Olimpiada Peruana de Física

Temario
TEORÍA

Generalidades

Los problemas deben centrarse en el uso y comprensión de los fundamentos físicos sin depender del uso extenso y/o complejo de matemáticas. Los valores numéricos deben darse, preferiblemente, usando unidades del Sistema Internacional (SI).

Parte Teórica

1. Mecánica de la partícula y de los sistemas de partículas

Cinemática de la partícula. Posición, desplazamiento, trayectoria, distancia recorrida, velocidad y aceleración. Movimiento circular. Movimiento curvilíneo en general. Movimiento relativo (trasformación de Galileo).
Dinámica de la partícula. Leyes de Newton. Sistemas de referencia inerciales y no inerciales. Momento lineal (momentum o cantidad de movimiento) y momento angular (momento cinético). Teoremas de conservación. Impulso mecánico.
Dinámica de los sistemas de partículas. Fuerzas externas e internas. Momento lineal y angular de un sistema de partículas. Teoremas de conservación. Centro de masas.
Trabajo mecánico. Potencia. Trabajo de las fuerzas externas e internas. Teorema del trabajo y la energía. Fuerzas conservativas. Energía potencial. Energía mecánica. Principio de conservación.
Fuerza de rozamiento (fricción estática y cinética). Fuerza de rozamiento viscoso (Ley de Stokes). Fuerzas elásticas (Ley de Hooke).
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.
Oscilaciones armónicas. Ecuación de las oscilaciones armónicas. Uso de la solución de la ecuación para el movimiento armónico. Atenuación y resonancia.

2. Mecánica del sólido rígido

Estática. Momento de una fuerza (torque). Par de fuerzas. Condiciones de equilibrio de un sólido rígido.
Cinemática. Movimiento de un sólido rígido: traslación y rotación. Condición de rodadura pura: eje instantáneo de rotación.
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

Hidrostática. Presión. Ecuación fundamental (Principio de Pascal). Teorema de Arquímedes.
Hidrodinámica. Ecuación de continuidad (conservación de la masa). Teorema de Bernoulli.

4. Termodinámica

Calor y trabajo. Concepto de temperatura. Equilibrio termodinámico. Funciones de estado. Energía interna. Primer Principio de la Termodinámica. Capacidades caloríficas.
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.
Procesos termodinámicos: isotérmicos, isocóricos, isobáricos y adiabáticos.
Segundo Principio de la Termodinámica. La entropía como función de estado. Reversibilidad e irreversibilidad. Ciclo de Carnot. Rendimiento y Eficiencia.

5. Oscilaciones y Ondas

Oscilaciones armónicas. Ecuación de las oscilaciones armónicas. Solución de la ecuación para el movimiento armónico. Atenuación y resonancia.
Ondas unidimensionales. 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.
Propagación de ondas: Principio de Huygens – Fresnel. Discontinuidades en el medio: leyes de la reflexión y de la refracción.
Superposición de ondas armónicas. Coherencia. Análisis de Fourier. Ondas estacionarias (en cuerdas y tubos sonoros). Interferencias. Pulsaciones. Difracción.

6. Carga eléctrica y campo eléctrico

Carga eléctrica. Conservación de la carga eléctrica. Ley de Coulomb.
Campo eléctrico. Potencial. Líneas de fuerza y superficies equipotenciales. Distribuciones discretas de carga. El dipolo eléctrico. Teorema de Gauss. Aplicación a distribuciones de carga.
Conductores en equilibrio. Condensadores (capacitores). Energía almacenada en un condensador cargado. Densidad de energía del campo eléctrico.

7. Corriente eléctrica

Movimiento de cargas en un conductor. Intensidad de corriente. Resistencia eléctrica. Ley de Ohm.
Generadores de corriente continua: fuerza electromotriz y resistencia interna. Generalización de la ley de Ohm.
Trabajo y potencia. Ley de Joule. Circuitos: leyes de Kirchhoff.

8. Campo magnético

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.
Ley de Biot y Savart: campo magnético creado por un conductor rectilíneo de longitud infinita.
Ley de Ampère. Campo magnético creado por sistemas simétricos simples: espiras y solenoides. Fuerzas entre corrientes.

9. Electromagnetismo

Inducción electromagnética. Flujo magnético. Leyes de Faraday y de Lenz. Inducción y autoinducción. Energía del campo magnético.
Generación de corrientes alternas. Circuitos simples de corriente alterna. Constantes de tiempo. Circuitos resonantes

10. Ondas electromagnética

Circuitos oscilantes. Frecuencia de oscilaciones. Generación por retroalimentación y resonancia.
Óptica ondulatoria. Difracción por una o dos rendijas. Red de difracción: poder de resolución. Reflexión de Bragg.
Óptica geométrica. Diagramas de rayos e imágenes ópticas. Espejos planos y esféricos Lentes delgadas divergentes y convergentes. Combinaciones sencillas de lentes. Aumento y potencia óptica. Fórmula del fabricante de lentes.
Espectros de dispersión y difracción. Líneas espectrales de gases.
Transversalidad de las ondas electromagnéticas. Polarización por reflexión. Superposición de ondas polarizadas.
Cuerpo negro, ley de Stefan – Boltzmann.

11. Física cuántica

Efecto fotoeléctrico. Energía y momento lineal de un fotón. Fórmula de Einstein.
Longitud de onda de De Broglie. Desigualdad (Principio) de Incertidumbre de Heisenberg.

12. Relatividad

Principio de relatividad. Transformación de Lorentz. Contracción del espacio y dilatación del tiempo. Transformación de velocidades.
Momento lineal y energía relativistas. Conservación.

13. Materia

Aplicaciones simples de la ley de Bragg.
Estudio cualitativo de niveles de energía de átomos y moléculas. Emisión, absorción y espectro de átomos hidrogenoides.
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.

Deben prevalecer en los experimentos las habilidades y la creatividad experimental, manejo de incertidumbre y análisis de datos. Las mediciones directas y los cálculos numéricos deben ocupar un tiempo razonable del tiempo asignado. Las fórmulas necesarias para los cálculos no deben requerir de largos procesos teóricos y/o matemáticos.

Para el desarrollo experimental:

Los concursantes deberán ser bien reflexivos de que los instrumentos se deben calibrar; y también debe saber que siempre hay una medida (base) inicial como referencia.
Los concursantes deberán ser conscientes de que los instrumentos afectan las mediciones.
Conocimiento de las técnicas experimentales más comunes para la medición de las cantidades físicas mencionadas en el temario teórico.
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.
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).
Estimación correcta de fuentes de error y estimación de su influencia en los resultados finales.
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.
Transformación de una dependencia a una forma lineal mediante la elección apropiada de variables y ajustando una línea recta a puntos experimentales. Encontrar los parámetros de regresión lineal (pendiente, intersección y estimación de incertidumbre) ya sea gráficamente o usando las funciones estadísticas de una calculadora (cualquiera de los métodos es aceptable). Selección de escalas óptimas para gráficos y trazado de puntos de datos con barras de error.
Uso apropiado de papel milimetrado con distintas escalas (por ejemplo, papel polar y logarítmico).
Redondeo correcto de cifras, expresión de los resultados o del resultado final y error o errores con el número correcto de cifras significativas.
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.

IMPORTANTE: Conocer de la Matemáticas

Álgebra

Simplificación de fórmulas por factorización y expansión. Solución de sistemas lineales de ecuaciones. Solución de ecuaciones y sistemas de ecuaciones que conducen a ecuaciones cuadráticas; selección de soluciones de significado físico. Suma de series aritméticas y geométricas.

Geometría

Grados y radianes como medidas alternativas de ángulos. Igualdad de ángulos alternos interiores y exteriores, igual a los ángulos correspondientes. Reconocimiento de triángulos similares. Áreas de triángulos, trapezoides, círculos y elipses; áreas superficiales de esferas, cilindros y conos; volúmenes de esferas, conos, cilindros y prismas. Reglas de seno y coseno, propiedad de los ángulos inscritos y centrales, el teorema de Thales, las medianas y el centroide de un triángulo. Se espera que los estudiantes estén familiarizados con las propiedades de las secciones cónicas incluyendo círculos, elipses, parábolas e hipérbolas.

Trigonometría

Propiedades básicas de funciones y polinomios trigonométricos, trigonométricos inversos, exponenciales y logarítmicos. Esto incluye fórmulas relacionadas con funciones trigonométricas de una suma de ángulos, resolución de ecuaciones simples que involucran funciones trigonométricas, trigonométricas inversas, logarítmicas y exponenciales.

Vectores

Propiedades básicas de sumas vectoriales, productos escalar y vectorial. Interpretación geométrica de una derivada en el tiempo de una cantidad vectorial.

Entre lo más exigente esta determinar el comportamiento físico

atreves de un análisis de gráfico

Sugerencia

Tener un entrenador en física de preferencia uno que realice experimentos medibles
El Comité Olímpico, invita a entrenarse experimentalmente

TEMARIO OPF