OLIMPIADA IBEROAMERICANA
DE FíSICA
TEMARIO OFICIAL
Aprobado
en Sorata – Bolivia durante la
realización de la VI OIbF
Octubre
de 2001
1.
Mecánica de la partícula y de los sistemas de partículas.
a)
Cinemática de la partícula.
Posición, trayectoria, velocidad y aceleración. Movimiento
circular. Aceleración tangencial y centrípeta. Movimiento curvilíneo en
general.
b)
Dinámica de la partícula.
Leyes de Newton[1]. Sistemas de referencia inercial y no inercial. Fuerzas de inercia[2]. Momento lineal (Momentum o cantidad de movimiento) y momento
angular (momento cinético). Teoremas de conservación. Impulso mecánico.
c) Dinámica de
los sistemas de partículas. Fuerzas exteriores e interiores. Momento lineal y
angular de un sistema de partículas. Teoremas de conservación. Centro de masas.
d) Trabajo
mecánico. Potencia. Trabajo de las fuerzas exteriores e interiores. Relación
entre el trabajo mecánico y la energía cinética (Teorema de las fuerzas vivas).
Fuerzas conservativas. Energía potencial. Energía mecánica. Teorema de
conservación.
e) Fuerza de
rozamiento (fricción). Coeficientes de rozamiento. Fuerza de rozamiento viscoso
(Ley de Stokes). Fuerzas elásticas (Ley de Hooke).
f) Ley de la
Gravitación Universal. Energía potencial gravitatoria. Energía potencial
gravitatoria en puntos próximos a la superficie de la Tierra. Movimiento
orbital. Leyes de Kepler.
2.
Mecánica del sólido rígido
a)
Estática. Momento de una fuerza
(torque). Par de fuerzas. Condiciones de equilibrio de un sólido rígido.
b) Cinemática.
Movimiento de un sólido rígido: traslación y rotación. Condición de rodadura
pura: eje instantáneo de rotación.
c) Ecuación
fundamental de la Dinámica de rotación. Rotación de un sólido rígido alrededor
de un eje fijo. Momento de inercia. Teorema de Steiner.
3 Mecánica de fluidos.
a)
Hidrostática. Presión. Ecuación
fundamental (Principio de Pascal). Teorema de Arquímedes.
b)
Hidrodinámica. Ecuación de
continuidad (conservación de la masa). Teorema de Bernoulli.
4. Termodinámica
a) Calor y
trabajo. Concepto de temperatura. Equilibrio termodinámico. Funciones de
estado. Energía interna. Primer Principio de la Termodinámica. Capacidades
caloríficas.
b) Modelo de un
gas ideal. Presión. Energía cinética molecular. Número de Avogadro. Ecuación de
estado de un gas ideal. Escala absoluta de temperatura. Aproximación molecular
a fenómenos simples en líquidos y sólidos como ebullición, fusión, etc.
c) Procesos
termodinámicos: isotérmicos, isocóricos, isobáricos y adiabáticos[3].
d) Segundo Principio
de la Termodinámica. La entropía como función de estado. Reversibilidad e
irreversibilidad. Ciclo de Carnot. Rendimiento y Eficiencia.
5. Oscilaciones y Ondas
a) Oscilaciones armónicas.
Ecuación de las oscilaciones armónicas. Solución de la ecuación para el
movimiento armónico. Atenuación y resonancia[4].
b) Ondas
unidimensionales[5]. Función de onda. Ondas transversales y longitudinales.
Polarización. Ondas armónicas: periodicidad temporal y espacial. Transporte de
energía. Potencia. Intensidad de la onda. Ondas sonoras. Intensidad de una onda
sonora: decibelios. Efecto Doppler.
c) Propagación
de ondas: Principio de Huygens - Fresnel. Discontinuidades en el medio: leyes
de la reflexión y de la refracción.
d) Superposición
de ondas armónicas. Coherencia. Análisis de Fourier[6]. Ondas estacionarias (en cuerdas y tubos sonoros). Interferencias.
Pulsaciones. Difracción.
6. Carga eléctrica y campo eléctrico
a) Carga
eléctrica. Conservación de la carga eléctrica. Ley de Coulomb.
b) Campo
eléctrico. Potencial. Líneas de fuerza y superficies equipotenciales.
Distribuciones discretas de carga. El dipolo eléctrico. Teorema de Gauss.
Aplicación a distribuciones de carga.
c) Conductores
en equilibrio. Condensadores (capacitores). Energía almacenada en un
condensador cargado. Densidad de energía del campo eléctrico.
7. Corriente eléctrica.
a)
Movimiento de cargas en un
conductor. Intensidad de corriente. Resistencia eléctrica. Ley de Ohm.
b)
Generadores de corriente
continua: fuerza electromotriz y resistencia interna. Generalización de la ley
de Ohm.
a)
Trabajo y potencia. Ley de
Joule. Circuitos: leyes de Kirchhoff.
8. Campo
magnético.
a)
Fuerzas sobre cargas en movimiento:
fuerza de Lorentz. Campo magnético. Movimiento de partículas cargadas en campos
magnéticos. Aplicaciones sencillas: ciclotrón, espectrómetro de masas, selector
de velocidades, etc.
b)
Ley de Biot y Savart: campo
magnético creado por un conductor rectilíneo de longitud infinita.
c)
Ley de Ampère. Campo magnético
creado por sistemas simétricos simples: espiras y solenoides. Fuerzas entre
corrientes.
9. Electromagnetismo.
a)
Inducción electromagnética.
Flujo magnético. Leyes de Faraday y de Lenz. Inducción y autoinducción. Energía
del campo magnético.
b)
Generación de corrientes
alternas. Circuitos simples de corriente alterna. Constantes de tiempo.
Circuitos resonantes.
10. Ondas electromagnéticas
a) Circuitos
oscilantes. Frecuencia de oscilaciones. Generación por retroalimentación y
resonancia.
b) Óptica
ondulatoria. Difracción por una o dos rendijas. Red de difracción: poder de
resolución. Reflexión de Bragg.
c)
Espectros de dispersión y
difracción. Líneas espectrales de gases.
d)
Tranversalidad de las ondas electromagnéticas.
Polarización por reflexión. Superposición de ondas polarizadas.
e)
Cuerpo negro, ley de Stefan -
Boltzmann[7].
11. Física cuántica
a) Efecto
fotoeléctrico. Energía y momento lineal de un fotón. Fórmula de Einstein.
b) Longitud de
onda de De Broglie. Desigualdad (Principio) de Incertidumbre de Heisenberg.
12. Relatividad
a)
Principio de relatividad.
Transformación de Lorentz. Contracción del espacio y dilatación del tiempo.
Transformación de velocidades.
b) Momento
lineal y energía relativistas. Conservación.
13. Materia
a) Aplicaciones
simples de la ley de Bragg.
b) Estudio
cualitativo de niveles de energía de átomos y moléculas. Emisión, absorción y
espectro de átomos hidrogenoides.
c) Estudio
cualitativo de niveles de energía del núcleo. Desintegraciones alfa, beta y
gamma. Absorción de radiación. Decaimiento exponencial: periodo de
semidesintegración y vida media. Componentes del núcleo. Defecto de masa y
reacciones nucleares.
Parte
Experimental: La parte teórica del temario proporciona la base de todos los
problemas experimentales, los cuales requieren que los participantes realicen
mediciones experimentales.
Requerimientos adicionales:
1. Los concursantes
deberán ser conscientes de que los instrumentos afectan las mediciones.
2. Conocimiento
de las técnicas experimentales más comunes para la medición de las cantidades
físicas mencionadas en el temario teórico.
3. Conocimiento
de instrumentos simples y comúnmente utilizados en el laboratorio, tales como:
el vernier, termómetros, multímetros simples, amperímetros, voltímetros,
óhmetros, potenciómetros, diodos, transistores, montajes ópticos simples, etc.
4. Habilidad
para usar, con el adecuado apoyo de las instituciones, algunos instrumentos y
arreglos más elaborados, como el osciloscopio de doble traza, contadores,
escaladores, generadores de señales y funciones, convertidores
analógico-digitales conectados a una computadora, amplificador, integrador,
diferenciador, fuente de alimentación, voltímetros óhmetros y amperímetros
universales (analógicos y digitales).
5. Estimación
correcta de fuentes de error y estimación de su influencia en los resultados
finales.
6. Errores
absolutos y relativos, precisión de los instrumentos de medición, error de una
sola medición, error en una serie de mediciones, error de una cantidad como
función de cantidades medidas.
7. Transformación
de una dependencia funcional a una forma lineal por medio de la selección apropiada
de variables y ajuste de una recta a puntos experimentales.
8. Uso
apropiado de papel milimetrado con distintas escalas (por ejemplo, papel polar
y logarítmico).
9. Redondeo
correcto de cifras, expresión de los resultados o del resultado final y error o
errores con el número correcto de cifras significativas.
10. Conocimiento
estándar de reglas básicas de seguridad en el laboratorio. Sin embargo, si el montaje experimental
contiene algunos riesgos de seguridad, el texto del problema señalará las advertencias
apropiadas.
[1] Se pueden proponer problemas de masa
variable.
[2] No se requiere el conocimiento de la
fuerza de Coriolis.
[3] No se requiere la demostración de la
ecuación de los procesos adiabáticos.
[4] Estudio cualitativo.
[5] En medios homogéneos y no dispersivos.
[6] Estudio cualitativo.
[7] No se requiere la fórmula de Planck