Clase2 fundamentos - 1h

¿ Qué es Física?

La palabra Física viene del griego PHYSOS que significa NATURALEZA DELAS COSAS.

La física es una ciencia experimental que estudia las leyes que tienden a modifi -car el estado de un cuerpo sin cambiar su naturaleza. Estudia las propiedades de la materia, la energía, el tiempo, el espacio y sus inte-racciones ( fuerza ).La física estudia por lo tanto un amplio rango de campos y fenómenos naturales, desde las partículas subatómicas hasta la formación y evolución del Universo así como multitud de fenómenos naturales cotidianos.

DIVISIONES DE LA FÍSICA

El campo de la física es tan amplio, que es necesario dividirla en varias ramas:Mecánica, termodinámica , ondulatoria, electromagnética, moderna.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA FÍSICA

En el Siglo XVI, Galileo ( 1564 – 1642) f ue pionero en el uso de experimentos para validar las teorías de la física. Se interesó en el movimiento de los astros y de los cuerpos. Usando el plano inclinado descubrió la ley de la inercia de la dinámica y con el telescopio observó que Júpiter tenía satélites girando a su alrededor.

En el Siglo XVII, Newton (1642-1727) formuló las leyes clásicas de la dinámica (Leyes de Newton) y la Ley de la Gravitación Universal.

A partir del Siglo XVIII se produce el desarrollo de otras disciplinas tales como la termodinámica, la mecánica estadística y la física de fluidos.

En el Siglo XIX se producen avances fundamentales en electricidad y magnetismo.

En 1855, Maxwell unificó ambos fenómenos y las respectivas teorías vigentes hasta entonces en la Teoría del electromagnetismo, descrita a través de las Ecuaciones de Maxwell. Una de las predicciones de esta teoría es que la luz es una onda electromagnética. A finales de este siglo se producen los primeros descubrimientos sobre radiactividad dando comienzo el campo de la física nuclear. En 1897, Thompson descubrió el electrón.

¿ CUÁL ES EL ORIGEN DE LA FÍSICA ?

•Durante el Siglo XX la Física se desarrolló plenamente. En 1904 se propuso el primer modelo del átomo. En 1905 Einstein formuló la Teoría de la Relatividad Especial. En 1915 Einstein extendió la Teoría de la Relatividad especial formulando la Teoría de la R.General.Planck, Einstein, Bohr y otros desarrollaron la Teoría cuántica. En 1911 Rutherford dedujo la existencia de un núcleo atómico cargado positivamente.En 1925, Heisenberg y en 1926 Schrödinger y Dirac formularon la Mecánica Cuántica. Posteriormente se formuló la Teoría cuántica de campos para extender la Mecánica cuántica de manera consistente con la Teoría de la Relatividad especial, alcanzando su forma moderna a finales de los 40 gracias al trabajo de Feynman, Schwinger, Tomonaga y Dyson, quienes formularon la Teoría de la Electrodinámica Cuántica. Asimismo, esta teoría suministró las bases para el desarrollo de la Física de Partículas. En 1954, Yang y Mills, desarrollaron las bases del Modelo Estándar. Este modelo se completó en los años 70 y con él fue posible predecir las propiedades de partículas no observadas previamente pero que fueron descubiertas sucesivamente siendo la última de ellas el quark top. En la actualidad el modelo estándar describe todas las partículas elementales observadas así como la naturaleza de su interacción.

Las leyes Físicas se expresan en términos de cantidades básicas que requieren una definición clara, llamadas : magnitudes físicas fundamentales.

Se llaman magnitudes físicas fundamentales porque están definidas enforma independiente de cualquier otra magnitud física.

En mecánica las magnitudes físicas fundamentales son tres: longitud, tiempo ymasa.

En general en la física son siete las magnitudes fundamentales: Longitud, Masa, Tiempo, Temperatura, Intensidad eléctrica, Intensidad Luminosa, Cantidad deSustancia. ( Ver pg. 792 Texto Guía Apéndice A )

MAGNITUDES FÍSICAS FUNDAMENTALES

SISTEMA INTERNACIONAL ( S.I ) O ( M.K.S )

Magnitud

Física

Unidad de

Medida

Símbolo

Longitud Metro m

Masa Kilogramo k

Tiempo Segundo s

SISTEMAS DE MEDIDAS

Magnitud

Física

Unidad Símbolo

Longitud Centímetro c

Masa Gramo g

Tiempo Segundo s

SISTEMA CEGESIMAL O ( C.G.S )

PREFIJOS PARA LAS POTENCIAS DE BASE 10

SISTEMA INGLES DE INGENIERÍA O CONVENCIONAL

Sus unidades para la longitud, masa y tiempo son respectivamente: Feet, Slug y Second. (1Ft = 30.48 cm 1 slug= 14.59 kg )

MAGNITUDES FÍSICAS DERIVADAS

Se denominan así a las magnitudes físicas que se derivan de las fundamentales.Ej: aceleración ( m/s2) , Densidad ( kg/ m3 )

NOTACIÓN CIENTÍFICA

Un número está escrito en notación científica cuando su parte entera está comprendida entre uno y nueve, incluyéndolos, multiplicada por una potenciaen base 10. Ej : 3456 = 3.456 x 10 3 ; 0.028 m = 2.8 x 10- 2 m

En el proceso de medición, y a la hora de determinar la medida de una magnitud física, se presenta siempre, dependiendo del instrumento usado para medir, la situación de determinar unas cifras seguras de la cantidad numérica y una dudosa.

El valor numérico formado por las cifras seguras y una dudosa, se denomina : cifras significativas de una cantidad física.

Ejemplo, si deseamos medir lo ancho de una hoja de cuaderno, y resulta que está en el centímetro 22 y entre los milímetros 3 y 4. Entonces para el observador resulta muy difícil precisar con exactitud la fracción del milímetro. Así, aproxima con una cifra dudosa y apreciativa, que puede ser distinta para observadores diferentes. Entonces la medida de la hoja sería 22,36 cm. El número 6 sería la cifra dudosa.

El grado de precisión en la medición depende de que tan finamente esté divi-dida la escala en el instrumento de medición. Los instrumentos de precisión proporcionan más cifras significativas y un grado de mayor aproximación al valor real ( exactitud ).

CIFRAS SIGNIFICATIVAS

• Todas las cifras escritas comprendidas entre 1-9 son significativas.

• Los ceros al principio de un número no son significativos. Tan sólo indican la colocación del número decimal. Ejemplo: 0.00254m. tiene tres cifras significativas (2,5,4).

• Los ceros dentro de un número, sí son significativos. Ejemplo: 205,73m. Tiene cinco cifras significativas (2,0,5,7,3)

• Los ceros al final de un número, después del punto decimal son significativos. Ejemplo: 34,50m tiene cuatro cifras significativas (3,4,5,0)

• Los ceros finales de un dato entero (500) no son significativos; si se desea expresar que son significativos, se convierte el dato en real añadiendo un punto (500.) o se expresa el número en notación científica. Así 5.00 x102 m tiene tres cifras significativas en cambio el número 5.4 x103 posee dos cifras significativas.

¿Cómo determinar las cifras significativas?

NÚMERO

0.028 104.26 5.00 12.6X103 14000 6.0X104 6.00X104 0.00130

c.s

Llene la siguiente tabla escribiendo el número de cifras significativas

ACTIVIDAD

• Si el dígito siguiente a la cifra significativa es 5 o mayor, la última cifra significativa se aumenta en 1; si es menor que 5, se deja igual Ej. Redondear los números 1.74 m y 0.357m a 1 cifra significativa.

1.74 m 2 m 0.357 m 0.4 m • Ej. Redondear los números 0.343 m y 0.354m a 2 c.s: 0.343 m 0.34 m 0.354 m 0.35 m

¿CÓMO REDONDEAR UN NÚMERO?

• El resultado de una suma o resta de números debe tener el mismo número de lugares decimales que la cantidad con el número menor de lugares decimales que se utilizó en el cálculo.

• Ej. Sumar los siguientes números: 24.5 , 0.347, 7.35 • Se suman normalmente y el resultado debe tener 1c.s :32.2• El resultado final de una operación de multiplicación o de división,

debe tener el mismo número de cifras significativas que la cantidad con el menor número de cifras significativas utilizadas en el cálculo. Para ello, las cifras decimales se desechan redondeando el resultado.

• Ej : 3.7 m x 2.38m • 8.806 m2 = 8.8 m2 ( Redondeando a dos cifras significativas)• Ej: 1574.5 m / 0.235 s = 6.70 x 10 3 s ( 3 c.s )

¿ CÓMO REDONDEAR UN NÚMERO OBTENIDO EN UNA OPERACIÓN?

• 2.343 L + 34.29 L + 23.0098L=• 1 234.45 m + 89.547 m + 234.0089 m + 0. 9998 m =• 567.9 g – 39.578 g =• 0.9457 s – 0.091 s =• 34.56 m x 12.5 m =• 0.964 g x 0.038 g =• 234.47 m / 32.7 m =• 0.469 g / 0.027 g =

ACTIVIDAD

Dimensión [ ]: Naturaleza física de una cantidad. ( L : Longitud, M: Masa, T: Tiempo )

Ej: La dimensión (naturaleza física) de la distancia es la Longitud.Lo cual se puede escribir: [ d ] = L

Halle las dimensiones del área, el volumen, la densidad y la aceleración.

El análisis dimensional es un procedimiento que se utiliza en física para determinar si una expresión o ecuación tiene la forma correcta. Las dimensiones en una ecuación deben ser iguales a ambos lados.

Ej: Verificar que las siguientes ecuaciones son dimensionalmente correctas: a) x= at2/2 b) v2 = v0

2 + 2ax

Halle el valor de n y m para que se cumpla: x α an tm.

ACTIVIDAD: a) Muestre que v= v0 + at es dimensionalmente correcta b) Determine los valores de n y m para que: a α rn vm.

ANÁLISIS DIMENSIONAL