domingo, 3 de octubre de 2010
Leyes de Newton
La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercía, nos dice que si sobre un cuerpo no actua ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero).
Como sabemos, el movimiento es relativo, es decir, depende de cual sea el observador que describa el movimiento. Así, para un pasajero de un tren, el interventor viene caminando lentamente por el pasillo del tren, mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de una estación, el interventor se está moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el movimiento. La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como Sistemas de referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actua ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.
En realidad, es imposible encontrar un sistema de referencia inercial, puesto que siempre hay algún tipo de fuerzas actuando sobre los cuerpos, pero siempre es posible encontrar un sistema de referencia en el que el problema que estemos estudiando se pueda tratar como si estuviésemos en un sistema inercial. En muchos casos, suponer a un observador fijo en la Tierra es una buena aproximación de sistema inercial.
La Primera ley de Newton nos dice que para que un cuerpo altere su movimiento es necesario que exista algo que provoque dicho cambio. Ese algo es lo que conocemos como fuerzas. Estas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros.
La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos expresar la relación de la siguiente manera:
F = m a
Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una dirección y un sentido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe expresarse como:
F = m a
La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por N. Un Newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera una aceleración de 1 m/s2, o sea,
1 N = 1 Kg · 1 m/s2
La expresión de la Segunda ley de Newton que hemos dado es válida para cuerpos cuya masa sea constante. Si la masa varia, como por ejemplo un cohete que va quemando combustible, no es válida la relación F = m · a. Vamos a generalizar la Segunda ley de Newton para que incluya el caso de sistemas en los que pueda variar la masa.
Para ello primero vamos a definir una magnitud física nueva. Esta magnitud física es la cantidad de movimiento que se representa por la letra p y que se define como el producto de la masa de un cuerpo por su velocidad, es decir:
p = m · v
La cantidad de movimiento también se conoce como momento lineal. Es una magnitud vectorial y, en el Sistema Internacional se mide en Kg·m/s . En términos de esta nueva magnitud física, la Segunda ley de Newton se expresa de la siguiente manera:
La Fuerza que actua sobre un cuerpo es igual a la variación temporal de la cantidad de movimiento de dicho cuerpo, es decir,
F = dp/dt
De esta forma incluimos también el caso de cuerpos cuya masa no sea constante. Para el caso de que la masa sea constante, recordando la definición de cantidad de movimiento y que como se deriva un producto tenemos:
F = d(m·v)/dt = m·dv/dt + dm/dt ·v
Como la masa es constante
dm/dt = 0
y recordando la definición de aceleración, nos queda
F = m a
tal y como habiamos visto anteriormente.
Otra consecuencia de expresar la Segunda ley de Newton usando la cantidad de movimiento es lo que se conoce como Principio de conservación de la cantidad de movimiento. Si la fuerza total que actua sobre un cuerpo es cero, la Segunda ley de Newton nos dice que:
0 = dp/dt
es decir, que la derivada de la cantidad de movimiento con respecto al tiempo es cero. Esto significa que la cantidad de movimiento debe ser constante en el tiempo (la derivada de una constante es cero). Esto es el Principio de conservación de la cantidad de movimiento: si la fuerza total que actua sobre un cuerpo es nula, la cantidad de movimiento del cuerpo permanece constante en el tiempo.
Tal como comentamos en al principio de la Segunda ley de Newton las fuerzas son el resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros.
La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario.
Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo es la que nos hace saltar hacia arriba.
Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros tambien nos movemos en sentido contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona hace sobre nosotros, aunque no haga el intento de empujarnos a nosotros.
Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tenga el mismo valor y sentidos contrarios, no se anulan entre si, puesto que actuan sobre cuerpos distintos.
Modulo de física básica, muy completo
• Estática de los fluidos calor
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Este recurso enriquece enormemente la explicación de procesos intrínsecamente complejos y facilita su comprensión.
Capítulo 1. Átomos y moléculas
Capítulo 2. Agua
Capítulo 3. Moléculas orgánicas
Capítulo 4. Las células: Introducción
Capítulo 5. Cómo están organizadas las células
Capítulo 6. Cómo entran y salen sustancias de la célula
Capítulo 7. El flujo de
Capítulo 8. Glucólisis y respiración
Capítulo 9. Fotosíntesis luz y vida
Capítulo 10. Ciclo
Capítulo 11. Meiosis y reproducción sexual
Capítulo 12. En el jardín de un monasterio: el comienzo de la genética
Capítulo 13. Extensión de la genética mendeliana
Capítulo 14. El DNA el Código Genético y su traducción
Capítulo 15. La genética molecular de los procariotas y de los virus bacterianos
Capítulo 16. DNA recombinante: Las Herramientas del Oficio
Capítulo 17. La genética molecular de los eucariotas
Capítulo 18. Desarrollo: la ejecución de un programa genético
Capítulo 19. Genética humana: Pasado Presente y Futuro
Capítulo 20. Evolución: Teoría y evidencia
Capítulo 21. Las bases genéticas de la evolución
Capítulo 22. La selección natural
Capítulo 23. Sobre el origen de las especies
Capítulo 24. La evolución de los homínidos
Capítulo 25. El comportamiento animal
Capítulo 26. La clasificación de los organismos
Capítulo 27. Procariotas y virus
Capítulo 28. Los protistas
Capítulo 29. Los hongos (fungi)
Capítulo 30. Las plantas
Capítulo 31. El reino animal I: presentando a los invertebrados
Capítulo 32. El reino animal II: los celomados protostomos
Capítulo 33. El reino animal III: los artrópodos
Capítulo 34. El reino animal IV: los deuteróstomos
Capítulo 35. Las plantas con flores: Introducción
Capítulo 36. El cuerpo de la planta y su
Capítulo 37. Procesos de
Capítulo 38. Regulación del crecimiento y desarrollo de las plantas
Capítulo 39. Tejidos órganos y sistemas de los vertebrados
Capítulo 40. Energía y metabolismo I: digestión
Capítulo 41. Energía y metabolismo II: respiración
Capítulo 42. Energía y metabolismo III: circulación
Capítulo 43. Homeostasis I: excreción y
Capítulo 44. Homeostasis II: la regulación de la temperatura
Capítulo 45. Homeostasis III: la respuesta inmune
Capítulo 46. Integración y control I: el
Capítulo 47. Integración y control II: el sistema nervioso
Capítulo 48. Integración y control III: Percepción sensorial y respuesta motora
Capítulo 49. Integración y control IV: el cerebro de los vertebrados
Capítulo 50. La continuidad de la vida I: Reproducción
Capítulo 51. La continuidad de la vida I: Desarrollo
Capítulo 52. Dinámica de poblaciones: El número de organismos
Capítulo 53. Interacciones en las comunidades
Capítulo 54. Ecosistemas
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Hidrocarburos alifáticos
Los hidrocarburos alifáticos son los compuestos orgánicos no derivados del benceno. Están formados por átomos de carbono e hidrógeno, formando cadenas, las cuales pueden ser abiertas o cerradas.
Los hidrocarburos pueden encontrarse unidos por enlaces simples, dobles o triples. Como el carbono es tretavalente, está compartiendo dos electrones en cada enlace, y el hidrógeno, que solamente tiene un electrón, sólo necesita un enlace para poder juntarse con el carbono.
Los hidrocarburos alifáticos son ampliamente utilizados como disolventes, pues pueden disolver sustancias aceitosas, grasas, resinas o incluso caucho y otras sustancias, hecho muy útil en la industria de obtención de sustancias como pinturas, pegamentos, y un largo etc., así como también son de gran utilidad en la síntesis en química orgánica, donde son a menudo utilizados como materia prima.
Dentro del grupo de hidrocarburos alifáticos de cadena abierta tenemos a los alcanos, alquenos y alquinos, diferentes en base a la naturaleza de sus enlaces, y dentro del grupo de hidrocarburos de cadena cerrada, tendremos a aquellos compuestos que se cierran su cadena formando un anillo sin ser derivados del benceno, como por ejemplo, los cicloalcanos.
Los hidrocarburos alifáticos pueden ser “no saturados”, en los casos de las cadenas unidas con dobles o triples enlaces, o saturados, cuando todos los enlaces que conforman la molécula son de tipo simple.
Los hidrocarburos alifáticos se subdividen en: alcanos, alquenos y alquinos.
- Alcanos: Son hidrocarburos alifáticos, también conocidos como de cadena abierta, constituidos por carbonos e hidrógenos unidos por enlaces sencillos.
Responden a la fórmula CnH2n+2, de donde n es el número de carbonos. Para nominar a este tipo de hidrocarburos, se debe ver el número de carbonos que posea la cadena, de manera que podamos anteponer el prefijo griego (met, et, prop, but, etc), añadiendo la terminación –ano.
Los primeros de la serie son:
Metano: CH4
Etano: CH3-CH3
Propano: CH3-CH2-CH3
Butano: CH3-CH2-CH2-CH3
Los hidrocarburos alifáticos saturados, siguen la fórmula de tipo CnH2n+2, de donde n hace referencia al número de átomos de carbono. Estos compuestos que poseen el mismo grupo funcional (el enlace), pero tienen diferente número de átomos, forman lo que se conoce como serie homóloga.
Cuando los hidrocarburos pierden un átomo de hidrógeno, se forman un radical, el cual se nomina de la misma manera pero cambiando la terminación –ano, por –ilo ( si nombramos el nombre aisladamente) o –il ( si se encuentra formando parte de un compuesto), por ejemplo:
CH3 → metilo
CH3-CH2 → etilo
CH3-CH2-CH2 → propilo.
- Alquenos: Son hidrocarburos alifáticos que no se encuentran saturados, en cuya molécula se encuentra presente un doble enlace. Responden a la fórmula CnH2n, donde n es el número de carbonos. Se nombran como los alcanos pero cambiando la terminación –ano, por –eno.
- Alquinos: Son hidrocarburos alifáticos no saturados, que siguen la fórmula CnH2n-2, en cuya estructura se encuentra presente un triple enlace. Se nombran igual que los alcanos o alquenos, pero cambiando la terminación por –ino.
Los hidrocarburos alifáticos cíclicos son los compuestos orgánicos que se encuentran formando un ciclo, representado con formas geométricas que dependen del número de carbonos que constituyan a la molécula.
Estos se nombran anteponiendo el prefijo –ciclo, a nombre del hidrocarburo, como por ejemplo, ciclobutano, ciclopropano, etc.