Circuitos

Circuitos:

Abierto: Cuando es posible cortar el flujo de electrones, ejemplo un interruptor.

http://hogartotal.imujer.com/4395/como-limpiar-los-interruptores-de-la-luz

Cerrado: Cuando la corriente que circula no se puede interrumpir, ejemplo la plancha para la ropa.

http://www.imujer.com/6268/trucos-para-limpiar-la-plancha

Conceptos básicos:

Electricidad: Flujo de electrones.

Voltaje: Fuerza con la que se impulsan los electrones.

Corriente: Flujo de electricidad por unidad de tiempo.

Conductor: Medio que permite el flujo de electrones.

Circuito en serie: La intensidad o corriente es la misma en todas las partes del circuito.

La diferencia de potencial aplicada es igual a la suma de las diferencias de potencial en los extremos de cada una de las resistencias.

• Si se daña una resistencia, el flujo de electrones se detiene

• La resistencia total es igual a la suma de las resistencias asociadas en el circuito.

Ejercicio: se tiene el siguiente circuito eléctrico, halle la corriente, y la corriente que cae en cada resistencia:

Rtotal es igual a la sumatoria de las resistencias:

(30 + 20 + 25) = 77 Ω

V = I * R 

110 = I * 77 

110 / 77 = I = 1,46 Amperios 

voltaje en cada resistencia:

V1 = 1,46 * 30 = 43,8 

V2 = 1,46 * 20 = 29,2

V3 = 1,46 * 25 = 36,5 

Circuito en paralelo: 

Es un circuito en el que los puertos de entrada y salida coinciden entre sí.

•  La intensidad de la corriente total es igual a la suma de las intensidades de las corrientes parciales.

• La diferencia de potencial en cada una de las resistencias es igual a la diferencia de potencial aplicado.

• El inverso de la resistencia equivalente es igual a la suma de los inversos de las resistencias asociadas al circuito 
• El voltaje en todas las resistencias será el mismo.

1 / Rtotal = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 ......... 1 / Rn

Ley de watt(potencia):

P = V * I

Ley de ohm:

I = V / R 

Leyes combinadas:

P1 = V * V/R = V2 / R

P2 = R*I * I = RI2 

http://198.185.178.104/iss/spanish/physicalscience/spanelectricity/pages/a17.xml

Como observamos cada foco es independiente, cada foco recibe flujo de electrones independientemente de los demás.

- La resistencia es inversamente proporcional a la corriente, es decir que entre menos resistencias halla, mas corriente habrá.

Ejercicio: Se conecta una batería que suministra 3V a un grupo de 3 resistencias en serie de 1Ω, 3Ω, 6Ω. ¿ cuál es la intensidad de la resistencia de 6Ω? 

Rtotal = 1Ω + 3Ω + 6Ω = 10 Ω 

3V = I * 10 Ω

3 / 10 = I, I = 0,3 Amperios.

0,3 * 6 = 1,8 

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Electrostática

Electricidad y Electromagnetismo.

Conceptos básicos:

Carga: Estado eléctrico de un cuerpo.
Electrostática: Es el estudio del estado de las cargas de un cuerpo.

La naturaleza de los cuerpos.

http://es.wikipedia.org/wiki/Materia_oscura

http://www.medciencia.com/tres-sustancias-quimicas-que-desafian-la-logica/

https://sites.google.com/site/portafoliodeevidenciaslee/compuestos

http://gavetasdemiescritorio.blogspot.com/2013/06/clasificacion-y-funcion-de-los.html

http://descubrirlaquimica2.blogspot.com/p/en-esta-pagina-vamos-hacernos-una-idea.html

https://tecnopraves.wikispaces.com/Energ%C3%ADa+el%C3%A9ctrica.

1. ley de coulomb: La fuerza de atracción y repulsión entre dos cargas eléctricas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de las distancias entre ellas y dirigida a lo largo de la linea que están las cargas.

F = k(Q1*Q2/r²)

K = 9 x 10⁹  New*m²/c²

^{F = fuerza de atracción}

^{Q1 = carga 1}

^{Q2 = carga 2}

r = distancia

Estados de las cargas en los átomos:

Cuerpo neutro: Cuando los electrones están cerca del núcleo y es imposible perderles, inicialmente los protones y electrones son los mismos.

http://www.monografias.com/trabajos60/electricidad/electricidad2.shtml

Carga negativa: Tiene mas electrones lo cual lo hace mas propenso a perder electrones.

http://worldchemical1.blogspot.com/2013/11/etapa-3-la-tabla-periodica-y-el-atomo.html

Carga positiva: Exceso de protones y por ende tiende a robar electrones, a este proceso se le llama ionización que es el proceso en el cual el átomo gana electrones.

http://blog.educastur.es/eureka/otros-cursos/

• Cuando dos cuerpos tienen las misma carga +  +, estos tienden a repelerse o a separarse.
• Cuando dos cuerpos tiene carga opuesta +  -, estos tienden a atraerse.

Inducción electrostática.

Tendencia de los cuerpos a quedar en carga neutra, el que está cargado positivo tiende a robar electrones, el que está cargado negativo tiende a ceder electrones.

• La carga es como la energía: No se crea Ni se destruye.
• Cuando un átomo gana electrones se le llama inductor.
• Cuando un átomo cede o pierde electrones se le llama inducido.

Electrización de los cuerpos.

Electrización por inducción: Reordenamiento de las cargas en un conductor por la presencia de otro cuerpo cargado.

http://www.pps.k12.or.us/district/depts/edmedia/videoteca/curso3/htmlb/SEC_65.HTM

Electrización por polarización: Reordenamiento de las cargas en un aislador debido a la presencia de otro cuerpo cargado.

http://1instituto.wikispaces.com/FORMAS+DE+ELECTRIZAR

Electrización por frotamiento: Al frotar un cuerpo con otro, uno gana electrones y el otro cede.

http://www.monografias.com/trabajos89/que-es-la-electricidad/que-es-la-electricidad.shtml

Electrización por contacto: Se puede cargar un cuerpo con sólo tocarlo con otro previamente.

http://elfisicoloco.blogspot.com/2013/02/fenomenos-de-electrizacion.html

Ejercicio: Determina el valor de la fuerza entre las cargas:
                  Q1 = 3 x 10^{-3   coulomb               
                Q2 =} -1,5 x 10^{-3  coulomb
                   si la distancia que las separa es de 0,8 cm} 

Desarrollo: 

 F = k(Q1*Q2/r²)

 K = 9 x 10⁹  New*m²/coulomb²  = 1 dina*cm2/ statcoulomb2

 0.8 cm = 1m / 100cm = 0,008 mts

 F = 9 x 10⁹  * (3 x 10^{-3   *} -1,5 x 10^-3 / 0,008² )                               F = 6,33 x 10⁸ newton

Ejercicio #2: Determina el valor entre las cargas Q1 = 100 stc y Q2 = 160 stc, si la distancia entre estas es de 20 cm.

 F = k(Q1*Q2/r²)
F = 1 * (100 * 160 / 202)
F = 16000 / 400 
F = 40 dinas

Para ampliar mas tus conocimientos sobre la electrostática y la ley de coulomb:
https://www.youtube.com/watch?v=xvZLzBYOn3I


https://www.youtube.com/results?search_query=electrostatica+ejercicios+ley+de+coulomb

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Optica (luz)

Óptica

Rama de la física que estudia la luz y sus fenómenos en todo su contexto.

Recordemos que esta viaja a 300000 Km / s a una temperatura estándar, esta se estudia principalmente a través de los fenómenos de reflexión y refracción, teniendo en cuenta que está en la clasificación y demás fenómenos de las ondas.

Reflexión de la luz: 

Cuando un rayo de luz llega  a una parte o choca con un medio distinto, siempre hay una parte que se refleja, otra se refracta y otra se absorbe.

las superficies más lisas o menos irregulares son buenas reflectoras de luz como un espejo.

http://www.aulaclic.es/fotografia-photoshop/t_4_8.htm

Reflexión regular: cuando el rayo incidente es igual al reflejado.

Reflexión difusa: Superficie no lisa o pulimentada, el rayo incidente  no es igual al reflejado y esto hace que el rayo se pierda. 

Espejos.

Un espejo es una superficie pulimentada, lo que permite la reflexión de un objeto.

Existen principalmente dos tipos de espejos.

Espejo cóncavo.

los espejos cóncavos son superficies pulimentadas con una curvatura hacia adentro, lo cual modifica la imagen que es proyectada. Dándonos una proyección de la imagen más grande. 

http://curiosidades.batanga.com/3977/que-son-los-espejos-concavos

Espejo convexo.

Es un espejo con una curvatura hacia afuera lo que modifica su imagen aportando una gran visión del medio pero a consecuencia de esto hace que la imagen se vea más pequeña.

https://dywenmolina.wordpress.com/marco-teorico/

http://www.fundacion-soliris.eu/universotao.html

Para profundizar más sobre espejos planos y curvos:

https://www.youtube.com/watch?v=3eYdDJULmtA

Para calcular la altura del objeto y la distancia a la que se proyecta la imagen tenemos las siguientes formulas:

1/f = 1/di + 1/do

f : Distancia Focal.

di: Distancia a la que se proyecta la imagen .

do: Distancia del objeto.

Para calcular la altura de la imagen y la altura del objeto tenemos las siguientes formulas:

Ho/Hi = do/di

  Ho : Altura del objeto.

Hi: Altura de la imagen.

do: distancia del objeto.

di: distancia a la que se proyecta el objeto.

Ejemplo: Un objeto de 0,5 cm de altura se coloca frente a una distancia de 8 cm de un espejo esférico, determina el tamaño y la posición de la imagen se el espejo es cóncavo y tiene un diámetro de 3 cm.

Desarrollo:

1/f = 1/di + 1/do

1/3 = 1/di + 1/8

1/8 - 1/3 = 1/di

5/24 = 1/di

di = 24/5, di = 4,8

Ho/Hi = do/di

Hi = Ho*di/do

0,5*4,8/8 = Hi, Hi = 0,3.

Ejemplo 2:  Un espejo convexo tiene una distancia focal de 10 cm y se coloca frente a el un objeto de 3 cm a una distancia de 12 cm del espejo

¿A que distancia del espejo se forma la imagen?

Desarrollo:

-f (cuando es un espejo convexo el foco de usa negativo para distinguirlo de un espejo cóncavo)

1/-f = 1/di + 1/do

Ho/Hi = do/di

1/-10 = 1/di + 1/12

1/-10 - 1/12 = 1/di

22/-120 = 1/di, podemos sacarle mitad.

11/-60 = 1/di 

-60/11 = di, di = -5,45.

Mas ejercicios de espejos: https://www.youtube.com/watch?v=4OS0ryevGFI

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Velocidad del sonido en gases.

Como sabemos el sonido depende de algunos elementos que hacen que su velocidad varíe, en el caso de los gases la velocidad de este se ve afectada y depende de la presión, densidad, la masa molecular y la temperatura.

Para calcular la velocidad del sonido en el aire usamos las siguientes ecuaciones:

V= √( γ .  P)/d

V= Velocidad del sonido en gases.

γ = Constante adiabática, la cual es una característica de los gases.

P = presión atmosférica.

d = Densidad.

P/d = (R.T)M

R = Constante para los gases ideales

T = Temperatura 

M = Masa molecular 

                Ahora en la formula 1 remplazamos la P y nos queda así:

P = (R.T.d)/M

V= √( γ .  R.T.d)/d

Entonces cancelamos las d con la ley de oreja

V= √( γ .  R.T.d)/(d/1)

y nos queda así:

V = √(γ.R.T)/M

Y = 1.4

R = 8,317 Joul/°k . mol  

P = 1,013 x 10^{5 New /} m²

Ejemplo: Calcular la velocidad del sonido en el hidrógeno a 293 °k y 1 atm de presión, tenga en cuenta que la densidad 

del hidrógeno es de 0,09 °k/m³  

1 atm = 1,013 x 10^{5    New /} m²

^{P = (R.T.d) / M}

M = R.T.d / P 

M = 8.317 x 293 x 0,09 / 1,013 x 10⁵ 

^{M = 0,00216 mol} 

V= √( γ .  P)/d

v = √ (1,4 x 8,317 x 293) / 0,00216

V = √ 1579459,907

V = 1256,76

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Efecto doppler.

El efecto doppler.

Variación que tiene la frecuencia cuando la fuente o el receptor se encuentran en movimiento.

Cuando la fuente se acerca, escucharemos el sonido más frecuente por lo cual seria agudo

Cuando la fuente se aleja, escucharemos el sonido menos frecuente lo que lo hace más grave.

Para calcular la frecuencia percibida por el observador o el receptor, usaremos las siguientes ecuaciones.

Partimos desde la ecuación general.

f percibida = f  * ( V +- Vo / V +- Vf)

Donde:

f: frecuencia de la fuente.

V: Velocidad del sonido. 

Vo: velocidad del observador o el receptor.

Vf: velocidad de la fuente.   

Frecuencia cuando el observador se aleja:

fo = f ( V - Vo / V ) 

Frecuencia cuando el observador se acerca:

fo = f ( V + Vo / V) 

Frecuencia cuando la fuente se acerca al observador:

fo = f ( V / V - Vf ) 

Frecuencia cuando la fuente se aleja del observador:

fo = f ( V / V + Vf ) 

Frecuencia cuando el observador y la fuente se acercan en la misma. 

fo = f ( V + Vo / V - Vf ) 

Frecuencia cuando el observador y la fuente se alejan:

fo = f ( V - Vo / V + Vf ) 

Ejercicio: Una fuente sonora que emite un sonido de 380 s^-1  se acerca con una velocidad de 25 m / s hacia un observador que se encuentra en reposo ¿cuál es la frecuencia detectada por el observador ?

-Como la fuente se acerca usamos la siguiente ecuación

fo = f ( V / V - Vf ) 

-No hay necesidad de unificar porque todos los valores están en una misma magnitud 

fo = 380 ( 331 / 331 - 25 ) 

fo = 380 ( 1,08 )

fo = 411,04 

Ejercicio 2: 

Un ciclista se encuentra descansando al lado de una carretera cuando oye la sirena de una ambulancia. La frecuencia de esta es de 600 Hz y se acerca con una velocidad de 72 Km / h, la frecuencia que oye el ciclista si persigue la ambulancia a una velocidad de 36 Km / h

Como la fuente se está alejando del ciclista, pero el ciclista también va a una velocidad, no podemos despreciar ésta, por lo cual debemos usar la siguiente ecuación:

fo = f ( V - Vo / V + Vf ) 

Debemos unificar las magnitudes con el sistema M.K.S  

72 Km / h = 1000mts / 1km = 1h / 3600 segs   = 20 mts / seg 

32 Km / h = 1000mts / 1km = 1h / 3600 segs   = 10 mts / seg 

fo = f ( 331 - 10 / 331 + 20 )

fo = 600 ( 321 / 351 ) 

fo = 600 ( 0,91 ) 

fo = 548,7 Hz

VIDEO EFECTO DOPPLER

EXPLICACION EFECTO DOPPLER

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Fuentes sonoras

Fuentes sonoras.

Fuente: todo cuerpo vibrante capaz de producir ondas elásticas en el medio que lo rodea

Cuerdas sonoras: Para que una cuerda produzca un sonido es necesario que  esté tensionada o se ejerza una fuerza en ambos extremos.

Armónicos de una cuerda.

Una cuerda de longitud L se hace vibrar produciendo ondas estacionarias debido a las interferencias presenta una particularidad que se denominan armónicos.

 = 1 / 2 * λ

L = 1 / 2 * λ   = λ / 2

2 Armónico

L = λ

L = 2 / 2 * λ  = λ

3 Armónico

 L = 3 / 2  λ

Y así podemos deducir la formula:

fn = nv / 2L

Donde: n es el número del armónico.

f = frecuencia

L = longitud

Ejemplo:

Hallemos el 4 armónico

                                       

                                       f4 = 4v / 2L

Simplificando nos queda  

                                        f4 = 2v / L 

Para hallar la velocidad usamos la siguiente formula:

 V = √T / M

Donde :

T : Tensión

M : densidad, la cual se halla con la siguiente ecuación

M = d = m / L

Ejercicio: Calcular la longitud de una onda de una cuerda cuya masa es 60 gramos , tensionada con una fuerza de 25 newton, si sabemos que su longitud es de 80 cm, calcular la frecuencia del 3° armónico.

λ = v / f

V = √ T / M

Primero debemos unificar.

Con el sistema M.K.S. ( metros, kilogramos, segundos.)

60 gramos = 1 kg / 1000gr   = 0,06

80 cm = 1 metro / 100 cm   =  0,8

V = √ 25 / ( 0,06 / 0,8 ).

V = √ 25 / 0,075

V = √ 333,33

v = 18,25

fn = nv / 2L

f3 = 3v / 2L 

f3 = 3 ( 18,25 ) / 2 ( 0,8 )

f3 = 54,75 / 1,6

f3 = 34,21

λ = v / f

λ = 18,25 / 34,21

λ = 0,53

Tubos cerrados.

La onda nunca terminará en un nodo.

A diferencia de las cuerdas en los tubos se usa la velocidad del sonido, para los tubos cerrados se usa la siguiente ecuación. 

fn = nv / 4L 

Aproximadamente 331 mts / s es el valor de la velocidad del sonido.

pero en los tubos cerrados se usan los impares. se les dice los armónicos impares 1, 3, 5, 7, .........

para hacerlo mas fácil está la siguiente ecuación. 

fn = (n*2  - 1) * v / 4L

Ejemplo: para hallar el 4 armónico

f4 = (4*2 - 1) v / 4L

f4 = 7v / 4L.

Ejercicio: 

¿Cuál es la frecuencia del segundo armónico de un tubo cerrado de 0,6 mts de longitud.?

fn = (n*2  - 1) * v / 4L

f2 = (2*2  - 1) * 331 / 2,4

      =   3 * 331 / 2,4 

      = 993 / 2,4

      = 413,75 Hz ( Hertz)  

   

Ondas, sonido y música

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