Introducción al Estudio de la Física
¿Qué es la ciencia? ¿Qué es la
Física? Relación de la Física con otras
ciencias. Historia de la Física. Aplicación de la
Física. Método científico. Sistemas de
unidades (Internacional, Cgs e Inglés). Múltiplos y
submúltiplos. Conversión de unidades.
Notación Científica. Definición de
magnitudes escalares y vectoriales. Definición de
mecánica (Clásica, Relativista,
Cuántica).
CIENCIA: En latín cinister que significa
“Conocimiento”. Es un conjunto de conocimientos.
“ Ciencia es el conjunto de conocimientos sistematizados
que se encarga de estudiar cualquier campo”. ALQUIMISTA:
Científico, brujo, mago, buscadores de oro, trataban de
encontrar la fuente de la eterna juventud. Alquimista viene del
griego Khumus que significa ciencia. ¿QUÉ ES
CIENCIA?
¿QUÉ ES LA FÍSICA? Physic: naturaleza. Es la
ciencia que se encarga de estudiar los fenómenos naturales
en los que no hay cambios en la composición de la materia.
Solo hay 2 tipos de física: Clásica Física
Moderna Newton 1900 Einstein
Clásica (Newton) Solo hay 2 tipos de física: —
1900 Moderna (Einstein) Acústica (estudia los
fenómenos relacionados con el sonido) Óptica
(estudia los fenómenos relacionados con la luz) RAMAS DE
LA FISICA: Termodinámica (estudia los fenómenos
relacionados con la temperatura de los cuerpos y las relaciones
entre calor y trabajo) Magnetismo (estudia las fuerzas de
atracción y repulsión entre cargas) Electricidad
(estudia el flujo de los electrones) estática
Mecánica dinámica cinemática
Relación con otras ciencias BIOFISICA: Procesos vitales
(átomos, electrones y otros.) Fisicoquímica:
Interacciones entre átomos y moléculas.
Geofísica: Interacciones de las partes componentes de
nuestros planeta. Astrofisica: La constitución
física de los cuerpos celestes. Ingeniería y
Matemáticas. Óptica: estudia los fenómenos
relacionados con la luz. Termodinámica: estudia los
fenómenos relacionados con la temperatura de los cuerpos y
las relaciones entre calor y trabajo.
Historia Hombre primitivo desarrolló su inteligencia para
tratar de explicar fenómenos. Antes era un misterio ?
¡Gracias! a la Física. Podemos entender o dar
respuestas y todavía algunos están en
investigación Su origen inicia: * En los antiguos griegos
? Explicación sobre el origen del universo y el mov. de
los planetas. * 500 años antes, Leucipo y Demócrito
? Pensaban que las cosas estaban constituidas por pequeñas
partículas. * Otros que la materia ? constituida por 4
elementos básicos : ? * En el año 300 a.c.
Aristarco consideraba el mov. de la tierra alrededor del
sol.
Hasta el año 1500 de nuestra era se desarrolla un gran
interés por la ciencia. Galileo Galilei ? comprueba que la
tierra gira alrededor del sol. Crea un telescopio: demuestra que
las estrellas están a distancias fabulosas. En Roma la
Santa Inquisición obligó a Galileo a retractarse de
esas afirmaciones. Galileo muere en 1624, año del
nacimiento de Isaac Newton científico Ingles. Newton ?
Descubre el mov. de los cuerpos celestes por medio de su
“Ley de la Gravitación Universal” A principios
del siglo XIX John Dalton consideró que todas las cosas
estaban formadas por peq. partículas ? ATOMOS, contribuye
a la Teoría Atómica.
En 1896, Beequerel descubre el desprendimiento de
partículas más pequeñas que el átomo.
Aparecen los experimentos atómicos: Thomson, Rutherford y
Bohr, (describen al átomo como un pequeño sistema
solar). El descubrimiento de la radiactividad abre un nuevo
campo: * La Física atómica y aparecen las
teorías: Cuántica de Planck, La de la Relatividad
de Einsten y Mecánica Ondulatoria de Broglie. Actualmente
el descubrimiento de nuevas partículas fundamentales de
vida corta ? Física Nuclear.
Aplicaciones
Método de estudio sistemático de la naturaleza que
incluye las técnicas observación, reglas para el
razonamiento y la predicción, ideas sobre la
experimentación planificada y los modos de comunicar loa
resultados experimentales. Etapas del método
científico: 1.- Observación. 2.- Planteamiento del
problema. 3.- Hipótesis. 4.- Experimentación
(análisis, síntesis y confrontación). 5.-
Conclusión (Informe de la investigación).
Teoría: Es una explicación de algo en la
naturaleza, que la evidencia ha apoyado repetidas veces. Ley: es
la descripción de algún aspecto de la
naturaleza.
PASOS DEL MÉTODO CIENTÍFICO 1.-)
OBSERVACIÓN: Consiste en establecer los límites de
un nuevo problema basados en la experiencia, es decir, en
conocimientos anteriores, de modo tal que los factores poco
importantes, no sean considerados. 2.-) HIPÓTESIS: Se
postula una teoría que explica el problema.
3.-) EXPERIMENTACIÓN: En este caso se controlan los pocos
factores considerados importantes pero de una manera
cuantitativa, de tal modo que se pueden variar en cantidad de un
modo controlado. 4.-) COMPROBACIÓN: Se trata de determinar
si los resultados del experimento encajan dentro de una ley
física conocida, pero si esto no sucede, será
necesario que el científico establezca una teoría
que explique los resultados. Dicha teoría por lo general
da lugar a nuevos experimentos que al realizarse pueden cambiar
la teoría, señalar algunas modificaciones o mostrar
que la teoría no es válida para su objeto de
estudio.
1.4 SISTEMA DE UNIDADES UNIDAD DE MEDIDA: Estimación
comparativa de dimensión o cantidad. MEDIR: Determinar una
cantidad comparándola con su respectiva unidad. SITEMA
MÉTRICO DECIMAL: Sistema de pesas y medidas inventado en
Francia en 1793, hoy adoptado universalmente para trabajos
científicos, y adaptado también para la
mayoría de los países para el uso corriente; sus
unidades básicas son: Para la longitud, el metro. Para el
peso, el gramo. Para el volumen, el litro. Para la superficie, el
área.
Despeje de formulas PV=Nrt AB=CD A = C B D (K+1)-(L-Y) =
(V+S)2+P
SISTEMA MKS: Es un sistema de unidades coherente para la
mecánica cuyas unidades fundamentales son: El metro (m) El
kilogramo (kg) El segundo (s) El Amperio SISTEMA INGLÉS DE
UNIDADES: Es aún usado ampliamente en los Estados Unidos
de América y, cada vez en menor medida, en algunos
países con tradición británica. Debido a la
intensa relación comercial que tiene nuestro país
con los EUA, existen aún en México muchos productos
fabricados con especificaciones en este sistema. Ejemplo de ello
son los productos de madera, tornillería, cables
conductores y perfiles metálicos entre otros.
% Incertidumbre = diferencia incertidumbre X 100 valor real $6.00
$6.50 % incertidumbre = $0.50 X 100 = 7.69 % $7.00 $6.50 % Error
Relativo = valor real – valor medido X 100 valor real 8 m
(valor real) % error relativo = 8 – 7 X 100 = 12.5 % 7.80 m
(valor medido) 8 INCERTIDUMBRE Y VALOR RELATIVO
PRESICIÓN: Es el grado de fidelidad o concordancia con que
se mide un cantidad. EXACTITUD: Se refieren a cuanto es lo
cercano de una medida a un valor estándar predeterminado.
Un ejemplo sería al arrojar un balón de
básquetbol a un aro, Si el balón pega en el centro
de aro quiere decir que si hay exactitud y precisión. si
los tiros pegan juntos en algún lado de la orilla del aro
esto quiere decir que no hay exactitud pero si hay
precisión. Cuando los balones tocan las orillas del aro (o
en el tablero) quiere decir que no hay precisión ni
exactitud Si los tiros pegan unos en el centro y otros en las
orillas, esto quiere decir que si hay exactitud pero no hay
precisión.
Precisión y Exactitud
PARALELAJE: Es el cambio aparente en la posición de un
objeto, cuando se observa a ángulos distintos
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/indice.htm
densidad:
SON LOS NÚMEROS DE DIGITOS QUE SE CONOCEN CON CERTEZA EN
UNA CIFRA. REGLA DE LAS CIFRAS SIGNIFICATICAS REGLA 1.-) Contar a
partir de la izquierda e ignorar los ceros iniciales, conservando
los digitos hasta llegar al primer dudoso. Es decir X= 3m lo cual
solo se obtiene una cifra significativa. En cambio si
escribiéramos 3.0 (o en forma equivalente X= 0.0030m )
indicamos que conocemos el valor de X hasta 2 cifras
significativas. REGLA 2.-) Cuando se multiplica o se divide el
número de las cifras significativas del producto o
cociente, no deberá ser mayor que en el de los que se
encuentran en el mes preciso de los factores. Por ejemplo 2.3 X
3.14159= 7.2 Se requiere un poco de sentido común cuando
se aplica la regla 9.8 X 1.03= 10.1 Porque aunque
técnicamente 9.8 tenga solo 2 cifras significativas, le
falta poco para ser un número con 3, es decir, expresarse
con 3 cifras significativas. CIFRA SIGNIFICATIVA:
REGLA 3.-) Al sumar o restar el digito menos significativo de la
suma o diferencia, ocupa la misma posición relativa que el
de las cantidades que va a sumarse o restarse. En este caso el
número de cifras significativas carece de importancia, lo
que importa es la acción. Por ejemplo queremos encontrar
la masa total de 3 dígitos: 103.9 kg 2x.10 kg 0.319
106.319 o 106.3 kg El digito menos significativo o el 1er, dudoso
esta siempre impreso en rojo conforme a la regla 1,
deberíamos incluir solo un digito dudoso, en consecuencia
el resultado se expresará como 106.3 kg porque si el 3 es
dudoso, el siguiente 19 no importa información y es
inútil.
Sub Conversión de Unidades Conversión de
Temperaturas Notación Científica Vectores
Pie (ft)= 0.3048m (30.48cm) Libra (lb)= 0.4535 kg Pulgada (inch)=
0.0254 m (2.54 cm) Yarda (yd)= 0.9144 m (91.44 cm) Milla (mi)=
1,609.34 m Pie cúbico (ft3)= 0.0283 m3 Galón (gal)=
3.7854 L Onza (oz)= 29.5735 ml SISTEMA TÉCNICO
INGLÉS CONVERSIÓN DE REGLA DE 3 1 ft
———–0.3048m 18 ft———–x x= (18ft) (0.3048m) 1ft x=
5.4864 m
Conversión de Temperaturas 1.- De grados Celsius a Kelvin:
K = °C + 273 2.- De Kelvin a grados Celsius: °C = K – 273
3.- De grados Celsius a grados Fahrenheit: °F = (1.8 *
°C) + 32 4.- De grados Fahrenheit a grados Celsius: °C =
°F – 32 1.8
Notación Científica POTENCIAS DE BASE 10 100 = 1
101 = 10 102 = 100 103 = 1000 106 = 1 000 000 109 = 1 000 000 000
1020 = 100 000 000 000 000 000 000 En física trabajar con
magnitudes muy grandes o muy pequeñas como ejemplo :
Distancias astronómicas y Masas de los cuerpos celestes:
la distancia a los confines observables del universo es
~4,6·1026 m En plano atómico magnitudes y masas: la
masa de un protón es ~1,67·10-27 kilogramos 10-1 =
1/10 = 0.1 10-3 = 1/1000 = 0.001 10-9 = 1/1 000 000 000 = 0.000
000 001 10 elevado a una potencia entera negativa -n es igual a
1/10n
Notación Científica POTENCIAS DE BASE 10 100 = 1
101 = 10 102 = 100 103 = 1000 106 = 1 000 000 109 = 1 000 000 000
10-1 = 0.1 10-3 = 0.001 10-9 = 0.000 000 001 Por lo tanto: 156
234 000 000 000 000 000 000 000 000 ? 1.56234 x 1029 0,000 000
000 023 4 ? 2,34 x 10-11 4 x 10 5 = 400 000 3.0 X 10 0 = 6.75 x10
9 = 8.0 x101 = 5680 x 10 5 = 4 x 10 -5 = 0.000 04 6.75 x10-9 =
2.3 x 10-15 = 8.0 x10-1 = 9682.3 x 10-3 =
Notación Científica POTENCIAS DE BASE 10 100 = 1
101 = 10 102 = 100 103 = 1000 106 = 1 000 000 109 = 1 000 000 000
Leyes de potencias 10-1 = 0.1 10-3 = 0.001 10-9 = 0.000 000 001
Adición 10m + 10m = 10 m 5×106 + 2×106 = 7×106
Multiplicación 10m x 10n = 10 m + n (4×106) x (2×106) =
8×1012 División 10m = 10 m – n 9×106 = 3×102 10 n
3×104 Potenciación (10m)n = 10 m x n (3×106)2 = 9×1012
Ejemplo:
10= 1×101 4200= 4.2×103 0.00003= 3×10-5 420,000= 4.2×105 25,000=
2.5×104 0.000500= 5.0×10-4 0.000501= 5.01×10-4= 50.1×10-5=
501X10-6 POTENCIAS DE 10
MAGNITUDES ESCALARES Y VECTORIALES
MAGNITUD: Tamaño de un cuerpo. Toda propiedad de los
cuerpos que puede ser medida. EXACTITUD: Se refiere a
cuánto es lo cercano a una medida a un valor
estándar predeterminado. PRESICIÓN: Es el grado de
fidelidad o concordancia con que se mide un cantidad. PARALELAJE:
Es el cambio aparente en la posición de un objeto, cuando
se observa a ángulos distintos 1.6 DEFINICIONES DE
MAGNITUDES ESCALARES Y VECTORIALES
Vectores La magnitud es una cantidad física que
está formada por un número y una unidad de medida.
Ejem- Distancia , Tiempo, Temperatura, Velocidad, Fuerza Magnitud
escalar expresa su cantidad física en números y
unidad de medida (magnitud). Ejem- 3 Km., 40 min., 35°C, 20
m/s, 4N Magnitud Vectorial es la cantidad física que tiene
magnitud y dirección. Ejem- Desplazamiento 3 m al sur,
Aceleración 5 m/s2 hacia el norte Se simboliza con una
flecha sobre la letra: V d Si solo desea expresar la magnitud:
|V| |d | |a| Gráficamente como un segmento de línea
recta con una punta de flecha:
ORIGEN: Punto donde comienza un vector en la gráfica.
EXTREMO: Punto donde termina un vector y es representada por una
flecha que indica su dirección y sentido.
Componentes de un vector
Representación Grafica de un Vector Tiene un origen (A).
La recta que lo contiene señala la dirección. La
punta indica el sentido (B). d = 20 m al sureste F = 10 N al
norte V = 400 m/s al oeste Escala 1cm = 10 m 1cm = 5 N 1cm = 100
m/s Vector (4,3) Dirección de un vector es expresada con
puntos cardenales.
a = 5 cm al norte (90°) b = 9 cm a 45° (NE) c = 2 , 6 d =
2 m al sur e = 10 m al este f = 8 , -2 g = -5, 3 Representa
Gráficamente los siguientes Vectores
Vectores Opuestos: Tienen igual magnitud pero dirección
opuesta. Vectores Consecutivos: Se trazan uno a
continuación del otro. Vectores Concurrentes (ó
Angulares): Tienen el mismo origen o el mismo termino, en otras
palabras, que salen de un mismo punto o llegan al mismo punto.
Representación Grafica de un Vector – a a – b b Casa
Escuela
VECTOR COPLANAR: Son los vectores que están dentro de un
mismo plano. VECTOR COLINEAL: Son los vectores que están
dentro de una misma línea. SENTIDO: Indica hacia donde va
el vector, ya sea para arriba, para abajo, para delante o para
atrás. Una sola fuerza neutralizada fuerza .
duplicada
Consecutivos (método del polígono): El vector
resultante de sumarlos (r), es un vector que se traza desde el
origen del primer vector, hasta el término del
último vector. Suma de Escalares Suma de Vectores :
Métodos Gráficos Se realiza con reglas de la
aritmética ordinaria: Ejp- 7 m + 8 m = 15 m 15 Kg + 20 Kg
= 25 Kg a b r c b a r r = a + b + c
Concurrentes (método del paralelogramo): Se traza una
línea recta discontinua que pasa por término de un
vector y otro. Vector Resultante: es aquel capaz de sustituir un
sistema de vectores. Suma de vectores a = (VF –VI) /
(tF – tI)
RESULTANTE: Es decir el vector único que produce el mismo
efecto que todo el sistema de vectores. EQUILIBRANTE: Es el
vector único capaz de anular los efectos de un sistema de
vectores. La componente de un vector en una dirección es
su valor efectivo en dicha dirección (-,+) (-,-) (+,+)
(+,-) (3,5) (-3,-5)
DIRECCIÓN: Señala la línea sobre la cual
actúa, puede ser horizontal, vertical u oblicua.
POSICIÓN: Es la localización de un cuerpo respecto
al origen de un sistema de referencia en un instante determinado.
DIRECCIÓN SENTIDO TRAYECTORIA