Fundamentos de Física: Luz, Óptica y Gravitación

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Luz y Óptica

Naturaleza Dual de la Luz

La luz exhibe una naturaleza dual, comportándose como corpúsculo (materia) o como onda (energía) según las condiciones. Al reflejarse en un espejo, predomina su comportamiento corpuscular, similar a un rebote. Sin embargo, al atravesar una rejilla de difracción, revela su naturaleza ondulatoria, generando patrones de interferencia. Este fenómeno se observa en los contornos difusos de las sombras. Si la luz fuera exclusivamente corpuscular, las sombras tendrían bordes nítidos.

Defectos Visuales

  • Hipermetropía: Punto próximo > 25 cm, punto remoto en el infinito. Requiere acomodación y se corrige con lentes convergentes (P > 0).
  • Miopía: Punto próximo < 25 cm, punto remoto < infinito. Se corrige con lentes divergentes.
  • Presbicia: Punto próximo > 25 cm, punto remoto en el infinito sin acomodación. Similar a la hipermetropía, pero sin dificultad para la visión lejana. Se desarrolla a partir de los 45 años y se corrige con lentes convergentes.
  • Astigmatismo: Visión borrosa a cualquier distancia debido a la deformación de la córnea. Se corrige con lentes cilíndricas.

Fórmulas Ópticas

  • Ley de Snell: n1 sen i = n2 sen r
  • Ángulo límite: n1 sen i = n2 sen 90°
  • Dioptrio esférico: (n1/s) - (n2/s') = (n1 - n2)/R
  • Espejos: 1/s + 1/s' = 1/f, Aumento lateral: y'/y = -(s'/s)
  • Lentes: 1/s - 1/s' = 1/f, P = 1/f (en metros), P > 0 (convergente, f > 0), P < 0 (divergente, f < 0)

Gravitación

Teorías Geocéntrica y Heliocéntrica

La teoría geocéntrica (Ptolomeo) postula que los cuerpos celestes giran alrededor de la Tierra, mientras que la heliocéntrica (Copérnico) afirma que giran alrededor del Sol.

Leyes de Kepler

  • Primera Ley: Los planetas describen órbitas elípticas con el Sol en uno de sus focos.
  • Segunda Ley: El radio vector que une un planeta con el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales. La velocidad del planeta es mayor en el perihelio (punto más cercano al Sol) y menor en el afelio (punto más lejano).
  • Tercera Ley: El cuadrado del período de revolución de un planeta es proporcional al cubo de la distancia promedio al Sol (T² ∝ r³).

Masa y Peso

La masa es una propiedad intrínseca de un cuerpo, relacionada con la cantidad y tipo de partículas que lo componen. Se mide en kilogramos (kg). El peso es la fuerza con la que la Tierra atrae a un cuerpo y depende de su masa. Se mide en Newtons (N).

Satélite Geoestacionario

Un satélite geoestacionario orbita sobre el plano del Ecuador terrestre con un período orbital sincrónico a la rotación de la Tierra (aproximadamente 24 horas). Se encuentra a una altura de 35,900 km.

Ejercicios

Ejercicio 1: Un planeta tiene el doble de masa que la Tierra y un radio igual a la tercera parte del radio terrestre.

  1. ¿Cuál es el período de oscilación de un péndulo simple en la superficie de ese planeta si en la Tierra es de 3 segundos?
  2. Calcular la velocidad de escape en la superficie del planeta.
  3. Determinar el trabajo necesario para situar en órbita circular, a 3000 m de altura, un satélite de 1000 kg.

Ejercicio 2: Calcular la intensidad de campo gravitatorio creado por tres masas en el origen.

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