F2Semana 15 jueves
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Temas
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Física
1
Acerca de la Física
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Fenómenos
mecánicos
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Fenómenos
Termodiná-micos
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Física
2
Fenómenos
ondulatorios mecánicos
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Fenómenos
electromagnéticos
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Física
Contemporánea.
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Equipo
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1
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4
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5
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6
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3
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2
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Reseña
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La física es muy antigua, los primeros hombres, sin
saber ni siquiera que estaban haciendo ciencia ya hacían algunos experimentos
de física, es así como llegaron a hacer fuego, inventaron (o descubrieron) la
rueda, crearon máquinas simples pero muy efectivas, y así...
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MOVIMIENTO
Y SISTEMA DE REFERENCIA. El movimiento es el cambio de posición de un objeto
o partícula con respecto a un sistema de referencia descrito a través del
tiempo. Un sistema de referencia puede ser un punto, o un conjunto de puntos,
o un cuerpo, con la condición que éste se encuentre en reposo o se mueva de
manera rectilínea y uniforme.
VELOCIDAD.
Representa el cambio de posición de un cuerpo (desplazamiento) realizado en
un intervalo de tiempo. La velocidad tiene magnitud, dirección y sentido; en
general el curso de Física I se ocupa sobre todo de su magnitud, a la cual se
le conoce como rapidez. La rapidez es el resultado de la división del cambio
de posición entre el intervalo de tiempo empleado en hacer el cambio de dicha
posición; se mide en m/s, cm/s, km/h, mi/h, etc.
Aclaración:
en el lenguaje popular la rapidez es sinónimo de velocidad, pero aquí
necesitamos la distinción pues la velocidad es un vector (con magnitud,
dirección y sentido), mientras que la rapidez no es un vector (solo tiene
magnitud).
ACELERACION.
Es lo que resulta de hacer la división del cambio de velocidad entre el
intervalo de tiempo empleado para dicho cambio. La aceleración también es un
vector, sin embargo en el curso de Física I es raro que se le trate como
vector, y lo común es que solo se emplee la magnitud de la aceleración como
modificador de la rapidez.
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Un
fenómeno termodinámico es aquel en los que se realizan intercambios de calor
y de trabajo.
Todo de acuerdo a los
principios de la termodinámica
Un ejemplo seria:
La máquina de vapor
obtenía trabajo a partir del calor
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Se
le llama movimiento ondulatorio a la propagación de la energía por medio de una perturbación de un medio y
no por el movimiento de este.
No
implica transporte de energía de un punto a otro.
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El
electromagnetismo es la fuerza que causa la interacción entre las
partículas cargadas eléctricamente,
las áreas en las que esto ocurre se llaman los campos electromagnéticos.
Se
manifiesta como los campos eléctricos
y los campos magnéticos.
Un
campo eléctrico variable genera un campo magnético y este genera un campo
eléctrico , este efecto se llama la inducción electromagnética
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La física contemporánea
es la física que se estudia actualmente, en el ámbito molecular se estudian
las interacciones atómicas; en el ámbito astronómico se estudian los cuerpos
y su capacidad de distorsionar el espacio-tiempo. Hasta el momento tienen
gran similitud la física moderna y la contemporánea, de no ser que salga
algún genio descubra cosas nuevas que la física hasta entonces moderna sea
cambiada.
Como quien dice la física contemporánea es la física actualizada hasta
nuestros días.
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Superconductores
Un superconductor es un material que no opone resistencia al
flujo de corriente eléctrica por él.
La superconductividad es una propiedad presente
en muchos metales y algunas cerámicas, que aparece a bajas temperaturas,
caracterizada por la pérdida de resistividad a partir de cierta temperatura
característica de cada material, denominada temperatura crítica.
Los superconductores también presentan un
acusado diamagnetismo, es decir, son repelidos por los campos magnéticos.
El fenómeno fue observado por primera vez en
1911 por el físico holandés H. Kamerlingh Onnes, y sus explicaciones teóricas
tardaron más de cuarenta años en establecerse.
El hecho de que la teoría que explicaba este
fenómeno se mostrara tan elusiva tiene su justificación en que ni la teoría
clásica de materiales, construida por Drude y Lorentz, ni la posterior teoría
cuántica que Bloch y Grüneisen desarrollaron en la década de los treinta podían
dar cuenta del fenómeno de la desaparición de resistencia eléctrica.
Por su ausencia de resistencia, los
superconductores se han utilizado para fabricar electroimanes que generan
campos magnéticos intensos sin pérdidas de energía. Los imanes superconductores
se han utilizado en estudios de materiales y en la construcción de potentes
aceleradores de partículas. Aprovechando los efectos cuánticos de la
superconductividad se han desarrollado dispositivos que miden la corriente
eléctrica, la tensión y el campo magnético con una sensibilidad sin
precedentes.
El descubrimiento de mejores compuestos
semiconductores es un paso significativo hacia una gama mayor de aplicaciones,
entre ellas ordenadores más rápidos y con mayor capacidad de memoria, reactores
de fusión nuclear en los que el plasma se mantenga confinado por campos
magnéticos, trenes de levitación magnética de alta velocidad y, tal vez lo más
importante, una generación y transmisión más eficiente de la energía eléctrica.
El Premio Nobel de Física de 1987 se concedió al
físico alemán J. Georg Bednorz y al físico suizo K. Alex Mueller por su trabajo
sobre la superconductividad a altas temperaturas.
Fibras ópticas
Introducción
El primer intento
de utilizar la luz como soporte para una transmisión fue realizado por
Alexander Graham Bell, en el año 1880. Utilizó un haz de luz para llevar
información, pero se evidenció que la transmisión de las ondas de luz por la
atmósfera de la tierra no es práctica debido a que el vapor de agua, oxigeno y
partículas en el aire absorben y atenúan las señales en las frecuencias de luz.
Se ha buscado
entonces la forma de transmitir usando una línea de transmisión de alta
confiabilidad que no reciba perturbaciones desde el exterior, una guía de fibra
llamada Fibra óptica la cual transmite información lumínica.
La fibra óptica
puede decirse que fue obtenida en 1951, con una atenuación de 1000 dB/Km. (al
incrementar la distancia 3 metros la potencia de luz disminuía ½), estas
perdidas restringía, las transmisiones ópticas a distancias cortas. En 1970, la
compañía de CORNING GLASS de Estados Unidos fabricó un prototipo de fibra
óptica de baja perdida, con 20 dB/Km. Luego se consiguieron fibras de 7 dB/Km.
(1972), 2.5 dB/Km. (1973), 0.47 dB/Km. (1976), 0.2 dB/Km. (1979). Por tanto a finales
de los años 70 y a principios de los 80, el avance tecnológico en la
fabricación de cables ópticos y el desarrollo de fuentes de luz y detectores,
abrieron la puerta al desarrollo de sistemas de comunicación de fibra óptica de
alta calidad, alta capacidad y eficiencia. Este desarrollo se vio apoyado por
diodos emisores de luz LEDs, Fotodiodos y LASER (amplificación de luz por
emisión estimulada de radiación).
La Fibra Óptica es
una varilla delgada y flexible de vidrio u otro material transparente con un
índice de refracción alto, constituida de material dieléctrico (material que no
tiene conductividad como vidrio o plástico), es capaz de concentrar, guiar y
transmitir la luz con muy pocas pérdidas incluso cuando esté curvada. Está
formada por dos cilindros concéntricos, el interior llamado núcleo (se
construye de elevadísima pureza con el propósito de obtener una mínima
atenuación) y el exterior llamado revestimiento que cubre el contorno (se
construye con requisitos menos rigurosos), ambos tienen diferente índice de
refracción ( n2 del revestimiento es de 0.2 a 0.3 %
inferior al del núcleo n1 ).
El diámetro
exterior del revestimiento es de 0.1 mm . aproximadamente y el diámetro del
núcleo que transmite la luz es próximo a 10 ó 50 micrómetros. Adicionalmente
incluye una cubierta externa adecuada para cada uso llamado recubrimiento.
Ventajas de la
tecnología de la fibra óptica
Baja Atenuación
Las fibras ópticas
son el medio físico con menor atenuación. Por lo tanto se pueden establecer
enlaces directos sin repetidores, de 100 a 200 Km . con el consiguiente aumento
de la fiabilidad y economía en los equipamientos.
Gran ancho de
banda
La capacidad de
transmisión es muy elevada, además pueden propagarse simultáneamente ondas
ópticas de varias longitudes de onda que se traduce en un mayor rendimiento de
los sistemas. De hecho 2 fibras ópticas serían capaces de transportar, todas
las conversaciones telefónicas de un país, con equipos de transmisión capaces
de manejar tal cantidad de información (entre 100 MHz/Km a 10 GHz/Km).
Peso y tamaño
reducidos
El diámetro de una
fibra óptica es similar al de un cabello humano. Un cable de 64 fibras ópticas,
tiene un diámetro total de 15 a 20 mm . y un peso medio de 250 Kg/km. Si
comparamos estos valores con los de un cable de 900 pares calibre 0.4 (peso
4,000 Kg/Km y diámetro 40 a 50 mm ) se observan ventajas de facilidad y costo
de instalación, siendo ventajoso su uso en sistemas de ductos congestionados,
cuartos de computadoras o el interior de aviones.
Gran
flexibilidad y recursos disponibles
Los cables de fibra
óptica se pueden construir totalmente con materiales dieléctricos, la materia
prima utilizada en la fabricación es el dióxido de silicio (Si0 2 ) que es uno
de los recursos más abundantes en la superficie terrestre.
Aislamiento
eléctrico entre terminales
Al no existir
componentes metálicos (conductores de electricidad) no se producen inducciones
de corriente en el cable, por tanto pueden ser instalados en lugares donde
existen peligros de cortes eléctricos.
Ausencia de
radiación emitida
Las fibras ópticas
transmiten luz y no emiten radiaciones electromagnéticas que puedan interferir
con equipos electrónicos, tampoco se ve afectada por radiaciones emitidas por
otros medios, por lo tanto constituyen el medio más seguro para transmitir
información de muy alta calidad sin degradación.
Costo y
mantenimiento
El costo de los
cables de fibra óptica y la tecnología asociada con su instalación ha caído
drásticamente en los últimos años. Hoy en día, el costo de construcción de una
planta de fibra óptica es comparable con una planta de cobre. Además, los
costos de mantenimiento de una planta de fibra óptica son muy inferiores a los
de una planta de cobre. Sin embargo si el requerimiento de capacidad de
información es bajo la fibra óptica puede ser de mayor costo.
Las señales se
pueden transmitir a través de zonas eléctricamente ruidosas con muy bajo índice
de error y sin interferencias eléctricas.
Las características
de transmisión son prácticamente inalterables debido a los cambios de
temperatura, siendo innecesarios y/o simplificadas la ecualización y
compensación de las variaciones en tales propiedades. Se mantiene estable entre
-40 y 200 ºC .
Por tanto
dependiendo de los requerimientos de comunicación la fibra óptica puede constituir
el mejor sistema.
Desventajas de
la fibra óptica
El costo de la
fibra sólo se justifica cuando su gran capacidad de ancho de banda y baja
atenuación son requeridos. Para bajo ancho de banda puede ser una solución
mucho más costosa que el conductor de cobre.
La fibra óptica no
transmite energía eléctrica, esto limita su aplicación donde el terminal de
recepción debe ser energizado desde una línea eléctrica. La energía debe
proveerse por conductores separados.
Las moléculas de
hidrógeno pueden difundirse en las fibras de silicio y producir cambios en la
atenuación. El agua corroe la superficie del vidrio y resulta ser el mecanismo
más importante para el envejecimiento de la fibra óptica.
Incipiente
normativa internacional sobre algunos aspectos referentes a los parámetros de
los componentes, calidad de la transmisión y pruebas.
Ver Historia de la Astronomía
