Física I Para Tontos Hoja de Trucos

La física implica muchos cálculos y resolución de problemas. Tener a mano las ecuaciones y fórmulas físicas más utilizadas le ayuda a realizar estas tareas de forma más eficiente y precisa. Esta Hoja de Trucos también incluye una lista de constantes de física que le resultarán útiles en una amplia gama de problemas de física.

Ecuaciones y Fórmulas de Física

La física está llena de ecuaciones y fórmulas que tratan con el movimiento angular, los motores Carnot, los fluidos, las fuerzas, los momentos de inercia, el movimiento lineal, el movimiento armónico simple, la termodinámica, y el trabajo y la energía.

He aquí una lista de algunas fórmulas y ecuaciones físicas importantes para tener a mano, ordenadas por tema, para que no tengas que ir a buscarlas.

Movimiento angular

Las ecuaciones de movimiento angular son relevantes dondequiera que haya movimientos rotacionales alrededor de un eje. Cuando el objeto ha girado a través de un ángulo de θ con una velocidad angular de ω y una aceleración angular de α, entonces puedes usar estas ecuaciones para unir estos valores.

Debe usar radianes para medir el ángulo. Además, si se sabe que la distancia desde el eje es r, se puede calcular la distancia lineal recorrida, s, velocidad, v, aceleración centrípeta, ac, y fuerza, Fc. Cuando un objeto con momento de inercia, I (el equivalente angular de la masa), tiene una aceleración angular, α, entonces hay un par neto Στ

Motores Carnot

Un motor de calor toma el calor, Qh, de una fuente de alta temperatura a la temperatura Th y lo mueve a un disipador de baja temperatura (temperatura Tc) a una velocidad Qc y, en el proceso, hace trabajo mecánico, W. (Este proceso puede ser invertido de tal manera que se puede realizar trabajo para mover el calor en la dirección opuesta – una bomba de calor). La cantidad de trabajo realizado en proporción a la cantidad de calor extraído de la fuente de calor es la eficiencia del motor. Un motor Carnot es reversible y tiene la máxima eficiencia posible, dada por las siguientes ecuaciones. El equivalente de eficiencia para una bomba de calor es el coeficiente de rendimiento.

Líquidos

Un volumen, V, de fluido con masa, m, tiene densidad, ρ. Una fuerza, F,sobre un área, A, da lugar a una presión, P. La presión de un fluido a una profundidad de h depende de la densidad y de la constante gravitacional, g. Los objetos sumergidos en un fluido que causan una masa de peso, W Water Displaced, dan lugar a una fuerza de flotación dirigida hacia arriba, Fbuoyancy. Debido a la conservación de la masa, el caudal volumétrico de un fluido que se mueve con velocidad, v, a través de un área de sección transversal, A, es constante. La ecuación de Bernoulli relaciona la presión y la velocidad de un fluido.

Fuerzas

Una masa, m, acelera a una velocidad, a, debido a una fuerza, F, actuando. Las fuerzas de fricción, FF, son proporcionales a la fuerza normal entre los materiales, FN, con un coeficiente de fricción, μ. Dos masas, m1 y m2, separadas por una distancia, r, se atraen entre sí con una fuerza gravitacional, dada por las siguientes ecuaciones, en proporción a la constante gravitacional G:

Momentos de inercia

El equivalente rotacional de la masa es la inercia, I, quedepende de cómo se distribuye la masa de un objeto a través del espacio. Aquí se muestran los momentos de inercia de las diferentes formas:

  • Disco girando alrededor de su centro:
  • Cilindro hueco girando alrededor de su centro: I = mr2
  • Esfera hueca que rota un eje a través de su centro:
  • El aro gira alrededor de su centro: I = mr2
  • Masa de punto girando en radio:I = mr2
  • Rectángulo que gira alrededor de un eje a lo largo de un borde donde el otro es de longitud r:
  • Rectángulo que gira alrededor de un eje paralelo a un borde y pasa por el centro, donde la longitud del otro borde es r:
  • Varilla que gira alrededor de un eje perpendicular a él y a través de su centro:
  • Varilla que gira alrededor de un eje perpendicular a él y a través de un extremo:
  • Cilindro sólido, girando alrededor de un eje a lo largo de su línea central:
  • La energía cinética de un cuerpo en rotación, con momento de inercia, I, y velocidad angular, ω
  • El momento angular de un cuerpo en rotación con momento de inercia, I, y velocidad angular, ω

Movimiento lineal

Cuando un objeto en la posición x se mueve con velocidad, vy aceleración, a, resultando en desplazamiento, s, cada uno de estos componentes está relacionado por las siguientes ecuaciones:

Movimiento armónico simple

Los tipos particulares de fuerza dan como resultado un movimiento periódico, donde el objeto repite su movimiento con un punto, T, con una frecuencia angular, ω, y amplitud, A. Un ejemplo de tal fuerza es un resorte con constante de resorte, k. La posición, x, velocidad, v, y aceleración, a, de un objeto que experimenta un movimiento armónico simple puede expresarse como senos y cosenos.

Termodinámica

Los movimientos vibracionales y rotativos aleatorios de las moléculas que componen un objeto de la sustancia tienen energía; esta energía se llama energía térmica. Cuando la energía térmica se mueve de un lugar a otro, se llama calor, Q. Cuando un objeto recibe una cantidad de calor, su temperatura, T, aumenta.

Kelvin (K), Celsius (C) y Fahrenheit (F) son escalas de temperatura. Puede utilizar estas fórmulas para convertir de una escala de temperatura a otra:

El calor requerido para causar un cambio en la temperatura de una masa, m, aumenta con una constante de proporcionalidad, c, llamada capacidad calorífica específica. En una barra de material con un área de sección transversal A, longitud L, y una diferencia de temperatura a través de los extremos de ΔT, hay un flujo de calor en un tiempo, t, dado por estas fórmulas:

La presión, P, y el volumen, V, de n moles de un gas ideal a la temperatura T viene dada por esta fórmula, donde R es la constante del gas:

En un gas ideal, la energía media de cada molécula KEavg, es proporcional a la temperatura, con la constante k de Boltzman:

Trabajo y energía

Cuando una fuerza, F, mueve un objeto a través de una distancia, s, que está en un ángulo de Θ, entonces el trabajo, W, se hace. El momento, p, es el producto de la masa, m, y la velocidad, v. La energía que un objeto tiene a causa de su movimiento se llama KE.

Una lista de constantes físicas

Las constantes físicas son cantidades físicas con valores numéricos fijos. La siguiente lista contiene las constantes físicas más comunes, incluyendo el número de Avogadro, la constante de Boltzmann, la masa del electrón, la masa de un protón, la velocidad de la luz, la constante gravitacional y la constante de gas.

  • El número de Avogadro:
  • La constante de Boltzmann:
  • Masa de electrón:
  • Masa de protones:
  • Velocidad de la luz:
  • Constante gravitacional:
  • Constante de gas:

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