Conceptos Fundamentales de Física: Energía, Movimiento, Fuerzas y Materia

Energía: Definición y Tipos

La energía es la capacidad de los sistemas materiales para provocar transformaciones o cambios. Estos cambios pueden ser físicos, químicos, biológicos o geológicos. La energía se mide en julios (J) y se manifiesta de diversas formas:

• Energía interna
• Energía eléctrica
• Energía térmica
• Energía electromagnética
• Energía química
• Energía nuclear

Todas estas formas de energía son manifestaciones de la energía cinética, de la energía potencial o de una combinación de ambas (energía mecánica).

• Energía cinética: Es la que se manifiesta cuando los cuerpos se mueven.
• Energía potencial: Es una energía almacenada que está asociada con la masa de los cuerpos y la posición que ocupan.

La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. Las fuentes de energía son los fenómenos de la naturaleza o las sustancias de las que los seres humanos pueden extraer energía. Pueden ser no renovables o renovables.

Energía Interna, Temperatura y Calor

La energía interna se relaciona con el grado de agitación o energía cinética de las partículas. La temperatura mide el grado de agitación o energía cinética de las partículas, es decir, la energía interna. La temperatura se mide con el termómetro.

El calor es la cantidad de energía térmica transferida entre cuerpos a diferentes temperaturas. La unidad de medida del calor es el julio (J). También se utiliza la caloría, que es la cantidad de calor necesaria para elevar un grado centígrado la temperatura de un gramo de agua.

El calor se puede propagar por:

• Conducción: A través de las partículas del material. Los conductores son materiales que dejan pasar bien el calor y los aislantes son materiales que ofrecen resistencia a la propagación del calor.
• Radiación: Mediante un tipo de ondas llamadas ondas infrarrojas, que no necesitan medios materiales para su propagación, viajan a través del vacío.
• Convección: Propagación del calor que se produce en los fluidos en movimiento.

Movimiento: Conceptos Básicos

Un cuerpo está en movimiento cuando cambia de posición respecto a un punto de referencia que permanece fijo.

• La posición de un cuerpo móvil es el lugar que ocupa en el espacio, medida desde el punto de referencia que llamamos origen.
• La distancia recorrida por un móvil que se desplaza en línea recta es el intervalo de posición.
• La trayectoria es la línea, real o imaginaria, que recorre un objeto en movimiento.
• La velocidad es la distancia que recorre un móvil en la unidad de tiempo. La velocidad en el Sistema Internacional (SI) se mide en m/s.
• La aceleración es el cambio de velocidad que experimenta un móvil en la unidad de tiempo. La aceleración en el SI se mide en m/s².
• El movimiento rectilíneo uniforme es aquel cuya trayectoria es una línea recta y cuya velocidad se mantiene constante.
• El movimiento rectilíneo uniformemente acelerado es aquel cuya trayectoria es una línea recta y cuya aceleración es constante.

Fuerzas y Leyes de Newton

La fuerza es la acción que ejerce un cuerpo sobre otro, capaz de cambiar su forma o estado de movimiento. La unidad de fuerza en el SI es el newton (N).

• La relación existente entre la fuerza que actúa sobre un muelle y el alargamiento que este experimenta se conoce como ley de Hooke: F = k · x.
• La relación entre la fuerza que se aplica a un cuerpo y la aceleración que este adquiere se conoce como ley fundamental de la dinámica: F = m · a.

Isaac Newton enunció en 1687 la ley de gravitación universal, según la cual dos cuerpos de masas m₁ y m₂ se atraen con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Esta fuerza es la fuerza de gravedad: F = G · (m₁ · m₂) / d².

Principio de Arquímedes

El principio de Arquímedes establece que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza vertical y hacia arriba llamada empuje.

1. El cuerpo se hunde si el peso es mayor que el empuje.
2. El cuerpo sube si el peso es menor que el empuje.
3. El cuerpo está en equilibrio cuando el peso es igual al empuje.

Átomos y Tabla Periódica

Los átomos son las partículas que forman la materia. Están formados por un núcleo, donde se encuentran los protones y neutrones, y una corteza, donde se encuentran los electrones. Hay 100 clases de átomos diferentes que se conocen como elementos químicos. Cada elemento químico tiene un número de protones llamado número atómico.

La tabla periódica ordena los elementos químicos por su número atómico y los clasifica en 7 filas y 18 columnas.

La Materia y sus Propiedades: Compuestos Químicos

Los átomos se agrupan formando moléculas. Según la naturaleza de sus moléculas, las sustancias pueden ser:

• Simples: Formadas por moléculas con todos los átomos de la misma clase. Se denominan elementos.
• Compuestas: Formadas por moléculas con átomos de más de una clase. Se denominan compuestos.

Tipos de compuestos:

• Compuestos de hidrógeno: Hidruros metálicos, hidruros no metálicos e hidrácidos.
• Compuestos de oxígeno: Óxidos y peróxidos.
• Compuestos metal-no metal: Sales binarias.
• Compuestos ternarios: Hidróxidos.

Ejemplos de nomenclatura:

• K₂S: Sulfuro de potasio.
• Fe₂S₃: Sulfuro férrico.
• Al(OH)₃: Hidróxido de aluminio.
• CaO: Óxido de calcio.
• CaO₂: Peróxido de calcio.
• HF: Fluoruro de hidrógeno.
• BeH₂: Hidruro de berilio.