Marco Teorico

LEY DE NEWTON

Las Leyes de Newton, también conocidas como Leyes del movimiento de Newton,¹ son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por la dinámica, en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos. Revolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el universo, en tanto que

constituyen los cimientos no sólo de la dinámica clásica sino también de la física clásica en general. Aunque incluyen ciertas definiciones y en cierto sentido pueden verse como axiomas, Newton afirmó que estaban basadas en observaciones y experimentos cuantitativos; ciertamente no pueden derivarse a partir de otras relaciones más básicas. La demostración de su validez radica en sus predicciones… La validez de esas predicciones fue verificada en todos y cada uno de los casos durante más de dos siglos.²

En concreto, la relevancia de estas leyes radica en dos aspectos:

Por un lado, constituyen, junto con la transformación de Galileo, la base de la mecánica clásica;

Por otro, al combinar estas leyes con la Ley de la gravitación universal, se pueden deducir y explicar las Leyes de Kepler sobre el movimiento planetario.

Así, las Leyes de Newton permiten explicar tanto el movimiento de los astros, como los movimientos de los proyectiles artificiales creados por el ser humano, así como toda la mecánica de funcionamiento de las máquinas.

Su formulación matemática fue publicada por Isaac Newton en 1687 en su obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.³

No obstante, la dinámica de Newton, también llamada dinámica clásica, sólo se cumple en los sistemas de referencia inerciales; es decir, sólo es aplicable a cuerpos cuya velocidad dista considerablemente de la velocidad de la luz (que no se acerquen a los 300,000 km/s); la razón estriba en que cuanto más cerca esté un cuerpo de alcanzar esa velocidad (lo que ocurriría en los sistemas de referencia no-inerciales), más posibilidades hay de que incidan sobre el mismo una serie de fenómenos denominados efectos relativistas o fuerzas ficticias, que añaden términos suplementarios capaces de explicar el movimiento de un sistema cerrado de partículas clásicas que interactúan entre sí. El estudio de estos efectos (aumento de la masa y contracción de la longitud, fundamentalmente) corresponde a lateoría de la relatividad especial, enunciada por Albert Einstein en 1905.

Movimiento Parabólico

Cuando un objeto es lanzado con cierta inclinación respecto a la horizontal y bajo la acción solamente de la fuerza gravitatoria su trayectoria se mantiene en el plano vertical y es parabólica.

Nótese que estamos solamente tratando el caso partícular en que factores como la resistencia del aire, la rotación de la Tierra, etc., no introducen afectaciones apreciables. Vamos a considerar también que durante todo el recorrido la aceleración debido a la gravedad ( g ) permanece constante y que el movimiento es sólo de traslación.

Para facilitar el estudio del movimiento de un proyectil, frecuentemente este se descompone en las direcciones horizontal y vertical. En la dirección horizontal el movimiento del proyectil es rectilíneo y uniforme ya que en esa dirección la acción de la gravedad es nula y consecuente, la aceleración también lo es. En la dirección vertical, sobre el proyectil actúa la fuerza de gravedad que hace que el movimiento sea rectilíneo uniformemente acelerado, con aceleración constante.

http://rsta.pucmm.edu.do/tutoriales/fisica/leccion6/Cannon_01.swf

Sea un proyectil lanzado desde un cañón. Si elegimos un sistema de referencia de modo que la dirección Y sea vertical y positiva hacia arriba, a _y = – g y a _x = 0. Además suponga que el instante t = 0, el proyectil deja de origen (X _i= Y _i = 0) con una velocidad V_i.

Si Vi hace un ángulo qi con la horizontal, a partir de las definiciones de las funciones sen y cos se obtiene:

V_xi = V_i cos θ

Vyi = V_i sen θ_i

Como el movimiento de proyectiles es bi-dimencional, donde a_x = 0 y a_y = -g, o sea con aceleración constante, obtenemos las componentes de la velocidad y las coordenadas del proyectil en cualquier instante t, con ayuda de las ecuaciones ya utilizadas para el M.R.U.A. Expresando estas en función de las proyecciones tenemos:

X = V_xit = Vi cos θ_i t

y = V_yi t + ½ at²

V_yf = V_yi + at

2ay = V_yf² – V_yi²

Si un proyectil es lanzado horizontalmente desde cierta altura inicial, el movimiento es semi-parabólico.

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Las ecuaciones del movimiento considerando Vyi = 0 serían:

X = V_xi t

y = y_o – ½ gt²

Recomendamos la realización de la práctica virtual Movimiento bajo la aceleración constante de la gravedad, donde se puede estudiar tanto el movimiento parabólico como el semi-parabólico.

Combinando las ecuaciones arriba explicadas para el movimiento parabólico podemos algunas obtener ecuaciones útiles:

– Altura máxima que alcanza un proyectil:

– Tiempo de vuelo del proyectil:

– Alcance del proyectil :

Atendiendo a esta última ecuación, invitamos al lector a demostrar que para una velocidad dada el máximo alcance se logra con una inclinacion de 45o respecto a la horizontal.

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En la página web Projectile Motion el estudiante interesado puede encontrar información adicional acerca de los temas tratados en este epígrafe.

LAS LENTES

Las lentes son objetos transparentes (normalmente de vidrio), limitados por dos superficies, de las que al menos una es curva.

Las lentes más comunes se basan en el distinto grado de refracción que experimentan los rayos de luz al incidir en puntos diferentes de la lente. Entre ellas están las utilizadas para corregir los problemas de visión engafas , anteojos o lentillas. También se usan lentes, o combinaciones de lentes y espejos, en telescopios y microscopios. El primer telescopio astronómico fue construido por Galileo Galilei usando una lente convergente(lente positiva) como objetivo y otra divergente (lente negativa) como ocular. Existen también instrumentos capaces de hacer converger o divergir otros tipos de ondas electromagnéticas y a los que se les denomina también lentes. Por ejemplo, en losmicroscopios electrónicos las lentes son de carácter magnético.

En astrofísica es posible observar fenómenos de lentes gravitatorias cuando la luz procedente de objetos muy lejanos pasa cerca de objetos masivos, y se curva en su trayectoria.

Etimología

La palabra lente proviene del latín «lens, lentis» que significa «lenteja» con lo que a las lentes ópticas se las denomina así por parecido de forma con la legumbre.

En el siglo XIII empezaron a fabricarse pequeños discos de vidrio que podían montarse sobre un marco. Fueron las primeras gafas de libros.

Lentes artificiales

Se suele denominar lentes artificiales a las construidas con materiales artificiales no homogéneos, de modo que su comportamiento exhibe índices de refracción menores que la unidad (conviene recordar que la velocidad de fase sí puede ser mayor que la velocidad de la luz en el vacío), con lo que, por ejemplo, se tienen lentes biconvexas divergentes. Nuevamente este tipo de lentes es útil en microondas y sólo últimamente se han descrito materiales con esta propiedad a frecuencias ópticas.

La refracción de la luz

Se denomina refracción luminosa al cambio que experimenta la dirección de propagación de la luz cuando atraviesa oblicuamente la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza. Las lentes, las máquinas fotográficas, el ojo humano y, en general, la mayor parte de los instrumentos ópticos basan su funcionamiento en este fenómeno óptico.

El fenómeno de la refracción va, en general, acompañado de una reflexión, más o menos débil, producida en la superficie que limita los dos medios transparentes. El haz, al llegar a esa superficie límite, en parte se refleja y en parte se refracta, lo cual implica que los haces reflejado y refractado tendrán menos intensidad luminosa que el rayo incidente. Dicho reparto de intensidad se produce en una proporción que depende de las características de los medios en contacto y del ángulo de incidencia respecto de la superficie límite. A pesar de esta circunstancia, es posible fijar la atención únicamente en el fenómeno de la refracción para analizar sus características.

Las leyes de la refracción

Al igual que las leyes de la reflexión, las de la refracción poseen un fundamento experimental. Junto con los conceptos de rayo incidente, normal y ángulo de incidencia, es necesario considerar ahora el rayo refractado y el ángulo de refracción o ángulo que forma la normal y el rayo refractado.

Sean 1 y 2 dos medios transparentes en contacto que son atravesados por un rayo luminoso en el sentido de 1 a 2 y e1 y e2 los ángulos de incidencia y refracción respectivamente. Las leyes que rigen el fenómeno de la refracción pueden, entonces, expresarse en la forma:

1.ª Ley. El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano.

2.ª Ley. (ley de Snell) Los senos de los ángulos de incidencia e1 y de refracción e2 son directamente proporcionales a las velocidades de propagación v1 y v2 de la luz en los respectivos medios.

Recordando que índice de refracción y velocidad son inversamente proporcionales la segunda ley de la refracción se puede escribir en función de los índices de refracción en la forma:

o en otros términos:

n1 · sen e1 = n2 · sen e2 = cte

Esto indica que el producto del seno del ángulo e por el índice de refracción del medio correspondiente es una cantidad constante y, por tanto, los valores de n y sen e para un mismo medio son inversamente proporcionales.

Debido a que la función trigonométrica seno es creciente para ángulos menores de 90º, de la última ecuación se deduce que si el índice de refracción ni del primer medio es mayor que el del segundo n2, el ángulo de refracción e2 es mayor que el de incidencia e1 y, por tanto, el rayo refractado se aleja de la normal.

Por el contrario, si el índice de refracción n1 del primer medio es menor que el del segundo n2, el ángulo de refracción e2 es menor que el de incidencia el y el rayo refractado se acerca a la normal.

Estas reglas prácticas que se deducen de la ecuación son de mucha utilidad en la representación de la marcha de los rayos, operación imprescindible en el estudio de cualquier fenómeno óptico desde la perspectiva de la óptica geométrica.

La refringencia de un medio transparente viene medida por su índice de refracción. Los medios más refringentes son aquellos en los que la luz se propaga a menor velocidad; se dice también que tienen una mayor densidad óptica. Por regla general, la refringencia de un medio va ligada a su densidad de materia, pues la luz encontrará más dificultades para propagarse cuanta mayor cantidad de materia haya de atravesar para una misma distancia. Así pues, a mayor densidad, menor velocidad y mayor índice de refracción o grado de refringencia.

LA ELONGACIÓN EN EL M.A.S.

Una vez establecida la relación entre el movimiento circular

uniforme y el M.A.S, vamos a utilizarla para hallar la ecuación de la elongación de un punto que se mueve con un M.A.S.

Observa el gráfico. Un móvil parte de O, recorriendo la circunferencia con una velocidad angular constante w. Al cabo de cierto tiempo barre un determinado ángulo Q, llamado espacio angular. Como es un movimiento circular uniforme, podemos escribir:Espacio angular = Q = w t

En ese tiempo el resorte pasó de O a M comprimiéndose la distancia x.

La proyección del vector posición (A) sobre el eje vertical x, determina la elongación del M.A.S. asociado.

Aplicando la trigonometría al triángulo azul podemos escribir: x = A sen(w t), ya que la hipotenusa del triángulo es el radio A de la circunferencia, y al mismo tiempo, es el mayor valor que toma la elongación, o sea, la amplitud.

La ecuación de la elongación de un punto que describe un M.A.S. es: x = A sen(w t)

Amplitud (física)

Para otros usos de este término, véase Amplitud.

Onda sinusoide:
1 = Amplitud,
2 = Amplitud de pico a pico,
3 = Media cuadrática,
4 = Periodo.

En física la amplitud de un movimiento oscilatorio, ondulatorio o señal electromagnética es una medida de la variación máxima del desplazamiento u otra magnitud física que varía periódica o cuasiperiódicamente en el tiempo. Es la distancia máxima entre el punto mas alejado de una onda y el punto de equilibrio o medio.

Período de oscilación

Representación de un movimiento senoidal en el que el período de oscilación va aumentando.

En física, el período de una oscilación u onda (T) es el tiempotranscurrido entre dos puntos equivalentes de la onda. El concepto aparece tanto en matemáticas como en física y otras áreas de conocimiento.

Es el mínimo lapso que separa dos instantes en los que el sistema se encuentra exactamente en el mismo estado: mismas posiciones, mismas velocidades, mismas amplitudes. Así, el periodo de oscilación de una onda es el tiempo empleado por la misma en completar una longitud de onda.En términos breves es el tiempo que dura un ciclo de la onda en volver a comenzar.Por ejemplo, en una onda, el periodo es el tiempo transcurrido entre dos crestas o valles sucesivos. El periodo (T) es inverso a la frecuencia (f):

$T=\frac {1}{\mbox{frecuencia}} = \frac {2\pi}{\mbox{frecuencia angular}}$

Definición

Frecuencia

Para el uso de este término en Estadística, véase Frecuencia estadística.

Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.

Ejemplos de ondas de distintas frecuencias; se observa la relación inversa con la longitud de onda.

Para calcular la frecuencia de un suceso. Según el SI (Sistema Internacional), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a Heinrich Rudolf Hertz. Un hercio es aquel suceso o fenómeno repetido una vez porsegundo. Así, dos hercios son dos sucesos (períodos) por segundo, etc. Esta unidad se llamó originariamente «ciclo por segundo» (cps) y aún se sigue utilizando. Otras unidades para indicar la frecuencia son revoluciones por minuto (rpm). Las pulsaciones del corazón y el tempomusical se miden en «pulsos por minuto» (bpm, del inglés beats per minute).

$1 \,\mathrm{Hz} = \frac{1}{\mathrm{s}}$

Oscilación

Se denomina oscilación a una variación, perturbación o fluctuación en el tiempo de un medio o sistema. Si el fenómeno se repite, se habla de oscilación periódica. Oscilación, en física,química e ingeniería es el movimiento repetido de un lado a otro en torno a una posición central, o posición de equilibrio. El recorrido que consiste en ir desde una posición extrema a la otra y volver a la primera, pasando dos veces por la posición central, se denomina ciclo. El número de ciclos por segundo, o hercios (Hz), se conoce como frecuencia de la oscilación.

Una oscilación en un medio material es lo que crea el sonido. Una oscilación en una corriente eléctrica crea una onda electromagnética.

Movimiento armónico simple

El movimiento armónico simple (se abrevia m.a.s.), también denominado movimiento vibratorio armónico simple (abreviado m.v.a.s.), es un movimiento periódico que queda descrito en función del tiempo por una función armónica (seno o coseno). Si la descripción de un movimiento requiriese más de una función armónica, en general sería un movimiento armónico, pero no un m.a.s..

En el caso de que la trayectoria sea rectilínea, la partícula que realiza un m.a.s. oscila alejándose y acercándose de un punto, situado en el centro de su trayectoria, de tal manera que su posición en función del tiempo con respecto a ese punto es una sinusoide. En este movimiento, la fuerza que actúa sobre la partícula es proporcional a su desplazamiento respecto a dicho punto y dirigida hacia ést

Magnitud de las ondas de cuerpo

La magnitud de las ondas de cuerpo (M_b) es una forma de determinar el tamaño de un terremoto usando la amplitud de la onda de presióninicial para calcular la magnitud. La onda P es un tipo de onda de cuerpo que es capaz de viajar a través de la tierra a una velocidad de alrededor de 5 a 8 km/s, y es la primera onda de un terremoto que llega a un sismómetro. Debido a esto, el cálculo de la magnitud de las ondas de cuerpo puede ser el método más rápido para la determinación del tamaño de un terremoto que esté a una gran distancia del sismómetro.

Las limitaciones en el método de cálculo significa que la magnitud de las ondas de cuerpo se satura en torno a 6-6,5 M_b; es decir, esta magnitud se mantiene igual incluso cuando la magnitud de momento puede ser mayor.

Reflexión (física)

La reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas en el agua.

eyes de la reflexión regular y especular

Cuando la superficie reflectante es muy lisa ocurre una reflexión de luz llamada especular o regular. Para este caso las leyes de la reflexión son las siguientes

El rayo incidente, el rayo reflejado y la recta normal, deben estar en el mismo plano (mismo medio), con respecto a la superficie de reflexión en el punto de incidencia.
El ángulo formado entre el rayo incidente y la recta normal es igual al ángulo que existe entre el rayo reflejado y la recta normal.

θ_i = θ_r

Refracción

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refraccióndistintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda.

Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la luzatraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total. Aunque el fenómeno de la refracción se observa frecuentemente en ondas electromagnéticas como la luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda.

Cuando un rayo se refracta al pasar de un medio a otro, el ángulo de refracción con el que entra es igual al ángulo en que sale al volver a pasar de ese medio al medio inicial.

Difracción

Patrón de difracción obtenido por una rendija simple.

Difracción.

En física, la difracción es un fenómeno característico de las ondas, éste se basa en el curvado y esparcido de las ondas cuando encuentran un obstáculo o al atravesar una rendija. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz y lasondas de radio. También sucede cuando un grupo de ondas de tamaño finito se propaga; por ejemplo, por causa de la difracción, un haz angosto de ondas de luz de un láser deben finalmente divergir en un rayo más amplio a una cierta distancia del emisor.

Comparación entre los patrones de difracción e interferencia producidos por una doble rendija (arriba) y cinco rendijas (abajo).

La interferencia se produce cuando la longitud de onda es mayor que las dimensiones del objeto, por tanto, los efectos de la difracción disminuyen hasta hacerse indetectables a medida que el tamaño del objeto aumenta comparado con la longitud de onda.

En el espectro electromagnético los Rayos X tienen longitudes de onda similares a las distancias interatómicas en la materia. Es posible por lo tanto utilizar la difracción de rayos Xcomo un método para explorar la naturaleza de la estructura cristalina. La difracción producida por una estructura cristalina verifica la ley de Bragg.

Debido a la dualidad onda-corpúsculo característica de la mecánica cuántica es posible observar la difracción de partículas como neutrones o electrones. En los inicios de la mecánica cuántica este fue uno de los argumentos más claros a favor de la descripción ondulatoria que realiza la mecánica cuántica de las partículas subatómicas.

Como curiosidad, esta técnica se utilizó para intentar descubrir la estructura del ADN, y fue una de las pruebas experimentales de su estructura de doble hélice propuesta por James Watson y Francis Crick en 1953.

Interferencia

En física , la interferencia es cualquier proceso que altera, modifica o destruye una onda durante su trayecto en el medio en que se propaga. La palabra destrucción, en este caso, debe entenderse en el sentido de que las ondas cambian de forma al unirse con otras; esto es, después de la interferencia normalmente vuelven a ser las mismas ondas con la misma frecuencia.

Sonido

El sonido, en física, es cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas (sean audibles o no), generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que esté generando el movimiento vibratorio de un cuerpo.

El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras que producen oscilaciones de la presión del aire, que son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro. La propagación del sonido es similar en los fluidos, donde el sonido toma la forma de fluctuaciones de presión. En los cuerpos sólidos la propagación del sonido involucra variaciones del estado tensional del medio.

Representación esquemática del oído. (Azul: ondas sonoras. Rojo: tímpano. Amarillo: Cóclea. Verde: células de receptores auditivos. Púrpura: espectro de frecuencia de respuesta del oído. Naranja: impulso del nervio.

La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquidao gaseosa. Como las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal.

El sonido es un fenómeno vibratorio transmitido en forma de ondas. Para que se genere un sonido es necesario que vibre alguna fuente. Las vibraciones pueden ser transmitidas a través de diversos medios elásticos, entre los más comunes se encuentran el aire y el agua. La fonética acústica concentra su interés especialmente en los sonidos del habla: cómo se generan, cómo se perciben, y cómo se pueden describir gráfica y/o cuantitativamente.

El timbre

Artículo principal: Timbre (acústica)

Es la cualidad que confiere al sonido los armónicos que acompañan a la frecuencia fundamental. La voz propia de cada instrumento que distingue entre los sonidos y los ruidos.

Esta cualidad es la que permite distinguir dos sonidos, por ejemplo, entre la misma nota (tono) con igual intensidad producida por dos instrumentos musicales distintos. Se define como la calidad del sonido. Cada cuerpo sonoro vibra de una forma distinta. Las diferencias se dan no solamente por la naturaleza del cuerpo sonoro (madera, metal, piel tensada, etc.), sino también por la manera de hacerlo sonar (golpear, frotar, rascar).

Una misma nota suena distinta si la toca una flauta, un violín, una trompeta, etc. Cada instrumento tiene un timbre que lo identifica o lo diferencia de los demás. Con la voz sucede lo mismo. El sonido dado por un hombre, una mujer, un/a niño/a tienen distinto timbre. El timbre nos permitirá distinguir si la voz es áspera, dulce, ronca o aterciopelada. También influye en la variación del timbre la calidad del material que se utilice. Así pues, el sonido será claro, sordo, agradable o molesto

La intensidad

Véanse también: Intensidad de sonido y sonoridad

Es la cantidad de energía acústica que contiene un sonido, es decir, lo fuerte o suave de un sonido. La intensidad viene determinada por lapotencia, que a su vez está determinada por la amplitud y nos permite distinguir si el sonido es fuerte o débil.

Los sonidos que percibimos deben superar el umbral auditivo (0 dB) y no llegar al umbral de dolor (140 dB). Esta cualidad la medimos con elsonómetro y los resultados se expresan en decibelios (dB) en honor al científico e inventor Alexander Graham Bell.

Ondas Longitudinales:

Es cuando la vibración de la onda es paralela a la dirección de propagación de la propia onda. Estas ondas se deben a las sucesivas compresiones y enrarecimientos del medio, de este tipo son las ondas sonoras. Un resorte que se comprime y estira también da lugar a una onda longitudinal.

El sonido se trasmite en el aire mediante ondas longitudinales.

Otro ejemplo de onda longitudinal es quella que se produce cuando se deja caer una piedra en un estanque de agua, Se origina una perturbacion que se propaga en circulos concéntricos que, al cabo del tiempo, se extienden a todas las partes del estanque.

Ondas Transversales:

Donde la vibración es perpendicular a la dirección de la onda. Las ondas transversales se caracterizan por tener montes y valles.Por ejemplo, las ondas que se forman sobre la superficie del agua al arrojar una piedra o como en el caso de una onda que se propaga a lo largo de una cuerda tensa a la que se le sacude por uno de sus extremos.

Características generales o elementos de las ondas

Tren de ondas: Todas las ondas al moverse lo hacen una tras otra como si fuera un tren de donde se coloca un vagon tras otro.

Nodo: Es el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio.

Elongación: Es la distancia entre cualquier punto de onda y su posición de equilibrio.

Cresta, monte o pico: es el punto más alto de una onda

Valle: Es el punto más bajo de una onda.

Periodo: Tiempo que tarda en efectuarse una onda o vibracion completa, se mide en segundos o s/ciclo se representa con una T mayúscula.

Notemos que el periodo (T) es igual al recíproco de la frecuencia (f) y viceversa.

Amplitud (A) : Es la maxima separacion de la onda o vibración desde su punto de equilibrio.

La longitud de onda (λ) es la distancia entre dos máximos o compresiones consecutivos de la onda. En las ondas transversales la longitud de onda corresponde a la distancia entre dos montes o valles, y en las ondas longitudinales a la distancia entre dos compresiones contiguas. También podemos decir que es la distancia que ocupa una onda completa, se indica con la letra griega lambda (Λ) y se mide en metros. A la parte superior de la onda se le llama cresta y a la inferior se le llama valle.

Tomaremos como ejemplo ilustrativo una onda transversal.

Luz

Para otros usos de este término, véase Luz (desambiguación).

Rayo de luz solar dispersado por partículas de polvo en el cañón del Antílope, en Estados Unidos.

Se llama luz (del latín lux, lucis) a la radiación electromagnética que puede ser percibida por elojo humano. En física, el término luz se usa en un sentido más amplio e incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro electromagnético, mientras que la expresión luz visibledenota la radiación en el espectro visible.

La óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones.
El estudio de la luz revela una serie de características y efectos al interactuar con la materia, que nos permiten desarrollar algunas teorías sobre su naturaleza.

TEORÍA DE LA LUZ Esta teoría, desarrollada por Christiaan Huygens, considera que la luz es una onda electromagnética, consistente en un campo eléctrico que varía en el tiempo generando a su vez un campo magnético y viceversa, ya que los campos eléctricos variables generan campos magnéticos (ley de Ampère) y los campos magnéticos variables generan campos eléctricos (ley de Faraday). De esta forma, la onda se autopropaga indefinidamente a través del espacio, con campos magnéticos y eléctricos generándose continuamente. Estas ondas electromagnéticas sonsinusoidales, con los campos eléctrico y magnético perpendiculares entre sí y respecto a la dirección de propagación $(\vec{k})$

4 PERIODO

Electroscopio :

Es un aparato que permite detectar la presencia de ovnis eléctricos en un cuerpo e identificar el signo de la misma.

El electroscopio sencillo consiste en una varilla metálica vertical que tiene una esfera en la parte superior (gaz) y en el extremo opuesto dos láminas de oro o de aluminio muy delgadas. La varilla está sostenida en la parte superior de una caja de vidrio transparente con un armazón de cobre en contacto con tierra. Al acercar un objeto electrizado a la esfera, la varilla se electriza y las laminillas cargadas con igual signo de electricidad se repelen, separándose, siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. La fuerza de repulsión electrostática se equilibra con el peso de las hojas. Si se aleja el objeto de la esfera y las láminas, al perder lapolarización, vuelven a su posición normal.

Cuando un electroscopio se carga con un signo conocido, puede determinarse el tipo de carga eléctrica de un objeto aproximándolo a la esfera. Si las laminillas se separan significa que el objeto está cargado con el mismo tipo de carga que el electroscopio. De lo contrario, si se juntan, el objeto y el electroscopio tienen signos opuestos.

Un electroscopio cargado pierde gradualmente su carga debido a la conductividad eléctrica del aire producida por su contenido en iones. Por ello la velocidad con la que se carga un electroscopio en presencia de un campo eléctrico o se descarga puede ser utilizada para medir la densidad de iones en el aire ambiente. Por este motivo, el electroscopio se puede utilizar para medir la radiación de fondo en presencia de materiales radiactivos. El electroscopio de hojuelas fue inventado por Bennet.

Carga eléctrica:

Es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico origina una de las cuatro interacciones fundamentales: la interacción electromagnética. Desde el punto de vista del modelo estándar la carga eléctrica es una medida de la capacidad de la partícula para intercambiar fotones.

La carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado experimentalmente por Robert Millikan. Por razones históricas, a los electrones se les asignó carga negativa: –1, también expresada –e. Los protones tienen carga positiva: +1 o +e. A los quarks se les asigna carga fraccionaria: ±1/3 o ±2/3, aunque no se han podido observar libres en la naturaleza.

Inducción electrostática:

Es la redistribución de la carga eléctrica en un objeto, causada por la influencia de cargas cercanas. La inducción fue descubierta por el científico británico John Canton en 1753, y por el profesor sueco Johan Carl Wilcke en 1762. Los generadores electrostáticos como la máquina de Wimshurst, el generador de Van de Graaff o el electróforo se valen de este principio. La inducción electrostática no debe confundirse con la inducción electromagnética aunque normalmente ambas se conocen como inducción.

Fuerza Electrostática :

Los átomos que están presentes en todos los cuerpos, están compuestos de electrones, protones y neutrones.

Los tres tienen masa pero solamente el electrón y el protón tienen carga. El protón tiene carga positiva y el electrón tiene carganegativa.

Si se colocan dos electrones (carganegativa los dos) a una distancia «r», estos se repelerán con unafuerza «F».

Esta fuerza depende de la distancia «r» entre los electrones y la carga de ambos. Esta fuerza «F» es llamada Fuerza electrostática.

Si en vez de utilizar electrones se utilizan protones, la fuerza será también de repulsión pues las cargas son iguales. (positivas las dos)

La fuerza cambiará a atractiva, si en vez de poner dos elementos de carga igual, se ponen se cargas opuestas. (un electrón y un protón)

El que la fuerza electrostática sea de atracción o de repulsión depende de los signos de las cargas:

– cargas negativas frente a frente se repelen
– cargas positivas frente a frente se repelen

Cargas iguales se repelen - Fuerza electrostática - Electrónica Unicrom

– carga positiva frente a carga negativa se atraen

Cargas diferentes se atraen - Fuerza electrostática - Electrónica Unicrom

– un electrón con un neutrón no generan ninguna fuerza
– un protón con un neutrón no generan ninguna fuerza

Neutrón no ocaciona ninguna fuerza - Fuerza electrostática - Electrónica Unicrom

Acordarse que el neutrón es «neutro», no tiene carga.

Conclusión:

Cargas iguales se repelen y cargas distintas se atraen

Ley de Coulomb:

Ley de Coulomb expresando los signos de cargas de diferente signo, y de carga del mismo signo.

Variación de la Fuerza de Coulomb en función de la distancia.

Representación gráfica de la Ley de Coulomb para dos cargas del mismo signo.

La ley de Coulomb puede expresarse como:

La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

La constante de proporcionalidad depende de la constante dieléctrica del medio en el que se encuentran las cargas.

La ecuación de la ley de Coulomb queda finalmente expresada de la siguiente manera:

$F = \kappa\frac{q_1 q_2}{r^2} \,\!$

Es posible verificar la ley de Coulomb mediante un experimento sencillo. Considérense dos pequeñas esferas de masa «m» cargadas con cargas iguales, del mismo signo, y que cuelgan de dos hilos de longitud l, tal como se indica en la figura adjunta. Sobre cada esfera actúan tres fuerzas: el peso mg, la tensión de la cuerda T y la fuerza de repulsión eléctrica entre las bolitas $F_1 \,\!$ . En el equilibrio:

(1) $T \ \sin \theta_1 =F_1 \,\!$

y también:

(2) $T \ \cos \theta_1 =mg \,\!$

Dividiendo (1) entre (2) miembro a miembro, se obtiene:

$\frac {\sin \theta_1}{\cos \theta_1 }= \frac {F_1}{mg}\Rightarrow F_1= mg \tan \theta_1$

Siendo $L_1 \,\!$ la separación de equilibrio entre las esferas cargadas, la fuerza $F_1 \,\!$ de repulsión entre ellas, vale, de acuerdo con la ley de Coulomb $\scriptstyle F_1 = q^2/(4 \pi \epsilon_0 L_1^2)$ y, por lo tanto, se cumple la siguiente igualdad:

(3) $\frac{q^2}{4 \pi \epsilon_0 L_1^2}=mg \tan \theta_1 \,\!$

Al descargar una de las esferas y ponerla, a continuación, en contacto con la esfera cargada, cada una de ellas adquiere una carga q/2, en el equilibrio su separación será <img src=»http://upload.wikimedia.org/wikipedia/es/math/8/d/8/8d8707b19540dc23432b01201e91566e.png» alt=»L_2 y la fuerza de repulsíón entre las mismas estará dada por:

$F_2 = \frac{{(q/2)}^2}{4 \pi \epsilon_0 L_2^2}=\frac{q^2/4}{4 \pi \epsilon_0 L_2^2} \,\!$

Por estar en equilibrio, tal como se dedujo más arriba: $F_2= mg. \tan \theta_2 \,\!$ . Y de modo similar se obtiene:

(4) $\frac{\frac{q^2}{4}}{4 \pi \epsilon_0 L_2^2}=mg. \tan \theta_2$

Dividiendo (3) entre (4), miembro a miembro, se llega a la siguiente igualdad:

(5) $\frac{\left( \cfrac{q^2}{4 \pi \epsilon_0 L_1^2} \right)}{\left(\cfrac{q^2/4}{4 \pi \epsilon_0 L_2^2}\right)}= \frac{mg \tan \theta_1}{mg \tan \theta_2} \Longrightarrow 4 {\left ( \frac {L_2}{L_1} \right ) }^2= \frac{ \tan \theta_1}{ \tan \theta_2}$

Midiendo los ángulos $\theta_1 \,\!$ y $\theta_2 \,\!$ y las separaciones entre las cargas $L_1 \,\!$ y $L_2 \,\!$ es posible verificar que la igualdad se cumple dentro del error experimental. En la práctica, los ángulos pueden resultar difíciles de medir, así que si la longitud de los hilos que sostienen las esferas son lo suficientemente largos, los ángulos resultarán lo bastante pequeños como para hacer la siguiente aproximación:

$\tan \theta \approx \sin \theta= \frac{\frac{L}{2}}{l}=\frac{L}{2l}\Longrightarrow\frac{ \tan \theta_1}{ \tan \theta_2}\approx \frac{\frac{L_1}{2l}}{\frac{L_2}{2l}}$

Con esta aproximación, la relación (5) se transforma en otra mucho más simple:

$\frac{\frac{L_1}{2l}}{\frac{L_2}{2l}}\approx 4 {\left ( \frac {L_2}{L_1} \right ) }^2 \Longrightarrow \,\!$ $\frac{L_1}{L_2}\approx 4 {\left ( \frac {L_2}{L_1} \right ) }^2\Longrightarrow \frac{L_1}{L_2}\approx\sqrt[3]{4} \,\!$

De esta forma, la verificación se reduce a medir la separación entre cargas y comprobar que su cociente se aproxima al valor indicado.

Campo Eléctrico:

Campo eléctrico producido por un conjunto de cargas puntuales. Se muestra en rosa la suma vectorial de los campos de las cargas individuales; $\vec E =\vec E_1 +\vec E_2 + \vec E_3$

El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modeloque describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturalezaeléctrica.¹ Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual unacarga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica $\vec F$ dada por la siguiente ecuación:

(1) $\vec F = q \vec E$

En los modelos relativistas actuales, el campo eléctrico se incorpora, junto con elcampo magnético, en campo tensorial cuadridimensional, denominado campo electromagnético F^μν.²

Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como encampos magnéticos variables. Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, sólo tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnético.

Esta definición general indica que el campo no es directamente medible, sino que lo que es observable es su efecto sobre alguna carga colocada en su seno. La idea de campo eléctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnética en el año 1832.

La unidad del campo eléctrico en el SI es Newton por Culombio (N/C), Voltio por metro (V/m) o, en unidades básicas, kg·m·s⁻³·A⁻¹ y la ecuación dimensional es MLT^-3I^-1.

Definición mediante la ley de Coulomb:

Partiendo de la ley de Coulomb que expresa que la fuerza entre dos cargas en reposo relativo depende del cuadrado de la distancia, matemáticamente es igual a:¹

$\bold{F}_{12} = \frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{q_1 q_2}{r^2_{12}} \hat{\bold{r}}_{12}$

Donde:

$\scriptstyle \epsilon_0$ es la permitividad eléctrica del vacío tiene que ver con el sistema internacional,

$q_1,\ q_2$ son las cargas que interactúan,

$r = \|\bold{r}_{12}\|$ es la distancia entre ambas cargas,

$\bold{r}_{12}$ , es el vector de posición relativa de la carga 2 respecto a la carga 1.

y $\hat r$ es el unitario en la dirección $\vec r$ . Nótese que en la fórmula se está usando $\epsilon_0$ , esta es la permitividad en el vacío. Para calcular la interacción en otro medio es necesario cambiar la permitividad de dicho medio. ( $\epsilon = \epsilon_r . \epsilon_0$ )

La ley anterior presuponía que la posición de una partícula en un instante dado, hace que su campo eléctrica afecte en el mismo instante a cualquier otra carga. Ese tipo de interacciónes en las que el efecto sobre el resto de partículas parece dependender sólo de la posición de la partícula causante sin importar la distancia entre las partículas se denomina en física acción a distancia. Si bien la noción de acción a distancia fue aceptada inicialmente por el propio Newton, experimentos más cuidados a lo largo del siglo XIX llevaron a desechar dicha noción como no-realista. En ese contexto se pensó que el campo eléctrico no sólo era un artificio matemático sino un ente físico que se propaga a una velocidad finita (la velocidad de la luz) hasta afectar a otras partículas. Esa idea conllevaba modificar la ley de Coulomb de acuerdo con los requerimientos de la teoría de la relatividad y dotar de entidad física al campo eléctrico.¹ Así, el campo eléctrico es una distorsión electromagnética que sufre el espacio debido a la presencia de una carga. Considerando esto se puede obtener una expresión del campo eléctrico cuando este sólo depende de la distancia entre las cargas:

$\bold{E} = \frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \frac{q}{r^2} \hat{\bold{r}}$

Donde claramente se tiene que $\scriptstyle \bold{F} = q \bold{E}$ , la que es una de las definiciones más conocidas acerca del campo eléctrico.

Diferencia de Potencial Eléctrico:

Considérese una carga de prueba positiva $q_0 \,\!$ en presencia de un campo eléctrico y que se traslada desde el punto A al punto Bconservándose siempre en equilibrio. Si se mide el trabajo que debe hacer el agente que mueve la carga, la diferencia de potencial eléctricose define como:

$V_B - V_A= \frac {W_{AB}}{q_0} \,\!$ El trabajo $W_{AB} \,\!$ puede ser positivo, negativo o nulo. En estos casos el potencial eléctrico en B será respectivamente mayor, menor o igual que el potencial eléctrico en A. La unidad en el SI para la diferencia de potencial que se deduce de la ecuación anterior es Joule/Coulomby se representa mediante una nueva unidad, el voltio, esto es: 1 voltio = 1 joule/coulomb.

Un electronvoltio (eV) es la energía adquirida para un electrón al moverse a través de una diferencia de potencial de 1 V, 1 eV = 1,6×10^-19 J. Algunas veces se necesitan unidades mayores de energía, y se usan los kiloelectronvoltios (keV), megaelectronvoltios (MeV) y los gigaelectronvoltios (GeV). (1 keV=10³ eV, 1 MeV = 10⁶ eV, y 1 GeV = 10⁹ eV).

Aplicando esta definición a la teoría de circuitos y desde un punto de vista más intuitivo, se puede decir que el potencial eléctrico en un punto de un circuito representa la energía que posee cada unidad de carga al paso por dicho punto. Así, si dicha unidad de carga recorre un circuito constituyendóse en corriente eléctrica, ésta irá perdiendo su energía (potencial o voltaje) a medida que atraviesa los diferentes componentes del mismo. Obviamente, la energía perdida por cada unidad de carga se manifestará como trabajo realizado en dicho circuito (calentamiento en una resistencia, luz en una lámpara, movimiento en un motor, etc.). Por el contrario, esta energía perdida se recupera al paso por fuentes generadoras de tensión. Es conveniente distinguir entre potencial eléctrico en un punto (energía por unidad de carga situada en ese punto) y corriente eléctrica (número de cargas que atraviesan dicho punto por segundo).

Usualmente se escoge el punto A a una gran distancia (en rigor el infinito) de toda carga y el potencial eléctrico $V_A \,\!$ a esta distancia infinita recibe arbitrariamente el valor cero. Esto permite definir el potencial eléctrico en un punto poniendo $V_A =0 \,\!$ y eliminando los índices:

$V=\frac {W}{q_0} \,\!$ siendo $W \,\!$ el trabajo que debe hacer un agente exterior para mover la carga de prueba $q_0 \,\!$ desde el infinito al punto en cuestión.

Obsérvese que la igualdad planteada depende de que se da arbitrariamente el valor cero al potencial $V_A \,\!$ en la posición de referencia (el infinito) el cual hubiera podido escogerse de cualquier otro valor así como también se hubiera podido seleccionar cualquier otro punto de referencia.

También es de hacer notar que según la expresión que define el potencial eléctrico en un punto, el potencial en un punto cercano a una carga positiva aislada es positivo porque debe hacerse trabajo positivo mediante un agente exterior para llevar al punto una carga de prueba (positiva) desde el infinito. Similarmente, el potencial cerca de una carga negativa aislada es negativo porque un agente exterior debe ejercer una fuerza (trabajo negativo en este caso) para sostener a la carga de prueba (positiva) cuando esta (la carga positiva) viene desde el infinito.

Por último, el potencial eléctrico queda definido como un escalar porque $W \,\!$ y $q_0 \,\!$ son escalares.

Tanto $W_{AB} \,\!$ como $V_B-V_A \,\!$ son independientes de la trayectoria que se siga al mover la carga de prueba desde el punto A hasta el punto B. Si no fuera así, el punto B no tendría un potencial eléctrico único con respecto al punto A y el concepto de potencial sería de utilidad restringida.

Una carga de prueba se mueve desde A hasta B en el campo de carga q siguiendo una de dos trayectorias. Las flechas muestran a Een tres puntos de la trayectoria II

Es posible demostrar que las diferencias de potencial son independientes de la trayectoria para el caso especial representado en la figura. Para mayor simplicidad se han escogido los puntos A y B en una recta radial.

Una carga de prueba puede trasladarse desde A hacia B siguiendo la trayectoria I sobre una recta radial o la trayectoria II completamente arbitraria.

La trayectoria II puede considerarse equivalente a una trayectoria quebrada formada por secciones de arco y secciones radiales alternadas. Puesto que estas secciones se pueden hacer tan pequeñas como se desee, la trayectoria quebrada puede aproximarse a la trayectoria II tanto como se quiera. En la trayectoria II el agente externo hace trabajo solamente a lo largo de las secciones radiales, porque a lo largo de los arcos, la fuerza $\vec F \,\!$ y el corrimiento $\vec dl \,\!$ son perpendiculares y en tales casos $\vec F \, d\vec l \,\!$ es nulo. La suma del trabajo hecho en los segmentos radiales que constituyen la trayectoria II es el mismo que el trabajo efectuado en la trayectoria I, porque cada trayectoria está compuesta del mismo conjunto de segmentos radiales. Como la trayectoria II es arbitraria, se ha demostrado que el trabajo realizado es el mismo para todas las trayectorias que unen A con B.

Aun cuando esta prueba sólo es válida para el caso especial ilustrado en la figura, la diferencia de potencial es independiente de la trayectoria para dos puntos cualesquiera en cualquier campo eléctrico. Se desprende de ello el carácter conservativo de la interacción electrostática el cual está asociado a la naturaleza central de las fuerzas electrostáticas.

Para un par de placas paralelas en las cuales se cumple que ${V}={Ed} \,\!$ , donde d es la distancia entre las placas paralelas y E es el campo eléctrico constante en la región entre las placas.

Resistencia Eléctrica :

Es un objeto es una medida de su oposición al paso de corriente.

Descubierta por Georg Ohm en 1827, la resistencia eléctrica tiene un parecido conceptual a la fricción en la física mecánica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (Ω). Para su medición en la práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmímetro. Además, su cantidad recíproca es la conductancia, medida en Siemens.

Para una gran cantidad de materiales y condiciones, la resistencia eléctrica depende de la corriente eléctrica que pasa a través de un objeto y de la tensión en los terminales de este. Esto significa que, dada una temperatura y un material, la resistencia es un valor que se mantendrá constante. Además, de acuerdo con la ley de Ohm la resistencia de un material puede definirse como la razón de la tensión y la corriente, así :¹

$R = {V \over I}$ Según sea la magnitud de esta medida, los materiales se pueden clasificar en conductores, aislantes y semiconductor. Existen además ciertos materiales en los que, en determinadas condiciones de temperatura, aparece un fenómeno denominado superconductividad, en el que el valor de la resistencia es prácticamente nulo.

Intensidad de Corriente:

Menor intensidad de corriente

MENOR INTENSIDAD DE CORRIENTE

Mayor intensidad de corriente

MAYOR INTENSIDAD DE CORRIENTE

Cuando circula la corriente eléctrica, existe un flujo de cargas. En el caso de un circuito eléctrico, los electrones se desplazan desde un borne del generador hasta el otro (un borne es cada uno de los polos de un generador).

Para cuantificar el número de cargas que circulan en la unidad de tiempo se utiliza una magnitud denominada intensidad de corriente.

La intensidad de corriente (I) es la cantidad de carga eléctrica que atraviesa un conductor en un tiempo determinado.

Amperímetro y resistencia

AMPIRIMETRO & RESISTENCIA

Matemáticamente se expresa con la siguiente fórmula:

I = Q t

La unidad de la intensidad de corriente en el Sistema Internacional es el amperio (A): un amperio corresponde a la intensidad de corriente que circula por un conductor cuando por este pasa una carga de un culombio en cada segundo.

Como el amperio es una unidad muy grande, para expresar el valor de la corriente que circula por un conductor se utilizan muy a menudo submúltiplos de él:

Miliamperio: 1 mA = 10^-3 A.
Microamperio: 1 μA = 10^-6 A.

Las intensidades típicas que recorren los aparatos eléctricos utilizados en casa son de unos pocos miliamperios. Para medir la intensidad de corriente se utiliza un aparato llamado amperímetro.

Para medir la intensidad de corriente que pasa por un elemento del circuito, el amperímetro debe conectarse en serie con este elemento.

ley de OHM :

La ley de Ohm establece que la intensidad eléctrica que circula entre dos puntos de un circuito eléctrico es directamente proporcional a la tensión eléctrica entre dichos puntos, existiendo una constante de proporcionalidad entre estas dos magnitudes. Dicha constante de proporcionalidad es laconductancia eléctrica, que es inversa a la resistencia eléctrica.

La ecuación matemática que describe esta relación es:

$I= {G} \cdot {V} = \frac{V}{R}$

donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, G es la conductancia en siemens y R es la resistencia en ohmios(Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es constante, independientemente de la corriente.¹

Esta ley tiene el nombre del físico alemán Georg Ohm, que en un tratado publicado en 1827, halló valores de tensión y corriente que pasaba a través de unos circuitos eléctricos simples que contenían una gran cantidad de cables. Él presentó una ecuación un poco más compleja que la mencionada anteriormente para explicar sus resultados experimentales. La ecuación de arriba es la forma moderna de la ley de Ohm.

Esta ley se cumple para circuitos y tramos de circuitos pasivos que, o bien no tienen sin cargas inductivas ni capacitivas (únicamente tiene cargas resistivas), o bien han alcanzado un régimen permanente (véase también «Circuito RLC» y «Régimen transitorio (electrónica)»). También debe tenerse en cuenta que el valor de la resistencia de un conductor puede ser influido por la temperatura.

Electrónica Digital :

Es una parte de la electrónica que se encarga de sistemas electrónicos en los cuales la información está codificada en dos únicos estados. A dichos estados se les puede llamar «verdadero» o «falso», o más comúnmente 1 y 0, refiriéndose a que en un circuito electrónico digital hay dos niveles de tensión.

Electrónicamente se les asigna a cada uno un voltaje o rango de voltaje determinado, a los que se les denomina niveles lógicos, típicos en toda señal digital. Por lo regular los valores de voltaje encircuitos electrónicos pueden ir desde 1.5, 3, 5, 9 y 18 voltios dependiendo de la aplicación, así por ejemplo, en una radio de transistores convencional las tensiones de voltaje son por lo regular de 5 y 12 voltios al igual que se utiliza en los discos duros IDE de computadora.

Se diferencia de la electrónica analógica en que, para la electrónica digital un valor de voltaje codifica uno de estos dos estados, mientras que para la electrónica analógica hay una infinidad de estados de información que codificar según el valor del voltaje.

Esta particularidad permite que, usando Álgebra Booleana y un sistema de numeración binario, se puedan realizar complejas operaciones lógicas o aritméticas sobre las señales de entrada, muy costosas de hacer empleando métodos analógicos.

La electrónica digital ha alcanzado una gran importancia debido a que es utilizada para realizar autómatas y por ser la piedra angular de lossistemas microprogramados como son los ordenadores o computadoras.

Circuito en Serie :

Un circuito en serie es una configuración de conexión en la que los bornes o terminales de los dispositivos (generadores, resistencias,condensadores, interruptores, entre otros.) se conectan secuencialmente. La terminal de salida de un dispositivo se conecta a la terminal de entrada del dispositivo siguiente.

Siguiendo un símil hidráulico, dos depósitos de agua se conectarán en serie si la salida del primero se conecta a la entrada del segundo. Una batería eléctrica suele estar formada por varias pilas eléctricas conectadas en serie, para alcanzar así el voltaje que se precise.

En función de los dispositivos conectados en serie, el valor total o equivalente se obtiene con las siguientes expresiones:

Para Generadores

${V_{T}} = {V_1} + {V_2} + ... + {V_n}\,$

Para Resistencias

${I_{T}} = {I_1} = {I_2} = ... = {I_n}\,$

${R_{T}} = {R_1} + {R_2} + ... + {R_n}\,$

Para Condensadores

${1 \over C_{T}} = {1 \over C_1} + {1 \over C_2} + ... + {1 \over C_n}\,$

Para Interruptores

Interruptor A	Interruptor B	Interruptor C	Salida
Abierto	Abierto	Abierto	Abierto
Abierto	Abierto	Cerrado	Abierto
Abierto	Cerrado	Abierto	Abierto
Abierto	Cerrado	Cerrado	Abierto
Cerrado	Abierto	Abierto	Abierto
Cerrado	Abierto	Cerrado	Abierto
Cerrado	Cerrado	Abierto	Abierto
Cerrado	Cerrado	Cerrado	Cerrado

Circuito en Serie :

El circuito eléctrico en paralelo es una conexión donde los obesos o puertos de entrada de todos los dispositivos (generadores,resistencias, condensadores, etc.) conectados coincidan entre sí, lo mismo que sus terminales de salida.

Siguiendo un símil hidráulico, dos tinacos de agua conectados en paralelo tendrán una entrada común que alimentará simultáneamente a ambos, así como una salida común que drenará a ambos a la vez. Las bombillas de iluminación de una casa forman un circuito en paralelo.

En función de los dispositivos conectados en paralelo, el valor total o equivalente se obtiene con las siguientes expresiones:

Para generadores

${V_{T}} = {V_1} = {V_2} = ... = {V_n}\,$

${I_{T}} = {I_1} + {I_2} + ... + {I_n}\,$

Para Resistencias

${1 \over R_{T}} = {1 \over R_1} + {1 \over R_2} + ... + {1 \over R_n}\,$

Para Condensadores

${C_{T}} = {C_1} + {C_2} + ... + {C_n}\,$

Para Interruptores

Interruptor A	Interruptor B	Interruptor C	Salida
Abierto	Abierto	Abierto	Abierto
Abierto	Abierto	Cerrado	Cerrado
Abierto	Cerrado	Abierto	Cerrado
Abierto	Cerrado	Cerrado	Cerrado
Cerrado	Abierto	Abierto	Cerrado
Cerrado	Abierto	Cerrado	Cerrado
Cerrado	Cerrado	Abierto	Cerrado
Cerrado	Cerrado	Cerrado	Cerrado

Medición eléctrica :

Medición eléctrica es la técnica para determinar el consumo de energía eléctrica en un circuito o servicio eléctrico. La medición eléctrica es una tarea del proceso de distribución eléctrica y permite calcular el costo de la energía consumida con fines domésticos y comerciales.

La medición eléctrica comercial se lleva a cabo mediante el uso de un medidor de consumo eléctrico o contador eléctrico. Los parámetros que se miden en una instalación generalmente son el consumo en kilovatios-hora, la demanda máxima, la demanda base, la demanda intermedia, la demanda pico, el factor de potencia y en casos especiales la aportación de ruido electrico o componentes armónicos a la red de la instalación o servicio medido.

La tecnología utilizada en el proceso de medición electrica debe permitir determinar el costo de la energía que el usuario consume de acuerdo a las políticas de precio de la empresa distribuidora de energía, considerando que la energía eléctrica tiene costos de producción diferentes dependiendo de la región, época del año, horario del consumo y hábitos y necesidades del usuario.

El Protoboard :

El Protoboard, o tableta experimental, es una herramienta que nos permite
interconecar elementos electronicos, ya sean resistencias, capacidades,
semiconductores, etc, sin la necesidad de soldar las componentes.
El protoboard esta lleno de orificios metalizados -con contactos de presion- en los
cuales se insertan las componentes del circuito a ensamblar. La siguiente figura
muestra la forma basica de un protoboard, estando los protoboards mas grandes.

Compuertas logicas :

Las computadoras digitales utilizan el sistema de números binarios, que tiene dos dígitos 0 y 1. Un dígito binario se denomina un bit. La información está representada en las computadoras digitales en grupos de bits. Utilizando diversas técnicas de codificación los grupos de bits pueden hacerse que representen no solamente números binarios sino también otros símbolos discretos cualesquiera, tales como dígitos decimales o letras de alfabeto. Utilizando arreglos binarios y diversas técnicas de codificación, los dígitos binarios o grupos de bits pueden utilizarse para desarrollar conjuntos completos de instrucciones para realizar diversos tipos de cálculos.

La información binaria se representa en un sistema digital por cantidades físicas denominadas señales, Las señales eléctricas tales como voltajes existen a través del sistema digital en cualquiera de dos valores reconocibles y representan una variable binaria igual a 1 o 0. Por ejemplo, un sistema digital particular puede emplear una señal de 3 volts para representar el binario «1» y 0.5 volts para el binario «0». La siguiente ilustración muestra un ejemplo de una señal binaria.

Como se muestra en la figura, cada valor binario tiene una desviación aceptable del valor nominal. La región intermedia entre las dos regiones permitidas se cruza solamente durante la transición de estado. Los terminales de entrada de un circuito digital aceptan señales binarias dentro de las tolerancias permitidas y los circuitos responden en los terminales de salida con señales binarias que caen dentro de las tolerancias permitidas.

La lógica binaria tiene que ver con variables binarias y con operaciones que toman un sentido lógico. La manipulación de información binaria se hace por circuitos lógicos que se denominan Compuertas.

Las compuertas son bloques del hardware que producen señales en binario 1 ó 0 cuando se satisfacen los requisitos de entrada lógica. Las diversas compuertas lógicas se encuentran comúnmente en sistemas de computadoras digitales. Cada compuerta tiene un símbolo gráfico diferente y su operación puede describirse por medio de una función algebraica. Las relaciones entrada – salida de las variables binarias para cada compuerta pueden representarse en forma tabular en una tabla de verdad.

A continuación se detallan los nombres, símbolos, gráficos, funciones algebraicas, y tablas de verdad de las compuertas más usadas.

Compuertas Son :

Circuito Integrado 7400

Por serie 7400 se conoce a los circuitos integrados digitales, originalmente fabricados entecnología TTL (lógica transistor-transistor o en inglés transistor-transistor logic), que forman una subfamilia de semiconductores, dentro del campo de la electrónica digital. Fueron ampliamante utilizados en la década de 1960 y 1970 para construir computadoras. Actualmente existen versiones de la serie fabricadas con tecnología CMOS.

Circuito Integrado 7408

El TTL (Lógica Transistor a Transistor) 7408 es un Circuito integrado (CI) que contiene la puerta lógica AND.

Cicuito Integrado: 7408
Operador: AND
Tecnología: TTL, 74LS08, 74S08
Puertas: 4
Entradas: 2 por puerta
Cápsula: DIP 14 pins

Las Características Técnicas son las siguientes:

Características Técnicas
Parámetro	7408	74LS08	74S08	UNIDAD
Tensión de alimentación Vcc	5 ±0.25	5 ±0.25	5 ±0.25	V
Tensión de entrada nivel alto VIH	2.0 a 5.5	2.0 a 7.0	2.0 a 5.5	V
Tensión de entrada nivel bajo VIL	-0.5 a 0.8	-0.5 a 0.8	-0.5 a 0.8	V
Tensión de salida nivel alto VOHcondiciones de funcionamiento: VCC = 4.75, VIH = 2.0	2.4 a 3.4	2.7 a 3.4	2.7 a 3.4	V
Tensión de salida nivel bajo VOLcondiciones de funcionamiento: VCC = 4.75, VIL = 0.8	0.2 a 0.4	0.35 a 0.5	máx 0.5	V
Corriente de salida nivel alto IOH	máx -0.8	máx -0.4	máx -1	mA
Corriente de salida nivel alto IOL	máx 16	máx 8	máx 20	mA
Tiempo de propagación	15.0	9.0	5.0	ns

Descripción de las Terminales del CI 7408

Configuración 7408

Pin 1: La entrada A de la compuerta 1.
Pin 2: La entrada B de la compuerta 1.
Pin 3: Aquí veremos el resultado de la operación de la primer compuerta.
Pin 4: La entrada A de la compuerta 2.
Pin 5: La entrada B de la compuerta 2.
Pin 6: Aquí veremos el resultado de la operación de la segunda compuerta.
Pin 7 Normalmente GND: Es el polo negativo de la alimentación, generalmente tierra.
Pin 8: Aquí veremos el resultado de la operación de la cuarta compuerta.
Pin 9: La entrada B de la compuerta 4.
Pin 10: La entrada A de la compuerta 4.
Pin 11: Aquí veremos el resultado de la operación de la tercer compuerta.
Pin 12: La entrada B de la compuerta 3.
Pin 13: La entrada A de la compuerta 3.
Pin 14 Normalmente VCC: Alimentación, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 5 ± 0.25 voltios.

Circuito Integrado 7432

circuito TTL 7432 é um dispositivo TTL encapsulado em um invólucro DIP de 14 pinos que contém quatro portas OR de duas entradas.

Circuito Integrado 555

El circuito integrado 555 es de bajo costo y de grandes prestaciones. Inicialmente fue desarrollado por la firma Signetics. En la actualidad es construido por muchos otros fabricantes. Entre sus aplicaciones principales cabe destacar las de multivibrador estable (dos estados metaestables) y monoestable (un estado estable y otro metaestable), detector de impulsos, etcétera.

Circuito Integrado 7490

Es un contador de décadas BCD. Está construido a base de flip-flops o latches.

Para hacer un contador de 0 a 99 tendrás que utilizar dos circuitos tipo 7490.

Estos circuitos tienen la característica de tener dos entradas MR (master reset) y otras dos MS (master set), además de dos entradas de reloj (activadas por flanco de subida).

Jugando con eso, para hacer un contador de 0 a 99 es muy fácil. La configuración del contador de las unidades serán las patillas MS y MR (4 en total) las pones a nivel bajo.

Los 4 bits de salida, irán al decodificador tipo 7447 como decía el que contestó antes.

Luego el bit de mayor peso y el de menor peso irá colocado mediante inversores a los relojes del 7490 de las decenas. Así cuando pase de 9 a 0, subirá una decena

UNIDADES 0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-0-1-2-3-………
DECENAS 0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-1-1-1-1-………

De todas formas te adjunto la datasheet y ya lo miras.

1 Comment:

kamaluel

marzo 16, 2011 a las 3:04 pm

No se han desarrollado completamente las tematicas propuestas en clase.

Responder

luieli

Marco Teorico

Etimología

Lentes artificiales

Amplitud (física)

Período de oscilación

Definición

Frecuencia

Oscilación

Movimiento armónico simple

Magnitud de las ondas de cuerpo

Reflexión (física)

eyes de la reflexión regular y especular

Refracción

Difracción

Interferencia

Sonido

El timbre

La intensidad

Ondas Longitudinales:

Ondas Transversales:

Características generales o elementos de las ondas

Luz

4 PERIODO

Electroscopio :

Inducción electrostática:

Fuerza Electrostática :

Cargas iguales se repelen y cargas distintas se atraen

Ley de Coulomb:

Definición mediante la ley de Coulomb:

Diferencia de Potencial Eléctrico:

Resistencia Eléctrica :

Intensidad de Corriente:

ley de OHM :

Electrónica Digital :

Circuito en Serie :

Circuito en Serie :

Medición eléctrica :

El Protoboard :

Compuertas logicas :

Compuertas Son :

Circuito Integrado 7400

Circuito Integrado 7408

Descripción de las Terminales del CI 7408

Circuito Integrado 7432

Circuito Integrado 555

Circuito Integrado 7490

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