Categorías físicas
Energía
Existen diferentes significados para la palabra energía, pero suele considerarse como la fuerza de acción o fuerza de trabajo que provoca cambios en algo, ya sea materia, organismos, objetos, etc.
La energía es un elemento básico en la
naturaleza. Mueve los coches para que circulen por la autopista, hace volar los
aviones para que nos lleven a nuestro destino vacacional, permite que tengamos
luz en nuestro hogar, que podamos ver la televisión y que nuestros órganos
funcionen correctamente.
Diferentes tipos de energía
La energía puede ser creada, almacenada o
transferida de un lugar a otro o de un objeto a otro objeto de diferentes
maneras. A continuación te mostramos una lista con los diferentes tipos de
energía.
1. Energía mecánica
Este tipo de energía se asocia al movimiento y
la posición de un objeto normalmente en algún campo de fuerza (por ejemplo, el
campo gravitatorio). Se suele dividir en transitoria y almacenada.
La energía transitoria es la energía en
movimiento, es decir, la energía que se transfiere de un lugar a otro. La
energía almacenada es la energía contenida dentro de una sustancia u objeto.
El Principio de conservación de la energía
establece que la energía mecánica se conserva (permanece constante) siempre que
las fuerzas que actúen sobre el cuerpo o sistema sea conservadora, es decir, no
le haga perder energía al sistema. Este principio puede escribirse
matemáticamente de la siguiente manera:
Emec = Ec + Ep = cte
donde Ec es la energía cinética del sistema y
Ep su energía potencial, que puede ser gravitatoria, elástica, eléctrica, etc.
Esta relación no se cumple si el sistema se ve
afectado por fuerzas no conservativas. Por ejemplo, en el caso de movimientos
sobre superficies con rozamiento (como la mayoría de las superficies), la
energía cinética se disipa en forma de calor. La energía mecánica de un sistema
puede perderse también en forma de calor, por ejemplo ensistemas termodinámicos
en los que la energía mecánica puede convertirse en térmica.
La energía mecánica es frecuentemente utilizada
para realizar trabajos o convertirla en otras formas de energía, como es el
caso de la energía hidráulica (cuando el hombre aprovecha la energía potencial
del agua que cae para realizar un trabajo). Otro ejemplo es la energía eólica o
la energía mareomotriz, que utiliza la energía cinética del viento y de las
mareas para trasformarlas en otro tipo de energía útil.
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2. Energía cinética
Es un tipo de energía mecánica, que se se
asocia a los cueros que están en movimiento. Si no se mueve, no posee energía
cinética. Depende de la masa y de la velocidad del cuerpo, es decir, cuanto más
pesada es una cosa, y cuanto más rápido se mueve, más energía cinética tiene.
Puede transferirse de un objeto a otro cuando los dos cuerpos se golpean. El La
física la define como la cantidad de trabajo realizado por todas las fuerzas
que actúan sobre un cuerpo con una masa determinada, necesario para acelerarlo
desde una velocidad inicial hasta otra velocidad final. Una vez alcanzada dicha
velocidad, según la Ley de la inercia, la cantidad de energía cinética
acumulada permanecerá constante, es decir, no variará, a menos que otra fuerza
nuevamente actúe sobre el cuerpo, ejerciendo un trabajo sobre él, cambiando su
velocidad y, por lo tanto, su energía cinética.
La energía cinética a menudo se representa con
el símbolo Ec (puede ser E+ o E–, dependiendo del caso), aunque a veces también
se utilicen los símbolos T o K. Suele expresarse en Joules (J).
Es posible determinar la energía cinética de un
objeto mediante diversas fórmulas en la mecánica clásica, tales como: Ec =
(m.v2) / 2 donde m es la masa (Kg) del objeto y v su velocidad (m/s). Así, 1 J
= 1Kg.1m2/s2.
La cinética, como cualquier otro tipo de
energía, puede convertirse en calor y en otras formas de energía.
La energía potencial también es un tipo de
energía mecánica, concretamente la energía almacenada. Para entender la
diferencia entre la energía cinética y la potencial, puedes visualizar el vídeo
que se presenta a continuación.
La energía potencial de un sistema, sea cual
sea su origen, representa la energía “almacenada” en él dada su configuración o
su posición y, por lo tanto, para medirla deberá tomarse en cuenta un punto o
configuración de referencia.
El concepto de energía potencial es útil para
sistemas físicos tanto conservativos (que tienden a preservar la energía) como
disipativos (que tienden a perderla). La energía potencial y la energía
cinética de un sistema constituyen su energía mecánica:
Energía potencial + energía cinética = energía
mecánica total
Este tipo de energía es estudiada no solo por
la mecánica clásica, sino también la mecánica relativista y la física cuántica
(que lo aplica a sistemas de partículas). La energía potencial se clasifica de
acuerdo a las fuerzas que le dan origen, como pueden ser la gravitatoria,
elástica, química, entre otras.
También es importante comprender la diferencia
entre energía potencial y la energía gravitatoria. Cada objeto puede tener
energía potencial pero la energía gravitacional se almacena solamente en la
altura del objeto. Cada vez que un objeto pesado se mantiene alto, una fuerza o
poder es probable que lo mantenga en equilibrio para que no caiga.
Es muy importante entender que cuando hablamos
de energía gravitacional, nos referimos también a otras fuerzas y elementos del
entorno que interactúan.
También podemos entender estos factores como
las características de esta energía potencial, citamos las más importantes:
Como dijimos antes, la gravedad es un factor
fundamental, con esto podemos saber que cualquier objeto en nuestro planeta
tiene un grado de energía gravitacional.
Ese grado o valor, depende de la altura y masa
del objeto.
El valor de la energía gravitatoria de un
objeto normalmente se expresa en números positivos, aunque puede ser en
negativo también, cuando está a un nivel de altura bajo cero.
La energía potencial gravitatoria puede bajar o
incrementarse cuando el objeto está a menor o mayor altura.
Si tenemos en cuenta a lo que interactúa dentro
de nuestro planeta, ese valor de la energía potencial gravitatoria, si bien es
cierto es relativa y cambia, generalmente la diferencia es muy pequeña.
Cómo se calcula la energía gravitacional
Es posible que, en libros, páginas Web o en
cualquier fuente de información encuentres símbolos y fórmulas que buscan
explicar cómo se calcula esta energía potencial.
No es difícil entender estos cálculos, es
cierto que algunos pueden ser más complejos, pero hay cosas muy básicas que nos
sirven para entender y calcular la energía gravitacional de un cuerpo.
Esta fórmula es la usada para calcular la
energía gravitacional:
Ep = m.g.h
Ahora explicamos qué significa:
Ep: se trata de la energía potencial del cuerpo
o masa que tiene la energía gravitatoria.
m: se trata de la masa del objeto.
g: esta letra indica un valor que responde a la
aceleración del objeto al caer, esto influido por la gravedad, su masa y
altura.
h: es precisamente la altura a la que se ubica
el objeto con respecto al suelo o superficie.
Ahora veremos un ejemplo práctico de cómo
aplicar esta fórmula:
Suponiendo que tenemos una mochila llena de
libros en lo alto de un gancho en la pared.
La mochila pesa 5 kg, la altura es de 3 metros,
la aceleración expresada en ms2 (metros por segundo al cuadrado) ¿cómo podemos
calcular la energía potencial gravitatoria de nuestra mochila?
m= 5 kg
g= 9,8 m/s2
h= 3 metros
Ep = 5 kg . 9,8 m/s2 . 3 metros
El resultado sería el siguiente: Ep= 147 J
La energía gravitacional se expresa de esa forma, con la letra J.
5. Energía sonora o acústica
La música no solamente nos hace bailar, sino
que el sonido también contiene energía. De hecho, el sonido es el movimiento de
la energía a través de sustancias en ondas longitudinales. El sonido se produce
cuando una fuerza hace que un objeto o sustancia vibre y, por tanto, la energía
se transfiere a través de la sustancia en una onda.
La energía acústica o sonora viaja en forma de
ondas. A diferencia de la energía de la luz, el sonido no puede viajar a través
del vacío, porque no hay átomos para transmitir la vibración.
El sonido puede ser transmitido por sólidos,
líquidos y gases, ya que todos tienen átomos para transmitir las vibraciones.
La energía del sonido generalmente se mide por
su presión e intensidad, en unidades especiales llamadas pascales y decibelios.
A veces, el ruido fuerte puede causar dolor en las personas. Esto se llama el
umbral del dolor. Este umbral difiere en cada persona. Por ejemplo, los
adolescentes pueden manejar una presión de sonido mucho más alta que las
personas mayores, o las personas que trabajan en fábricas tienden a tener una
presión de umbral más alta porque se acostumbran al ruido fuerte en las
fábricas.
6. Energía eléctrica
La materia está formada por átomos, que están
compuestos por electrones que se mueven constantemente. El movimiento de estos
electrones dependen de la cantidad de energía que tiene, que es a lo que me
refería con la energía potencial. Los seres humanos pueden provocar que estos
electrones se muevan de un lugar a otro con medios especiales (materiales)
llamados conductores, que transportar esta energía. No obstante, ciertos
materiales no pueden transportar energía en esta forma, y se llaman aisladores.
La energía eléctrica es la causada en el
interior de los materiales conductores y provoca básicamente tres efectos:
luminoso, térmico y magnético. La energía eléctrica es la que llega a nuestras
casas y que podemos observar cuando se enciende una bombilla.
Este contacto provoca una corriente eléctrica
que consiste en la transmisión de cargas negativas (electrones) a través de un
material propicio para ello (como suelen ser los metales) desde el punto de su
generación (y/o almacenamiento) hasta el punto de consumo. Usualmente la
energía eléctrica es convertida en otras formas de energía: lumínica, mecánica
o térmica.
En la vida cotidiana, la energía eléctrica que
consumimos proviene de un tendido o de una red eléctrica, a la cual accedemos
mediante enchufes o tomacorrientes, instalados en nuestros hogares, como los
que activamos al encender un interruptor de la luz. Esta red es alimentada por
las empresas que proveen de dicho servicio, que suelen estar a cargo de la
generación y distribución de la electricidad en las ciudades, regiones o países
enteros.
La electricidad existe en la naturaleza y forma
parte importante de numerosos procesos biológicos, como muchos de los que
ocurren en el propio cuerpo del hombre. Las neuronas de nuestro cerebro y los
impulsos nerviosos de nuestra médula espinal, por ejemplo, son de naturaleza
eléctrica, tal y como lo es la pequeña descarga que ciertas anguilas son
capaces de transmitir al sentirse amenazadas. Otro ejemplo de electricidad en
la naturaleza son las tormentas que a veces presentan efectos eléctricos como
los relámpagos.
El campo de la física encargado del estudio de
este tipo de energía es la física eléctrica o electricidad y data del siglo
XVIII, si bien hay antecedentes rastreables desde las épocas antiguas.
7. Energía térmica
La energía térmica se conoce como la energía
que proviene de la temperatura de la materia. Cuanto más caliente esta una
sustancia, más moléculas vibran y, por lo tanto, mayor es su energía térmica.
la energía térmica es la que genera el
movimiento interno y aleatorio de las partículas de un cuerpo (es decir, es
equivalente a la energía cinética), que aumenta o disminuye por transferencia
de energía, usualmente bajo la forma de calor o de trabajo.
La temperatura de un sistema y su capacidad de
generar un trabajo (movimiento, etc.) dependen de su energía térmica. Esto se
debe a que, como ocurre con todas las formas de energía, puede ser
transformada, transmitida o conservada hasta cierto punto.
Esto implica que la energía térmica también es
responsable de los estados de agregación de la materia, ya que a mayores
niveles de energía, mayor agitación de las partículas constituyentes de la
materia y menor posibilidad de que compartan un espacio limitado.
Las partículas de un líquido son más
energéticas que las de un sólido, y las de un gas mucho más que las de un
líquido. Por eso, generalmente podemos calentar (es decir, introducir energía
térmica) un sólido y llevarlo al estado líquido, y seguir calentándolo para
llevarlo a estado gaseoso.
La pérdida o ganancia de energía térmica es lo
que define el calentamiento o el enfriamiento de un cuerpo o de un sistema. Sin
embargo, no deben confundirse los siguientes conceptos:
Temperatura. Es el promedio de energía cinética
de las partículas de un cuerpo o sistema.
Calor. Es la transferencia de energía interna
de un cuerpo o sistema a otro, como producto de una diferencia de temperatura.
Energía térmica. Es la energía total de las
moléculas dentro de un cuerpo o sistema.
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8. Energía química
La energía química es la energía almacenada en
los enlaces de los compuestos químicos (átomos y moléculas). Se libera en una
reacción química, produciendo a menudo calor (reacción exotérmica). Las
baterías, el petróleo, el gas natural y el carbón son ejemplos de energía
química almacenada. Normalmente, una vez que la energía química es liberada de
una sustancia, esa sustancia se transforma en una sustancia completamente
nueva.
La energía química es la energía contenida o
que se produce a través de reacciones entre las moléculas de uno o más
compuestos. Es la energía interna que posee un cuerpo o una sustancia en base a
los tipos de uniones químicas que se producen entre sus componentes y a la
cantidad de energía que puede liberarse a partir de reacciones entre ellos.
La energía química (una de las formas en que la
energía se manifiesta en la realidad) está siempre asociada a la materia y se
manifiesta cuando se produce en ella una modificación en los enlaces químicos
de los átomos y moléculas que la componen. Esto puede ocurrir en presencia de
fuentes de calor o de otras sustancias con las que se produce un intercambio de
partículas que, por lo general, produce calor, luz u otras formas de energía
derivadas de la reacción.
De este modo, la energía química es una forma
de energía potencial contenida en sustancias químicas. Estas sutancias,una vez
que intervienen en una reacción, se transforman en otras formas aprovechables
de energía. Es así, por ejemplo, que operan los procesos de combustión de
gasolina y otros hidrocarburos fósiles.
El aprovechamiento de esta forma de energía
puede ser relativamente nuevo en la historia de la humanidad, pero no en la del
mundo: desde tiempos remotos la vida se aprovechó de la fotosíntesis y
quimiosíntesis, entre otros procesos de obtención de energía, para sacar
provecho del potencial molecular químico de la materia.
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9. Energía magnética
Es un tipo de energía que se origina en la
energía que generan determinados imanes. Estos imanes crean campos magnéticos
permanentes y así como energía que se puede utiliza en diferentes sectores.
La energía magnética o magnetismo es una de las
fuerzas elementales del universo. Afecta en mayor o menor medida a todos los
materiales existentes, pero sus efectos pueden ser evidenciados principalmente
en ciertos metales, como el níquel, hierro, cobalto y sus distintas aleaciones
(conocidas como imanes).
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10. Energía nuclear
La energía nuclear es energía resultante de las
reacciones nucleares y los cambios en los núcleos atómicos o de las reacciones
nucleares. La fisión nuclear y la desintegración nuclear son ejemplos de este
tipo de energía.
La energía nuclear es la energía contenida en
el núcleo de un átomo. Los átomos son las partículas más pequeñas en que se
puede dividirse un elemento químico manteniendo sus propiedades. En el núcleo
de cada átomo hay dos tipos de partículas (neutrones y protones) que se
mantienen unidas. La energía nuclear es la energía que mantiene unidos
neutrones y protones.
La energía nuclear se puede utilizar para
producir electricidad. Pero primero la energía debe ser liberada. Ésta energía
se puede obtener de dos formas: fusión nuclear y fisión nuclear. En la fusión
nuclear, la energía se libera cuando los núcleos de los átomos se combinan o se
fusionan entre sí para formar un núcleo más grande. Así es como el sol produce
energía. En la fisión nuclear, los núcleos se separan para formar núcleos más
pequeños, liberando energía. Las centrales nucleares utilizan la fisión nuclear
para producir electricidad.
11. Energía radiante
La energía radiante, también conocida como
energía electromagnética que poseen las ondas electromagnéticas. Por ejemplo,
cualquier forma de luz tiene energía electromagnética, incluyendo partes del
espectro que no podemos ver. La radio, los rayos gamma, los rayos X, las
microondas y la luz ultravioleta son otros ejemplos de energía
electromagnética.
La energía radiante es la energía que poseen
las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos
ultravioleta (UV), infrarrojos (IR), etc. ... Una de estas formas es la energía
radiante, también conocida como radiación electromagnética, la energía
transmitida sin el movimiento de la masa.
La energía eólica es un tipo de energía
cinética que se obtiene a partir del viento. Se emplea para producir otro tipo
de energía, principalmente energía eléctrica. Es un tipo de energía energía
renovable, y el principal medio para obtenerla son los “molinos de viento” que
pueden variar en su tamaño.
13. Energía solar
La energía solar también es un tipo de energía
renovable, que se obtiene mediante la captación de la luz y el calor emitidos
por el Sol. Suelen emplearse paneles solares para su recaptación y existen dos
tipos de energía solar:
¿Qué es y cómo se produce de la energía solar?
La energía solar es la energía contenida en la radiación solar. Este tipo de
energía renovable se genera mediante reacciones de fusión nuclear en el Sol. La
radiación viaja hacia la Tierra mediante la radiación electromagnética y,
posteriormente, puede ser aprovechada.
De nuevo, un tipo de energía renovable, que
posee energía potencial gravitatoria y, si se deja caer, también contiene energía
cinética, pues emplea el movimiento del agua para producir esta energía.
Energía hidráulica, energía hídrica o
hidroenergía es aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energías
cinéticas y potenciales de la corriente del agua, saltos de agua o mareas. Se
puede transformar a diferentes escalas. Existen, desde hace siglos, pequeñas
explotaciones en las que la corriente de un río, con una pequeña represa, mueve
una rueda de palas y genera un movimiento aplicado generalmente a molinos o
batanes.
Generalmente se consideraba como un tipo de
energía renovable puesto que no emite productos contaminantes. Otros consideran
que produce un gran impacto ambiental debido a la construcción de las presas,
que inundan grandes superficies de terreno y modifican el caudal del río y la
calidad del agua
15. Energía lumínica
Es la energía transportada por la luz, pero no
debe confundirse con la energía radiante, puesto que en esta última no todas
las longitudes de onda comportan la misma cantidad de energía. La energía
luminosa es capaz de broncear o quemar nuestra piel, por lo que puede
emplearse, por ejemplo, para fundir metales.
La luz es un tipo de radiación
electromagnética, compuesta por partículas llamadas fotones. Se encuentra
dentro de una franja del espectro electromagnético que nuestros ojos son
capaces de detectar. La luz visible está entre las zonas infrarrojas y
ultravioletas del espectro, tiene un rango particular de frecuencias,
longitudes de onda y energías.
La luz se transmite a través de materiales o
incluso en el vacío, ya que es una forma de radiación. La partícula elemental
asociada a la luz se denomina fotón y como tal se comporta a la vez como
materia y como onda.
La energía lumínica está íntimamente
relacionada con la cantidad de luz visible que se considere en una situación,
teniendo cuidado de diferenciarla de la energía radiante, donde se incluyen
otras radiaciones electromagnéticas de frecuencias que son imperceptibles para
el ojo humano, como los rayos X, por ejemplo.
La rama de la ciencia encargada de estudiar la relación entre la luz y el sistema visual es la fotometría
Espacio.
¿Qué es el espacio?
No es sencillo explicar qué cosa es el espacio,
ya que se trata de un término que puede tener muchas y muy distintas
acepciones, dependiendo del contexto que lo acompañe. La palabra espacio
proviene del latín spatium, término con el que los filósofos de antaño
nombraban a la materia, terreno o tiempo que separa a un punto A de un punto B.
Sus primeras definiciones en el Diccionario de
la Lengua Española apuntan a términos como “extensión”, “distancia”,
“capacidad” o “transcurso”, ya que en el fondo entendemos por espacio una
proporción o relación.
Así, es espacio la porción de mundo que ocupa
un cuerpo determinado, y que no puede ser al mismo tiempo ocupado por ningún
otro. También es espacio la distancia que hay entre una cosa y otra, o
inclusive el lapso de tiempo entre un evento y otro diferente.
Al mismo tiempo, llamamos espacio a todo el
universo por fuera de nuestro planeta. También le damos al término otros usos
especializados, como el de espacio geográfico.
Todas estas acepciones son ciertas en su
contexto y ameritan una explicación por separado, que expondremos a
continuación.
Espacio físico
El espacio físico es el lugar que ocupa un
objeto en el universo, concebido en base a las tres dimensiones lineales
acostumbradas: altura, anchura y profundidad. En ese sentido, el espacio es un
concepto clave para la comprensión física del universo.
Es calculable matemáticamente y cuestionado por
la física contemporánea. Su relación con el tiempo se conoce desde épocas
remotas, pero fue desarrollada plenamente en el siglo XX por Albert Einstein,
como veremos más adelante.
En la mecánica clásica o mecánica newtoniana,
el espacio constituye una de las magnitudes elementales del universo, que no es
definible a través de otras magnitudes similares (como tiempo, masa, etc.).
Espacio y tiempo
espacio fisica einstein newton relatividad
Newton y Einstein propusieron dos visiones
distintas sobre la relación espacio-tiempo.
La relación entre el espacio y el tiempo ocupó
un lugar central en la filosofía del siglo XVII. Por eso, grandes pensadores
como el físico inglés Isaac Newton (1642-1727) como el filósofo y matemático
alemán Gottfried Leibniz (1646-1716), elaboraron teorías muy disímiles para
entenderlo.
La mecánica newtoniana comprendía el espacio y
el tiempo como valores absolutos. Así se fundó la mecánica clásica que llegó
hasta nuestros días. Esta concepción cambió con el relativismo en el siglo XX,
cuyo nombre más célebre es el de Albert Einstein.
A pesar de que ya había habido intentos por
superar las consideraciones geométricas tradicionales del espacio, mediante la
geometría no euclidiana, recién en 1905 apareció esta nueva forma de comprender
el vínculo entre espacio y tiempo.
Las teorías de Albert Einstein sostenían que
ninguna de estas dos magnitudes es realmente absoluta, sino que depende del
punto de vista del observador. En esta Teoría de la Relatividad Especial,
Einstein propuso que tiempo y espacio conformaban una sola construcción: el
espacio-tiempo, la tela de la cual está compuesto el universo.
El conocimiento del espacio exterior, cuando
sólo se podía observar a simple vista, era limitado.
El concepto de espacio exterior surge con la
posibilidad de conocer el universo más allá de nuestro planeta. El espacio
exterior es la vasta extensión de vacío entre el fin de la atmósfera y el
inicio de la de otros planetas distantes.
Se denomina «exterior» en contraposición con el
espacio interior del planeta. Este espacio sin embargo no se encuentra
realmente vacío de materia ni de energía, pero contiene una densidad sumamente baja
de partículas (especialmente hidrógeno) y de ondas electromagnéticas.
La exploración del espacio exterior se limitó
durante muchos siglos a la observación a través de telescopios. Recién en el
siglo XX se pudieron poner los primeros objetos en órbita.
Además, en 1969 llegaron los primeros
astronautas en la Luna, iniciando la exploración física y tecnológica del
espacio exterior, mediante el lanzamiento de sondas espaciales y,
posteriormente, de misiones no tripuladas a Marte y otros planetas.
Espacio geográfico
El espacio geográfico ofrece una mirada a la
sociedad desde el punto de vista espacial.
Por su parte, el concepto de espacio geográfico
pertenece al ámbito de la geografía. Es el mismo espacio físico, pero ordenado
por la sociedad humana. Es decir que implica una mirada a la sociedad humana
desde el punto de vista espacial.
El espacio geográfico se divide en paisajes:
cada uno conforme al orden de cosas que se desea percibir. Se puede hablar así
de paisaje natural, paisaje urbano, paisaje rural, etc.
Tiempo
En física se llama
tiempo a una magnitud que sirve para medir la duración o la separación
de uno o más acontecimientos. Esto permite ordenarlos en una secuencia
(pasado, presente, futuro) y determinar si ocurren o no en simultáneo.
El tiempo se representa con la variable t,
su unidad de medición en el Sistema Internacional es el segundo (s), en
un marco sexagesimal (60 unidades constituyen una unidad mayor) y el aparato
con el que se mide es el reloj.
El tiempo puede
pensarse como la duración de las cosas que están sujetas al cambio, y es una de las magnitudes físicas más
importantes. Dentro de las consideraciones físicas, se la considera una
variable que, combinada con otras, permite determinar la posición, el movimiento, la velocidad y
muchas otras magnitudes de un objeto o sistema.
La velocidad se
calcula a partir de la fórmula V = d.t.
El tiempo está
implicado en numerosos cálculos físicos y, por lo tanto, hay muchas fórmulas
posibles para calcularlo, dependiendo de las otras variables que tengamos a
mano:
·
Velocidad. La velocidad
se calcula a partir de la fórmula V = d/t (Velocidad es igual a distancia sobre tiempo). Se
mide en unidades de distancia por unidades de tiempo: Km/h, m/s,
etc. Si despejamos el tiempo en esta fórmula, obtenemos: t = d/v
·
Aceleración. La aceleración
(a) es el cambio en el tiempo entre dos velocidades y se calcula con la
fórmula: a = Δv/Δt,
donde Δv es vinicial – vfinal y Δt es tinicial –
tfinal. Si tomamos el tinicial como
cero, entonces tenemos que: t =
(Vf – Vi) /a
El tiempo en la mecánica clásica
En la física clásica
el tiempo es considerado un valor
absoluto, es decir, una magnitud que transcurre de igual manera para
todos los fenómenos estudiados. Esto significa que dos observadores distintos
estarán siempre de acuerdo respecto al orden de los eventos (pasado, futuro y
presente simultáneo).
El tiempo en la mecánica relativista
En la mecánica
relativista, el tiempo es un concepto más complejo, ya que se está vinculado a la posición del
observador del evento y su estado en movimiento, es decir, en mecánica
relativista el tiempo es relativo. Dos observadores que difieran en su posición
y movimiento diferirán en su medición del tiempo de
un evento, por lo que el tiempo dependerá siempre del sistema de referencia del
observador.
Se denomina «tiempo
propio» a la duración (Δt) de un evento medido en un sistema en reposo.
La duración (Δt’) de ese mismo suceso, medido desde un sistema de
referencia que se mueve con velocidad constante con respecto al que está en
reposo, viene dada por Δt’ = Δt
/ √1-v2/c2.
Esta distinción surgió luego de la formulación de la Teoría de la relatividad de Albert Einstein y su profundo impacto en el campo de la física. Según ella, no existe un tiempo único sino que puede variar bajo ciertas condiciones físicas.
Masa-
carga
La relación masa carga ( m⁄Q) es una magnitud
física usada en la electrodinámica de las partículas cargadas. Como implica su
nombre la relación masa carga de un objeto resulta de dividir la masa del
objeto entre su carga eléctrica. Esta magnitud generalmente solo es útil cuando
el objeto es una partícula. Para objetos macroscópicos la carga total, la
densidad de carga, la masa total o la densidad de la masa suelen ser magnitudes
más útiles. En el sistema internacional de unidades se mide en kg/C. El
concepto (m/Q) aparece en los campos de la microscopía electrónica,
espectrometría de masas, tubos de rayos catódicos, física del acelerador,
física nuclear, espectroscopia electrónica Auger, cosmología y óptica iónica.1
La importancia de la relación carga masa resulta de que, según la electrodinámica
clásica, dos partículas con la misma relación masa carga se desplazan con la
misma trayectoria en el vacío cuando son sometidas a campos magnéticos.
En algunos campos se usa su inversa la relación
carga masa ( Q⁄m). El CODATA recomendó en 2010 un valor para el electrón
de e⁄me = (1,758820024±0,000000011) ×
1011 C/kg.2
En física, la masa es una magnitud escalar que
indica la cantidad de materia de un cuerpo. Es decir, la masa es una magnitud
física que sirve para medir cuánta materia tiene un cuerpo.
En el Sistema Internacional de Unidades (SI),
la masa se expresa en kilogramos (kg). Aunque dependiendo del valor de la masa,
también se suele expresar la masa de un cuerpo con toneladas (t), gramos (g) o
miligramos (mg).
Todos los cuerpos y objetos tienen masa pero,
según las propiedades del material, la masa de un cuerpo será mayor o menor. En
particular, si dos objetos diferentes tienen el mismo volumen, el objeto con
mayor masa será aquel cuya densidad sea mayor.
Es habitual confundir el concepto de masa con
el concepto de peso, sin embargo, los dos términos significan cosas
completamente distintas. Más abajo comentaremos en qué se diferencian la masa y
el peso.
Características de la masa
En física, la masa es una magnitud que se
caracteriza por lo siguiente:
La masa es una magnitud escalar, es decir, la
masa es un valor intrínseco de cada cuerpo.
La masa no depende de la gravedad, por lo
tanto, la masa en la Tierra será la misma que en la Luna o cualquier otro
astro.
En el Sistema Internacional de Unidades, la
masa se expresa en kilogramos (kg).
La masa de un cuerpo u objeto se mide con una
balanza.
Ejemplos de masa
Una vez hemos visto la definición de masa y sus
características, vamos a ver varios ejemplos de la masa de diferentes cuerpos.
Masa de un litro de agua: 1 kg
Masa de un balón de baloncesto: 0,6 kg
Masa de un bebé: 3,5 kg
Masa de una bicicleta: 6 kg
Masa de la torre Eiffel: 73000000 kg
Masa de un electrón: 9,1·10-31 kg
Masa de la Tierra: 5,9736·1024 kg
Masa del Sol: 1,9891·1030 kg
Masa de la Luna: 7,349·1022 kg
Ten en cuenta que algunos de estos valores se
han aproximado, por ejemplo, la masa de una bicicleta dependerá del modelo. Aún
así, las masas de los astros y del electrón son precisas porque se pueden
calcular.
Tipos de masa
Según el campo de estudio, el significado del
término de masa puede variar. A continuación te dejamos con la lista de las
definiciones más habituales de masa.
Masa inercial: es la resistencia que ejerce un
cuerpo a la aceleración cuando se aplica una fuerza. Lógicamente, si se ejerce una
fuerza sobre un objeto de poca masa, este acelerará más. Y al contrario, cuanta
más masa tenga el objeto menos aceleración adquirirá al aplicarle una fuerza.
Este tipo de masa es al que nos referimos en física normalmente.
Masa gravitacional: es la cantidad de materia
que interviene en un campo gravitatorio, ya sea el cuerpo que genera el campo
gravitatorio (masa gravitacional activa) o el cuerpo que es atraído (masa
gravitacional pasiva). El valor de la masa gravitacional coincide con el de la
masa inercial, pero son dos conceptos distintos.
Masa atómica: es la masa de un átomo. Este tipo
de masa se utiliza en química y se mide en UMAs (Unidad de Masa Atómica).
Masa molar: es la cantidad de masa de un mol de
una determinada sustancia. Se expresa en kg/mol o g/mol.
Masa cuántica: es la diferencia entre la
frecuencia cuántica de un cuerpo y su número de onda. Este tipo de masa se usa
en la mecánica cuántica relativista.
Como puedes ver, la masa forma parte de muchos
campos de la ciencia y, de hecho, se incluye en muchas fórmulas. Por ejemplo,
en física la masa de un cuerpo se utiliza para hacer muchos tipos de cálculos,
como la fuerza gravitatoria, la fuerza de tensión o las fuerzas de inercia.
Diferencia entre masa y peso
En este último apartado, veremos cuál es la
diferencia entre la masa y el peso, ya que son dos conceptos que se confunden
habitualmente en la vida cotidiana.
La diferencia entre la masa y el peso es que
son propiedades diferentes de la física. La masa es la cantidad de materia que
tiene un cuerpo y se mide en kilogramos (kg), en cambio, el peso es la fuerza
gravitatoria que ejerce la Tierra sobre un cuerpo y su unidad de medida es el
newton (N).
Por lo tanto, no es lo mismo la masa de un
cuerpo que el peso de un cuerpo. Los dos conceptos están relacionados porque
cuanta más masa tenga un cuerpo más pesará, pero significan cosas distintas.
De hecho, la gravedad relaciona matemáticamente
la masa y el peso de un objeto. De manera que si conocemos la gravedad de un
planeta, basta con multiplicar la masa del objeto por el valor de la gravedad
para hallar su peso.
P=m\cdot g
Por lo tanto, cuando preguntamos «¿cuánto
pesas?» en realidad deberíamos decir «¿cuál es tu masa?» para saber la masa de
la persona. Evidentemente, ya entendemos que nos preguntan por la masa, pero en
términos científicos está mal dicho.
