LEYES DE LA TERMODINÁMICA

Es la parte de la física que trata las relaciones entre el calor y las restantes formas de energía.

Fue fundada en 1824 por el ingeniero francés Sadi Carnot, a partir del estudio de la conversión del calor en trabajo en las maquinas de vapor.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA 

(PRINCIPIO DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA)

• La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.

• Si se realiza trabajo sobre un sistema o si este intercambia color con otro, la energía interna del sistema variara.

• El trabajo neto realizado por la maquina es igual a la diferencia entre el calor que fluye hacia ella y el calor que desprende.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

(PRINCIPIO DE LA TENDENCIA AL DESORDEN DE LA MATERIA)

• Es imposible la transferencia de calor desde un cuerpo de menor temperatura hacia otro de mayor temperatura.

• La antropia o grado de desorden de un sistema aislado siempre aumenta.

• Es imposible que toda la energía absorbida por una maquina se convierta completamente en trabajo. 

LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA

(PRINCIPIO SOBRE EL EQUILIBRIO TÉRMICO Y LA TEMPERATURA)

La Ley Cero fue llamada así porque se formulo después de la Primera y Segunda ley.

• Si dos sistemas están en equilibrio térmico con tercer sistema, entonces, los primeros dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico.

La Ley Cero establece que si dos o mas cuerpos con diferentes temperaturas se ponen en contacto, el calor se distribuye uniformemente y en consecuencia las partes del sistema alcanzan la misma temperatura.

ESCALAS DE TEMPERATURA

Temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las partículas que forman un cuerpo.

ESCALA CELSIUS

Para esta escala, se toman como puntos fijos, los puntos de ebullición y de solidificación del agua, a los cuales se les asignan los valores de 100 y 0 respectivamente. En esta escala, estos valores se escriben como 100° y 0°. Esta unidad de medida se lee grado Celsius y se denota por °C.

El grado Celsius, es la unidad creada por Anders Celsius para su escala de temperatura. Se tomó para el Kelvin y es la unidad de temperatura más utilizada internacionalmente.

A partir de su creación en 1750 fue denominado grado centígrado (se escribía °c, en minúscula). Pero en 1948 se decidió el cambio en la denominación oficial para evitar confusiones con la unidad de ángulo también denominada grado centígrado (grado geométrico), aunque la denominación previa se sigue empleando extensamente en el uso coloquial.

Hasta 1954 se definió asignando el valor 0 a la temperatura de congelación del agua, el valor 100 a la de temperatura de ebullición «ambas medidas a una atmósfera de presión» y dividiendo la escala resultante en 100 partes iguales, cada una de ellas definida como 1 grado. Estos valores de referencia son muy aproximados pero no correctos por lo que, a partir de 1954, se define asignando el valor 0,01 °C a la temperatura del punto triple del agua y definiendo 1 °C como la fracción 1/273,16 de la diferencia con el cero absoluto.

ESCALA KELVIN

En este caso, la escala fue establecida por la escala kelvin, donde el valor de 0° corresponde al cero absoluto, temperatura en la cual las moléculas y átomos de un sistema tienen la mínima energía térmica posible. Ningún sistema macroscópico puede tener una temperatura inferior. En escala Celsius esta temperatura corresponde a -273 °C. Esta unidad de medida se lee Kelvin y se denota por [K]. Esta unidad se llama también Escala Absoluta y es también la unidad adoptada por el Sistema Internacional de Unidades.

Dado que 0 K corresponden a -273,15 °C, se puede hallar una fórmula de conversión, entre la escala Celsius y la escala Kelvin, de la siguiente forma:

                                           TK = TC + 273.15 C·

ESCALA FAHRENHEIT

En esta escala también se utilizaron puntos fijos para construirla, pero en este caso fueron los puntos de solidificación y de ebullición del cloruro amónico en agua. Estos puntos se marcaron con los valores de 0 y 100 respectivamente. La unidad de esta escala se llama grado Fahrenheit y se denota por °F. Dado que en escala Celsius, los valores de 0 °C y 100 °C corresponden a 32 °F y 212 °F respectivamente, la fórmula de conversión de grados Celsius a Fahrenheit es:

                                            Tf = 9/5  Tc + 32 c·

Formulas

Los científicos e inventores más importantes de la historia

Arquímedes de Siracusa (287-212 a.C.)

En la Antigua Grecia, tan prolifera y fructífera para las ciencias, nacieron los primeros hombres de ciencia que la humanidad pudo conocer, por lo que escoger a uno solo para esta lista me dio un fuerte dolor de cabeza. No obstante, creo que Arquímedes de Siracusa merecía este puesto, ya que de algún modo podía levantar la bandera de los científicos de la antigüedad. Arquímedes realizó algunos de los primeros, más importantes e influyentes planteos en ámbitos como la física, la matemática, la estática y la hidrostática,

Leonardo da Vinci (1452-1519)

Leonardo da Vinci fue otro de estos polifacéticos inventores que dejó su huella en todos los campos que pudo, dentro y fuera de las ciencias. Compartió lo que realmente es el espíritu de las ciencias, ese afán por nuevos conocimientos, por encontrar soluciones a los problemas que aquejaban a sus coetáneos y por dejar registro de sus invenciones. Además de pintar maravillosas obras de arte, da Vinci, totalmente adelantado a su época creó numerosos artefactos relacionados con el vuelo, el automovilismo y la guerra, entre muchos más.

Nicolás Copérnico (1473-1543)

Copérnico fue un astrónomo de origen polaco y se encuentra en esta lista pues, vamos, él planteó la teoría heliocéntrica del Sistema Solar una vez propuesta en cierta medida por el antiguo griego Aristarco de Samos. Junto a Galileo (de quien ya hablaremos) fueron los fundadores de la astronomía como ciencia y con su teoría ayudó a la humanidad a dar un verdadero salto en el camino de las ciencias que algunos tanto intentaron ofuscar.

Galileo Galilei (1564-1642)

¿Cómo podríamos obviar a un genio como Galileo? Este hombre de ciencias, de origen italiano, fue el precursor de la astronomía, formó parte activa de la revolución científica del Renacimiento, planteó la primera ley del movimiento, trabajo en el perfeccionamiento de un herramienta tan esencial como el telescopio, en gran medida ayudó a que la teoría Heliocéntrica de Copérnico se consolide y además, enfrentó sus teorías científicas a los antiguos e irracionales dogmas de la Iglesia Católica.

Isaac Newton (1642-1727)

Este es otro de los grandes inventores de los que ya nos hemos dedicado a hablar en repetidas ocasiones. Newton fue un polifacético científico inglés (fue físico, filósofo, teólogo, inventor, alquimista y matemático) que participó en el amplio desarrollo de las matemáticas, las leyes naturales de gravitación, el estudio de la óptica, la proyección de la luz, las leyes del movimiento y la dinámica, entre otras cosas. Por todas estas razones y porque además se que muchos de ustedes así lo querrán, Newton también está en esta lista.

Benjamin Franklin (1706-1790)

Además de ser contemporáneo, Franklin tuvo una notable influencia del recién mencionado Newton. Fue un político, inventor y científico de origen estadounidense pero interesándonos por lo que a esta lista lo trajo: fue uno de los primeros y mas relevantes estudiosos de los fenómenos eléctricos y la electricidad. Tras su popular experimento con la cometa en plena tormenta eléctrica, descubrió que los rayos eran descargas eléctricas y que las nubes estaban compuestas, entre otras cosas, por energía de este tipo. Su invento más significativo fue el pararrayos.

Louis Pasteur (1822-1895)

Decidí colocar a este químico francés en la lista por una razón muy clara e importante, la misma por la que todos conocemos al gran Pasteur, sus experiencias científicas en cuanto microbiología y química que permitió el desarrollo de la pasteurización. Este proceso, llamado así obviamente en alusión a su creador, le ha salvado la vida a millones de millones en el mundo, quizás a los científicos que veremos más adelante inclusive.

Nikola Tesla (1865-1943)

Nikola Tesla fue un científico, físico, ingeniero mecánico e inventor de origen serbio. Sus grandes trabajos están relacionados con el electromagnetismo y el uso de la energía eléctrica como la conocemos y utilizamos hoy. A su vez, las teorías y las tan numerosas patentes del señor Tesla sentaron las bases del desarrollo de los sistemas de potencia de corriente alterna y varios otros sistemas que en gran medida hicieron posible el apogeo de la Revolución Industrial.

Albert Einstein (1879-1955)

Sería casi imposible pensar que alguien no pueda reconocer el rostro de Albert Einstein y es por una razón muy simple: es uno de los científicos más importantes de la historia y junto a Tesla, los 2 más importantes del siglo XX. Las teorías en los campos de la física y la mecánica cuántica y sus investigaciones en cuanto al concepto de la gravedad que hasta entonces teníamos, entre otras cosas,  lo hacen merecedor de un lugar en esta lista sin lugar a dudas.

Stephen Hawking (1942-actualidad)

El señor Hawking, tan querido y del que tanto hemos hablado aquí en OjoCientífico, nació exactamente 300 años después de otro de los miembros de la lista: Isaac Newton. A diferencia de este último, por suerte y esperemos que por mucho tiempo más, aún se encuentra con nosotros, trabajando constantemente en la producción de nuevos y sumamente interesantes conocimientos. Hoy es el físico más importante, un científico y un divulgador popular inglés que se ha encargado de analizar profundamente varios e interesantes aspectos sobre las leyes que rigen el universo, la teoría de la relatividad general y la naturaleza de los agujeros negros, entre otras cosas.

TIPOS DE MOVIMIENTO

MOVIMIENTO

Es el cambio continuo en la posición de un objeto respecto a un punto de referencia. 

Si tuvieses una superficie de un material tan duro como el acero, tan lisa, pulimentada como un espejo, que no fuese horizontal sino algo inclinada y colocases sobre ella una bola de bronce perfectamente esférica, la bola continuaría moviéndose acelerándose continuamente, si el plano fuese lo suficientemente largo.    

GALILEO GALILEI (1564-1642) Físico y astrónomo italiano, iniciador de la revolución científica del Renacimiento.

MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORME (MRU)

Es el cambio continuo de posición de un móvil sobre una trayectoria recta y con una velocidad constante. El MRU carece de aceleración y excepto para el caso de la luz aplica a cuerpos que ya están en movimiento.

EXPLICACIÓN DE UN EJERCICIO

MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE ACELERADO (MRUA)

Es el cambio continuo de posición de un cuerpo sobre una trayectoria rectilínea y con un cambio constante de velocidad.

CARACTERÍSTICAS

• La fuerza sobre el cuerpo en movimiento es constante.
• La velocidad varia linealmente  respecto al tiempo.
• La posición varia según una relación cuadrática respecto del tiempo.

FORMULAS

EXPLICACIÓN DE UN EJERCICIO

MAGNITUDES FÍSICAS

Las magnitudes físicas son un valor asociado a una propiedad física o cualidad medible de un sistema físico, es decir, a la que se le pueden asignar distintos valores como resultado de una medición o una relación de medidas. 

Unidades básicas o fundamentales del Sistema Internacional de Unidades

• Longitud: El metro (m) es la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299 792 458 segundos. Este patrón fue establecido en el año 1983.
• Tiempo: El segundo (s) es la duración de 9 192 631 770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del cesio-133. Este patrón fue establecido en el año 1967.
• Masa: El kilogramo (kg) es la masa de un cilindro de aleación de Platino-Iridio depositado en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas. Este patrón fue establecido en el año 1887.
• Intensidad de corriente eléctrica: El amperio o ampere (A) es la intensidad de una corriente constante que, manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro, en el vacío, produciría una fuerza igual a 2×10⁻⁷ newton por metro de longitud.
• Temperatura: El kelvin (K) es la fracción 1/273,16 de la temperatura del punto triple del agua.
• Cantidad de sustancia: El mol (mol) es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 12 gramos de carbono-12.
• Intensidad luminosa: La candela (cd) es la unidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540×10¹² Hz y cuya intensidad energética en dicha dirección es 1/683vatios por estereorradián.

Unidades Fundamentales en el Sistema Cegesimal C.G.S.

• Longitud: centímetro (cm): 1/100 del metro (m) S.I.
• Tiempo: segundo (s): La misma definición del S.I.
• Masa: gramo (g): 1/1000 del kilogramo (kg) del S.I.

Unidades Fundamentales en el Sistema Gravitacional Métrico Técnico

• Longitud: metro (m). La misma definición del Sistema Internacional.
• Tiempo: segundo (s).La misma definición del Sistema Internacional.
• Fuerza: kilogramo-fuerza (kg_f). El peso de una masa de 1 kg (S.I.), en condiciones normales de gravedad (g = 9,80665 m/s²).

Vegetales creados con ciencia curiosa 

Un planta de coliflor purpura cultivada en el Instituto de Investigación Científica Agrícola en Foshan, Guangdong, sur de la provincia china de, 24 de noviembre de 2011.

Las plantas de calabaza se cultivan en Foshan, en el Instituto de Investigación Científica Agrícola, foto del 24 de noviembre de 2011

Una calabaza ornamental es cultivada en el mismo instituto.

Pimientos de diversos colores cultivados con ciencia rara.

LA CAIDA LIBRE.

CAÍDA LIBRE.

Se conoce como caída libre cuando desde cierta altura un cuerpo se deja caer para permitir que la fuerza de gravedad actué sobre el, siendo su velocidad inicial CERO.

En este movimientos el desplazamiento es en una sola dirección que corresponde al eje vertical (eje "Y").

Es un movimiento uniformemente acelerado y la aceleración que actúa sobre los cuerpos es la de gravedad representada por la letra g, como la aceleración de la gravedad aumenta la velocidad del cuerpo, la aceleración se toma positiva.

En el vacío, todos los cuerpos tienden a caer con igual velocidad.

Un objeto al caer libremente está bajo la influencia única de la gravedad. Se conoce como aceleración de la gravedad. Y se define como la variación de velocidad que experimentan los cuerpos en su caída libre. El valor de la aceleración que experimenta cualquier masa sometida a una fuerza constante depende de la intensidad de esa fuerza y ésta, en el caso de la caída de los cuerpos, no es más que la atracción de la Tierra.

Todos los cuerpos con este tipo de movimiento tienen una aceleración dirigida hacia abajo cuyo valor depende del lugar en el que se encuentren. los cuerpos dejados en caída libre aumentan su velocidad (hacia abajo) en 9,8 m/s cada segundo .

La aceleración de gravedad es la misma para todos los objetos y es independiente de las masas de éstos.

En la caída libre no se tiene en cuenta la resistencia del aire. Si se desprecia la resistencia del aire y se supone que aceleración en caída libre no varía con la altitud, entonces el movimiento vertical de un objeto que cae libremente es equivalente al movimiento con aceleración constante.

LEYES Y FORMULAS FUNDAMENTALES DE LA CAIDA LIBRE.

a) Todo cuerpo que cae libremente tiene una trayectoria vertical

b) La caída de los cuerpos es un movimiento uniformemente acelerado

c) Todos los cuerpos caen con la misma aceleración.

Valores de la gravedad según cada sistema de medición:

Algunas de las formulas que se aplican a la caída libre son:

Velocidad inicial: normalmente es la velocidad que se le imprime inicialmente a un objeto para ponerlo en movimiento. En este caso como no se le da una fuerza sino solo se deja caer la Vo es igual a cero.

Velocidad final: es la velocidad que alcanzara el objeto cuando llega al punto final de la caída.

Tiempo: Es lo que se demora el cuerpo en caer.

Altura: la altura es la medida de longitud de una trayectoria o desplazamiento, siempre y cuando la medida se tomada como punto de refencia la vertical.

Gravedad: Gravedad es una fuerza que trata de jalar los objetos hacia abajo.Cualquier cosa que tenga masa también tiene un tirón gravitacional. Entre más masa un objeto tenga, más fuerte es su tirón o jale de atracción gravitacional.

5 datos científicos que parecen salidos de la ciencia ficción

1. La vía más rápida de cruzar la Tierra

Si quieres cruzar al otro lado de la Tierra, la vía más rápida consiste en abrir un túnel recto por el centro. Te tomará solo 42 minutos y 12 segundos llegar al otro lado.

2. El ser más fuerte de la Tierra

Si creías que las hormigas eran poderosas porque llevan sobre sí pesos mayores a su cuerpo, espera a escuchar quién es el ser más fuerte de la Tierra: se trata de labacteria gonorrea, ya que puede tirar de 100.000 veces el peso de su cuerpo.

3. La lava de los volcanes

La lava de los volcanes fluye tan rápido como puede correr el más veloz de los lebreles.

4. ¿Cuánto pesan las nubes cúmulos?

Las nubes cúmulos son aquellas con forma vertical. Te sorprenderás al saber que este tipo de evento pesa lo mismo que 8 elefantes juntos.

5. ¿Qué energía tienen los relámpagos?

Para responder qué energía tienen los relámpagos, bástenos decir que una simple descarga de este fenómeno posee la suficiente energía como para preparar 100.000 tostadas.