Leyes de la física: lista y problemas de ejemplo

¿Qué es una Ley Científica?

Una ley científica es una regla o principio básico que se cumple independientemente de los detalles de la situación, siempre que se cumplan las condiciones requeridas por la ley. Los científicos desarrollan leyes científicas a partir de grandes cantidades de observaciones y datos o derivaciones matemáticas.

Por ejemplo, se podría observar que todos los objetos en la Tierra, sin la resistencia del aire, aceleran hacia la Tierra a aproximadamente 9,8 m/s2. Uno no sería capaz de hacer una ley sobre la gravedad basada en dejar caer solo unos pocos objetos, mientras que una ley sería apropiada después de recopilar datos sobre la caída libre de muchos objetos. Además, el hecho de que el valor de la aceleración gravitatoria sea diferente en otros planetas no negaría la ley porque la condición de la ley es que la caída libre se produzca en la Tierra.

¿Cuáles son las leyes de la física?

Debido a que las leyes de la física son leyes científicas, el significado de las leyes de la física es simplemente un conjunto de leyes científicas que se aplican a la física. Generalmente se usan para explicar fenómenos, como la caída libre, y para hacer predicciones para valores o variables dadas.

Las leyes de la física impactan el estudio de la física al permitir que los físicos calculen los resultados de situaciones específicas. La mayoría de las leyes de la física incluyen ecuaciones para que los físicos puedan calcular el comportamiento de los objetos y las ondas basándose en esas ecuaciones.

Lista de leyes de la física

Las leyes de la física cubren una amplia gama de campos diferentes. Además de ser muy útil en física, química, astronomía, arquitectura e ingeniería utilizan las leyes de la física.

Conservacion de energia

La ley de conservación de la energía establece que la energía no puede crearse ni destruirse, solo convertirse de una forma a otra o transferirse de un objeto u onda a otro. Los físicos aplican esto a la física en problemas de energía cinética y potencial, como los problemas de la montaña rusa. También es relevante para categorizar las colisiones como elásticas o inelásticas.

Se aplica a la química en la medida en que la energía de los reactivos más cualquier energía añadida al sistema, como la energía térmica, es igual a la energía de los productos. Esto permite a los químicos encontrar la entalpía de una reacción, las energías de enlace y el calor de formación.

Leyes de la Termodinámica

La termodinámica es el estudio de la transferencia de calor durante los procesos y reacciones y la relación entre el calor y otras formas de energía.

Las cuatro leyes de la termodinámica son:

1. La ley cero de la termodinámica: si dos sistemas están en equilibrio termodinámico con un tercero, entonces los dos sistemas originales están en equilibrio térmico entre sí. Esta ley es como la propiedad transitiva de la igualdad en matemáticas.
2. La primera ley de la termodinámica: la ley de conservación de la energía, descrita anteriormente en esta lección.
3. La segunda ley de la termodinámica: la entropía (es decir, el desorden) del universo está aumentando y cualquier cambio en la entropía del universo no puede ser negativo.
4. La Tercera Ley de la Termodinámica: una estructura cristalina pura en el cero absoluto (0 Kelvin) no tiene entropía.

Los físicos aplican estas leyes a problemas de energía cinética/potencial, motores térmicos, expansión térmica y presión.

Leyes del movimiento

Las leyes del movimiento de Newton son relevantes para muchas áreas de la física, ya que las leyes giran en torno a las fuerzas. Las tres leyes son:

1. Primera ley de Newton: la ley de la inercia: si un cuerpo no tiene aceleración neta (es decir, está en reposo o se mueve a una velocidad constante), no cambiará su velocidad o dirección a menos que una fuerza externa actúe sobre él.
2. Segunda ley de Newton: F = ma, donde F es la fuerza en Newtons, m es la masa en kilogramos y a es la aceleración en metros por segundo al cuadrado. Por ejemplo, la fuerza experimentada por una pelota que golpea una pared es la masa de la pelota multiplicada por su aceleración (desaceleración).
3. Tercera ley de Newton: la ley de acción y reacción: cada fuerza del objeto A sobre el objeto B está emparejada con una fuerza igual y opuesta del objeto B al objeto A. Por ejemplo, la fuerza gravitacional que la Tierra ejerce sobre una pelota es igual en magnitud y dirección opuesta en comparación con la fuerza gravitacional de la pelota sobre la Tierra (ver Figura 1).

Las leyes del movimiento de Newton son relevantes para todas las áreas de la física que se ocupan de las fuerzas, como la cinemática, la inercia, los diagramas de cuerpo libre, las poleas, las palancas, el movimiento circular, la electrostática y la presión.

Ley de la Gravitación Universal

La ley de gravitación universal de Newton establece que la fuerza de atracción entre dos masas cualesquiera es directamente proporcional a cada masa e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre las dos masas. En forma de ecuación, la ley es F = Gm1m2/r2, donde:

• F es la fuerza gravitatoria entre las dos masas
• G es la constante gravitatoria (6.672 x 10-11Nm2/kg2)
• m1 y m2 son las masas en kilogramos de los dos objetos
• r es la distancia en metros entre los objetos

Los científicos suelen aplicar la ley de la gravitación universal a problemas relacionados con los cuerpos celestes, como estrellas, planetas y lunas. También lo aplican a problemas en los que una fuerza, como la fuerza centrípeta en un movimiento circular, tiene que ser igual a la fuerza gravitacional, como en las órbitas geosincrónicas.

Ley de Kepler

La ley de Kepler es un conjunto de tres enunciados:

1. Cada planeta viaja en una órbita elíptica alrededor del Sol, con el Sol ubicado en un foco de la elipse.
2. Un planeta barre áreas iguales en un tiempo determinado (ver Figura 2).
3. El cuadrado del período orbital de un planeta es proporcional al cubo de su semieje elíptico mayor: P2 = a3, donde P es el período de la órbita de un planeta y a es el semieje eje mayor de la órbita.

Los científicos aplican esta ley a los problemas relacionados con el período orbital, la velocidad y la distancia al Sol de un planeta. Por ejemplo, encontrar cuántas veces se compara el año de un planeta con el año de otro planeta dados sus respectivos semiejes principales.

Principio de Arquimedes

El principio de Arquímedes establece que un objeto parcial o completamente sumergido en un fluido experimenta una fuerza hacia arriba (la fuerza de flotación) igual al peso del fluido que desplazó. Los físicos lo aplican a problemas de física sobre flotabilidad, densidad y volumen.

Leyes electrostáticas

Una ley electrostática es una ley que gobierna las cargas que no se mueven. Dos leyes electrostáticas fundamentales son la ley de Coulomb y la ley de Gauss. La ley de Coulomb describe la fuerza electrostática entre dos cargas. Es análogo a la ley de la gravitación universal tanto en formato como en concepto. Está dada por F = \frac {kq_1q_2} {r^2} {/eq}, donde F es la fuerza electrostática entre las dos cargas, k es la constante de Coulomb ({eq}8,99 \times 10^9 \frac {Nm^2} {C^2} {/eq}), {eq}q_1 {/eq} y {eq}q_2 {/eq} son las cargas en Culombios de los dos objetos, y r es la distancia en metros entre los objetos. Las fuerzas positivas son repulsivas, mientras que las fuerzas negativas son atractivas.

La ley de Gauss establece que el flujo eléctrico (es decir, el producto de un campo eléctrico y el componente de área perpendicular al campo eléctrico) de una superficie cerrada es igual a la carga encerrada por la superficie dividida por su permitividad. El flujo no depende de cómo se distribuya la carga.

Resumen de la lección

Una ley científica es un principio o relación que se cumple siempre que se cumplan las condiciones de la ley. Las leyes científicas se desarrollan matemáticamente oa partir de un gran número de observaciones. Las leyes de la física se llaman así porque son leyes científicas que se aplican a la física. Sin embargo, también se aplican a otros campos, como la química, la astronomía, la arquitectura y la ingeniería. El primer conjunto de leyes físicas son las cuatro leyes de la termodinámica (el estudio de la energía térmica), que son: 1) dos sistemas en equilibrio termodinámico con un tercer sistema están en equilibrio térmico entre sí; 2) se conserva la energía; 3) la entropía(es decir, el desorden) del universo está aumentando; y 4) la entropía de una estructura cristalina pura a 0 K es cero. El siguiente conjunto de leyes son las tres leyes del movimiento de Newton: 1) un objeto que no está acelerando no cambiará su velocidad o dirección a menos que una fuerza externa actúe sobre él; 2) la fuerza es el producto de la masa y la aceleración; y 3) los objetos ejercen fuerzas iguales y opuestas entre sí.

La ley de la gravitación universal describe la atracción gravitatoria entre dos objetos: {eq}F = \frac {Gm_1m_2} {r^2} {/eq}, donde F es la fuerza gravitatoria entre las dos masas, G es la constante gravitatoria ( {eq}6,67 \times 10^{-11} \frac {m^3} {kg s^2} {/eq}), {eq}m_1 {/eq} y {eq}m_2 {/eq} son los masas de los dos objetos, y r es la distancia entre los objetos. La ley de Kepler trata sobre el movimiento planetario: la órbita de cada planeta es una elipse con el Sol en un foco, un planeta barre áreas iguales de su elipse en un período de tiempo determinado y el cuadrado del período orbital de un planeta es proporcional al cubo de su semieje elíptico mayor. El principio de Arquímedes establece que la fuerza de flotación es igual al peso del fluido desplazado por un objeto sumergido. Las leyes electrostáticas(es decir, las leyes científicas que gobiernan las cargas estacionarias) son la Ley de Coulomb y la Ley de Gauss. La primera es la versión electrostática de la gravitación: {eq}F = \frac {kq_1q_2} {r^2} {/eq}, donde F es la fuerza electrostática, k es la constante de Coulomb ({eq}8,99 \times 10^9 \frac {Nm^2} {C^2} {/eq}), {eq}q_1 {/eq} y {eq}q_2 {/eq} son las cargas de los dos objetos, y r es la distancia entre los objetos. Este último establece que el flujo eléctrico de una superficie cerrada es igual a la carga encerrada por la superficie dividida por su permitividad.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador