Alvarenga Cuarta Edisión

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CONTENIDO

UNIDAD 1 INTRODUCCIóN 

1. Cifras significativas 
1.1 Ramas de la física 
1.2 Potencias de 10-Orden de magnitud 
1.3 Cifras significativas 
1.4 Operaciones con cifras significativas 
1.5 Un tema especial 
Origen del Sistema Métrico, de Unídades 
Repaso 
Tres experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Respuestas 

2. Funciones y gráficas 
2.1 Proporción directa 
2.2 variación lineal 
2.3 Variación no lineal (cuadrática o cúbica) 
2.4 Relaciones inversas 
2.5 Un tema especial 
Cambio de escalas 
Repaso 
Dos experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Respuestas 

UNIDAD II CINEMÁTICA 

3. Movimiento rectilíneo 
3.1 Introducción 
3.2 Movimiento rectilíneo uniforme 
3.3 Velocidad instantánea y velocidad media 
3.4 Movimiento rectilíneo uniformemente variado 
3.5 Caída libre 
3.6 Un tema especial 
Galileo Galilei 
Repaso 
Cuatro experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Problemas complementarios 
Respuesta 

4. Vectores - movimiento curvilíneo 
4.1 Cantidades vectoriales y escalares 
4.2 Adición de vectores 
4.3 Vector velocidad y vector aceleración 
4.4 Movimiento circular uniforme 
4.5 Composición de velocidades 
4.6 Un tema especial La Física en los encuentros deportivos 
Repaso 
Tres experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Problemas complementarios 
Respuestas 

UNIDAD III LEYES DE NEWTON 

5. Primera y tercera leyes de Newton 
5.1 Concepto de fuerza. Primera ley de Newton 
5.2 Equilibrio de una partícula 
5.3 Tercera ley de Newton 
5.4 Fuerza de fricción (o rozamiento) 
5.5 Un tema especial 
Isaac Newton 
Repaso 
Siete experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Respuestas 

Apéndice A 
A.1 Momento de una fuerza 
A.2 Equilibrio de un cuerpo rígido 
Problemas complementarios 
Respuestas 

6. Segunda ley de Newton 
6.1 La segunda ley de Newton 
6.2 Unidades de fuerza y de masa 
6.3 Masa y peso 
6.4 Ejemplos de aplicación de la segunda ley de Newton 
6.5 Caída con resistencia del aire 
6.6 Fuerzas en el movimiento circular 
6.7 Un tema especial 
Limitaciones de la Mecánica 
Newtoniana 
Repaso 
Cuatro experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Respuestas 

Apéndice B 
B.l Movimiento de un proyectil 
B.2 La aplicación de las leyes de Newton a sistemas de cuerpos 
Problemas complementarios 
Respuestas 

7. Gravitación universal 
7.1 Introducción 
7.2 Leyes de Kepler 
7.3 La gravitación universal 
7.4 Movimiento de los satélites 
7.5 Variación de la aceleración de la gravedad 
7.6 Un tema especial 
El éxito de la Gravitación 
Uníversal 
Repaso 
Cuatro experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Problemas complementarios 
Respuestas 

8. Hidrostática 
8.1 Presión y densidad (o masa específica) 
8.2 Presión atmosférica 
8.3 Variación de la presión con la profundidad 
8.4 Aplicaciones de la ecuación fundamental 
8.5 Principio de Arquímedes 
8.6 Un tema especial 
Arquímedes 
Repaso 
Siete experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Problemas complementarios 
Respuestas 

UNIDAD IV LEYES DE CONSERVACIóN 

9. Conservación de la energía 
9.1 Trabajo (mecánico) 
9.2 Potencia (rapidez de trabajo) 
9.3 Trabajo y energía cinética 
9.4 Energía potencial gravitacional 
9.5 Energía potencial elástica 
9.6 Conservación de la energía 
9.7 Ejemplos de aplicación de la conservación de la energía 
9.8 Un tema especial 
La relación entre masa y energía 
Repaso 
Cuatro experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Problemas complementarios 
Respuestas 

10. Conservación de la cantidad de movimiento 
10.1 Impulso y cantidad de movimiento (o ímpetu) 
10.2 Cantidad de movimiento de un sistema de partículas 
10.3 Conservación de la cantidad de movimiento 
10.4 Fuerzas impulsivas-colisiones o choques 
10.5 Un tema especial 
El descubrimiento del neutrón 
Repaso 
Tres experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Problemas complementarios 
Respuestas 

UNIDAD V TEMPERATURA DILATACIóN -GASES 

11. Temperatura y dilatación 
11.1 Temperatura -escalas termométricas 
11.2 Dilatación de los sólidos 
11.3 Dilatación de los líquidos 
11.4 Un tema especial 
Termómetros y escalas 
Resumen histórico 
Repaso 
Cuatro experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Problemas complementarios 
Respuestas 

12. Comportamiento de los gases 
12.1 Transformación isotérmica 
12.2 Transformación isobárica 
12.3 Ley de Avogadro 
12.4 Ecuación de estado de un gas ideal 
12.5 Modelo molecular de un gas 
12.6 Un tema especial 
Desarrollo del modelo molecular de la materia 
Repaso 
Tres experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Problemas complementarios 
Respuestas 

UNIDAD VI CALOR 

13. Primera ley de la termodinámica 
13.1 El calor como energía 
13.2 Trasmisión del calor 
13.3 Capacidad térmica y calor específico 
13.4 Trabajo en una variación de volumen 
13.5 Primera ley de la termodinámica 
13.6 Aplicaciones de la primera ley de la termodinámica 
13.7 Un tema especial 
Máquinas térmicas-la segunda ley de la termodinámica 
Repaso 
Seis experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Respuestas 

Apéndice C 
C.1 Transferencia de calor: estudio cuantitativo 
C.2 Máquinas térmicas: información adicional 
Problemas complementarios 
Respuestas 

14. Cambios de fase 
14.1 Sólidos, líquidos y gases 
14.2 Fusión y solidificación 
14-3 Vaporización y condensación 
14.4 Influencia de la presión 
14.5 Sublimación: diagrama de fases 
14.6 Un tema especial Comportamiento de un gas real 
Repaso 
Cinco experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Problemas complementarios 
Respuestas 

UNIDAD VII óPTICA Y ONDAS 

15. Reflexión de la luz 
15.1 Introducción 
15.2 Reflexión de la luz 
15.3 Espejo plano 
15.4 Espejos esféricos 
15.5 Imagen de un objeto grande 
15.6 Ecuación de los espejos esféricos 
15.7 Un tema especial 
La velocidad de la luz 
Repaso 
Ocho experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Problemas complementarios 
Respuestas 

16. Refracción de la luz 
16.1 Refracción de la luz 
16.2 Algunos fenómenos relacionados con la refracción 
16.3 Descomposición de la luz 
16.4 Lentes esféricas 
16.5 Formación de imágenes en las lentes 
16.6 instrumentos ópticos 
16.7 Un tema especial 
Las ideas de Newton sobre la naturaleza de la luz y los colores de los cuerpos 
Repaso 
Ocho experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Problemas complementarios 
Respuestas 

17. Movimiento ondulatorio -acústica 
17.1 Movimiento armónico simple 
17.2 Ondas en una cuerda 
17.3 Ondas en la superficie de un líquido 
17.4 Difracción 
17.5 Interferencia 
17.6 Interferencia con la luz 
17.7 Ondas sonoras-acústica 
17.8 Un tema especial 
El efecto Doppler 
Repaso 
Cuatro experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Respuestas 

Apéndice D 
D.1 Las ecuaciones del movimiento armónico simple 
D.2 Cuerdas vibrantes y tubos sonoros 
D-3 Las ecuaciones del efecto Doppler 

UNIDAD VIII ELECTROSTÁTICA CAMPO Y POTENCIAL 
ELÉCTRICOS 

18. Carga eléctrica 
18.1 Electrización 
18.2 Conductores y aislantes 
18.3 Inducción y polarización 
18.4 Electroscopios 
18.5 Ley de Coulomb 
18.6 Un tema especial 
Los primeros descubrimientos en el campo de la electricidad 
Repaso 
Cinco experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Problemas complementarios 
Respuestas 

19. Campo eléctrico 
19.1 Concepto de campo eléctrico 
19.2 Campo eléctrico originado por cargas puntuales 
19.3 Líneas de fuerza 
19.4 Comportamiento de un conductor electrizado 
19.5 Un tema especial 
Rigidez dieléctrica-Poder de las puntas 
Repaso 
Dos experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Problemas complementarios 
Respuestas 

20. Potencial eléctrico 
20.1 Diferencia de potencial eléctrico. Tensión o voltaje 
20.2 Tensión eléctrica en un campo uniforme. Potencial en un punto 
20.3 Tensión eléctrica en el campo de una carga puntual 
20.4 Superficies equipotenciales 
20.5 Un tema especial 
El Generador de Van de Graaff 
Repaso 
Dos experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Problemas complementarios 
Respuestas 

UNIDAD IX ELECTROCINÉTICA, CORRIENTE Y CIRCUITOS 
ELÉCTRICOS (CC) 

21. Corriente eléctrica 
21.1 Corriente eléctrica (continua y alterna) 
21.2 Circuitos simples de CC 
21.3 Resistencia eléctrica 
21.4 La ley de Ohm 
21.5 Conexión de resistores (o resistencias) 
21.6 Instrumentos eléctricos de medición 
21.7 Potencia en un elemento del circuito 
21.8 Un tema especial 
Variación de la resistencia con la temperatura 
Repaso 
Nueve experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Problemas complementarios 
Respuestas 

22. Fuerza electromotriz - ecuaciones de circuito 
22.1 Fuerza electromotriz (o electromotancia) 
22.2 Ecuación del circuito 
22.3 Tensión terminal de un generador 
22.4 Un tema especial 
El Tubo Electrónico y el Transistor 
Repaso 
Cinco experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Problemas complementarios 
Respuestas 

UNIDAD X ELECTROMAGNETISMO -CAMPOS - INDUCCIóN - 
SISTEMAS DE CA 

23. Campo magnético-I 
23.1 Magnetismo 
23.2 Electromagnetismo 
23.3 Campo magnético 
23.4 Movimiento circular en un campo magnético 
23.5 Fuerza magnética sobre un conductor 
23.6 Un tema especial 
El ciclotrón 
Repaso 
Cinco experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Problemas complementarios 
Respuestas 

24. Campo magnético - II 
24.1 Campo magnético de un conductor rectilíneo 
24.2 Campo magnético en el centro de una espira circular 
24.3 Campo magnético de un solenoide 
24.4 influencia del medio en el valor del campo magnético 
24.5 Un tema especial 
El descubrimiento del electrón 
Repaso 
Cinco experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 

Cuestionario 
Respuestas 

Apéndice E 
E.1 La ley de Biot-Savart 
E.2 Aplicaciones de la ley de Biot-Savart 
Problemas complementarios 
Respuestas 

25. Inducción electromagnética - ondas y sistemas de CA 
25.1 Fuerza electromotriz inducida 
25.2 Ley de Faraday 
25.3 Ley de Lenz 
25.4 El transformador 
25.5 Ondas electromagnéticas 
25.6 Espectro electromagnético 
25.7 Un tema especial 
Trasmisión y distribución de la energía eléctrica 
Repaso 
Cuatro experimentos sencillos 
Preguntas y problemas 
Cuestionario 
Preguntas de interpretación de textos 
Respuestas 

Apéndice F 
F.l Una visión panorámica 
F.2 El mundo de lo muy pequeño Cuáles son las partículas elementales 
F.3 El mundo de los mundos grandes 
F.4 El mundo de las estructuras complejas 

Apéndice G 
G.1 Capacitores 
G.2 Conexión de capacitores 
G.3 Energía en un capacitor 

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Segunda detección de ondas gravitacionales

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En febrero de este año el Observatorio por Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO), en Estados Unidos, anunció que había conseguido detectar por primera vez ondas gravitacionales, distorsiones en el espacio-tiempo predichas por Einstein. La señal, denominada GW150914, se registró el 14 de septiembre de 2015 en los dos detectores gemelos que tiene este observatorio en Livingston (Louisiana) y Hanford (Washington). Su origen estaba en la fusión de dos lejanos agujeros negros, según los científicos.

Ahora, los miembros de LIGO informan de que el año pasado también hicieron otra observación de ondas gravitacionales producidas por la colisión y unión de otro par de agujeros negros (con 14 y 8 veces la masa del Sol), que acabaron formando uno solo de unas 21 masas solares. Durante la fusión, una cantidad de energía más o menos equivalente a la masa de nuestra estrella se convirtió en ondas gravitacionales.

La nueva señal, llamada GW151226, llegó a los detectores el 26 de diciembre del 2015 y se midió 1,1 milisegundos antes en el detector de Livingston que en el de Hanford. Esto ofrece una idea aproximada de la posición de la fuente en el cielo, que los expertos sitúan a 1.400 millones de años luz de distancia.

"Es muy significativo que estos agujeros negros fuesen mucho menos masivos que los de la primera detección (cuyas masas eran 36 y 29 veces la del Sol)", dice Gabriela González, portavoz de la colaboración científica LIGO y profesora de física y astronomía en la Universidad del Estado de Louisiana (EE UU).

"Debido a sus masas más ligeras, se pasaron más tiempo –alrededor de un segundo– en la banda sensible de los detectores”, añade la investigadora, quien destaca: “Es un comienzo prometedor para el estudio de las poblaciones de los agujeros negros en nuestro universo".

Los descubridores también subrayan que GW151226 es la segunda observación confirmada de una fusión de agujeros negros y, junto con GW150914, “marca el inicio de la astronomía de ondas gravitacionales como un nuevo medio revolucionario para explorar nuevas fronteras de nuestro universo, especialmente de sus eventos más oscuros y energéticos".

"Con la detección de dos eventos fuertes en los cuatro meses de nuestro primer periodo de observación, podemos empezar a hacer predicciones acerca de la frecuencia con la que podríamos estar escuchando las ondas gravitacionales en el futuro", apunta Albert Lazzarini, director adjunto de LIGO desde el instituto Caltech.

Las ondas gravitacionales producidas por objetos como el par de agujeros negros estiran y comprimen el espacio-tiempo a medida que se propagan a través del universo. Este efecto de estiramiento y compresión, muy atenuado ya cuando llegó a la Tierra, es el que registraron los avanzados y sensibles detectores, llamados Advanced-LIGO por ser una versión mejorada de los de primera generación.

La señal GW151226 fue identificada a tan solo 70 segundos de su llegada a la Tierra con algoritmos matemáticos. Aproximadamente un minuto después, se tenían las primeras indicaciones sobre su origen gracias a una técnica conocida como filtrado adaptado, donde se comparan los datos con predicciones de señales gravitacionales para encontrar la que coincide mejor.

En este caso, el filtrado adaptado fue esencial tanto para la detección como para el posterior análisis de GW151226, debido a su menor intensidad respecto a GW150914 y porque es difícil de ver a simple vista.

El desarrollo de catálogos precisos de formas de onda basados en la relatividad general, imprescindibles para estudiar las fusiones de agujeros negros, es una de las actividades principales del Grupo de Relatividad y Gravitación (GRG), liderado por la investigadora Alicia Sintes desde la Universidad de las Islas Baleares, participante en el estudio.

Además, las fórmulas de este equipo son utilizadas para generar los cientos de miles de patrones de onda utilizados en el análisis de los datos de LIGO. Para calibrar estos patrones se usan simulaciones numéricas, generadas con la ayuda de la infraestructura computacional europea (PRACE) y de la Red Española de Supercomputación.

El profesor Sascha Husa, miembro del GRG, ha tenido acceso al MareNostrum, el supercomputador más potente de España del Barcelona Supercomputing Center - Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS), que ha sido esencial para el desarrollo de estos catálogos. Tanto Sascha Husa como Sintes forman parte del Consejo de LIGO y han participado, junto con otros miembros del grupo de la UIB, en los artículos de estos descubrimientos.

Los observatorios LIGO están financiados por la National Science Foundation (NSF) de EE UU. Fueron concebidos, construidos y actualmente son operados por los institutos Caltech y MIT. El nuevo hallazgo, aceptado para su publicación en la revista Physical Review Letters, fue realizado por toda la colaboración científica LIGO (que incluye la colaboración británico-alemana GEO y el Australian Consortium for Interferometric Gravitational Astronomy), junto a la colaboración Virgo, otro detector de ondas gravitacionales situado en Pisa (Italia).

La investigación la llevan a cabo más de 1.000 científicos de EE UU y otros 14 países. Además, más de 90 universidades y centros de investigación desarrollan tecnología para el detector y analizan los datos. El próximo periodo de observación con Advanced-LIGO tendrá lugar este otoño, cuando se habrán introducido nuevas mejoras en la sensibilidad de los detectores para alcanzar un volumen de universo hasta dos veces mayor que el actual. (Fuente: UIB)

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