apuntes de fisica i. bloque i

COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE MICHOACAN

COORDINACION SECTORIAL No 2.

PLANTEL APATZINGAN

MC. BENJAMIN ESTRELLA WENCES

LA FÍSICA Y SU IMPACTO EN LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA.

La Física es una de las ciencias naturales que más ha contribuido al desarrollo y bienestar del

hombre, porque gracias a su estudio e investigación ha sido posible encontrar en muchos

casos, una explicación clara y útil a los fenómenos que se presentan en nuestra vida diaria.

La palabra física proviene del vocablo griego physiké cuyo significado es naturaleza.

Es la Ciencia que se encarga de estudiar los fenómenos naturales, en los cuales no hay

cambios en la composición de la materia.

La Física ha experimentado un gran desarrollo gracias al esfuerzo de notables científicos e

investigadores, quienes al inventar y perfeccionar instrumentos, aparatos y equipos han

logrado que el hombre agudice sus sentidos al detectar, observar y analizar fenómenos.

Al nacer la filosofía de los griegos, nace propiamente la física. La palabra filosofía (del griego

Philos amante y de sophia sabiduría) significa amor a la sabiduría, este término se aplicó por

primera vez a la actividad de ciertos pensadores griegos, que en el siglo VI a.C., reflexionaban

sobre los fenómenos naturales, el origen y naturaleza de la vida, de los seres y las cosas.

Entre los primeros filósofos naturalistas se tienen a Tales de Mileto, Anaximandro y

Anaxímenes.

Por éste mismo período aparecen Leucipo y Demócrito, quienes exponen la Teoría Atomista,

según la cual la materia está formada de pequeñas partículas llamadas átomos.

En el siglo IV a.C. aparece Aristóteles quien empieza a estudiar la caída de los cuerpos.

En el siglo segundo de nuestra era aparece Ptolomeo que hace estudios sobre la reflexión de

la luz.

A partir de éste periódo, la física avanza lentamente a travéz de cientos de años.

Casi 1,500 años después aparece Galileo Galilei que estudia el movimiento del péndulo y

reafirma la Teoría Planetaria heliocéntrica junto con Nicolás Copérnico.

En el siglo XVI aparece William Gilbert que realiza estudios sobre electricidad y magnetismo.

En el siguiente siglo aparece Isaac Newton que descubre la Ley de Gravitación Universal, así

como las leyes sobre el movimiento de los cuerpos; con éste gran científico nace la Física

Clásica.

En el siglo XVIII, hay grandes aplicaciones como la electricidad, las máquinas eléctricas, la

invención del pararrayos.

En el siglo XIX, Alejandro Volta inventa la pila eléctrica; Avogadro explica la diferencia entre

átomos y moléculas, Roentgen los rayos x y Becquerel la radioactividad.

En nuestro siglo desde sus inicios hay grandes adelantos científicos, que no sería fácil

enumerarlos. Los avances en el campo de los átomos hacen que se inicie la Física Moderna, la

cual se divide en Física Cuántica y Relativista.

Métodos de Investigación y su importancia

Método Científico

El MC se conforma al desarrollar los siguientes pasos:

• Observación

• Formulación de la Hipótesis

• Experimentación

• Comprobación de hipótesis (o modificaciones en su caso)

• Obtención de una ley o principio.

En la actualidad hay muchos métodos científicos que se pueden seguir para generar

nuevos conocimientos; esto es debido a las diversas ramas de la ciencia.

Aplicación del Método Científico Experimental

Es un método muy efectivo para adquirir, organizar y aplicar nuevos

conocimientos mediante las siguientes fases:

1. Proposición de un problema concreto, extraído de la observación de fenómenos anexos a él.

2. Formulación de una hipótesis razonable capaz de explicarlo.

3. Predecir las consecuencias de esta hipótesis.

4. Proposición y realización de un experimento con la finalidad de verificar la hipótesis.

5. Formular la regla o ley mas simple que organice: hipótesis, predicción y resultado experimental.

Métodos Directos de medición:

Se efectúa utilizando aparatos o instrumentos de medición en forma directa.

Cinta métrica para medir longitudes.

Báscula para medir masas.

Cronómetro para medir tiempos

Termómetro para medir temperaturas.

Métodos Indirectos

Se efectúa utilizando fórmulas en las cuales sus letras se reemplazan por los

datos que conocemos para obtener el valor que deseamos medir:

Área

Volumen

Velocidad

La precisión de una medición depende de la calidad del

aparato utilizado, la habilidad del observador y el

numero de mediciones efectuadas.

Unidad de Medida

La unidad de medida de una cierta magnitud se define como una magnitud de

las mismas características que sirve de base para darle un valor a otra medida

con características semejantes.

Medir

Es comparar una magnitud con otra de su misma especie a la cual se le llama

unidad.

El SI de unidades, Ventajas y limitaciones

Se integro en 1960 durante la primera Conferencia General de Pesas y Medidas.

La XIV Conferencia General de Pesas y Medidas –en 1971- seleccionó como

unidades fundamentales 7 unidades que se muestran en la tabla 1.

Cantidad fundamental Unidad Símbolo

Longitud Metro m

Masa Kilogramo kg

Tiempo Segundo s

Corriente eléctrica Ampere A

Temperatura Kelvin K

Cantidad de sustancia Mol mol

Intensidad luminosa Candela cd

Tabla 1. Unidades Básicas del Sistema internacional

El Cegesimal CGS

Este sistema se deriva del sistema Métrico Decimal MKS.

Sus unidades básicas son:

1. Longitud → Centímetro → cm

2. Masa → Gramo → g

3. Tiempo → segundo → s

Recuerda que:

1 m = 100 cm

1 kg = 1 000 g

Sistema inglés

El sistema ingles –también conocido como Sistema Británico de unidades- se usa

en Inglaterra, parte de los EU, Canadá y otros países de habla inglesa.

Sus unidades básicas son:

1. Longitud → Pie

2. Masa → Libra → lb

3. Tiempo → segundo → s

También se utiliza la yarda para medir longitudes. Si observas los partidos de Futbol

americano podrás observar que el campo de juego esa dividido en yardas.

MAGNITUDES FUNDAMENTALES Y DERIVADAS

Magnitud SI CGS INGLÉS

Longitud metro (m) centímetro (cm) pie

Masa kilogramo (Kg) gramo (g) libra (lb)

Tiempo segundo (s) segundo (s) segundo (s)

Área o Superficie

m2 cm2 Pie2

Volumen m3 cm3 Pie3

Velocidad m /s cm /s Pie /s

Aceleración m / s2 cm /s2 Pie / s2

Fuerza kg m / s2 = newton g cm / s2 = dina Libra pie /s2 = poundal

Trabajo y energía

Nm = Joule dina cm = ergio poundal pie

Presión N / m2= pascal dina / cm2 = baria poundal / pie2

Potencia joule / s = watt ergio / s poundal pie /s

SISTEMAS DE UNIDADES CGS E INGLES

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES

Lo establecenCientíficos de todo el mundo

Reunidos en el Año de 1960 en ginebra, suiza Considera

Siete magnitudes fundamentales

Estas son

LONGITUDMETRO (m)

MASAEL KILOGRAMO (kg)

TIEMPO,EL SEGUNDO (s)

INTENSIDAD LUMINOSA,LA CANDELA (cd)

INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA

EL AMPERE (A)

TEMPERATURAEL GRADO KELVIN (K)

CANTIDAD DE SUSTANCIA

EL MOL

Se dividen en:

BIBLIOGRAFIA. -

C.G.S

1.- cm2.

2.- cm3.

3.- cm/s.

4.- cm/s2.

5.- gr.cm/s2= Dina.

6.- Dina/cm2= Baria.

7.- ergio/ s.

8.- gr.cm/s2= dina.

MAGNITUDES.

Derivadas. SI:

1.- Metro (m) .

2.- Kilogramo (kg)

3.- Segundo (s) .

Fundamentales.

SI:

1.- m2.

2.- m3.

3.- m/s .

4.- m/s2 .

5.- kg.m/ s2=N.

6.- N.m2= Pascal .

7.- Joules/S= Walt .

8.- N.m= Joule.

1.- Área de superficie.

2.- Volumen.

3.- Velocidad.

4.- Aceleración.

5.- Fuerza.

6.- Presión.

7.- Potencia.

8.- Trabajo y energía.

1.- Longitud.

2.- Masa.

3.- Tiempo. Ingles:

1.- Pie2.

2.- Pie3.

3.- Pie/s2.

4.- Pie/s2.

5.- Libra. Pie/s2= Poundal.

6.- Poundal/Pie2.

7.- Poundal.Pie/s.

8.- Poundal.Pie

Ingles:

1.- Pie (ft) .

2.- Libra (lb) .

3.- Segundo (s) .

C.G.S:

1.- Centímetro.

2.- Gramo.

3.- Segundo.

Notación científica y prefijos

MULTIPLOS SUBMULTIPLOS

Prefijo Símbolo Factor Prefijo Símbolo Factor

deca da 101 deci d 10-1

hecto h 102 centi c 10-2

kilo K 103 mili m 10-3

mega M 106 micro µ 10-6

giga G 109 nano n 10-9

tera T 1012 pico p 10-12

penta P 1015 femto f 10-15

exa E 1018 atto a 10-18

En ocasiones las cantidades que necesitamos medir o son muy grandes o son muy

pequeñas. Por ejemplo: La distancia de la Tierra a la estrella mas cercana, Alfa Centauri:

40 000 000 000 000 000 m. El diámetro de un protón: 0.000000000000001 m. En física es

común trabajar con cantidades grandes y pequeñas.

Instrumentos de medición

Son aparatos que permiten cuantificar en forma correcta una cantidad de un fenómeno

físico; sustituye a los sentidos humanos. Ejemplos:

Instrumento: Nos permite medir:

Cinta métrica, flexómetro o regla. Longitudes

Calibrador Palmer Espesores

Calibrador Vernier Diámetros internos, externos y profundidades

Reloj o cronometro Tiempo

Báscula Masa

Balanza de resorte o dinamómetro Fuerzas

Termómetro temperaturas

Errores en la Medición

Los errores de medición se dividen en:

1. Errores Sistemáticos.

2. Errores Circunstanciales.

3. Errores sistemáticos: Se presentan de manera constante a través de un conjunto de

lecturas realizadas al hacer la medición de una magnitud determinada. Las causas de

este tipo de error son:

• Empleo de instrumentos de medición defectuosos.

• Error de paralaje, originado por una mala postura del observador que le impide hacer

una adecuada lectura de la medición

• Mala calibración del aparato o instrumento utilizado.

• Error de escala, producido por el rango de precisión del instrumento empleado.

2. Errores Circunstanciales: También llamados estocásticos y aleatorios por ser difíciles

de apreciar debido a que son muy pequeños y se producen en forma irregular de una

medición a otra.

Tipos de Error

Se consideran 3 tipos principales de error

1. Error absoluto.

2. Error relativo.

3. Error porcentual.

4. Error absoluto: Es la diferencia aritmética entre el valor obtenido (medido o

calculado) y el valor verdadero o exacto. Lo representaremos como Ea = Valor

verdadero – Valor aproximado (medido o calculado).

5. Error Relativo: Se utiliza con la finalidad de tener una idea mas exacta del error de

apreciación. Se define como el cociente entre el error absoluto y la medida exacta:

Esto es: ε = Ea / Valor verdadero.

6. Error porcentual: Es un valor en porcentaje que se obtiene al multiplicar ε * 100%.

CantidadesVectoriales

Canti dadesEscalares

CantidadesFísicas

Cantidad EscalarUna CE es aquella que se describe plenamente indicando su magnitud; esto es: un numero y su correspondiente unidad.

Ejemplos:

Tiempo → 36 Minutos Masa → 80 Kilogramos Distancia → 320 Metros

Nota: Las CE que tienen las mismas unidades se pueden sumar o restar de manera algebraica. Para las operaciones de * y / no se requieren las mismas unidades.

Ejemplo: Para ir a la tienda, Ludgar tiene que caminar 40 m desde su casa hasta la esquina luego doblar a mano derecha y recorrer otros 40 m. ¿Cuál es la distancia que recorrió?

Distancia recorrida = 40 m + 40 m = 80 m

Obtener con ayuda del grupo por lo menos 5 ejemplos más de CE.

Cantidad VectorialUna CV es aquella que se describe completamente indicando su magnitud, dirección y sentido. Los vectores se escriben utilizando negritas o una flecha por encima de una letra en mayúsculas.

Ejemplos:

Desplazamiento → 30 m al Norte. Velocidad → 80 km/hr Sur Este (SE) Aceleración → 5 m/s2 NO

Nota: Las CV normalmente no se suman o restan como lo hacemos con las cantidades escalares, más bien se realizan esas operaciones de forma geométrica.

450

O

N

S

En la figura 1 se muestra el desplazamiento de 56.67 m NO (NorOeste) que realizó Ludgar para ir a la tienda.

S = 56.67 m

S1 = 40 m

S2 = 40 m

Obtener con ayuda del grupo por lo menos 5 ejemplos más de CV.

Características de un Vector

450

O

N

S

S = 56.67 m

En el ejemplo anterior Ludgar realizó el desplazamiento que se ilustra con el vector S en la

figura siguiente, junto con las características de un vector:

Punto de aplicación

Magnitud

Dirección

Sentido

Representación gráfica de Sistemas de Vectores

X

YVectores Coplanares: Son aquellos que se

encuentran en el mismo plano.

X

Y

Z

Vectores No Coplanares: Son aquellos que se

encuentran en planos distintos

V1 V2V3

Vectores Paralelos

Vectores Colineales

Vectores Concurrentes

V1

V2V3

V1

V2

V3

Define en tus palabras cada uno de los V mostrados en esta diapositiva

Línea de acción

Línea de acción

Línea de acción

Propiedades de los V1. Igualdad.

Son aquellos que tienen la misma magnitud, dirección y sentido.

Independientemente del punto de aplicación.

2. Adición

Dos o más vectores se pueden sumar si son de la misma especie. La suma es geométrica. La

suma de vectores cumple con las leyes:

- Conmutativa de la suma. A + B + C = A + C + B = B + A + C = B + C + A = C + A + B = C + B + A

- Asociativa de la suma A + (B + C) = (A + B) + C = (A + C) + B

X

Y

A

B

C

A+B+C

3. Negativo de un vector

El negativo de un vector A es aquel que tiene la misma magnitud y dirección, pero sentido

opuesto.

4. Sustracción

La sustracción de A-B se define como la suma del vector A con el vector negativo –B.

Para obtener A – B observe el procedimiento que en la siguiente animación:

V-V

- B

A

B

- BA - B

Resultante

O

N

S

450

SR = 56.67 m

S1 = 40 m

S2 = 40 m

Resultante: Es un único vector que

produce el mismo efecto que el

sistema original de vectores.

O

N

S

450

S = 56.67 m

S1 = 40 m

S2 = 40 m

Equilibrante

Equilibrante: Es un vector encargado de

equilibrar el sistema. Tiene la misma magnitud

que la resultante pero sentido opuesto.

Composición Rectangular de Vectores

Sistema de

VectoresSustituir por:

Sistema de vectores equivalente con un

numero mayor de vectores que el sistema original

Sea un:

El proceso recibe el nombre de DESCOMPOSICIÓN VECTORIAL

Sistema de

VectoresSustituir por:

Sistema de vectores equivalente con un

numero menor de vectores que el sistema original

Sea un:

El proceso recibe el nombre de COMPOSICIÓN VECTORIAL

33.690

X

Y

Ejemplo: Descomposición 1. Primero dibujemos el sistema de coordenadas rectangular.

2. Enseguida dibujemos el vector del cual vamos a realizar su DESCOMPOSICIÓN.

3. Ahora trazamos una línea recta paralela al eje Y iniciando en la punta del VECTOR

4. Ahora dibujamos un vector Vx desde O hasta el punto donde la paralelas corta al eje X

5. Ahora trazamos una línea recta paralela al eje X iniciando en la punta del VECTOR

6. Ahora dibujamos un vector Fy desde O hasta el punto donde la paralela corta al eje Y

6. Medimos estos dos vectores de acuerdo a la escala utilizada.

VR = 7.21 m/s

Vx = 6 m/s

Vy = 4 m/s

O

X

Y

O

34.990

Ejemplo: Composición Rectangular Se tienen 2 vectores rectangulares Sx = 10 m y Sy = 7 m.

Sx = 10 m

Sy = 7 m

1. Trazar una línea recta paralela al eje Y, a partir de la punta del vector Sx.

2. Trazar una línea recta paralela al eje X, iniciando en la punta del vector Sy.

3. Traza el vector resultante desde O hasta el punto de intersección de las paralelas.

4. Mide la Resultante de acuerdo a la escala utilizada y el ángulo que forma con respecto a eje X. SR = 12.21 m

V1

V2V1

V2

V2V1

R = V1 + V2

R = V2 + V1

V2

V1

Suma de

Vectores

Método del Paralelogramo

X

Y

O

V1 = 7.81

V2 = 5

Dados los vectores de la figura, obtener la RESULTANTE mediante el MP.

Dibujar una paralela a cada uno de los vectores como se muestra a continuación

Paralela a V1Paralela a V2

VR = 9.27

Trazar la RESULTANTE desde O hasta el punto de intersección de las paralelas trazadas

Medir de acuerdo a la escala utilizada.

El Método del Paralelogramo es recomendado para sistemas formados por dos vectores

¡Como el sistema de este ejemplo!

Suma de V Método del PolígonoEL MP se recomienda para sistemas con más de 2 vectores. En el ejemplo se muestran 3

vectores – V1, V2 y V3 -. El método consiste en empezar a dibujar V2 a partir de la punta

de V1, enseguida dibujar V3 a partir de la punta de V2. Es importante conservar la

magnitud y dirección de los vectores cuando sean trasladados.

V1

V2

V3