Sinopsis

Desde noviembre del año 1976, en que impartí mi primera clase de
Física, hasta la fecha, han pasado más de treinta años. Este tiempo me
ha servido para aprender un poco de Física, pero sobre todo me ha servido
para aprender a enseñarla.
En este intervalo de tiempo, los alumnos han cambiado. Lo han
hecho mucho más rápidamente que los profesores. Nosotros, subidos a
veces en el pedestal de nuestra hipotética sabiduría, no hemos sabido
apreciar el profundo cambio de nuestros alumnos.
Es indudable que ellos han sufrido una gran transformación y no
cabe preguntarse si para bien o para mal, sólo cabe preguntarse cómo
podemos enseñarles.
Si no somos capaces de apreciar esta variación vital, no será posible
serles útiles. La imagen del profesor-juez, que se limita únicamente
a evaluar, está hoy día fuera de lugar. Se necesitan profesores comprometidos,
profesores que sean capaces de trabajar a fondo con los alumnos,
olvidándose del nivel de conocimiento que poseen y pensando
únicamente en el nivel que pueden alcanzar.
Hay que olvidarse de las complejas fórmulas que antaño nos enseñaron,
de los métodos matemáticos que sólo servían para llenar pizarras
y plantear conceptos ininteligibles.
Pero este cambio mental tiene que estar dirigido desde el rigor, porque
el rigor no implica complejidad ni confusión. Se puede alcanzar el
rigor con conceptos sencillos. Si Albert Einstein fue capaz de explicar
la Teoría de la Relatividad en apenas un pequeño libro de no más de
cincuenta hojas, estaríamos fuera de la realidad si no somos capaces de
hacer entender a nuestros alumnos en Ciencias Ambientales la Física
que, dentro de su complejidad, es, sin embargo, muy fácil de entender
cuando se explica apoyándose en conceptos simples, pero radicalmente
ciertos.

Este libro está basado en esa filosofía de aprendizaje, y pretende
que el alumno que se atreva a leerla sea capaz de llegar a conclusiones
sin ayuda del profesor. No pretende sustituir a éste, cosa imposible,
pero sí puede hacer que los alumnos «piensen» y, sobre todo, que aprecien
la sencillez de la Física.
Por esta razón, la teoría se ha explicado de forma fácil de entender
y sólo se han incorporado las ineludibles demostraciones en aras de no
perder rigor. Se han incorporado, asimismo, ejemplos prácticos y, por
último, para facilitar la comprensión de los conceptos, se han incluido
una serie de conversaciones en las que el profesor y los alumnos son
capaces de desgranar los problemas más complejos hasta convertirlos
en sencillos y asequibles a cualquier lector.

Índice

Capítulo 1. Magnitudes escalares y magnitudes vectoriales 1
1.1. Magnitudes escalares y magnitudes vectoriales 2
1.2. Vector. Tipo de vectores 2
1.3. Operaciones con vectores 4
1.4. Componentes cartesianas de un vector 6
1.5. Producto escalar 8
1.6. Producto vectorial 9
1.7. Producto mixto de tres vectores 10
1.8. Derivada de un vector 11
1.9. Momento de un vector respecto de un punto 12
1.10. Momento áxico de un vector 14
1.11. Sistema de vectores deslizantes 15
1.12. Par de vectores 18
1.13. Eje central 19
1.14. Sistemas equivalentes. Sistema reducido equivalente 21
Conversaciones sobre los vectores 24
Capítulo 2. Elasticidad 27
2.1. Esfuerzo 28
2.2. Tipos de esfuerzos 29
2.3. Deformación 30
2.4. Elasticidad y plasticidad 31
2.5. Módulos de elasticidad 33
2.6. Coeficiente de Poisson 37
2.7. Relación entre las diferentes constantes 38
2.8. Energía de deformación 39
2.9. Asociación de materiales 40
Conversaciones sobre los cuerpos elásticos 44

Capítulo 3. Estática de fluidos 47
3.1. Concepto de fluido 48
3.2. La densidad de los cuerpos 48
3.3. Densidad relativa 49
3.4. Presión en un fluido 49
3.5. Principio general de la hidrostática 51
3.6. Fluidos incompresibles. El principio de Pascal
y sus aplicaciones 55
3.7. Principio de Arquímedes 56
3.8. Flotaciones. Estabilidad de una flotación 60
3.9. Empuje sobre una pared plana vertical 61
3.10. Empuje sobre una pared plana cualquiera 62
3.11. Empuje sobre una pared curva 63
3.12. Empuje sobre una compuerta curva donde no entra
agua por debajo 64
3.13. Compuertas curvas donde entra agua por debajo 66
Conversaciones sobre fluidos en reposo
y en movimiento 72
Capítulo 4. Dinámica de fluidos 75
4.1. Línea de corriente 76
4.2. Trayectoria 77
4.3. Teorema de continuidad 77
4.4. Teorema de Bernouilli 79
4.5. Aplicaciones del Teorema de Bernouilli 81
Conversaciones sobre el empuje hidrodinámico 87
Capítulo 5. Introducción y conceptos básicos
de termodinámica 91
5.1. Principios y caracteres generales de la termodinámica 92
5.2. Definiciones: Sistemas y paredes 93
5.3. Clasificación de los sistemas 95
5.4. Estado de un sistema. Variables termodinámicas
y funciones de estado 98
5.5. Procesos cuasiestáticos, reversibles e irreversibles 98
5.6. Ecuación de estado 100

5.7. Procesos termodinámicos 102
5.8. Postulado de equilibrio termodinámico 102
5.9. Principio cero de termodinámica 103
5.10. Concepto de temperatura 104
5.11. Concepto de calor y diferencias
entre calor y temperatura 104
5.12. Termometría 106
5.13. Dilataciones de sólidos y rígidos 109
5.14. Dilataciones de gases 113
Conversaciones sobre las variables
termodinámicas y las funciones de estado 117
Capítulo 6. Primer principio de la termodinámica 121
6.1. Signos del calor y el trabajo en termodinámica 123
6.2. El trabajo en un cambio de volumen 124
6.3. Representación geométrica del trabajo 126
6.4. El calor en los procesos termodinámicos 130
6.5. Energía interna. Primera ley de la termodinámica 133
6.6. Capacidades caloríficas de un gas ideal 137
6.7. Expansión isoterma de un gas ideal 141
6.8. Proceso adiabático de un gas ideal 142
Conversaciones sobre los conceptos básicos
de la termodinámica 149
Capítulo 7. Segundo principio de la termodinámica 153
7.1. Segundo principio de la termodinámica.
Máquinas térmicas 154
7.2. Ciclos termodinámicos 158
7.3. Máquinas frigoríficas 170
7.4. Bomba de calor o termobomba 172
7.5. Escala absoluta de temperaturas 173
7.6. Entropía 174
7.7. Principio de la no conservación de la entropía 180
Conversaciones sobre la entropía 187
Conversaciones sobre las máquinas térmicas 191

Capítulo 8. Transporte de calor 195
8.1. Mecanismos de transporte de calor 196
8.2. Conductividad térmica de un material.
Aislamiento y resistencia térmicos 200
8.3. Conducción de calor a través de un muro plano 203
8.4. Muro plano compuesto 205
8.5. Muro cilíndrico 206
8.6. Muro cilíndrico compuesto 209
8.7. Muro esférico 210
8.8. Muro esférico compuesto 212
Conversaciones sobre el transporte de calor 214
Capítulo 9. Ondas I 217
9.1. Definición 218
9.2. Descripción matemática de onda 219
9.3. Ecuación de onda y velocidad de propagación 229
9.4. Ondas planas en la materia 239
Conversaciones sobre el concepto de la onda 250
Conversaciones sobre las ondas estacionarias 252
Capítulo 10. Ondas II 257
10.1. Interferencias 258
10.2. Difracción 281
10.3. Poder resolvente o poder separador 290
Conversaciones sobre la interferencia de ondas 295
Conversaciones sobre la difracción de doble rendija 298