FISICA 1
TEMAS
- Notación Científica
- Conversión de unidades
- Errores absolutos y relativos
- Cifras significativas y redondeo
- Movimiento y Posición
- Celeridad
- Rapidez y Velocidad
- Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)
- Caída libre
- Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado
- ¿Qué es la ciencia?
En latí cinester que significa"conocimiento". Es un conjunto de conocimientos.
"Ciencia es el conjunto de conocimientos sistematizados que se encarga de estudiar cualquier campo".
Alquimista: cientifico, brujo, mago, buscadores de oro, trataban de buscar la fuente de la eterna juventud. Alquimista viene del griego khamus que significa ciencia.
¿Que es la física?
La física es un término que proviene del griego phisis y que significa realidad o naturaleza.
Se trata de la ciencia que estudia las propiedades de la naturaleza con el apoyo de la matemáticas.
La física se encarga de analizar las características de la energía, el tiempo y la materia. Así como también los vínculos que se establecen entre ellos.
Es clasificada como una ciencia fundamental.
Clásica Newton Moderna Einstein
< ---------- 1900 ----------->
Ramas de la Física
Acústica
Óptica
Termodinámica
Magnetismo
Electricidad
Mecánica
Es la ciencia que estudia la energía y la materia de nuestro universo. Dentro de ellas existen varias ramas, que van desde el estudio del átomo hasta el cosmos y el espacio.
- Acústica:
La acústica es una rama de la física interdisciplinaria que estudia el sonido, infrasonido y ultrasonido, es decir ondas mecánicas que se propagan a través de la materia (tanto sólida como líquida o gaseosa) (no pueden propagarse en el vacío) por medio de modelos físicos y matemáticos. A efectos prácticos, la acústica estudia la producción, transmisión, almacenamiento, percepción o reproducción del sonido. La ingeniería acústica es la rama de la ingeniería que trata de las aplicaciones tecnológicas de la acústica.
La acústica considera el sonido como una vibración que se propaga generalmente en el aire a una velocidad de 343 m/s (aproximadamente 1 km cada 3 segundos), o 1235 km/h en condiciones normales de presión y temperatura (1 atm y 20 °C).
- Electricidad:
Es una de las formas más útiles energía, esta rama estudia el origen de la electricidad.
- Magnetismo
Esta rama estudia lo que tenga relación con imanes y las fuerzas que estos producen, incluyendo el magnetismo terrestre.
- Física nuclear
Estudia las particulas que constituyen el núcleo del átomo, es decir, su centro.
- Mecánica cuantica:
Estudia todo lo relacionado con la emisión y absorción de luz y energía por partículas átomicas y subátomicas.
- Geofísica
Estudia la estructura de la Tierra y todo lo que tenga que ver con su formación.
- Física molecular
Estudia las móleculas para explicar las propiedades de los sólidos, líquidos y gases.
- Electromagnetismo
Entre las ondas electromagneticas (radiaciones invisibles) que han descubierto los cientificos, están la luz, el calor, los rayos x.
- Estática:
Se encarga de estudiar las leyes del equilibrio.
- Mecánica:
Estudia las fuerzas y el movimiento de los cuerpos.
RELACION CON OTRAS CIENCIAS
- Biofisica: Procesos vitales (átomos, electronos y otros)
- Físicoquímica: Interacciones entre átomos y moleculas
- Geofísica: Interaciones de las partes componentes de nuestros planetas
- Astrofísica: La constitución Física de los cuerpos celestes.
- 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 desarrollo su inteligencia para tratar de explicar fenómenos.
- Antes era un misterio--> Gracias a la Fisica podemos entender o dar respuesta y todavía algunos estan en investigación
- Su origen inicia:
- En los antiguos griegos: explicación sobre el origen del universo y el movimiento de los planetas.
- 500 años antes, Leucipo y Democrito 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 movimiento 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 obligo a Galileo a retractarse de estas afirmaciones. Galileo muere en 1624, año de nacimiento de Isaac Newton cientifíco inglés.
- Newton: Descubre el movimiento 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 pequeñas particulas--> átomos
- En 1896, Becquerel descubre el desprendimiento de partículas más pequeñas que el átomo.
- Aparecen los experimentos átomicos
- El descubrimiento de la radioactividad abre un nuevo campo:
La Física átomica y aparecen las teorías.
TEMA 1: MÉTODO CIENTÍFICO
Es un método de investigación usado principalmente en la producción de conocimiento en las ciencias. Para ser llamado científico, un método de investigación debe basarse en lo empírico y en la medición, sujeto a los principios específicos de las pruebas de razonamiento. El método científico es: «un método o procedimiento que ha caracterizado a la ciencia natural desde el siglo XVII, que consiste en la observación sistemática, medición, experimentación, la formulación, análisis y modificación de las hipótesis.
El método científico está sustentado por dos pilares fundamentales. El primero de ellos es la reproducibilidad, es decir, la capacidad de repetir un determinado experimento, en cualquier lugar y por cualquier persona. Este pilar se basa, esencialmente, en la comunicación y publicidad de los resultados obtenidos (por ej. en forma de artículo científico). El segundo pilar es la refutabilidad, es decir, que toda proposición científica tiene que ser susceptible de ser falsada o refutada (falsacionismo). Esto implica que se podrían diseñar experimentos, que en el caso de dar resultados distintos a los predichos, negarían la hipótesis puesta a prueba. La falsabilidad no es otra cosa que el modus tollendo tollens del método hipotético-deductivo experimental. Según James B. Conant, no existe un método científico. El científico usa métodos definitorios, métodos clasificatorios, métodos estadísticos, métodos hipotético-deductivos, procedimientos de medición, entre otros. Y según esto, referirse a el método científico es referirse a este conjunto de tácticas empleadas para constituir el conocimiento, sujetas al devenir histórico, y que eventualmente podrían ser otras en el futuro.3 Ello nos conduce a tratar de sistematizar las distintas ramas dentro del campo del método científico.
Ejemplo:
Año luz= 9,46 x 10 a la 12 km -- 9,46E12
UNIDADES BÁSICAS
El metro es la longitud de trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de 1/299792498 s
Masa: El kilogramo es igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo.
Tiempo: El segundo es la duración de ese valor 9192631778 periodos de la radiación corrrespondiente a la transición entre los dos niveles hipertinos del estado fundamental del átomo de Cesio
Intensidad de corriente eléctrica: La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material.1 Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en elelectroimán.
El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor por el que circula la corriente que se desea medir.
Temperatura Terodinámica: El Kelvin es la fracción 1/ 273,16 de la temperatura termodinámica del punto tripe del agua, se refiere a una composición definida por moles.
Cantidad de sustancia: El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene entidades elementales de átomos de carbono, cuando se emplee el mol deben específicarse las unidades elementales; que pueden ser átomos, moléculas, iones y electrones.
Intensidad luminosa: La candela es la cantidad luminosa en una dirección dada de una fuente que emite radiación, monocromática de frecuencia en hercios.
UNIDADES DEL SISTEMA INTERNACIONAL DERIVADAS
Las unidades derivadas se forman a partir de productos de potencias de unidades básicas de potencias. Las unidades derivadas coherentes son productos de potencias en las que no interviene ningún factor númerico, la unidad básica y derivada del sistema internacional forman el conjunto denominado unidades del sistema internacional coherente.
UNIDADES DEL SISTEMA INTERNACIONAL DERIVADAS CON SÍMBOLOS ESPECIALES
TEMA 2: CONVERSIÓN DE UNIDADES
La conversión de unidades es la transformación del valor numérico de una magnitud física, expresado en una cierta unidad de medida, en otro valor numérico equivalente y expresado en otra unidad de medida de la misma naturaleza.
Este proceso suele realizarse con el uso de los factores de conversión y las tablas de conversión de unidades.
Frecuentemente basta multiplicar por una fracción (factor de una conversión) y el resultado es otra medida equivalente, en la que han cambiado las unidades. Cuando el cambio de unidades implica la transformación de varias unidades, se pueden utilizar varios factores de conversión uno tras otro, de forma que el resultado final será la medida equivalente en las unidades que buscamos.
Por ejemplo, para pasar 8 metros a yardas, sabiendo que una yarda (yd) equivale a 0,914 m, se dividirá 8 por 0,914; lo que dará por resultado 8,75 yardas.
TEMA 3: Errores absolutos y relativos
Lo creas o no, cada vez que medimos tenemos una gran probabilidad de cometer algún tipo de error que nos ofrezca un resultado mas o menos alejado del que realmente deberíamos obtener. Y es que medir, es más bien un proceso aproximado que exacto. De entre los errores más comunes podemos distinguir dos grandes grupos:
- Errores sistemáticos. Son errores relacionados con la forma en la que su utiliza el instrumento de medida. Dentro de estos podemos distinguir otros como el error de calibrado o el error de paralaje.
- Error de calibrado. Se trata de uno de los errores más frecuentes y está ligado directamente al instrumento. Muchos de ellos deben ser configurados de forma apropiada antes de ser utilizados (calibrado), si esto no se hace correctamente todas las medidas realizadas tendrán añadidas un sesgo.
- Error de paralaje. Es propio de instrumentos de medida analógicos como por ejemplo aquellos que poseen agujas para marcar los valores. Dos observadores situados en posiciones oblicuas a la aguja pueden leer valores diferentes.
- Errores aleatorios o accidentales. Se tratan de errores que se producen debido a causas que no se pueden controlar. Para intentar reducir el efecto de este tipo de errores se suele medir varias veces en las mismas condiciones y se considera como valor final más probable la media aritmética de los datos obtenidos.
Dado que todas las medidas están afectadas por un error experimental, en el mundo científico es común hacer constar cada resultado obtenido en una medición junto con la incertidumbre sobre esa medida. La incertidumbre es un valor numérico que se obtiene por medio de dos nuevos conceptos denominados error absoluto y error relativo.
TEMA 4: CIFRAS SIGNIFICATIVAS Y REDONDEO
Cifras significativas
Al realizar una medición con un instrumento de medida este nos devuelve un valor formado por una serie de cifras. Dicha serie de cifras recibe el nombre de cifras significativas.
Se denominan cifras significativas (c.s.) al conjunto de los dígitos que se conocen con seguridad en una medida.
De todas las cifras significativas siempre hay una, la última, que estará afectada por un error. Por esta razón al resto de cifras se le denominan cifras exactas.
Termómetro digital
Los termómetros digitales utilizados en la medicina práctica utilizan 3 cifras significativas. Las dos primeras son cifras exactas y la última es una cifra significativa afectada por error ya que probablemente la temperatura real estará formada por infinitos decimales imposibles de representar y que además no son necesarios para determinar si el paciente tiene fiebre o no.
Reglas para determinar las cifras significativas
- Cualquier cifra distinta de cero se considera significativa.
- Ejemplos: 25,36 m tiene 4 c.s. o 154 tiene 3 c.s.
- Se consideran cifras significativas los ceros situados entre dos dígitos distintos de cero y los situados después de la coma decimal.
- Ejemplos: 2005.20 tiene 6 c.s. o 34.00 tiene 4 c.s.
- Sin embargo no se consideran cifras significativas los ceros situados al comienzo de un número, incluidos aquellos situados a la derecha de la coma decimal hasta llegar a un dígito distinto de cero.
- Ejemplo: 0,000560 tiene 3 c.s. (560)
- Tampoco se consideran significativos los ceros situados al final de un número sin coma decimal, excepto si se indican con un punto.
- Ejemplos: 450 tiene 2 c.s. (45), sin embargo 450. tiene 3 c.s.
Tal y como hemos estudiado en el apartado de instrumentos de medida, al medir cualquier magnitud siempre se comenten errores. Pero no sólo los cometemos al leer los datos de los instrumentos de medida, si no también en los resultados de operaciones aritméticas en las que se vean involucrados números decimales. En este apartado nos centraremos en como tratar los datos obtenidos para que nuestros cálculos sean lo más exactos posibles. En concreto nos centraremos en:
- El concepto de cifra significativa
- Qué es el redondeo y como se usa
Cifras significativas
Al realizar una medición con un instrumento de medida este nos devuelve un valor formado por una serie de cifras. Dicha serie de cifras recibe el nombre de cifras significativas.
Se denominan cifras significativas (c.s.) al conjunto de los dígitos que se conocen con seguridad en una medida.
De todas las cifras significativas siempre hay una, la última, que estará afectada por un error. Por esta razón al resto de cifras se le denominan cifras exactas.
Termómetro digital
Los termómetros digitales utilizados en la medicina práctica utilizan 3 cifras significativas. Las dos primeras son cifras exactas y la última es una cifra significativa afectada por error ya que probablemente la temperatura real estará formada por infinitos decimales imposibles de representar y que además no son necesarios para determinar si el paciente tiene fiebre o no.
Reglas para determinar las cifras significativas
- Cualquier cifra distinta de cero se considera significativa.
- Ejemplos: 25,36 m tiene 4 c.s. o 154 tiene 3 c.s.
- Se consideran cifras significativas los ceros situados entre dos dígitos distintos de cero y los situados después de la coma decimal.
- Ejemplos: 2005.20 tiene 6 c.s. o 34.00 tiene 4 c.s.
- Sin embargo no se consideran cifras significativas los ceros situados al comienzo de un número, incluidos aquellos situados a la derecha de la coma decimal hasta llegar a un dígito distinto de cero.
- Ejemplo: 0,000560 tiene 3 c.s. (560)
- Tampoco se consideran significativos los ceros situados al final de un número sin coma decimal, excepto si se indican con un punto.
- Ejemplos: 450 tiene 2 c.s. (45), sin embargo 450. tiene 3 c.s.
Redondeo
Cuando realizamos algún tipo de operación matemática puede ser interesante reducir el número de decimales que obtenemos para evitar trabajar con valores excesivamente grandes. El redondeo puede ayudar a esta tarea provocando que los resultados sean lo más precisos posibles.
Se denomina redondeo al proceso de eliminar las cifras situadas a la derecha de la última cifra significativa.
Reglas para el redondeo
- Cuando el primero de los dígitos descartados es cinco o mayor que cinco, la cifra anterior se aumenta en una unidad.
Ejemplo: 45.367892 redondeado a 4 c.s. es 45.37. Dado que nos tenemos que quedar con 4 cifras, hay que descartar desde la 5ª en adelante, es decir desde el 7. 7 es mayor que 5 por lo que aumentamos en una unidad la anterior. Por tanto: 45.37
- Cuando el primero de los dígitos descartados es menor que cinco, la cifra anterior se mantiene igual.
Ejemplo: 123.643421 redondeado a 5 c.s. es 123,64. Dado que nos tenemos que quedar con 5 cifras, hay que descartar desde la 6ª en adelante, es decir desde el 3. 3 es menor que 5 por lo que la cifra anterior la dejamos igual. Por tanto: 123.64
- Cuando realizamos operaciones matemáticas con valores decimales, el resultado debe redondearse hasta un número determinado de cifras significativas.
- Cuando sumamos o restamos, el resultado debe tener el mismo número de decimales que el valor que menos tenga:
Ejemplo: 12.07 + 3.2 = 15.27
- Cuando multiplicamos o dividimos, el resultado debe tener el mismo número de cifras significativas que el valor que menos tenga:
Ejemplo: 12.07 · 3.2 = 39 (No 38.624 ya que 3.2 tiene 2 c.s.)
TEMA 5: MOVIMIENTO Y POSICIÓN
En mecánica, el movimiento es un cambio de la posición de un cuerpo a lo largo del tiempo respecto de un sistema de referencia.
El estudio del movimiento se puede realizar a través de la cinemática o a través de la dinámica. En función de la elección del sistema de referencia quedarán definidas las ecuaciones del movimiento, ecuaciones que determinarán la posición, la velocidad y la aceleración del cuerpo en cada instante de tiempo. Todo movimiento puede representarse y estudiarse mediante gráficas. Las más habituales son las que representan el espacio, la velocidad o la aceleración en función del tiempo.
En física, la posición de una partícula indica su localización en el espacio o en el espacio-tiempo. Se representa mediante sistemas de coordenadas.
En mecánica clásica, la posición de una partícula en el espacio se representa como una magnitud vectorial respecto a un sistema de coordenadas de referencia. En relatividad general, la posición no es representable mediante un vector euclidiano, ya que en el espacio-tiempo es curvo en esa teoría, por lo que la posición necesariamente debe representarse mediante un conjunto de coordenadas curvilíneas arbitrarias, que en general no pueden ser interpretadas como las componentes de un vector físico genuino. En mecánica cuántica, la representación de la posición de una partícula es aún más compleja, debido a los efectos de no localidad relacionados con el problema de la medida de la mecánica cuántica.
En general, en un sistema físico o de otro tipo, se utiliza el término posición para referirse al estado físico o situación distinguible que exhibe el sistema. Así es común hablar de la posición del sistema en un diagrama que ilustre variables de estado del sistema
TEMA 6: CELERIDAD
Se refieren estas palabras al movimiento y a los medios de hacerlo mas acelerado, y en este sentido diremos que la celeridad corresponde al modo y la prontitud ni tiempo. Aquella indica un movimiento ligero y continuado; esta puede suponer solo una acción:
Celeridad, pues, significa aquí correr mucho, y prontitud tardar poco.
La celeridad emplea el movimiento mas activo y eficaz y la velocidad el que se ejecuta en menos tiempo, con presteza y agilidad; la diligencia, los medios mas breves y eficaces para lograr el fin.
La prontitud no sufre dilación, la celeridad diminución, la velocidad atraso, ni la diligencia desaliento.
Debemos servir con prontitud, hacer un encargo con celeridad, correr con velocidad para socorrer al desgraciado, y trabajar con la mayor diligencia para perfeccionar nuestras buenas disposiciones.
c= INCREMENTO O DECREMENTO S
------------------------- = s2 - S1
INCREMENTO O DECREMENTO t -------------
t2- t1
TEMA 6 : RAPIDEZ Y VELOCIDAD
Rapidez y velocidad son dos magnitudes cinemáticas que suelen confundirse con frecuencia.
Recuerda que la distancia recorrida y el desplazamiento efectuado por un móvil son dos magnitudes diferentes.
Precisamente por eso, cuando las relacionamos con el tiempo, también obtenemos dos magnitudes diferentes.
La rapidez es una magnitud escalar que relaciona la distancia recorrida con el tiempo.
La velocidad es una magnitud vectorial que relaciona el cambio de posición (o desplazamiento) con el tiempo.
TEMA 7: MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORME
Un movimiento es rectilíneo cuando un objeto describe una trayectoria recta, y es uniforme cuando su velocidad es constante en el tiempo, dado que su aceleración es nula. Es indicado mediante el acrónimo MRU, aunque en algunos países es MRC, por movimiento rectilíneo constante.
El MRU se caracteriza por:
- Movimiento que se realiza sobre una línea recta.
- Velocidad constante; implica magnitud y dirección constantes.
- La magnitud de la velocidad recibe el nombre de celeridad o rapidez.
Propiedades y características
La distancia recorrida se calcula multiplicando la magnitud de la velocidad por el tiempo transcurrido. Esta relación también es aplicable si la trayectoria no es rectilínea, con tal que la rapidez o módulo de la velocidad sea constante. Por lo tanto el movimiento puede considerarse en dos sentidos; una velocidad negativa representa un movimiento en dirección contraria al sentido que convencionalmente hayamos adoptado como positivo.
De acuerdo con la Primera Ley de Newton, toda partícula permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme cuando no hay una fuerza externa que actúe sobre el cuerpo, dado que las fuerzas actuales están en equilibrio, por lo cual su estado es de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme. Esta es una situación ideal, ya que siempre existen fuerzas que tienden a alterar el movimiento de las partículas, por lo que en el movimiento rectilíneo uniforme (MRU) es difícil encontrar la fuerza amplificada.
TEMA 8 : CAÍDA LIBRE
En física, se denomina caída libre al movimiento de un cuerpo bajo la acción exclusiva de un campo gravitatorio. Esta definición formal excluye a todas las caídas reales influenciadas en mayor o menor medida por la resistencia aerodinámica del aire, así como a cualquier otra que tenga lugar en el seno de un fluido; sin embargo, es frecuente también referirse coloquialmente a éstas como caídas libres, aunque los efectos de la viscosidad del medio no sean por lo general despreciables.
El concepto es aplicable también a objetos en movimiento vertical ascendente sometidos a la acción desaceleradora de la gravedad, como undisparo vertical; o a cualquier objeto (satélites naturales o artificiales, planetas, etc.) en órbita alrededor de un cuerpo celeste. Otros sucesos referidos también como caída libre lo constituyen las trayectorias geodésicas en el espacio-tiempo descritas en la teoría de la relatividad general.
Ejemplos de caída libre deportiva los encontramos en actividades basadas en dejarse caer una persona a través de la atmósfera sin sustentación alar ni de paracaídas durante un cierto trayecto
TEMA 9: MOVIMIENTO RECTILÍNEO
UNIFORMEMENTE ACELERADO
El movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA), también conocido como movimiento rectilíneo uniformemente variado (MRUV), es aquel en el que un móvil se desplaza sobre una trayectoria recta estando sometido a una aceleración constante.
Un ejemplo de este tipo de movimiento es el de caída libre vertical, en el cual la aceleración interviniente, y considerada constante, es la que corresponde a la gravedad.
También puede definirse como el movimiento que realiza una partícula que partiendo del reposo es acelerada por una fuerza constante.
El movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA) es un caso particular del movimiento uniformemente acelerado (MUA).
