introducción a la fisica 7 2015

Institucion Educativa Nacional Agustin Codazz1

Alfonso Antonio Rodriguez Barrios Página 1

INTRODUCCIÓN A LA FISICA: ¿Qué estudia la física?

Del porque y el cómo suceden los fenómenos naturales y las leyes básicas que rigen el comportamiento y las interacciones de la materia, la energía en cualquiera de sus formas. Las cuales ocurren en un: sistema físico.

Sistema físico: la realidad en que vivimos es muy compleja para comprenderla mejor realizamos la construcción de un sistema físico, donde resulte más fácil hacer una buena interpretación de la realidad. Un sistema físico por ejemplo puede ser el sistema Tierra – Luna, o la silla con usted. En esta interpretación solo usamos las propiedades más relevantes de los objetos que están involucradas con el fenómeno físico a estudiar, y el cual nos permite comprender nuestra realidad

Durante este proceso usamos nuestros sentidos, instrumentos de medición y de observación y los reunimos en un solo concepto: las magnitudes físicas.

Las magnitudes físicas: son las propiedades que caracterizan a los cuerpos o a los fenómenos naturales y que son susceptibles de ser medidas. Por ejemplo: la longitud, la masa, la velocidad, el tiempo, la temperatura, entre otras. Pero el olor, el sabor, la belleza no son magnitudes físicas ya que no pueden ser medidas.

Uno de los objetivos de la física es la descripción de los fenómenos naturales mediante magnitudes. Por ejemplo, si medimos la longitud de un objeto, calculamos la masa de un cuerpo, solo con el valor numérico y la unidad correspondiente, queda bien definidas. A estas

magnitudes se le llama: magnitudes escalares.

Magnitudes escalares: también llamadas cantidades escalares, son magnitudes que quedan totalmente descritas con un número y una unidad. Ejemplo: 5m (longitud), 15kg (masa), 4gr/cm3 (densidad), 12m2 (área).

La Física como ciencia experimental que es, requiere de la medición para describir las propiedades o los fenómenos que se van a estudiar.



Cuando se mide un objeto o un fenómeno se hace una comparación entre una magnitud con otra de su misma especie llamada patrón. Este patrón es denominado unidad. Existen magnitudes físicas que son independientes de las demás y reciben el nombre de magnitudes físicas fundamentales.

Magnitudes físicas fundamentales: son magnitudes físicas básicas y en ellas se expresan las magnitudes intrínsecas de la materia. Ellas son longitud, masa, tiempo y temperatura.

Magnitudes físicas derivadas: son magnitudes que se escriben en función de las fundamentales, como por ejemplo: área, volumen, velocidad, aceleración, fuerza, presión, gravedad, etc.

Para unificar los sistemas de medidas a nivel internacional se tienen los siguientes sistemas que pueden relacionarse entre sí.

Sistema internacional de unidades: debido a las diferentes medidas existentes en 1960 se adoptó el sistema internacional de medida o SI el cual unificó todas las conocidas y estableció un sistema de conversión entre ellas.

Consulta: la definición de longitud, masa y tiempo.

Tabla de unidades básicas

TABLA 1.1

MAGNITUD

UNIDAD

SÍMBOLO

Longitud metro

m

Masa

kilogramo

Kg

Tiempo Segundo

s

Temperatura

Kelvin

ºK

Cantidad de

masa

mol

Mol



Tabla de múltiplos y submúltiplos del metro.

MÚLTIPLOS

SUBMÚLTIPLOS

Prefijo

Símbolo

Factor

Prefijo

Símbolo

Factor

Exa

E

1018

Deci d 10-1

Peta

P

1015

Centi

c 10-2

Tera

T 1012

Mili

Mm

10-3

Giga G 109

Micro

10-6

Mega

M

106

Nano

n

10-9

Kilo

k

103

Pico

10-12

Hecto

h

102

Femto

f

10-15

Deca

D

101

Atto

a

10-18

TABLA 1.2 Aunque algunos países usan otros sistemas como por ejemplo.Sistema centímetros, gramos y segundos ó sistema CGS: Tabla CGS

MAGNITUD UNIDAD SÍMBOLO

Longitud centímetro cm

Masa gramo gr

Tiempo Segundo s

TABLA 1.3



Sistema británico de medidas: usado en Reino Unido y en países anglosajones.

MAGNITUD UNIDAD SÍMBOLO

Longitud Pie p

Masa Slug Slug

Tiempo segundo S

TABLA 1.4

Conversión de unidades: todas las magnitudes físicas deben tener un número y una unidad que lo identifiquen, esto permite realizar la conversión a veces mentalmente. Al término usado para realizar la conversión se le llama factor de conversión, para aplicarlo

se realiza el procedimiento de la regla de 3 simple o teniendo en cuenta si la conversión se hace de una unidad mayor a una menor o viceversa.

1. Ejercicio

a) Un slug equivale a 14,59kg. ¿30kg cuantos slug equivale?

b) En el comercio se consiguen reglas graduadas en cm y pulgadas. Determinar la medida en pulgadas de una regla de 45cm. c) ¿Cuántos segundos hay en un año? De acuerdo a esto ¿Cuántos segundos tienes de vida?

Cifras significativas: son las cifras de un valor obtenido en una medición, de las cuales las primeras son ciertas y la ultimas dudosas. Por ejemplo: sabemos que π = 3,1416, la parte entera 3 y las decimales 1 y 4 son ciertas y las cifras 1 y 6 dudosas. Por lo tanto se trabaja con la cifra 3,14.

Notación científica: es común que al momento de realizar cálculos matemáticos aparecen magnitudes físicas las cuales toman cifras significativas con valores muy grandes o muy pequeñas. Para usar la notación científica se usan la potencias de 10 como base.



Por ejemplo: la masa de la tierra se ha calculado en 60000000000000000000000Kg, se puede escribir como 6x1024Kg. Para expresiones menores que cero se realiza el mismo procedimiento solo que al exponente se le antepone el signo menos. Por ejemplo: 0,00000000005cm, se puede escribir como

5x10-12cm.

2. Ejercicio

El planeta tierra se encuentra ubicado en la galaxia llamada la Vía Láctea. El sol se encuentra a 30000 años luz del centro de nuestra galaxia. Determinar dicha distancia en metros.

Manejo de errores: al realizar una medición es imposible cierto grado de incertidumbre (grado de imprecisión como consecuencia de la calibración del instrumento de medida) pues es probable que en el procedimiento se generen errores experimentales, ya sean humanos, por variaciones del medio o por una calibración incorrecta de los instrumentos utilizados. Se presentan dos tipos de errores.

Los errores sistemáticos: se producen por limitaciones del equipo utilizado o por deficiencias en el diseño experimental.

Los errores aleatorios: se originan por causas que no se pueden controlar en cada medida. Cuando se hace una medición se debe establecer el error cometido teniendo en cuenta el valor obtenido y el valor de referencia original. Este tipo de cálculos permite establecer dos tipos de errores.

Error absoluto: se calcula realizando la diferencia entre el valor obtenido en una medición y el valor que se toma como referencia. Las barras indican valor absoluto

Error relativo: se calcula realizando el cociente entre el error absoluto y el valor que se toma como referencia de



la medida. Una medida precisa de un objeto se logra con varias ediciones de él. De acuerdo a la estadística ésta nos permite establecer el valor promedio en la medición al calcular la media aritmética. Por ejemplo si una medida se realiza 6 veces, se obtienen 6 valores los cuales la media se puede calcular así:

Es importante saber que tanto se alejan los valores de la media y es este valor el más acertado de las mediciones. Se le llama desviación media (DM) y se le calcula de la siguiente forma:

El resultado de la medición se expresa como x DM. Se acostumbra a representar el error relativo como: Er = DM / X, es usual representarlo en porcentaje.

Enlace de apoyo

- http://neuro.qi.fcen.uba.ar/ricuti/intro_NMS.html

3. Ejercicio

El diámetro de un disco se mide cinco veces con una regla graduada en mm, y se obtiene, los siguientes resultados: 12,2mm; 12,3mm; 12,4mm; 12,5mm; 12,6mm. a) Determinar el valor promedio de los datos. b) Determinar la desviación media. c) Expresar el resultado de la medición y el error relativo.

4. Ejercicio

Hemos realizado diez veces la pesada de un cuerpo obteniendo los siguientes resultados expresados en gramos: 12,372; 12,373; 12,372; 12,371; 12,370; 12,374; 12,372; 12,372; 12,371; 12,373

a) Determinar el valor promedio de los datos. b) Determinar la desviación media. c) Expresar el resultado de la medición y el error relativo.

http://neuro.qi.fcen.uba.ar/ricuti/intro_NMS.html



5. Ejercicio

En un experimento sobre tiempo en segundos de un recorrido efectuadas por diferentes alumnos se obtuvieron los siguientes datos; 3,01s; 3,11 s; 3,20 s; 3,15 s; 3,25s; 3,23 s; 3,12 s; 3,05 s; 3,16s; 3,13 s; 3,10 s; 3,01s; 3,18s; 3,22 s; 3,08 s


6. Ejercicio

En una encuesta sobre preferencias políticas, las edades de los encuestados fueron las siguientes: 23; 30; 32; 35; 25; 23; 27; 33; 26; 33; 20; 31; 28; 22; 38; 19; 27; 34; 40; 21.


FUNCIONES Y GRAFICAS

Sistemas coordenados: cuando se hacen mediciones, es necesario representar mediante graficas los datos obtenidos. Es posible hacerlo de tres formas.

En una dimensión: se representan los valores sobre la recta numérica. Por ejemplo un objeto que se mueve en línea recta.

En dos dimensiones: se utiliza el plano cartesiano, los datos se ubican en parejas ordenadas, así (x, y) donde x es



el eje horizontal, y el eje vertical. Por ejemplo en la figura 1 los puntos (1,4) y (5,0) aparecen en el plano.

7. Ejercicio

Ubica (3,-5) en el plano

- En tres dimensiones: se representan puntos en el espacio, lo cual se realiza por medio de un sistema de tres ejes coordenados, perpendiculares entre sí, llamados ele x, eje y, y eje z. Se ubican en ternas (x, y, z). Por ejemplo (4, 3,5).

8. Ejercicio

Representar gráficamente en el espacio el punto A (4, -3, 5)

Enlace de apoyo.

http://www.educaplus.org/movi/2_1pospunto.html

Las variables en un experimento: una vez se definen los factores o variables que intervienen en la ocurrencia del fenómeno, se escogen unos factores que se mantienen constantes y otros que varían a conveniencia del que hace la práctica experimental.

Reciben el nombre de variables independientes y de variables dependientes.

Por ejemplo, cuando se sostiene una masa con un resorte ésta es la variable independiente y la longitud la cual el resorte se alarga por acción de la masa es la variable dependiente. Las variables se relacionan entre sí mediante las funciones, es decir operaciones matemáticas que pueden ser graficadas y aportan información



previo análisis del comportamiento de un sistema físico. Para llevar a cabo una gráfica se debe analizar la relación existente entre las variables. Magnitudes directamente proporcionales: cuando una de las magnitudes aumenta y la otra lo hace en la misma proporción o cuando ambas disminuyen. Al momento de realizar la razón o división entre sus términos el resultado es una constante, llamada constante de proporcionalidad. Matemáticamente se expresa

y/x = k

Para x, y variables

Si y es la variable dependiente se calcula sus valores así: y = kx, donde x es la variable independiente. Al graficar en el plano cartesiano dos magnitudes directamente proporcionales se obtiene una línea recta.

La constante de proporcionalidad se calcula usando el concepto de pendiente de una recta

m = (y2 – y1) / (x2 – x1). La letra m representa el grado de inclinación de la recta en el plano

cartesiano.

9. Ejercicio

Un tren avanza 40km hacia el norte cada vez que transcurre una hora. Elaborar una tabla de valores para las distancias recorridas en los tiempos 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7 horas. a) Determinar la razón entre cada distancia y su respectivo tiempo. b) ¿Qué tipo de relación hay entre las variables? Representar gráficamente el evento.

Magnitudes inversamente proporcionales: cuando una de las magnitudes aumenta y la otra disminuye o viceversa. Al momento de realizar el producto entre sus términos el resultado es una constante, llamada constante de proporcionalidad. Matemáticamente se expresa

xy = k

Para x, y variables



Si y es la variable dependiente se calcula sus valores así: y = k / x, donde x es la variable independiente. Al graficar en el plano cartesiano dos magnitudes inversamente proporcionales se obtiene una curva. 10. Ejercicio

Se desea cortar placas rectangulares cuya área sea igual a 36cm2. a) Elaborar la tabla que muestra los valores para le largo y ancho de las placas. Determinar la relación entre el largo l y el ancho a, de los rectángulos. b) Determinar la expresión matemática que relaciona las dos variables. Realizar el grafico del evento.

11. Ejercicio

En un experimento de Presión – Volumen en un gas se obtuvieron los siguientes resultados1

Determina: el tipo de proporcionalidad involucrada, la razón entre las variables y representar gráficamente el evento.

12. Ejercicio

Una empresa empaca cierta cantidad de dulces en bolsas de cierto peso como muestra la tabla


13. Ejercicio

El tiempo que se tarda en ir de una ciudad a otra y su velocidad están registradas así:


Enlace de apoyo. http://www.educaplus.org/movi/1_2escavect.html

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