester, etc. Inductancia Una inductancia es un conductor arrollado en forma de bobina sobre un soporte denominado núcleo. Su función es la de transformar la corriente eléctrica que circula por su bobina en un campo magnético. Su unidad es el henry, de símbolo H. El valor de cada inductancia depende de la cantidad de espiras, distancia entre espiras, diámetro del conductor y de las espiras y tipo de núcleo. Si se tienen 2 inductancias cerca una de otra, de forma que entre ellas se produzca un acoplamiento magnético, se formará un transformador. Es decir, un elemento que transfiere energía de un bobinado primario a otro secundario a través de un medio magnético. Diodos Los diodos son componentes electrónicos semiconductores, es decir, que solo permite el paso de la corriente en un solo sentido, mientras que en sentido inverso actua como una barrera, no permite el paso de la corriente. Para lograr que tenga estas características ha sido combinado, sin formar un compuesto químico, con otros elementos. A este proceso de combinación se le denomina dopado. Por medio de éste, se consiguen básicamente dos tipos de materiales: tipo N, en los que se registra un exceso relativo de electrones dentro del material, y tipo P, en los que se presenta un déficit de electrones. Los diodos realizan una alta gama de funciones entre ellas, la rectificación de señales de corriente alterna en fuentes de poder y en radios de AM, reguladores de voltaje, formadores de onda, duplicadores de voltaje, selectores de frecuencia, detectores de FM, disparadores, indicadores luminosos, detectores de haz, generadores láser, etc. Básicamente, existen muchos tipos de diodos según su función, pero también se los puede clasificar mas generalmente por el material del que están hechos, existen 2 tipos de diodos según esta clasificación: Diodos de silicio: Y de germanio: Transistores Son dispositivos que tienen 3 elementos: 2 negativos y 1 positivo, o visceversa. En el primer caso, el transistro se denomina NPN, mientras que en el segundo es PNP. Tiene 3 terminales, denominados emisor, base y colector. Este componente tiene la propiedad de gobernar a voluntad la corriente que circula entre el emisor y el colector, mediante la acción de una corriente en la base, mucho más pequeña que la anterior. El transistor modula la corriente del colector en función de la variación de la corriente de base, es como si la amplificara. Existen muchos tipos de transistores: transistores bipolares (los más comunes), FET Y mosFET, entre otros Cicuitos integrados Se trata de un conjunto de componentes (resistencias, capacitores, diodos, etc.) reunido e integrados en un encapsulado plástico. Por lo general consta de varios terminales y de formas variadas. Las técnicas de miniaturización de componentes hicieron posible la fabricación de estos componentes. Circuito impreso Se trata de una placa en donde van montados todos los componentes de un circuito, posee unas pistas que comunican los distintos componentes entre sí.

¿Qué es un disco duro? Un disco duro es un dispositivo de almacenamiento de datos no volátil que emplea un sistema de grabación magnética para almacenar datos digitales. Cuando se instala el disco en una PC, se le asigna una letra del alfabeto, comúnmente la C, los disquets la A y la unidad de CD la D, pero esto puede variar, dependiendo del particionamiento del disco duro. Características físicas Los discos duros están formados por partes mecánicas y partes electrónicas. Los discos actuales tienen un formato de 3,5 pulgadas con una altura de una pulgada, mientras que los más viejos tienen un formato de 5,25 pulgadas, aunque algunos discos duros de altísima capacidad recurren a dicho formato. Los discos de notebooks tienen un formato de 2,5 pulgadas y con altura de 19 mm. Estructura interna Un disco duro es una unidad hermeticamente cerrada, bajho ningún motivo hay que desarmar uno que funciona correctamente. Los discos duros se componen internamente por las siguientes partes: * Uno o varios platos * Eje y motor * Cabezales de lectura y escritura * Brazo posicionador de cabezales * Circuitos electrónicos de control Platos E l disco duro está compuesto por uno o varios platos en los cuales se almacena la información. Estos platos son apilados uno sobre otro, con separaciones muy pequeñas entre sí. Los platos pueden ser de metal (aluminio generalmente), plástico o vidrio y están cubiertos a ambos lados con un finísimo polvillo de óxido de hierro o una película fina de metal, siendo ambas sustancias magnéticas. El eje y el motor Los platos están unidos con un eje central, el cual a su vez está unido a un motor. Este motor hace girar el eje junto con los platos a una velocidad de 7200 revoluciones por minuto. Esta velocidad del motor se conoce como la velocidad de rotación del disco rígido. Los platos giran a dicha velocidad constantemente, desde que se enciende la computadora hasta que se corte el suministro de energía al disco duro.Los platos siguen girando aunque no hayan acceso a la información del disco debido a que si esto fuera así, llevaría demasiado tiempo situar los platos a esas altas velocidades antes de cada acceso al disco. Existe un dispositivo de control de la velocidad de rotación, que se encarga de verificar que dicha velocidad no varíe en más de un 0,5% del valor normal. Cabezales de lectura y escritura y brazo posicionador La cabeza de un disco es un dispositivo electromagnético capaz de leer, escribir y borrar datos de medios magnéticos. Los cabezales se posicionan a ambos lados de cada plato, y si hay más de un plato, se ubican en el espacio que hay entre estos, accediendo de esta manera a ambas superficies de los mismos: superior e inferior. Todos los cabezales van conectados a un brazo mecánico, conocido como brazo posicionador de las cabezales. Los cabezales de los discos no pueden posicionarse independientemente, sino que se desplazan en conjunto en forma sincronizada, aunque sólo uno de ellos puede entrar en acción por vez. El brazo posicionador es el encargado de trasladar los cabezales a la pista deseada. Los cabezales no tocan la superficie del disco, debido a que si esto sucediera, las grandes velocidades de rotación de los mismos terminarían destruyendo ambas partes del disco. Las superficies de los platos están lubricadas para minimizar el desgaste durante el encendido y apagado del disco duro, siendo las únicas veces en que los cabezales tienen un mínimo contacto con la superficie de los platos. Organización física de los espacios del disco duro Antes de ser particionados lógicamente por el sistema operativo, los discos duros reciben un formato físico. El proceso de establecer un formato físico al disco se conoce con el nombre de formato a bajo nivel. El cual consiste en adecuar la película magnética de la superficie de todos los platos de manera tal que sea posible grabarle información. Primero se divide cada plato en pistas (círculos concéntricos), también llamados cilindros. La cantidad de pistas de los platos dependerá de densidad del material magnético y de los procesos de fabricación. A su vez, las pistas se dividen en forma radial en sectores, como las porciones que divide una torta. El tamaño de los sectores es igual en todas las pistas, de esta manera se aprovecha el tamaño de los platos para almacenar la mayor cantidad posible de información. Normalmente, cada sector almacena 512 bytes (0,5 Kbyte) de datos, aunque algunos discos rígidos de alto rendimiento ofrecen la posibilidad de configurar el tamaño de los sectores 512, 520, 524, 528ó 1024 bytes. Distribución lógica Una vez que el disco está organizado físicamente, el usuario será el encargado de dividirlo lógicamente, es decir, adaptarlo a la estructura adecuada para que el sistema operativo pueda organizar la información que se quiera almacenar de la manera más eficiente. La distribución lógica dependerá del sistema operativo al que se le encargue dicha tarea. Lo primero que hace el usuario es particionar (dividir) el disco en una o más unidades lógicas. Un disco duro puede tratarse como una sola unidad lógica (C: ) o puede particionarse en varias unidades lógicas (C:, D:, E:, ..., Z: ). La división en varias unidades lógicas posibilita que en un único disco duro se intalen varios sistemas operativos, utilizando cada uno de ellos su propia unidad lógica. Clusters o unidades de asignación Una vez particionado el disco, el sistema operativo lo divide en otras unidades de asignación, llamadas clusters. Los clusters son las partes más pequeñas de un disco duro lógico con las que se puede comunicar el sistema operativo. Un cluster está compuesto por la agrupación de uno o más sectores, dependiendo del tamaño de los mismos de la unidad lógica. MBR (Master Boot Record - Sector de arranque) Es el primer sector del disco duro (cabeza cero, cilindro cero, sector 1). En el se almacena una tabla de particiones (La cual indica en donde comienza y termina cada partición) y un pequeño programa master de inicialización, llamado MBR (Master Boot Record). El programa es el encargado de leer la tabla de particiones y ceder el control de arranque a la partición activa. Si no existe partición activa, mostraría un mensaje de error. FAT Cada partición posee una FAT( File Allocation Table o tabla de asignación de archivos), esta tabla se encarga de administrar los contenidos de todos los clusters de una unidad lógica, es decir, se mantiene un registro de los clusters utilizados por los archivos. Esta tabla tiene una longitud fija debido a que se crea durante el formato lógico Tipos de particiones Existen 3 tipos de particiones: primaria, extendida y lógica Partición primaria: son las divisiones crudas o primarias del disco, sólo pueden haber 4 de estas o 3 primarias y una extendida. A este tipo de particiones prácticamente cualquier sistema operativo puede detectarlas y asignarles una unidad, siempre y cuando el sistema operativo reconozca su formato. Partición extendida: también llamada partición secundaria, s otro tipo de partición que actua como una primaria, sirve para contener infinidad de particiones lógicas en su interior, Feu ideada para romper la limitación de 4 particiones primarias en un solo disco físico. Sólo puede existir una partición de estas por disco, y sólo sirve para contener particiones lógicas, por lo tanto, es el único tipo de partición que no soporta un sistema de archivos directamente. Partición lógica: ocupa una porción o la totalidad de una partición extendida, lo cual se ah formateado con un tipo específico de archivos y se le ah asignado una unidad, así el sistema reconoce las particiones o su sistema de archivos. Puede haber un máximo de 23 particiones lógicas en una partición extendida. Linux impone un máximo de 15. Proceso de particionamiento Cuando se particiona un disco duro, el sistema operativo hace lo siguiente: * Modifica el Master Boot Record, que contiene la información de cada partición. Aqui se indica en donde comienza y termina la nueva partción. * Se asigna una unidad a cada partición creada, cada una tendrá una letra correspondiente, comenzando por C: Cuando se formatea lógicamente o a alto nivel a una unidad lógica, se hace lo siguiente: * Se crea el registro de arranque del sistema operativo, si la partición es primaria, en el primer sector de la unidad lógica. * Se crean dos copias de la FAT vacías (son dos para tener un resguardo por si una de ellas contiene información errónea). * Luego se crea el directoria raíz, la base de la estructura del árbol de directorios y archivos. * A continuación, se agrupan los sectores para crear los diferentes clusters, pero sin borrar los datos almacenados en los mismos. Sistema de archivos El sistema de archivos es el encargado de organizar la distribución de archivos y directorios, en sectores o bloques de datos ordenados de manera tal que al leer o guardar un archivo, el vínculo apunte directamente a los sectores que ocupa dicho archivo. La lista de esos vínculos se almacena en la tabla de asignación, que es la encargada de mantener actualizada la ubicación de los mismos, es decir, qué sectores o clusters ocupa. Existen muchos tipos de sistemas de archivos: FAT12, FAT16, FAT32, NTSF, Ext3, Ext4, etc. Interfaces para discos duros La interface es la encargada de traducir los datos recibidos de la controladora del disco duro al formato compatible para el microprocesador y y viceversa. La interfaz puede ser un simple traductor o algo más complejo, que se encargue de recibir órdenes del microprocesador y enviarlas al disco en el lenguaje que éste entienda y realizar otros procesos más complejos (en este caso la controladora formaría parte de la interfaz), pero siempre significando una comunicación entre el disco duro y el procesador mediante el bus de la PC.A continuación, explicaré las diferentes interfaces que se emplean en los discos duros. Interfaz SCSI La placa adaptadora SCSI es una interfaz mediante la cual, dispositivos con inteligencia propia se conectan a la computadora. La placa SCSI se conoce con el nombre de adaptador anfitrión o adaptador huésped (host) y permite manejar paralelamente 8 dispositivos SCSI, incluyéndose a él mismo. Cada dispositivo SCSI tiene inteligencia propia, es decir, que el adaptador anfitrión recibirá las órdenes del procesador y las entregará al dispositivo, para que éste se encargue de realizar el pedido. A su vez, el adaptador SCSI también tiene inteligencia propia, ya que es capaz de responder a comandos más complicados que los utilizados por las demás interfaces de discos duros. El adaptador anfitrión SCSI es un microprocesador por si solo, por lo tanto, libera al microprocesador del peso de administrar las solicitudes de datos. Interfaz IDE o ATA Interfaz que integra en la misma unidad la controladora y el disco duro, utilizando un cable plano de unos 45 cm máximo de longitud de unos 40 u 80 hilos conductores para transmitir los datos entre el disco duro y la computadora. Con un conector IDE, es posible manejar dos discos duros (o un disco duro y una lectora de CD/DVD). Sin embargo, debe asegurarse que las dos controladoras de las dos unidades no estén funcionando al mismo tiempo, sino que una de ellas deberá desactivarse. Para esto, uno de los discos se configura como maestro (master) y el otro como esclavo (slave), aunque también se pueden configurar ambos como cable select (seleccionar cable), mediante una configuración en los pines que traen estos discos, realizando un puente con unos jumpers, cada disco se configura de forma distinta. La desventaja de esta configuración es que la velocidad del disco esclavo se verá limitado por la del disco maestro. Los discos IDE tienen un sistema de corrección de errores integrado que aumentan su seguridad, ya que dejan un sector reservado libre por cada pista. Si hay errores en algún sector de una pista, automáticamente pasa a utilizarse el sector reservado. Pero estos discos tienen grandes desventajas, sumadas a la ya mencionada limitación en los discos configurados como esclavos, si el bus es muy largo, es más suceptible a sufrir interferencias que disminuyen la velocidad de transferencia. Asimismo, el cable al ser ancho, dificulta la ventilación dentro del gabinete del PC. Tipos y velocidades de transferencia de los discos IDE ATA o ATA 1: 8,3 Mb/s, sólo permite la conexión de discos duros ATA 2 Y ATA3: 16 Mb/s, incorpora ATA - ATAPI con doble bus y permite la conexión de grabadora CD - ROM ATA 4 (ATA - ATAPI): 25 Mb/s y 33Mb/s, se incorpora DMA y Ultra DMA (Ultra Direct Memory Acces: se comunica directamente con la memoria librando de este trabajo al microprocesador) ATA 5 (ATA - ATAPI 5): 44 Mb/s y 66 Mb/s ATA 6 (ATA - ATAPI 6): 100 Mb/s ATA 7 (ATA - ATAPI 7): 133 Mb/s Interfaz ATA o S-ATA Esta interfaz, además de tener una mayor velocidad de transferencia de datos, permite una mayor longitud del cable (hasta 1 metro), además que el cable de datos es más angosto, lo que mejora la ventilación dentro del gabinete. Permite la conexión (hotplug) en caliente, es decir, con la máquina funcionando. No existe la necesidad de configurarlos como maestro y esclavo ya que el bus de datos solo permite un solo conector. El orden de los discos no determina el conector sata al que va a conectar el disco. Los únicos pines que poseen los discos sata sirven para limitar la velocidad de transferencia de los discos sata 2 y 3 a velocidades anteriores. Tipos y velocidades de transferencia de los discos SATA SATA 1: 150 Mb/s SATA 2: 300 Mb/s SATA 3: 600 Mb/s Factores que influyen en la velocidad del disco duro Hay muchos factores que determinan la velocidad de un disco duro y algunos de ellos no dependen sólo del disco, sino también de la controladora a la que está conectada, de algunas características de esta y tambien de la velocidad del microprocesador de la PC. A continuación, nombraré algunos de los factores que determinan la velocidad de un disco Tiempos de acceso Se llama así al tiempo que necesita el cabezal para posicionarse sobre una pista y luego esperar que el sector deseado pase debajo suyo. Los tiempos de acceso de los discos son de 12 ms (milisegundos) La fórmula del tiempo de acceso es la siguiente: Tiempo de acceso = tiempo de búsqueda + período de latencia rotacional El tiempo de búsqueda es el tiempo que tarda el cabezal de lectura y escritura para posicionarse sobre una pista, varía según la cantidad de pistas que haya que cruzar. El período de latencia rotacional es el tiempo que tarda un sector para que pase por debajo del cabezal que espera leerlo. Depende del momento en el que el cabezal se ah situado sobre la pista y de la velocidad que gira el motor. Velocidad de transferencia Es la rapidez con la que el disco duro es capaz de transferir la información almacenada en éste al bus de la PC. Esto dependerá de la velocidad de rotación del disco, cantidad de sectores por pista el método de grabación utilizado y la tecnología de la controladora del disco. Caches de disco La mayoría de los discos modernos traen incorporada una cierta cantidad de memoria RAM, que se conoce como buffer, Como el tiempo de acceso a la memoria RAM es más de mil veces menor que el del disco duro más rápido, la misión del buffer es almacenar los datos que se leen desde el disco antes de pasarlos a la interfaz y la próxima vez que se accedan a estos datos, se encontrarán en el buffer y no se necesitará leer datos del disco, obteniendo una respuesta muchísimo más rápida. Loa tamaños de este buffer varían según el disco, pueden ser de512 Kb 2048 Kb, 4096 Kb, 8192 Kb, 16384 Kb, etc. Tecnología SMART La mayoría de los problemas en los discos duros son predecibles. Ubicando sensores en distintas zonas de los discos y llevando un historial de la misma unidad puede predecir cuando un componente dejará de funcionar. Esto se lleva a cabo con el programa SMARTS, el cual funciona sólo si está habilitado en el setup de la BIOS. Defragmentador de disco Cuando se guardan los archivos en el disco duro, estos no se guardan de forma ordenada, es decir, no ocupan sectores consecutivos, sino que ocupan varios sectores al azar, llevando así, más tiempo para su lectura. El defragmentador de disco lo que hace es reordenar esos archivos, reorganiza la información almacenada en los clusters, compactando y reuniendo los fragmentos de un mismo archivo, además de eliminar los espacios vacíos que existen entre ellos. De esta manera los tiempos de acceso son menores Comando chkdsk Comando de la consola de comandos de windows, que permite verificar el disco rígido ante un error físico o lógico del mismo. Este comando además genera un reporte del espacio ocupado, del espacio libre y del espacio defectuoso en el disco examinado. Para usarlo, sólo debe escribirse el comando y el nombre de la unidad a analizar, por ejemplo: C:> chkdsk C:

¿Qué es una fuente de alimentación? La fuente de alimentación es el dispositivo encargado de suministrarle la tensión y la corriente necesarias para su funcionamiento a los diferentes componentes que se encuentran dentro del gabinete de la PC. Las fuentes vienen de diferentes potencias, expresadas en watts, las fuentes estándar se fabrican con potencias de 200, 250, 350, 400, 500, etc. ¿Cómo elegir la fuente de alimentación adecuada para una PC? Para elegir la fuente de alimentación adecuada, se deben sumar todos los consumos del equipo y sumarles 50 wats, pues pueden presentar problemas al producirse el arranque debido a que el disco duro requiere mayor potencia cuando comienza a girar el motor del mismo. A su vez, hay que tener en cuenta que la fuente trabajará menos sobrecargada y a menor temperatura. También se debe recordar que cada dispositivo que se agregue a la computadora y se conecte a la fuente representará un consumo adicional a la misma. Funcionamiento de una fuente de alimentación Las fuentes de alimentación convierte la corriente alterna que entrega la red eléctrica a corriente continua que alimenta a la PC. Al remover la tapa de la PC, la fuente de alimentación se verá como una caja metálica localizada, geenralmente, en la esquina superior trasera. De hecho este componente cuenta con una entrada de alimentación y un ventilador de refrigeración, que se puede identificar en la parte superior del equipo, sin necesidad de abrirlo. De la fuente de alimentación salen una serie de cables de colores que llevan energía a las diferentes partes del computador. Algunos de esos conductores trabajan con 3,3 o 5,5 voltios (para alimentar los circuitos digitales) y otros con 12 voltios (para hacer funcionar los ventiladores). Cabe aclarar que la fuente de alimentación no es un transformador. Tiene dentro un transformador encargado de disminuir la tensión de entrada a los valores de trabajo de la fuente (los que va a entregar) y uno o dos más de acople, pero no constituyen toda la fuente. Este es un dispositivo netamente y como todo dispositivo electrónico, está constituido por etapas, las cuales explicaré más adelante. Pasos para remover fuente del gabinete 1- desconectar el cable de la red eléctrica que alimenta a la computadora 2- abrir el gabinete 3- quitar los tornillos de fijación de la fuente con el gabinete 4- desenchufar todos los conectores que salen de la fuente 5- si la fuente es AT, retirar los cables que enchufan en el interruptor de encendido y apagado de la computadora tomando nota de cómo están colocados. Los interruptores suelen dividirse verticalmente en dos secciones para que a cada lado se acompañen los cables negro-café y azul-blanco cuando se trata de fuentes con 4 cables. Cuando la fuentes tiene sólo 2 cables, hay que conectarlos del mismo lado del switch. 6- retirar los tornillos que ajustan la fuente al chasis de la computadora 7- quitar la fuente teniendo cuidado de no mover ningún otro dispositivo. Se deberán esperar por lo menos 15 minutos antes de desarmar o abrir la fuente para que ésta se descargue. Es importante recordar que los filtros de gran capacidad mantienen acumulada una considerable energía eléctrica siendo ésta alrededor de 310 V, si bien estos capacitores de filtro tienen incorporados resistencias de descarga de 150 KΩ y 1/2 W, en algunos casos o en los casos de las fuentes económicas, los mismos no existen o no están colocados sobre ambos filtros con lo cual se pueden recibir una descarga eléctrica muy desagradable. Etapas de una fuente de alimentación Una fuente de alimentación está dividida en etapas, donde cada una de ellas cumple una función. Las etapas siguientes se explican en el mismo sentido en que pasa la corriente eléctrica: Etapa de protección Esta etapa se encarga de proteger la fuente en caso de que icurra algún problema, ya sea inteno o no de la fuente. Está constituida por un fusible y un termistor. En teoría, esta etapa (especialmente el fusible), debería ser lo primero que debería romperse en caso de problemas, pero no siempre sucede así, hay casos en los que se rompen otros componentes de la fuente y el fusible sigue bien. El termistor es bastante difícil que se rompa y en caso de hacerlo, es fácil de detectar, ya que revienta. Etapa de filtro de línea Esta etapa la constituye un filtro LC (bobina - capacitor). Su función es eliminar el "ruido" en la red eléctrica. Esta etapa normalmente no da problemas. Etapa rectificadora de entrada Está constituida por lo que se conoce como un puente de diodos (circuito conformado por 4 diodos o un integrado), el cual se utiliza como rectificador. Este componente convierte la onda alterna de entrada en una señal positiva pulsante, este es el primer paso para obtener una señal continua a partir de una alterna Etapa de filtro de entrada La conforman dos capacitores electrolíticos. Estos se encargan de disminuir el rizado de la señal proveniente de la etapa rectificadora, obteniendo una señal casi continua. Para hacer esto, almacenan la carga eléctrica y la entrega cuando es necesario. Cerca de los condensadores hay una resistencia de potencia, a la cual se la conoce como bleeder. Cuando se apaga la PC, esta resistencia descarga lentamente los capacitores para prevenir posibles roturas de éstos. Etapa conmutadora Está constituida por los 2 dispositivos que le confieren a la fuente el sobrenombre de switching o conmutada: 2 transistores de potencia. Estos dispositivos se encargan se convertir la señal casi continua proveniente d elos capacitores nuevamente en una señal alterna, pero con una frecuencia mayor (50hz de la red eléctrica en aproximadamente 18000 hz). Etapa transformadora Está constituida por un transformador (o Chopper), este transformador tiene varios bobinados para generar las diferentes tensiones de la fuente de alimentación. Otra función que cumple es la de separar eléctricamente a las etapas de entrada de las de salida, siendo un acople de éstas del tipo magnético. Etapa rectificadora de salida Debido a que el transformador entrega una corriente alterna, pero con alta frecuencia, y se tiene que entregar una corriente continua, no se usan diodos normales sino que se utilizan dispositivos conocidos como dobles diodos o diodos de potencia. Aquí existen tantas etapas como voltajes se entregan: una para 12V y otra para 5V (tanto positivos como negativos). La salida de esta etapa es casi una señal continua pura. Etapa de filtro de salida A diferencia del filtro de entrada, aquí no se utilizan sólo capacitores, sino también bobinas (filtro LC) debido a que tiene una mejor respuesta en el manejo de grandes corrientes (cercanas a los 12 - 15 Amperios). Su implementación se hace necesaria debido a los tiempos de recuperación de los diodos utilizados en la etapa anterior, los cuales impiden obtener una salida continua perfecta en la etapa anterior, cosa que si se logra en esta etapa. De aquí salen ya las tensiones de trabajo de la fuente (5 y 12V) Etapa de control Por último, esta etapa se encarga de verificar el trabajo de la fuente, Esta etapa tiene su centro en el circuito integrado TL494 (o DBL494) el cual es un modulador de ancho de pulso. Este integrado regula la velocidad de conmutación d elos transistores switching, de a cuerdo a la corriente que exija a la fuente en un momento dado; asimismo, de esta etapa, sale una señal denominada Power Good (el cable naranja en las fuentes AT y el gris en las ATX) cuyo valor normal es 5V. Esta señal va directamente a la placa madre. En caso de ocurrir alguna falla su valor desciende a 0V; esta señal es el pulso de la fuente, la placa madre lo toma como referencia y en caso de problemas, corta automáticamente el suministro de energía a todos los dispositivos conectados a ella para evitar un posible daño a los mismos. Fuentes tipo AT y ATX Rev 1 y 2 Existen 2 tipos de gabinetes y placas madres que utilizan distintos tipos de fuentes de alimentación con diferentes conectores: los AT y los ATX. Las primeras eran las estándar antes de la aparición del microprocesador Pentium 2 de Intel, junto con el cual llegaron las placas madres con conectores ATX junto a los clásicos AT. Las fuentes más antiguas son las AT, estas se conectaban al interruptor del gabinete AT para que se pudiera controlar el encendido/apagado de la misma. El conector de una fuente AT es el siguiente: Este conector se conecta a la placa madre haciendo que los cables negros de cada uno de los conectores queden juntos. El conector de una fuente ATX es el siguiente y se conecta a la placa madre en un solo sentido ya que no permite que se conecte al revés. El conector de una fuente ATX revisión 2 es el siguiente: Deben tener en cuenta que las corrientes de salida dependen de cada fuente en particular, por lo que las corrientes presentes en las tables anteriores sólo deben ser tomadas como ejemplos. La cantidad de canales (rails) independientes de una fuente debe ser, al menos, dos canales de +12V separados para fuentes de más de 600W. Existen modelos con mayor número de canales independientes, de tres y cuatro, los cuales se recomiendan para equipos high-end, al realizar overclocking extremo o bien, al montar sistemas SLI/Crossfire. La eficiencia de la fuente indica su rendimiento con respecto al consumo total. Ningún dispositivo electrónico es 100% eficiente: siempre, una parte de la energía se perderá, generalmente disipandose en forma de calor. Si la fuente posee una eficiencia menor al 100%, deberá obtener mayor cantidad de energía de la instalación eléctrica para compensar los watts perdidos. Una eficiencia normal para una fuente decente es de alrededor de 65%, aunque las mejores fuentes pueden llegar a valores del orden del 85%. Podemos asegurarnos de que nuestro dispositivo es altamente eficiente si posee la certificación 80Plus, que nos asegura una eficiencia del 80% como mínimo. Una fuente genérica es más barata pero mucho menos eficiente, lo cual, con el tiempo, nos hará consumir más energía para poder usar nuestro equipo. Se recomienda adquirir fuentes con corrección de factor d epotencia (Power Factor Correction) activo, aunque muchas veces los costos lo tornan prohibitivo. En este caso, podemos optar una que posea corrección pasiva. Esto impacta directamente en la eficiencia de la fuente. Las fuentes modulares permiten conectar y desconectar los cables que alimentan a los dispositivos internos. Son convenientes en casos en los que se cuenta con un gabinete de dimensiones re¡ducidas, si s edispone d emucho hardware, si se utilizan sistemas de refrigeración por agua, o bien, si se realiza overclocking extremo. Las protecciones que las fuentes de buena calidad incluyen son circuitos especiales que le spermite reaccionar ante fallas, tanto internas como externas imprevistas: cortocircuitos, sobrecargas de tensión o corriente y altas temperaturas. Si alguno de estos inconvenientes sucede, la fuente se apaga automáticamente y protege la PC al no seguir entregando energía. Una fuente común y corriente no cuente con todas las protecciones extra. Diferencias entre las fuentes AT y las ATX * Las fuentes AT poseen un interruptor frontal que corta la tensión de 220V, mientras que las ATX tienen un pulsador (este envía un pulso a la fuente para que se active) * El tipo de conector de una AT que conecta la placa madre son de tipo P8 y P9, este se conecta en 2 piezas, mientras que en las ATX es un solo conector de 20 ó 24 contactos llamado P1 * Las fuentes ATX son administrables, mientras que las AT no lo son, es decir, si la PC tiene la opción Wake On Lan en la BIOS se puede encender la PC desde otra PC en la red. Fuentes BTX BTX es una arquitectura nueva de las placas madre impulsada por Intel que procura que la zona de calor se desconcentre, por lo tanto, cambia la situación de algunos componentes. El microprocesador se sitúa lo más bajo posible para aprovechar las corrientes de aire fría. Esta nueva arquitectura surge debido a las altas temperaturas que desarrollan tanto el microprocesador como las placas de video. Para instalar una fuente BTX, primero la placa madre debe admitir esta tecnología y es necesario utilizar un gabinete especial para este formato de fuente ya que cambia la distribución d elo componentes de este. Conector PCI (6 y 8 termninales) Las tarjetas de video que incorporan tecnologías SLI y X-FIRE requieren una buena alimentación debido al alto consumo de energía eléctrica, por lo tanto las placas madres ya no son un medio efectivo para transmitir esta alimentación, por lo tanto se han integrado conexiones directas entre las fuentes ATX y las tarjetas de video. Este tipo de fuentes no son especiales, es decir, se pueden colocar adaptadores a una fuente ATX estándar si ésta no la incluyera de fábrica. Rendimiento El aspecto más importante dentro de las especificaciones técnicas de una fuente de alimentación es su potencia, medida en watts. El nombre real de este parámetro es el de potencia máxima combinada, que suma la potencia máxima posible de todas las salidas de la fuentes, ya que en cada tipo de conector son distintas. Lo mismo sucede son la corriente máxima de salida, medida en amperes. La eficiencia de la potencia combinada de la fuente debe ser mayor al total de la suma de los consumos de los dispositivos internos internos. Corrección del factor de potencia Cada equipo del hogar, y también las fuentes de alimentación para PC funcionan absorbiendo energía y disipando potencia, que está formada por 2 partes principales: la activa (que es la que conmunmente factura) y la reactiva, que no corresponde a la que se aprovecha de forma efectiva, sino que se malgasta por efecto de potencia sin correción. Introduciendo el factor el factor de corrección de potencia en las fuentes para PC, se incrementa el factor de carga reduciendo la potencia reactiva. Este método puede ser aprovechado de 2 formas: PFC activo: consiste en un circuito electrónico interno a la fuente de alimentación que asume función d emodificar el factor de potencia llegando a valores cercanos a la unidad, para que prácticamente toda la potencia ofrecida por la red sea aprovechada por la fuente de alimentación. Éste es el método más efectivo para realizar la corrección, y puede, al menos en teoría, hacerlo hasta aprovechar la energía en un 95%, pero lo normal es que ronde un valor de 80% a 90% lo cual es más aceptable. La contra de esta técnica es que es más costosa, al emplear un circuito dedicado concomponentes específicos para este fin. PFC pasivo: es el tipo de corrección del factor de potencia más utilizado. Se efectúa mediante componentes pasivos (resistencias y capacitores) que componen un filtro capacitivo de entrada para aplicar la corrección del factor de potencia de la energía entrante. No logra utilizar todo el potencial de la línea eléctrica, pero su producción e implementación en las fuentes de alimentación para PC es más económica. Número de canales (rails) independientes Actualmente se recomienda que las fuentes tengan canales independientes, de modo de evitar sobrecargas indeseadas ante un alto consumo de las tarjetas gráficas de madianas a altas prestaciones, las cuales hacen uso intensivo de la línea de 12 volts. Muchos usuarios suelen confundir éste término con los cables de seis contactos que parten de la fuente hacía las tarjetas gráficas, pero eso es un error: puede haber varios conectores y de distinto tipo utilizando el mismo canal de salida. El concepto Dual Rail 12v, que es requisito para el estándar ATX 2, es una medida de seguridad que no significa que la fuente de alimentación cuente con dos circuitos independientes para la conversión a +12V, sino que se fracciona en dos (o más) carriles separados para dividir la carga en circuitos separados con protecciones de sobrecarga distintas. Entonces, en definitiva, lo que sucede es que es menor la cantidad de corriente que podría llegar a circular por uno de los circuitos ante una sobrecarga, lo que teóricamente evitaría que se dañe el resto de los dispositivos conectados a la computadora. Eficiencia La eficiencia o rendimiento de una fuente es un parámetro que está íntimamente ligado al factor de potencia y a los mecanismos para corregirlo. Se mide como el cociente entre la potencia consumida por la fuente por la potencia entregada y multiplicado por 100. La eficiencia de una fuente sin corrección de factor de potencia es muy baja, del orden del 50%, con el evidente desperdicio de energía. Problemas de una fuente Una fuente con problemas puede ocasionar los siguientes problemas: * la computadora se queda colgada de forma intermitente * el sistema se reinicia en forma imprevista * se producen errores aleatorios en la verificación de paridad de las memorias * los conectores dan descargas eléctricas peligrosas * los puertos serie funcionan en forma intermitente o dejan de funcionar por completo * los discos duros dejan de funcionar o no pueden arrancar * una señal del power good enviada prematuramente provoca una reinicialización espontánea del microprocesador. Reparación Para su control o reparación, la misma debe estar siempre bajo carga (con un dispositivo que genere consumo), ya que la mayoría de las fuentes no deben operar sin ningún dispositivo conectado. Luego con la ayuda de un tester digital conectado a las resistencias de carga se pueden realizar todas las comprobaciones rutinarias de funcionamiento. Soluciones A continuación, nombraré las soluciones a las falas más comunes que presentan las fuentes: * Los filtros de alta tensión están reventados por picos o transitorios de la tensión de línea o por la ubicación incorrecta de la llave selectora de tensión de entrada. Si usando 220V se coloca en forma accidental en 110V, la tensión rectificada pasa a ser mayor de 620V. Se debe limpiar cuidadosamente toda la plaqueta con alcoho isopropílico y reemplazar ambos filtros. * Los diodos del puente rectificador primario están en cortocircuito. Se deben reemplazar por otros de similares características. * El protector NTC (normalmente de 4,7Ω, midiéndolo en frío) se encuentra abierto. Se debe reemplazar por otro NTC (no utilizar una resistencia común de alambre) * Los transistores de potencia están en cortocircuito. Se deben reemplazar por otros de características equivalentes. * Las resistencias en serie con los emisores de los transistores de salida están quemadas, siendo éstas de bajo valor (entre 0,22Ω, 2W y 0,47Ω, 2W). Reemplazarlas * Los diodos rápidos de salida de +5V y +12V están en cortocircuito por lo cual la fuente no arranca, hay que tener en cuenta que al medirlos con un tester (con la escala en posición de diodo), la tensión en directa es de 0,15V a 0,3V pudiendo llegar a interpretarse como un cortocircuito. Reemplazarlos por otros de similares características * Hay cortocircuitos en el circuito secundario, presentando un comportamiento parecido al anterior en el que la fuente intenta su arranque sin poder lograrlo. Hay que detectar dónde está el cortocircuito y eliminarlo. Generalmente se produce en los diodos o en los filtros de salida. * Las tensiones e salida están en exceso o son más bajas de lo normal, por lo cual hay que controlar los filtros de bajo valor que suelen alterarse o modificar los valores en los presets de ajuste de tensión de salida. También suelen alterarse los valores de tensión de los diodos zener. * El ventilador produce ruidos por desgaste, suciedad o falta de lubricación en los bujes o rodamientos, que son muy notables a la hora de encender la computadora, aunque luego van desapareciendo. Se deben lubricar con aceite * El ventilador ofrece poco caudal de enfriamiento. Se debe lubricar o cambiar por otro nuevo. Procedimiento práctico para reparar fuentes 1- Si el fusible está quemado, antes de reemplazarlo por otro, comenzar midiendo los diodo o el puente rectificador. Los diodos comunes conducen corriente en un solo sentido. Si al invertir las puntas del tester conducen en los dos sentidos es que están en corto y hay que reemplazarlos. Nunca se debe soldar un alambre en lugar del fusible, esto puede producir que la fuente se deteriore aún más. 2- Continuamos desoldando, y midiendo los transistores de conmutación de entrada de línea. La mayoría de ellos son NPN, al medirlos recordar las junturas de base-colector o base-emisor deben conducir en un solo sentido, si bajan muy baja resistencia deben ser reemplazados. 3- Corroborar que los filtros o capacitores electrolíticos no estén defectuosos. Visualmente se puede ver si derramaron aceite, si estallaron o si están en cortocircuito. 4- Existen 4 resistencias asociadas a los transistores de potencia que suelen deteriorarse, especialmente si estos se ponen en corto. Los valores varían entre las distintas marcas, pero se identifican pues 2 de ellas se conectan a las bases de dichos transistores y rondan los 330 KΩ mientras que las otras 2 son de aproximadamente 2,2Ω y se conectan a los emisores de los transistores. 5- El arranque de la fuente se obtiene por un capacitor del tipo poliéster en serie con el transformador de entrada y una resistencia de aproximadamente 10Ω. Si se abre alguno de estos componentes la fuente no arranca. 6- Al momento de probar la fuente, ya que estas funcionan directamente con tensión de línea, es recomendable conectarla con un transformador aislador de línea del tipo 220V-220V o 110V-110V. Esto evitar riesgos innecesarios y peligro de electrocución. También se puede conectar una lámpara en serie de 100W por si existe algún cortocircuito. 7- Las fuentes ATX necesitan un pulso de arranque para iniciar. Se puede conectar la alimentación a la placa madre sin necesidad de conectar el rsto de los elementos. Pero esto sólo se hará después de haber comprobado que la fuente no está en corto, con el procedimiento anterior. 8- Si después de aplicar este procedimiento sigue sin funcionar ya será necesario comprobar el oscilador y para ello se debe contar con un osciloscopio de 20Mhz. Los integrados modulares de pulsos de la mayoría de fuentes están en los manuales de circuito tipo el ECG de Philips o similares. Se comienza por verificar la alimentación de dicho integrado y las tensiones en als distintas etapas. También se pueden verificar en frío (es decir, sin estar conectada la fuente) que no halla diodos en corto. En estas fuentes suelen utilizarse diodos del tipo 1N4148 de baja señal que suelen estropearse con facilidad y diodos zener que suelen ponerse en corto si se cambió accidentalmente la tensión de alimentación de la fuente. En la mayoría de las fuentes hay rectificadores integrados que físicamente se parecen a los transistores pero internamente son sólo 2 diodos. Se pueden retirar y medirlos fuera del circuito pues el transformador con el cual trabajan hará parecer, al medirlo, que están en corto Tips * Algunas veces si la fuente trabaja intermitente, especialmente en frío, no arranca o lo hace luego de varios intentos de prenderla y apagarla, es por lo general, que los diodos 1N4140 o similares tienen fuga o los capacitores pequeños estén casi secos. * En el secundario del transformador pequeño hay generalmente pares de transistores, diodos 1N4140, y capacitores pequeños a los que hay que desconectar y verificar fugas o cortos, al igual que del área primaria. Suelen suceder, en ocasiones, que los transistores pequeños, siguiendo el orden de sus características con el tester, parecen estar bien pero resulta que en ambos no debería haber resistencia entre el colector y el emisor y sin embargo haciendo pulsos con las puntas de prueba entre las patitas mencionadas resulta que el tester marca fugazmente fuga muy alta. Al reemplazarlos las fuentes encienden sin problemas en frío. * Verificar si no hay cortocircuito en cada una de las salidas de los cables rojo/amarillo/azul y blanco, que corresponden a los +5, +12, -5 y -12 respectivamente, de ser así seguir el circuito levantando componentes y verificándolos lo que solo puede haber en pantalla es una resistencia en paralelo con la masa cable negro de entre 40/300Ω, peor no un corto bien claro. Tensión de Power Good * Al final de la reparación la medición más importante de las tensiones es la tensión denominada Power Good, tensión de control. Todas las fuentes la tienen y es el cable naranja en las fuentes AT o gris en las ATX que en la placa de la fuente puede o no estar identificado, pero es el cable que sobra a la salida de la fuente, y no responde a ninguna de las tensiones mencionadas anteriormente. * Para comprobarla, estando cargada la fuente con una lámpara de 12V 40W la salida de los +5V (entre el cable rojo y uno de los cables negros), la tensión en power Good debe ser igual a 5V. De no estar presente esa tensión, seguir sus conexiones y comprobar los componentes involucrados, puede haber alguna fuga o bien algún transistor pequeño dañado o falso contacto * En algunas ocasiones el responsable de la falla es el circuito integrado de control, en otras alguna resistencia fuera de valor o hasta uno de los capacitores pequeños en el área primaria hacia que trabajara uno solo de los transistores y la tensión de +12V estaba siempre presente, pero no así las restantes. * El interior de las fuentes de altas prestaciones está repleto de capacitores de buena calidad y grandes disipadores de aluminio; a ello se debe su mayor peso total * Las fuentes de buena calidad se caracterizan por poseer un ventilador de mayor tamaño al convencional. Su cooler suele ser de 140 mms * Las fuentes genéricas suelen suplir a los equipos de gama baja, y su vida útil y su eficiencia dejan mucho que desear * La marca de una fuente es uno de los factores más importantes a la hora de comprar una fuente.