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Apuntes de Fisica

Sonido, Calor y Campos Electricos.

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Unidad 1: Introducción al curso y la relación de la física con el entorno social.
Interacciones mecánicas
Fuerza
Movimiento
Sonido, Calor y Campos Electricos.

Temas extras, todavía no vistos en clase:
 

ACÚSTICA

Se denomina acústica la parte de la Física que estudia los fenómenos que percibe el sentido del oído y que se denomina ruidos o sonidos.

Los ruidos corresponden a percepciones auditivas breves, o por lo menos descontinuas; los sonidos dan una sensación de continuidad, permaneciendo durante cierto tiempo idénticos así mismos, y les corresponde una sensación musical particular.

Ondas

Cuando dejamos caer una piedra en un estanque tranquilo, se forman ondas circulares concéntricas que van extendiéndose por la superficie del agua a medida que pasa el tiempo.

Cuando se observa este fenómeno con cuidado, se comprueban varios hechos interesantes:

En primer lugar, que las ondas que se forman son una serie de elevaciones y depresiones alternadas y equidistantes; en segundo lugar, que avanzan con una velocidad constante.

Ondas transversales y ondas longitudinales

Ondas transversales son aquellas para las cuales; la perturbación que se propaga es perpendicular a la dirección de propagación, mientras que en las ondas longitudinales dicha perturbación es paralela a la dirección en la que la onda se propaga.

Frecuencia

El número (n) de ondas producidas en un segundo se llama frecuencia. La velocidad a la que se propagan las ondas será entonces su frecuencia por la distancia recorrida(µ):

V = nµ

El Sonido

El sonido es el fenómeno físico que estimula el sentido del oído. Un cuerpo solo puede emitir un sonido cuando vibra. Las vibraciones son transmitidas mediante el aire en el tímpano, que vibra y comunica estas vibraciones a través de un conjunto de pequeños huesos en las ramificaciones del nervio auditivo.

El sonido no se transmite solo en el aire, sino en cualquier otro material, sea gas, líquido o sólido, pero no se puede propagar en el vacío.

Velocidad de propagación

La velocidad con que se propaga depende del material que sirve como medio de transporte. Cualquier alteración de las propiedades del material, como su temperatura, densidad, etc., hace variar la velocidad de propagación.

Así, la velocidad del sonido en el aire seco a 0°C es de 331 m/s (medición de la Academia de Ciencias de París en 1882); por cada elevación de un grado de temperatura, la velocidad del sonido en el aire aumenta en 0,62 m/s.

En el agua de mar a 8°C la velocidad del sonido es de 1435 m/s. (mediciones de Colladon y Sturm en 1827). En los sólidos la velocidad es del orden de los Km./s. Por ejemplo la velocidad en el acero es de 5 Km./s.

Cualquier sonido sencillo, como una nota musical, se puede describir con tres características físicas: la frecuencia, la amplitud y la forma de onda (o composición armónica). Vamos a ver estas características.

Calor

La energía térmica es la forma de energía que interviene en los fenómenos caloríficos. Cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas se ponen en contacto, el caliente comunica energía al frío; el tipo de energía que se cede de un cuerpo a otro como consecuencia de una diferencia de temperaturas es precisamente la energía térmica.

Según el enfoque característico de la teoría cinético-molecular, la energía térmica de un cuerpo es la energía resultante de sumar todas las energías mecánicas asociadas a los movimientos de las diferentes partículas que lo componen. Se trata de una magnitud que no se puede medir en términos absolutos, pero es posible, sin embargo, determinar sus variaciones. La cantidad de energía térmica que un cuerpo pierde o gana en contacto con otro a diferente temperatura recibe el nombre de calor. El calor constituye, por tanto, una medida de la energía térmica puesta en juego en los fenómenos caloríficos.

Un símil hidráulico permite aclarar las diferencias entre los conceptos de temperatura, calor y energía térmica. Se dispone de dos recipientes cilíndricos de igual altura situados en una mesa horizontal, la superficie de cuyas bases están en la relación de uno a diez. Se trata de un vaso y de una probeta. Si se llena completamente de agua la probeta y el vaso sólo hasta la mitad, debido a su distinta capacidad, el primer recipiente contendrá cinco veces menos agua que el segundo. A pesar de ello, si se conectaran entre sí mediante un tubo de goma, el agua fluiría de la probeta al vaso y no al revés. La transferencia de agua de un recipiente al otro se ha llevado a cabo en virtud no del volumen almacenado, sino del nivel alcanzado por el agua en cada uno de ellos antes de comunicarlos.

En el caso de los fenómenos caloríficos la transferencia de energía térmica se produce de un modo semejante, puesto que ésta se cede no del cuerpo que almacena más energía térmica al cuerpo que almacena menos, sino del de mayor al de menor temperatura. La temperatura puede ser asimilada por tanto al nivel de energía térmica, y el calor puede ser comparado con la cantidad de agua que un recipiente cede al otro al comunicarlos entre sí.

La interpretación, desde el punto de vista de la teoría cinética, puede facilitarse si se comparan las moléculas de los cuerpos con bolas en movimiento. Cuando dos cuerpos se ponen en contacto se produce una cesión de energía a nivel molecular. El cuerpo de mayor temperatura poseerá moléculas con mayor energía cinética que podrán ceder a las del cuerpo de menor temperatura, del mismo modo que una bola rápida que choca con una lenta la acelera; este tránsito de energía mecánica microscópica, cuyo efecto conjunto es el calor, se mantendrá en tanto aquéllas no se igualen.

Utilizando de nuevo el símil de las canicas, un conjunto de treinta bolas que se mueven despacio no pueden ceder energía cinética por choques a una sola bola que se mueva más deprisa. Por el contrario, tras una colisión, la bola única cedería energía a alguna o algunas del conjunto de treinta. La energía total del grupo es seguramente muy superior a la de la bola única, sin embargo y a efectos de transferencia, lo que cuenta es la energía media por bola. Análogamente, si un vaso de agua hirviendo se arroja al mar a pesar de ser éste un importante almacén de energía térmica, la cesión de calor se producirá del agua del vaso a la del mar y no al contrario.

La idea que sobre la temperatura introduce la teoría cinética al definirla como una medida de la energía cinética media de las moléculas, permite, pues, explicar por qué las transferencias de calor se producen siempre en el sentido de mayor a menor temperatura.

Campo eléctrico

Propiedades de las cargas eléctricas

Carga eléctrica es todo cuerpo que está electrizado. Se denomina carga puntual al cuerpo eléctrico sin dimensiones.

Dos clases de cargas:

  • Positivas. De esta carga son portadores los protones.

  • Negativas. De ella son portadores los electrones.

Las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de signo contrario se atraen.

La carga se conserva. En la electrización la carga solamente se transmite de unos cuerpos a otros, la carga total permanece constante. Las partículas que pasan siempre de unos cuerpos a otros son los electrones.

La carga está cuantizada. Ésta es la que posee el electrón.

Ley de Coulomb

El valor de la fuerza con que se atraen o se repelen dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de dichas cargar e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Módulo:

F = K Q · q

r2

K = 9 x 109 N m2 / C2

  • La fuerza electrostática es una fuerza conservativa.

  • La ley de Coulomb solamente es válida para cargas puntuales y para cuerpos finitos de forma esférica que estén alejados.

  • La unidad SI de carga es el culombio.

- El microculombio: 1µC = 10-6 C

- El nanoculombio: 1nC = 10-9 C

- El picoculombio: 1pC = 10-12 C

Gisela Carmen Gómez Cabral.