Este documento presenta los conceptos fundamentales de física para ingeniería química, incluyendo trabajo, energía, momento, rotación de cuerpos rígidos, ondas, temperatura, gases ideales, calor y la primera ley de la termodinámica. También incluye datos y constantes físicas comunes así como factores de conversión entre unidades.

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FÍSICA I
1º Grado en INGENIERÍA QUÍMICA (2013-2014)
TEMA 1: Trabajo, energía y momento lineal
 Trabajo: ·cos· xFW  ;  FdxW ;  itotal WW
 Energía cinética: 2
·
2
1
vmT 
 Teorema de las fuerzas vivas: TW 
 Energía potencial:  drFV C ; gravitatoria: hgmVg ·· ; elástica: 2
·
2
1
xkVe 
 Teorema trabajo‐energía: VWFC 
 Energía mecánica: eg VVTE 
 Conservación de la energía (solo fuerzas conservativas): 0E
 Teorema trabajo‐energía generalizado: EWFnC 
 Potencia:
t
W
P  y si la fuerza es constante: vFP ·
 Centro de masas:  iiCM rm
M
R ·
1
;  rdm
M
RCM
1
 Velocidad del centro de masas:  ii
CM
CM vm
Mdt
dR
V ·
1
 Aceleración del centro de masas:  ii
CMCM
CM am
Mdt
Rd
dt
dV
A ·
12
 2ª Ley de Newton:   CMext AMF ·
 Momento lineal: iii vmp · ;   CMi VMpP · ; Conservación: Si ctePFext  0
 Impulso mecánico: pFdtI   ; Fuerza promedio:
t
I
Fm


TEMA 2: Rotación de cuerpos rígidos
 Velocidad angular:
dt
d
 
 Aceleración angular: 2
2
dt
d
dt
d 
 
 Relación entre magnitudes angulares y lineales: rx · ; r·v  ; ra ·
 Cinemática de la rotación: 2
00 ·
2
1
· tt   ; t·0   ;   ··22
0
2
 Momento de inercia para un sistema de partículas puntuales:  2
· ii rmI
 Momentos de inercia de sólidos rígidos:  dmrI 2
 Aro delgado en torno a su eje central: 2
·RmI 
 Disco sólido en torno a su eje central: 2
··
2
1
RmI 
 Cilindro sólido en torno a su eje central: 2
··
2
1
RmI 
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 Barra delgada en torno a un eje perpendicular que pasa por el centro: 2
··
2
1
LmI 
 Esfera sólida en torno a su eje central: 2
··
5
2
RmI 
 Esfera hueca en torno a su eje central: 2
··
3
2
RmI 
 Teorema de Steiner (ejes paralelos): 2
·dmII CM 
 Teorema de las figuras planas: yxz III 
TEMA 3: Dinámica del movimiento de rotación
 Momento de una fuerza: FrM

 ; ·sen·FrM  . Fuerzas centrales:
00  M
 Energía cinética de rotación: 2
··
2
1
CMIT 
 Cuerpos rodantes: 22
·
2
1
··
2
1
CMCM
trans
c
rot
cc VmITTT  
 Momento angular: prL

 ; ·sen·· vmrL  ; ·IL 
 Ley de conservación cteL
dt
dL
M  0
TEMA 4: Equilibrio estático
 Condición de equilibrio:   0F

;   0M

 Centro de gravedad:  iicg pxPX ·· ; (  ipP )
TEMA 5: Ondas
 Ecuación general: )·sen(),( 0  kxtAtxy 
 Longitud de onda:
k


2

 Velocidad de propagación: 

·v 
T
 Velocidad del sonido en los gases:
M
TR··
v


 Velocidad de las ondas en una cuerda:

T
v ;
L
m

 Interferencias:  ),(),( txytxy iT Para dos ondas de las mismas características:
 Constructiva: ,...3,2,1·  nnx 
 Destructiva:   ,...3,2,1
2
·12  nnx

 Ondas estacionarias: )2)·sen((),( txAtxy r  ; Amplitud resultante:
)cos(2)( kxAxAr  ; condiciones de contorno:
 Onda confinada en una cuerda o en un tubo cerrado ,...3,2,1
2
 nn


 Onda confinada en una un tubo abierto por un extremo:   ,...3,2,1
4
12  nn


 Energía: 22
2
1
mAE 

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 Intensidad de una onda:
St
E
S
P
I
·
 ; Atenuación de ondas tridimensionales: 2
1
2
2
2
1
r
r
I
I

 Absorción de ondas (ley de Lambert‐Beer): x
eII ·
0 · 

 Intensidad sonora, escala decibélica:
0
·log10
I
I

TEMA 6: Temperatura, expansión térmica y gases ideales
 Escalas de temperatura: )(º·8,132)(º CtFt  ; 15,273)(º)(  CtKT
 Dilatación: TLL  ·· 0 ; TSS  ·· 0 , (  2 ); TVV  ·· 0 ,(  3 )
 Gases ideales: TRnVp ···  ; TRMp ···  . En mezclas de gases:  ii MM ·
 Energía cinética media: TkmvE B
m
mc
2
3
2
1 2
, 





 (para n moles: nRTEc
2
3
 )
 Velocidad cuadrática media:   m
Tk
v B
m
32

 Función de distribución de velocidades:   Tk
mv
B
ev
kT
m
vf 22
2
3 2
2
4 








 Velocidad máxima:
m
Tk
v B
máx
2

TEMA 7: Calor y primera ley de la Termodinámica
 Calor sensible: TCmTCQ e  ··
 Cambios de fase: LmQ · (“+” en progresivos y “‐“ en regresivos)
 Primera ley: WQU 
 Trabajo:  PdVW ;
1
2
·ln··
V
V
TRnWisotermo 
 Capacidades caloríficas: RnCC VP · ; RnCdiat
V ·
2
5.
 ; RnCmonoat
V ·
2
3.

 Transformaciones adiabáticas: cteVP 
· ;
V
p
C
C
 ; TCW Vadiabático  ·
 Conducción:
R
T
t
Q
I




 ; Resistencia:
Sk
x
R
·

 ,  i
serie
eq RR , 
i
paral
eq RR
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.
 Radiación: 4
··· TSe
t
Q
I 



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Datos y Constantes físicas
Símbolo Nombre Valor (S.I.)
g0 Aceleración de la gravedad (sup. Tierra) 9,81 m∙s‐2
ρw Densidad del agua 103
kg∙m‐3
ρaire Densidad del aire 1,293 kg∙m‐3
NA Número de Avogadro 6.022∙1023
mol‐1
R Constante de los gases 8.314 J∙mol‐1
∙K‐1
kB Constante de Boltzmann 1,38∙10‐23
J∙K‐1
Cw Capacidad calorífica del agua (25ºC) 4,184 J∙mol‐1
Lfw Calor latente de fusión del hielo (0ºC, 1 atm) 3,335∙105
J∙kg‐1
Lvw Calor latente de evaporación del agua (100ºC, 1 atm) 2,257∙106
J∙kg‐1
Algunos factores de conversión
Magnitud Unidad Símbolo Equivalencia (S.I.)
Longitud angstrom Å 1 Å=10‐10
m
Ángulos grado hexagesimal º 360º=2π rad
Volumen litro L 1 L=10‐3
m3
Energía electrón‐voltio eV 1 eV=1,602∙10‐19
J
caloría cal 1 cal=4,184 J
Prefijos S.I.
PREFIJO SÍMBOLO FACTOR PREFIJO SÍMBOLO FACTOR
yotta Y 1024
deci d 10‐1
zetta Z 1021
centi c 10‐2
exa E 1018
mili m 10‐3
peta P 1015
micro μ 10‐6
tera T 1012
nano n 10‐9
giga G 109
pico p 10‐12
mega M 106
femto f 10‐15
kilo k 103
atto a 10‐18
hecto h 102
zepto z 10‐21
deca da 101
yocto y 10‐24