Física

Unidades fundamentales. Múltiplos y submúltiplos. La medición en física. Cifras significativas. Órdenes de magnitud.

Magnitudes escalares y vectoriales: definición y representación gráfica. Operaciones con vectores: suma, resta, multiplicación por un escalar, producto escalar y producto vectorial. Sistema de coordenadas cartesianas. Versores. Expresión de un vector en componentes cartesianas. Proyecciones de un vector. Análisis dimensional.

Fuerzas. Momento de una fuerza. Unidades. Cuerpos puntuales: resultante y equilibrante. Cuerpos extensos: centro de gravedad, resultante y momento neto. Condiciones de equilibrio para cuerpos extensos. Cuerpos vinculados. Reacciones de vínculo. Máquinas simples.

Densidad y peso específico. Concepto de presión. Unidades. Concepto de fluido. Fluido ideal. Presión en líquidos y gases. Principio de Pascal. Prensa hidráulica. Teorema fundamental de la hidrostática. Experiencia de Torricelli. Presión absoluta y manométrica. Teorema de Arquímedes. Flotación y empuje. Peso aparente.

Modelo de punto material o partícula. Sistemas de referencia y de coordenadas. Posición, desplazamiento, distancia, trayectoria. Velocidad media, instantánea y rapidez. Unidades. Aceleración media e instantánea. Ecuaciones horarias. Movimiento rectilíneo. Gráficos r (t), v (t) y a (t). Interpretación gráfica de la velocidad y la aceleración.

Movimiento vectorial en el plano: coordenadas intrínsecas, aceleración tangencial, normal y total. Tiro oblicuo. Movimiento circular: período y frecuencia, velocidad y aceleración angular. Movimiento relativo.

Interacciones: concepto de fuerza. Clasificación de las fuerzas fundamentales. Leyes de Newton. Peso y masa. Diagrama de cuerpo libre. Fuerzas de contacto (normal y rozamiento), elástica y gravitatoria. Sistemas inerciales y no inerciales. Fuerzas ficticias: de arrastre y centrífuga. Aplicaciones de la dinámica a sistemas de uno o varios cuerpos vinculados. Peralte, péndulo cónico, movimiento oscilatorio armónico, péndulo simple, masa-resorte.

Es el estudio del movimiento de los cuerpos. Desde el recorrido de un auto en una ruta hasta la caída de una moneda desde la terraza, todo puede explicarse y predecirse utilizando los conceptos de movimiento rectilíneo uniforme (MRU) y movimiento rectilíneo uniformemente variado (MRUV) entre otros. Forman parte de esta unidad también el tiro vertical y la caída libre.

En este tema se estudian las fuerzas aplicadas a los objetos, el concepto de fuerza resultante y cómo ésta afecta a la aceleración de los cuerpos. Este último concepto -la aceleración- está íntimamente relacionada con lo aprendido en la unidad anterior ya que es fundamental para comprender el cambio de velocidad de los objetos. En esta unidad se ven las famosas Leyes de Newton.

¿Qué es la energía? Aunque esta palabra suele usarse en la vida cotidiana, el concepto físico de energía es un poco más estricto y su comprensión tiene algunas dificultades iniciales. Los distintos tipos de energía (cinética, potencial) y cómo se convierten unas en las otras son cuestiones centrales en esta unidad. El trabajo de una fuerza también tiene una definición compleja, pero finalmente se entenderá como el cambio de la energía cinética del objeto sobre el cuál es aplicada.

Trabajo de fuerzas constantes y variables. Potencia. Energía cinética. Unidades. Fuerzas conservativas y no conservativas. Energía potencial. Relación entre fuerza conservativa y energía potencial. Energía mecánica. Conservación de la energía mecánica. Diagramas de energía.

La hidrostática es el estudio de los fluidos en reposo, entendiéndose por fluido tanto a los líquidos como a los gases. Esta unidad abarca el estudio de las características físicas de estos sistemas, y su comprensión permite entender cuestiones tales como la razón por la cual los buzos soportan presiones tan altas al sumergirse en las profundidades.

A diferencia de hidrostática, la hidrodinámica estudia la característica de los fluidos en movimiento. A partir del estudio de esta unidad temática, uno puede comprender los caudales y, entre otras cosas, calcular el tiempo en el que se vacía un tanque de agua. Es importante para las aplicaciones de medicina y otras ciencias de la salud, ya que, sin ir más lejos, el sistema circulatorio es hidrodinámico.

Los conceptos aprendidos de trabajo y energía se retoman para darle un marco teórico más robusto y entender los fenómenos de transferencia de calor e intercambio de energía entre los sistemas. En esta unidad se aprende la diferencia entre temperatura y calor, así como también el rol de la transferencia de energía en el aumento de la temperatura de los sistemas. O dicho de otra forma, cómo poner fuego debajo de una pava permite que al cabo de un rato podamos tomar un mate. Es una unidad interesante y de mucha aplicación a los sistemas biológicos.

La última unidad de la materia es la de la electricidad. Aquí uno aprende cómo funcionan circuitos sencillos y una primera aproximación hacia el concepto de diferencia de potencial o voltaje. Los circuitos eléctricos son muy relevantes para ciencias de la salud ya que muchos sistemas biológicos tales como las membranas de las neuronas pueden ser pensados como circuitos eléctricos con voltajes tales como los de la corriente eléctrica (¡aunque no tan altos!). El estudio de esta unidad es muy importante para la comprensión de muchos temas de fisiología.

Movimiento rectilíneo: velocidad y aceleración media e instantánea. Movimiento vertical libre bajo la acción de la gravedad. Representación vectorial de la velocidad y la aceleración en el movimiento rectilíneo. Composición de velocidades y aceleraciones. Aceleraciones normal y tangencial. Movimiento curvilíneo con aceleración constante. Movimiento circular: velocidad angular, aceleración angular. Relaciones vectoriales en el movimiento circular. Movimiento circular uniforme y uniformemente variado. Ejemplo: velocidad y aceleración de un punto sobre la superficie terrestre. Movimiento en una, dos y tres dimensiones. Movimientos relativos. Movimiento armónico simple.

Concepto de interacción; interacciones fundamentales. Primera ley de Newton. Masa. Vector cantidad de movimiento o momentum lineal. Principio de conservación de la cantidad de movimiento. Segunda y tercera leyes del movimiento. Unidades de fuerza. Interacciones: gravitatoria, elástica, de vínculo y de rozamiento. Dinámica del movimiento armónico simple. Movimiento de un cuerpo por acción de una fuerza constante, de una fuerza dependiente de la posición y fuerza dependiente de la velocidad. Péndulo simple: resolución de la ecuación diferencial para pequeñas amplitudes. Período, frecuencia. Fuerzas viscosas. Sistemas inerciales y no inerciales; fuerzas ficticias. Sistemas de masa variable; movimiento de cohetes.

Concepto de torque y de momentum angular o momento cinético. Fuerzas centrales. Conservación del momento cinético. Momento angular orbital y de spin.

Concepto de centro de masa. Movimiento del centro de masa de un sistema de partículas (aislado y sujeto a fuerzas externas). Conservación de la cantidad de movimiento en un sistema de partículas. Cantidad de movimiento del sistema de partículas referida al sistema centro de masa y al sistema laboratorio. Momento cinético de un sistema de partículas. Energía cinética de un sistema de partículas referida al sistema centro de masa y al sistema laboratorio. Conservación de la energía mecánica. Energía interna de un sistema de partículas. Colisiones: elásticas, inelásticas, plásticas y explosivas.

Dinámica de los fluidos. Régimen estacionario. Ecuación de continuidad. Teorema de Bernoulli. Aplicaciones. Medidor de Venturi. Tubo de Pitot.

Concepto de rigidez. Movimiento de un cuerpo rígido: traslación, rotación, rototraslación. Velocidad y aceleración de cualquier punto del cuerpo rígido. Centro instantáneo de rotación. Ejes principales de inercia. Momento cinético de un sólido rígido. Momento de inercia. Teorema de Steiner. Ecuaciones de movimiento de un sólido rígido. Energía cinética de rotación de un sólido rígido. Movimiento rototraslatorio y de rodadura.

Descripción del movimiento ondulatorio. Ondas. Ecuación general del movimiento ondulatorio. Ondas mecánicas. Ondas de presión en un gas. Ondas transversales en una cuerda. Ondas elásticas transversales en una varilla. ¿Qué se propaga en el movimiento ondulatorio? Concepto de frente de onda. Principio de superposición: ondas estacionarias, batido e interferencia. Método fasorial.

Velocidad de grupo y de fase, número de onda, pulsación. Noción de coherencia. Acústica. Ondas estacionarias en una cuerda y en un tubo. Intensidad del sonido. Efecto Doppler. Concepto de resonancia.

Teorías sobre la naturaleza de la luz, dualidad onda partícula. Principio de Huyghens. Principio de Fermat. Experiencia de Young. Coherencia. Diagrama de intensidades. Interferencia: de dos fuentes o más fuentes. Interferencia por división de amplitud. Concepto de difracción. Difracción por una ranura. Difracción de Fraunhoffer. Diagrama de intensidades de difracción. Diagramas de interferencia y difracción superpuestos. Redes de difracción.

Modelo del rayo luminoso. Concepto de reflexión y refracción. Leyes de Snell. Índice de refracción absoluto y relativo. Leyes de la reflexión. Espejos planos y curvos. Dioptras. Lentes delgadas. Focos y planos focales. Potencia de una lente. Aumento en los distintos instrumentos ópticos. Formación de imágenes en lentes gruesas.

Carga eléctrica. Ley de Coulomb. Campo electrostático. Flujo del campo electrostático. Ley de Gauss. Conductores en equilibrio electrostático. Inducción. Energía potencial electrostática. Potencial electrostático. Diferencia de potencial. Relación entre el potencial y el campo electrostáticos. Capacidad electrostática. Capacitores. Dieléctricos. Descripción macroscópica y microscópica. Vector desplazamiento y vector polarización. Ley de Gauss en medios materiales.

Concepto de fuerza electromotriz. Fuerza electromotriz y conductores. Corriente eléctrica. Resistencia eléctrica. Ley de Ohm. Circuitos de corriente eléctrica continúa. Leyes de Kirchhoff. Potencia y efecto Joule. Instrumentos eléctricos. Circuito puente y circuito potenciómetro.

Fuerza sobre una carga en movimiento. Campo magnético creado por una corriente eléctrica. Ley de Ampere. Aplicaciones. Ley de Biot-Savart. Aplicaciones. Fuerza magnética sobre circuitos que transportan corriente. Efecto Hall. Momento magnético de una espira con corriente. Cupla sobre una espira en un campo magnético.

Inducción electromagnética. Ley de Faraday. Inducción mutua y autoinducción. Energía magnética. Magnetismo en medios materiales. Vectores M y H. Diamagnetismo y paramagnetismo. Ferromagnetismo. Circuitos magnéticos. Fuerza electromotriz alterna. Circuitos de corriente alterna. Impedancia compleja. Potencia activa y reactiva. Resonancia. Corrientes variables en el tiempo.

Ecuaciones de Maxwell. Ecuación de ondas electromagnéticas. Espectro electromagnético.

Calorimetría y termometría. Transmisión del calor. Conducción, Convección y radiación. Equivalencia entre trabajo y cantidad de calor. Energía interna. Primer Principio de la Termodinámica. Aplicación a gases ideales. Segundo Principio de la Termodinámica. Transformaciones reversibles e irreversibles. Teorema de Carnot. Entropía.