Fórmulas Fundamentales de Física
Leyes de Newton
Segunda Ley de Newton: F = m ⋅ a
Cinemática
Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)
- Posición: s = v ⋅ t
- Velocidad: v = s / t
- Tiempo: t = s / v
Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA)
- Posición: s = s₀ + v₀ ⋅ t + ½ ⋅ a ⋅ t²
- Velocidad: v = v₀ + a ⋅ t
- Velocidad final al cuadrado: v² = v₀² + 2 ⋅ a ⋅ (s − s₀)
- Velocidad inicial (despejada de la ecuación de posición): v₀ = (s − s₀ − ½ ⋅ a ⋅ t²) / t
- Tiempo (resolviendo la ecuación de posición para t): t = [-v₀ ± √(v₀² + 2 ⋅ a ⋅ (s − s₀))] / a
Caída Libre
(Considerando v₀ = 0 y h₀ = 0, y ‘a’ = ‘g’)
- Velocidad: v = g ⋅ t
- Altura: h = ½ ⋅ g ⋅ t²
- Tiempo (despejado de la ecuación de altura): t = √(2 ⋅ h / g)
Tiro Vertical (hacia arriba)
- Altura: h = h₀ + v₀ ⋅ t − ½ ⋅ g ⋅ t²
- Velocidad: v = v₀ − g ⋅ t
- Tiempo (despejado de la ecuación de velocidad): t = (v₀ − v) / g
- Tiempo para alcanzar la altura máxima (v=0): tmax = v₀ / g
- Altura máxima (considerando h₀=0): hmax = h₀ + v₀² / (2g)
Fuerzas
- Peso: P = m ⋅ g
- Fuerza Normal: N = P = m ⋅ g (en superficies horizontales sin otras fuerzas verticales)
- Fuerza de Rozamiento: Froz = μ ⋅ N
- Fuerza Elástica (Ley de Hooke): Fe = − k ⋅ Δx
- Fuerza Gravitatoria (Ley de Gravitación Universal): F = G ⋅ (M₁ ⋅ M₂) / r²
- Fuerza Eléctrica (Ley de Coulomb): FE = K ⋅ (q₁ ⋅ q₂) / r²
Donde:
K es la constante de Coulomb (9 ⋅ 10⁹ N⋅m²/C²)
q₁ y q₂ son las cargas de las partículas.
r es la distancia entre las cargas. - Fuerza Magnética (Fuerza de Lorentz): Fm = q ⋅ v ⋅ B ⋅ sin(θ)
Donde:
Fm es la fuerza magnética (en Newtons, N).
q es la carga de la partícula (en Coulombs, C).
v es la velocidad de la partícula (en metros por segundo, m/s).
B es la intensidad del campo magnético (en Teslas, T).
θ es el ángulo entre la velocidad de la partícula y la dirección del campo magnético.
Conceptos Fundamentales de Física
Magnitudes Físicas
Una magnitud física es aquella que representa una propiedad física, es decir, que se puede medir de forma objetiva. Dependiendo de la complejidad de la propiedad que represente, las magnitudes físicas pueden ser: escalares o vectoriales.
Magnitudes Escalares
Las magnitudes escalares son aquellas que representan propiedades que se expresan por medio de una cantidad, es decir, un valor numérico y la unidad correspondiente.
Magnitudes Vectoriales
Las magnitudes vectoriales son aquellas que representan propiedades que no solo quedan totalmente definidas por una cantidad, sino que además se indica la dirección y el sentido de dicha propiedad con respecto a un punto de aplicación. Por tanto, una magnitud vectorial se representa por medio de un vector, es decir, un segmento orientado (flecha) que consta de los siguientes elementos:
- Módulo: Indica el tamaño del vector y corresponde con la cantidad de la magnitud que representa.
- Dirección: Es la recta sobre la que descansa el vector.
- Sentido: De los dos posibles que tiene toda recta o dirección, es el que indica la punta de flecha u orientación del extremo del vector.
- Punto de aplicación: U origen del vector.
Movimiento
Se dice que un cuerpo está en movimiento cuando su posición varía con respecto a un punto que se considera fijo. Por tanto, el movimiento se considera relativo, ya que no existe un punto que se encuentre realmente fijo y diremos que algo se mueve o no dependiendo de la referencia que consideremos fija.
Sistema de Referencia
Para estudiar el movimiento, primero hay que definir un sistema de referencia, es decir, un sistema de coordenadas cartesiano cuyo origen, de coordenadas (0,0), consideramos fijo. Los cuerpos se considerarán que se mueven o no dependiendo de si modifican o no su posición con respecto al origen del sistema de referencia, es decir, si modifican sus coordenadas a medida que transcurre el tiempo.
Posición
La posición es el lugar del espacio donde se encuentra el móvil en cada instante de tiempo. Se identifica a partir de las coordenadas del móvil, en cada instante de tiempo, en el sistema de referencia elegido.
Trayectoria
La trayectoria que ha seguido un cuerpo en su movimiento es la línea que resulta de unir todos los puntos por los que ha pasado el móvil o posiciones ocupadas por el cuerpo que se mueve. Hay que distinguir entre espacio recorrido y desplazamiento, dos conceptos que se usan indistintamente en el lenguaje cotidiano.
Espacio Recorrido vs. Desplazamiento
- Espacio recorrido: Es el espacio o distancia que recorre el móvil sobre la trayectoria desde el punto de partida hasta el punto final del movimiento.
- Desplazamiento: Es la distancia que hay, en línea recta, desde el punto de partida y el punto final del movimiento.
Ambos son medidas de distancia, por lo que la unidad en que se miden en el Sistema Internacional de Unidades (en adelante, SI) es el metro (m).
Velocidad
La velocidad es la magnitud física que indica el espacio recorrido por un móvil por unidad de tiempo.
La velocidad es una magnitud física vectorial. Por tanto, para un móvil quedará totalmente definida su velocidad cuando se determine en cada instante de tiempo su rapidez o celeridad (módulo de su vector velocidad), la dirección y el sentido.
Aceleración
La aceleración es la magnitud física que indica el ritmo de variación de la velocidad de un móvil o la variación de velocidad que experimenta por unidad de tiempo. Conocida la variación de velocidad que experimenta el móvil y el tiempo que ha tardado en llevar a cabo esa variación de velocidad, el cociente entre ambas cantidades será, por tanto, la aceleración (media) que ha sufrido.
Como la velocidad (v) se mide en el SI en metros por segundo (m/s) y el tiempo en segundos (s), la unidad de la aceleración en el SI es el metro por segundo al cuadrado (m/s²).
Clasificación de Movimientos
Los movimientos se pueden clasificar según diferentes criterios, entre otros:
Según la Trayectoria Seguida
- Rectilíneos: La trayectoria es una línea recta.
- Curvilíneos: La trayectoria es una curva.
Dentro de los movimientos curvilíneos, hay casos en los que la trayectoria responde a curvas con cierta simetría y el movimiento adquiere el nombre de la curva que representa su trayectoria: Circular, parabólica, elíptica, hiperbólica, etc.
Según la Variación de la Velocidad
- Uniforme: La velocidad permanece constante.
- No uniforme: La velocidad no permanece constante, varía con el tiempo. Se dicen que son movimientos acelerados.