Temática Magnitudes Físicas y Cinemática: Introducción a la Física

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Magnitudes Físicas y Cinemática: Introducción a la Física, Conversión de Unidades y Notación Científica.
Introducción a la Física
¿Qué es la Física y cuál es su objeto de estudio?
La Física es una ciencia natural y experimental que estudia las propiedades
y el comportamiento de: la materia, la energía, el tiempo y el espacio.
Atendiendo fundamentalmente a las interacciones que se establecen entre
dichas entidades físicas.
La Experimentación:
La experimentación consiste en el estudio de un fenómeno reproducido
generalmente en un laboratorio, dicho estudio se hace bajo ciertas condiciones
particulares o controladas y gira en torno a una instancia en particular. Cuando
se hace experimentación se procura eliminar o introducir aquellas variables
que se consideran pertinentes y/o necesarias.
¿Cuáles son los campos de acción más significativos de la Física?
En términos de los fenómenos que estudia, la Física se puede dividir en 3
partes bien diferenciadas, cada una de ellas está localizada en la historia y
da cuenta de una forma particular de ver el mundo.
Ramas o Grandes
Divisiones
Física Clásica
Física Moderna














Física Contemporánea


Sub-ramas o Campos
Especializados
Mecánica Clásica
Física Estadística
Termodinámica
Óptica y Acústica
Electromagnetismo
Fluidos
Mecánica Cuántica
Relatividad
Estado Sólido
Cosmología
Nanotecnología
Redes
Métodos de Encriptado
de Información
Sistemas
Termodinámicos
Alejados del Equilibrio
Fractales, Astrofísica.
Física de la Materia
Condensada y del
Plasma. Entre muchos
otros…
Medida
Características




Determinista
Antes del siglo XX
Sistemas Macroscópicos
𝑣≪𝑐





Probabilística
Después del siglo XX
y antes del siglo XXI
Sistemas microscópicos
𝑣≫𝑐

Física del caos, la
complejidad, la no
linealidad.
Física donde impera la
modelación
computacional.

• 𝑬 = 𝑴𝒄𝟐
Experimento
Teoría
Entre el experimento y la teoría se establece una relación de reciprocidad,
donde ninguna instancia prima o determina la otra.
La Medición:
Medir es un proceso básico de la ciencia que consiste en comparar un patrón
seleccionado con el objeto o fenómeno cuya magnitud se desea medir, para
verificar cuántas veces está contenido el patrón en dicha magnitud. Al medir se
obtiene finalmente una cantidad asociada a la magnitud, la cual a su vez tendrá
asociada una unidad.

Algunos Conceptos Asociados.
Magnitud: Atributo o propiedad de un cuerpo, susceptible a ser medido.
Cantidad: Valor específico asociado a una magnitud.
Unidad: Es una cantidad de referencia.
Patrón de Medida (Modelo): Es el objeto físico que encarna a una unidad.
¿Qué incidencia tiene la Física en la sociedad mundial actual?
Instrumentos de Medida:
Vivimos es un mundo que es a la vez científico y tecnológico, la física es Objeto o dispositivo que se emplea para cuantizar una cierta magnitud. Entre
una parte fundamental de nuestra sociedad y la permea a cualquier escala. sus características más relevantes, se encuentran:
La Física que mayor influencia tiene en nuestra sociedad actual es la Física
aplicada, Ej:
Exactitud
Física Química
Biofísica
Geofísica
Física Computacional
Sencibilidad
Conversión de Unidades
Sistema de Unidades.
Los sistemas de unidades son convenciones de medida que se establecen en
determinadas regiones del mundo. Para pasar de un sistema de unidades a
otro es necesario utilizar o emplear factores de conversión. Entre los
sistemas de unidades más representativos se encuentran: Sistema
Internacional (SI), Sistema Inglés y el Sistema Sexagesimal (cgs). El
sistema más utilizado a nivel de las ciencias naturales es el sistema
internacional (SI).
Magnitudes Fundamentales.
Los sistemas de unidades están conformados por diferentes tipos de
magnitudes, las más importantes se denominan magnitudes fundamentales,
y las secundarias se denominan magnitudes derivadas, pues resultan de la
combinación de algunas magnitudes fundamentales. Las magnitudes
fundamentales derivan de ciertos patrones de referencia, en otras palabras
se apoyan, en un fenómeno físico o en un objeto tangible que las
determina.
Magnitud
Básica
SI
Longitud
Metro (𝑚)
Masa
Kilogramo (𝐾𝑔)
Símbolo y Nombre
cgs
Inglés
Precición
Notación Científica
¿Qué es la Notación Científica (N.C) y Para Qué Sirve?
Es un método que se emplea para expresar de una manera más compacta pero
equivalente una cantidad Física muy grande o muy pequeña. Nos sirve para
desarrollar operaciones de una forma ágil entre cantidades con las
características antes mencionadas.
Ejemplo de Números Grandes:
Distancia de la Tierra al Sol.146.600.000 𝑘𝑚.
Masa de Júpiter. 1898000000000000000000000000 𝑘𝑔
Ejemplo de Números Pequeños:
Masa del Electrón. 0,000000000000000000000000000000910 𝑘𝑔
Carga del Protón.+ 0,0000000000000000001602 𝐶
¿Cómo Reconocer que un Número Está Escrito en N. C?
Generalmente una cantidad expresada en N.C se compone de un dígito
multiplicado por una potencia entera de base 10.
Ejemplo: Ejemplos de algunas potencias de base 10 empleadas en N.C.
103
102
101
100
10 × 10 × 10
10 × 10
10
1
1000
100
10
1
10−1
10−2
10−3
Tiempo
Segundo (𝑠)
Corriente
Eléctrica
Ampere (𝐴)
Temperatura
Kelvin (𝐾)

Cantidad de
Sustancia
Mol (𝑚𝑜𝑙)

Intensidad
Lumínica
Candela (𝑐𝑑)
Masa
Tiempo
Temperatura
Fuerza
Si se corre la “,” hacia la derecha se resta una unidad al exponente, el
número de unidades restadas, corresponde al número de casillas que se
corra la coma.
Si se corre la “,” hacia la izquierda se suma una unidad al exponente, el
número de unidades sumadas, corresponde al número de casillas que se
corra la coma.
Ejemplo: Expresar en N.C, las siguientes cantidades:
Factores de Conversión.
Los factores de conversión son equivalencias que se han establecido entre
los sistemas de unidades para cada una de las magnitudes fundamentales.
Estos factores de conversión posibilitan el paso de un sistema de unidades
a otro, según se requiera. A continuación se encuentra una tabla con
algunos factores de conversión, para algunas de las magnitudes que más se
emplean en el primer y segundo curso de Física:
Longitud
0,1
0,01
0,001
Regla General Para Escribir un Número en N.C.
 Identificar dónde está ubicada la “,” que señala las décimas.
Tarea Para Desarrollar en Casa: Completar la tabla de magnitudes
fundamentales para el sistema cgs y el Inglés, con el símbolo y nombre
respectivo para cada una. Hacer una tabla de mínimo 10 magnitudes
derivadas con el nombre y símbolo respectivo para el SI, el cgs y el Inglés.
Magnitud
Suma Básica
1 ÷ 10
1 ÷ (10 × 10)
1 ÷ (10 × 10 × 10)
SI
1𝑚
(𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜)
1 𝐾𝑔
(𝑘𝑖𝑙𝑜𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜)
1𝑠
(𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜)
1𝐾
(𝑘𝑒𝑙𝑣𝑖𝑛)
1𝑁
(𝑛𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛)
Símbolo y Nombre
cgs
1 𝑐𝑚(𝑐𝑒𝑛𝑡í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜)
1 𝑚 = 100 𝑐𝑚
1 𝑔(𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠)
1 𝐾𝑔 = 1000 𝑔
1𝑠
(𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜)
1𝐾
(𝑘𝑒𝑙𝑣𝑖𝑛)
1 𝑑𝑖𝑛 (𝑑𝑖𝑛𝑎)
1 𝑁 = 105 𝑑𝑖𝑛𝑎𝑠
Inglés
1 𝑓𝑡 (pie)
1 𝑚 = 3,28 𝑓𝑡
1lbm (libra)
1 𝐾𝑔 = 2,2 𝑙𝑏𝑚
1𝑠
(𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜)
1 𝑅𝑎 (𝑅𝑎𝑛𝑘𝑖𝑛𝑒)
1 𝐾 = 1,8 𝑅𝑎
1 𝑝𝑜𝑢𝑛𝑑𝑎𝑙(𝑝𝑑𝑙)
1 𝑁 = 7,23 𝑝𝑑𝑙
 Corriendo la coma hacia la derecha:
386024,0 = 3,86024 × 105
402,0 = 4,020 × 102
 Corriendo la coma hacia la izquierda:
0,00680 = 6,80 × 10−3
0,25 = 2,05 × 10−1
¿Cómo Pasar un Número de Notación Científica a Notación Decimal?
Para ello es necesario revertir el proceso que nos permite pasar de notación
decimal a N.C.
Ejemplo:Expresar los siguiente números que están en N.C a notación decimal.
Si el exponente es (+) la (,) se corre hacia
derecha, el # de veces que indique
exponente.
Si el exponente es (-) la (,) se corre hacia
−8
3,0 × 10 = 0,00000003 izquierda, el # de veces que indique
0,24 × 10−5 = 0,0000024 exponente.
4,32 × 105 = 432000,0
5,02 × 103 = 5020,0
la
el
la
el
Operaciones Básicas Entre Números que se Encuentran en N.C. Dado que
los #’s escritos en notación científica se componen de una base (10) y un
exponente, es necesario tener presente las reglas de los exponentes para hacer
3
Volumen
1𝑚
(𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
𝑐ú𝑏𝑖𝑐𝑜)
Capacidad
1𝐿
(𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜)
Presión
1 𝑃𝑎
(𝑝𝑎𝑠𝑐𝑎𝑙)
Energía
Mecánica
1𝐽
(𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒)
1 𝑐𝑚3
(𝑐𝑒𝑛𝑡í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
𝑐ú𝑏𝑖𝑐𝑜)
1 𝑚3
= 1 × 106 𝑐𝑚3
1 𝑐𝑙(𝑐𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜)
1 𝐿 = 100 𝑐𝑙
1 𝑏𝑎𝑟𝑖𝑎
1 𝑃𝑎
= 10,0 𝑏𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠
1 𝑒𝑟𝑔
(𝑒𝑟𝑔𝑖𝑜)
1 𝐽 = 107 𝑒𝑟𝑔
1 𝑓𝑡 3
(𝑝𝑖𝑒 𝑐ú𝑏𝑖𝑐𝑜)
1 𝑚3 = 35, 315𝑓𝑡 3
1 𝑝𝑡(𝑝𝑖𝑛𝑡𝑎 𝑏𝑟𝑖𝑡á𝑛𝑖𝑐𝑎)
1𝐿 = 1,7598 𝑝𝑡
1 𝑝𝑜𝑢𝑛𝑑𝑎𝑙⁄1 𝑓𝑡 2 (psi)
1 𝑃𝑎 = 145,04 × 10−6
𝑝𝑠𝑖
1 𝑝𝑜𝑢𝑛𝑑𝑎𝑙. 𝑓𝑡(𝑝𝑑𝑙 . 𝑓𝑡)
1𝑝𝑑𝑙. 𝑓𝑡
= 4,214011001 × 10−11 𝐽
Entre muchas otras que se irán trabajando a lo largo del año.
operaciones entre cantidades expresadas en esta notación.
Reglas Generales:
 Suma y Resta: Para sumar o restar #’s expresados en N.C, es necesario
que los exponentes de la base (10) sean iguales, luego se suma la parte
numérica (cantidad), dejando la misma base y el mismo exponente.
 Multiplicación: Se multiplican las cantidades numéricas y se suman los
exponentes.
 DivisiónSe dividen las cantidades numéricas y se restan los exponentes.
Ejemplo:Llevar a cabo las siguientes operaciones entre #’s escritos en N.C.
Suma
4,32 × 102 +
3,1 × 103
Multiplicación
División

Conversión de Unidades.
 (4 × 102 )(3 ×
 (8 × 102 ) ÷ (2 ×
3
Es un método que se emplea para expresar o pasar las diferentes unidades
107 )
10 )
de un determinado sistema a otro, por ejemplo del SI al cgs. Sirve para Igualando el Exte.
establecer equivalencias entre las diferentes unidades de los sistemas de
Finalmente.
Finalmente.
0,432 × 103 + 3,1
medida.La forma más útil de hacer una conversión de unidades es
empleando los factores de conversión. Los pasos son los siguientes:
× 103
12 × 102+3 = 12
4 × 102−7 = 4 × 10−5
escribir la cantidad que se desea convertir junto con su unidad, luego abrir Finalmente.
× 105
3
un paréntesis con una fracción dentro por cada unidad que se desee
3,532 × 10
convertir, en la fracción se debe colocar la equivalencia entre la unidad que
se desea convertir y la unidad a la que se quiere llegar finalmente. El orden Múltiplos y Submúltiplos del Sistema Métrico Decimal.
de las unidades en la fracción es importante, dado que deseamos llegar a
Múltiplos
Submúltiplos
una unidad en particular se hace necesario simplificar las unidades de las
Factor
Nombre
Símbolo
Factor
Nombre
Símbolo
cantidades que queremos convertir. En el denominador se debe poner la
1
−1
deca
da
deci
d
10
10
unidad que se desea convertir y en el numerador la equivalencia en la
2
−2
hecto
h
centi
c
10
10
unidad a la que se quiere llegar (siempre se deben colocar las unidades).
3
−3
kilo
k
mili
m
10
10
Luego de esto se multiplica y se simplifican las unidades.Ejemplo:
mega
M
micro
𝜇
106
10−6
9
−9
100 𝑐𝑚
giga
G
nano
n
10
10
2𝑚(
) = 200𝑐𝑚 (de metros a centímetros)
12
−12
1𝑚
tera
T
pico
p
10
10
𝑚 100 𝑐𝑚
3600 𝑠
𝑐𝑚
15
−15
3 (
)(
) = 1080000
(de metros por segundo a centímetros
peta
P
femto
f
10
10
𝑠
1𝑚
1ℎ
ℎ
18
−18
por hora)
exa
E
atto
a
10
10
21
−21
zetta
Z
zepto
z
10
10
24
−24
Los pasos en resumen son: escribir la conversión en forma de fracción,
yotta
y
yocto
y
10
10
multiplicar y cancelar las unidades arriba y abajo.