apuntes de fisica i. bloque i
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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