FISIÓN NUCLEAR

FISIÓN NUCLEAR

La Fisión Nuclear se produce cuando un núcleo de un átomo pesado es bombardeado por una partícula incidente, especialmente por un neutrón, provocando su ruptura en dos fragmentos y muy rara vez en tres.

El núcleo atómico (círculos rojos) está constituido por protones y neutrones que se mantienen unidos a través de fuerzas de intercambio en dichos nucleones. Éstas fuerzas son suficientes para mantener la cohesión del núcleo cuando éste es muy pesado debido a su gran cantidad de neutrones. 

Es por ello que si un neutrón (punto verde) se impacta en un núcleo pesado éste se deforma y se alarga hasta romperse generalmente en dos fragmentos, cada fragmento constituye el núcleo de un elemento más ligero.

APLICACIONES DE LA FISIÓN NUCLEAR

Una de las aplicaciones de la fisión nuclear es la Generación de Energía Eléctrica a base de Energía Nuclear.

Este proceso provoca la liberación de energía térmica debido a la reacción en cadena que se produce después de que un neutrón ha bombardeado un núcleo pesado provocando su ruptura en dos fragmentos, éstos a su vez inciden en otros núcleos pesados fraccionándolos de tal manera que una vez iniciada la reacción se desarrollará en cadena hasta que éste último núcleo pesado haya sido dividido.

Esta liberación de energía térmica es aprovechada para transformar el agua en vapor. Este vapor produce el movimiento de turbinas conectadas a un generador eléctrico, el cual hace que el movimiento de las turbinas se transforme en energía eléctrica debido al fenómeno de inducción electromagnética (transformación de campos magnéticos en energía eléctrica).

En un reactor nuclear es importante controlar las reacciones de fisión, ya que estas provocan que la temperatura del reactor aumente y pueda ocurrir desastres muy graves. Para lograr dicho control, dentro de los reactores hay ductos de agua que regulan la temperatura interna, evitando que se sobrecalienten provocando accidentes que pueden tener consecuencias mayores.

El siguiente video nos muestra algunas ventajas y desventajas sobre el uso de la energía nuclear.

Referencias:

• Pérez, H. Física General. (4a Ed.). México. Grupo Editorial Patria.
• Tippens, P. Fisica: Conceptos y Aplicaciones. (7a Ed.). México. Editorial McGraw-Hill.
• Resnick, R. Física 1. (5a Ed.). México. Grupo Editorial Patria

ENERGÍA MECÁNICA

ENERGÍA MECÁNICA

La ENERGÍA MECÁNICA es la que tienen los cuerpos cuando por su posición o su velocidad, son capaces de interaccionar con el sistema del cual forman parte para realizar un trabajo. Se divide en energía cinética y potencial. Su unidad de medida es el Joule (J).

Existen dos tipos de Energía Mecánica: Energía Cinética y Energía Potencial. A continuación se detallan los tipos de energía en el siguiente esquema.

                      

    

Donde:

Como la energía mecánica depende de la velocidad (energía cinética) y de la posición (energía potencial), entonces la magnitud de la Energía Mecánica se determina sumando la energía cinética y potencial. Por lo tanto, la expresión matemática de la Energía Mecánica es:

Referencias:

• Pérez, H. Física General. (4a Ed.). México. Grupo Editorial Patria.
• Tippens, P. Fisica: Conceptos y Aplicaciones. (7a Ed.). México. Editorial McGraw-Hill.
• Resnick, R. Física 1. (5a Ed.). México. Grupo Editorial Patria

MOVIMIENTO PARABÓLICO

MOVIMIENTO PARABÓLICO

Un proyectil es un objeto que se lanza al espacio sin fuerza de propulsión propia. Ejemplo de proyectiles tenemos el de una pelota lanzada por un jugador para anotar un gol, o una persona practicando clavados desde una cierta altura como lo vemos en las siguientes imágenes.

El movimiento de un cuerpo es parabólico si su trayectoria es una parábola, es decir, una curva abierta simétrica respecto a un eje y un solo foco.

Puede considerarse como la combinación de dos movimientos que son un movimiento horizontal uniforme y un movimiento vertical rectilíneo uniformemente acelerado.

TIRO PARABÓLICO HORIZONTAL

Tiro parabólico horizontal. Se caracteriza por la trayectoria o camino curvo que sigue un cuerpo al ser lanzado horizontalmente al vacío, resultado de dos movimientos independientes: un movimiento horizontal con velocidad constante y otro vertical, el cual se inicia con una velocidad cero y va aumentando su magnitud en la misma proporción de otro cuerpo que se dejará caer al vacío desde el mismo punto en el mismo instante.

A continuación se presentan algunas fórmulas para la resolución de problemas de tiro parabólico horizontal:

• Altura de caída

• Alcance horizontal

• Tiempo que tarda en caer el proyectil

• Magnitud de la velocidad inicial horizontal

Donde

TIRO PARABÓLICO OBLICUO

Tiro Parabólico oblicuo. Se caracteriza por la trayectoria que sigue un cuerpo cuando es lanzado con una velocidad inicial que forma un ángulo con el eje horizontal. Por ejemplo, la trayectoria seguida por una pelota de voleibol después de recibir el golpe

Debido al ángulo de inclinación, la velocidad inicial se divide en dos componentes: horizontal y vertical. Las cuales determinamos de la siguiente manera:

Una vez determinadas las componentes de la velocidad inicial, podemos encontrar los siguientes parámetros:

• Altura máxima del proyectil

• Tiempo que tarda el proyectil en subir 

• Tiempo que tarda en proyectil en el aire 

• Alcance horizontal (tomando en cuenta la componente horizontal de la velocidad)

•  Alcance horizontal (tomando la velocidad inicial y el ángulo de inclinación)

Donde

Un ejemplo que vemos diariamente del movimiento parabólico oblicuo es el juego Angry Birds, donde mediante una movimiento parabólico oblicuo derriba a sus enemigos.

Referencias:

• Pérez, H. Física General. (4a Ed.). México. Grupo Editorial Patria.
• Tippens, P. Fisica: Conceptos y Aplicaciones. (7a Ed.). México. Editorial McGraw-Hill.
• Resnick, R. Física 1. (5a Ed.). México. Grupo Editorial Patria

TRABAJO Y POTENCIA

TRABAJO MECÁNICO

En nuestra vida cotidiana todos hemos escuchado a alguien decir que le ha costado bastante trabajo encontrar un objeto, llaves del carro, una tarjeta de crédito, etcétera. 

De la misma forma, podemos decir que ganar un concurso, obtener ascensos, obtener ganancias en un negocio requiere de esfuerzo, dedicación, entrega y trabajo continuo.

Pero, ¿cómo podemos definir el trabajo?. Si hacemos esta pregunta a muchas personas o contextos, nos encontraremos con diferentes definiciones (derecho, economía, sociología).

En este caso, nos vamos a centrar en el concepto de Trabajo desde el punto de vista de la física.

El concepto de trabajo mecánico aparece estrechamente vinculado al de fuerza. De este modo, para que exista trabajo debe aplicarse una fuerza mecánica a lo largo de una cierta trayectoria.  

El trabajo es una magnitud escalar producida sólo cuando una fuerza mueve un cuerpo en la misma dirección en que se aplica. 

Cuantificación del trabajo y sus unidades.

Su valor se calcula multiplicando la magnitud de la componente de la fuerza localizada en la misma dirección en que se efectúa el movimiento del cuerpo, por la magnitud del desplazamiento que éste realiza.

Si la fuerza que mueve el cuerpo se encuentra totalmente en la misma dirección en que se efectúa el desplazamiento, el ángulo θ es igual a cero y el cos θ = cos 0° = 1, donde el trabajo será igual a:

Cuando el vector fuerza es perpendicular al vector desplazamiento del cuerpo sobre el que se aplica, dicha fuerza no realiza trabajo alguno. Asimismo, si no hay desplazamiento, el trabajo también será nulo.

Unidad de medida del Trabajo Mecánico

El trabajo se mide en Joules, en honor al físico británico James Prescott Joule, a quien se le debe por sus investigaciones sobre las transformaciones de energía.

Se realiza un trabajo de un joule (1 J) cuando al aplicarse una fuerza cuya magnitud es de un newton a un cuerpo, éste se desplaza un metro. De donde:

POTENCIA

La potencia mecánica se define como la rapidez con que se realiza un trabajo. Se mide en watts (W) (en honor al escocés James Watt -1736-1819) y se dice que existe una potencia mecánica de un watt cuando se realiza un trabajo de un joule en un segundo:

Su fórmula es:

Donde

Como el trabajo es igual a:

Y como la potencia es:

Pero v=d/t, entonces

En resumen, la potencia depende de qué tan rápido se realiza un trabajo por cada unidad de tiempo; es decir, entre más rápido movemos un objeto de un punto a otro, nuestro potencia mecánica será mayor; de lo contrario, si tardamos mucho tiempo en desplazar un objeto de un punto a otro, nuestra potencia mecánica será menor.

Referencias:

• Pérez, H. Física General. (4a Ed.). México. Grupo Editorial Patria.
• Tippens, P. Fisica: Conceptos y Aplicaciones. (7a Ed.). México. Editorial McGraw-Hill.
• Resnick, R. Física 1. (5a Ed.). México. Grupo Editorial Patria

LAS FUERZAS

LAS FUERZAS

Si reflexionamos las siguientes situaciones: ¿Cómo logra una grúa remolcar un coche varado en la carretera? ¿Cómo puede una persona trasladar un objeto de un lugar a otro? ¿Por qué los objetos caen al suelo?

Como sabemos, el coche varado es remolcado ya que es jalado por una fuerza que recibe de la grúa; la persona traslada un objeto de un lugar a otro debido a la fuerza aplicada sobre dicho objeto para poder moverlo; y los objetos caen al suelo debido a la fuerza gravitacional con que son atraídos por la Tierra.

En estas situaciones y en cualquier caso en que interviene una FUERZA, existe al menos una interacción de dos cuerpos (coche-grúa, objeto-persona, objeto-suelo). En estos casos existe un contacto físico entre un cuerpo que ejerce la Fuerza y el que la recibe. Es por eso que reciben el nombre de FUERZAS DE CONTACTO. Un ejemplo es cuando golpea la piñata con un palo para ganar dulces, el niño ejerce la Fuerza sobre la piñata con la ayuda del palo, en cambio, la piñata recibe dicha fuerza.

Sin embargo, en el caso de la Fuerza de atracción entre dos imanes de polos opuestos (separados a una corta distancia), o la Fuerza de atracción que la Tierra ejerce sobre una manzana (esta en el árbol), los cuerpos interaccionan sin que exista contacto alguno entre ellos, a este tipo de fuerzas les llamamos FUERZAS DE ACCIÓN A DISTANCIA. Un ejemplo de este tipo de fuerzas es cuando acercamos un imán a clavos de hierro, éstos últimos se ven atraídos por una fuerza magnética. El imán ejerce la fuerza, y los clavos la reciben.

SISTEMA DE FUERZAS

Cuando sobre un cuerpo rígido (que no se deforma por acción de fuerzas) actúan dos o más fuerzas, se tiene un SISTEMA DE FUERZAS. Y podemos encontrar:

LEYES DE NEWTON

El siguiente video se presentan las Leyes de Newton.

Referencias:

• Pérez, H. Física General. (4a Ed.). México. Grupo Editorial Patria.
• Tippens, P. Fisica: Conceptos y Aplicaciones. (7a Ed.). México. Editorial McGraw-Hill.
• Resnick, R. Física 1. (5a Ed.). México. Grupo Editorial Patria