República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria, Ciencia y Tecnología Universidad Politécnica Territorial del Estado Bolívar Asignatura: FISICA Sección: T2-GCS-1M INTRODUCCION A LA FISICA Y SISTEMA DE UNIDADES Profesor: Alumno: González Marcos González Cesar CI: 26.249.427 Ciudad bolívar; febrero de 2019 INTRODUCCION A LA FISICA Y SISTEMA DE UNIDADES LA FISICA Es la ciencia que estudia la Naturaleza en su sentido más amplio. Es la ciencia básica que estudia el cosmos, es decir, el todo desde el punto de vista científico. Aunque, aparentemente, la física consiste en buscar o encontrar una matematización de la realidad observable, no es así. Lo que ocurre es que la matemática es el idioma en que se puede expresar con mayor precisión lo que se dice en física. Desde un punto de vista aplicado, el campo de la física es mucho más amplio, ya que se utiliza, por ejemplo, en la explicación de la aparición de propiedades emergentes, más típicas de otras ciencias como Sociología y Biología. Esto hace que la física y sus métodos se puedan aplicar y utilizar en otros campos de la ciencia y se utilicen para cualquier tipo de investigación científica. Se podría decir que 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 explicación a los diferentes fenómenos de la naturaleza, que se presentan cotidianamente en nuestra vida diaria. La física es la ciencia de la medición por excelencia, es por eso que se divide en dos campos de estudio: la física clásica y la física moderna. LA FÍSICA CLÁSICA: estudia todos aquellos fenómenos en los cuales la magnitud de la velocidad es muy pequeña comparada con la velocidad de la luz. LA FÍSICA MODERNA: se encarga de estudiar todos aquellos fenómenos producidos al a magnitud de la velocidad de la luz o con magnitudes cercanas a ella, y con los fenómenos relacionados con comportamiento y estructura del núcleo atómico. La diferencia entre estos dos campos es la magnitud de la velocidad de los fenómenos, a comparación con la velocidad de la luz, es decir con referencia con la velocidad de la luz, pues esta es de 300 mil km/s en el vacío, ósea que la velocidad del tren bala es muy pequeña a comparación de la luz. Además la física clásica tiene otras ramas que son: MECÁNICA: esta estudia las fuerzas: Ejemplo: Fuerza de los cuerpos en reposo en equilibrio La interacción gravitatoria La interacción electromagnética La interacción nuclear fuerte y débil Las maquinas simples El equilibrio La fuerza como causa del movimiento de los cuerpos. TERMODINÁMICA: estudia los fenómenos térmicos. Ejemplo: La energía (la energía no se crea ni se destruye solo se transforma) A cada acción una reacción, como lo sería la dilatación de los cuerpos. ELECTROMAGNETISMO: es la interacción entre los cuerpos eléctricos y magnéticos, estos revolucionaron los transportes terrestres, aéreos y marítimos. ÓPTICA: fenómenos relacionados con la luz. ACÚSTICA: el sonido y los fenómenos relacionados con la audición. MAGNITUD FISICA A todo aquello que puede ser medido, asociándosele un valor numérico a una unidad de medida, se le da el nombre de Magnitud Física. Tipos de Magnitudes Magnitud Escalar: Se entiende perfectamente por el valor numérico y por la unidad de medida, no se asocia a las nociones de dirección y sentido. Ejemplos son: Temperatura, masa, tiempo, energía, etc. Magnitud Vectorial: Necesita para ser perfectamente caracterizada, de las ideas de dirección, sentido, valor numérico y de unidad de medida. Ejemplos son: fuerza, impulso, cantidad de movimiento, velocidad, aceleración, fuerza, etc. Otra clasificación de Magnitudes Físicas Magnitud Fundamental: Es una magnitud primitiva. Ejemplos de ella son: longitud, masa, tiempo, temperatura, etc. Magnitud derivada: Es una magnitud definida por relaciones entre las grandezas fundamentales. Ejemplos son la velocidad, aceleración, fuerza, trabajo, etc. SISTEMA DE UNIDADES Un sistema de unidades es un conjunto de unidades de medida consistente, estándar y uniforme. En general definen unas pocas unidades de medida a partir de las cuales se deriva el resto. Existen varios sistemas de unidades: Sistema Internacional de Unidades (SI): es el sistema más usado. Sus unidades básicas son: el metro, el kilogramo, el segundo, el amperio, el kelvin, la candela y el mol. Las demás unidades son derivadas del Sistema Internacional. Sistema Métrico Decimal: primer sistema unificado de medidas. Sistema Cegesimal de Unidades (CGS): denominado así porque sus unidades básicas son el centímetro, el gramo y el segundo. Fue creado como ampliación del sistema métrico para usos científicos. Sistema Natural: en el cual las unidades se escogen de forma que ciertas constantes físicas valgan exactamente la unidad. Sistema Técnico de Unidades: derivado del sistema métrico con unidades del anterior. Este sistema está en desuso. Sistema anglosajón de unidades: Es el conjunto de las unidades no métricas que se utilizan actualmente como medida principal en Estados Unidos. Existen ciertas discrepancias entre los sistemas de Estados Unidos y del Reino Unido (donde se llama el sistema imperial), e incluso sobre la diferencia de valores entre otros tiempos y ahora. Sistema internacional de unidades Unidades básicas Magnitud Nombre Símbolo Longitud Metro m Masa Kilogramo kg Tiempo Segundo s Intensidad de corriente eléctrica Amperio A Temperatura termodinámica Kelvin K Cantidad de sustancia Mol mol Intensidad luminosa Candela cd Tabla 1. Unidades SI básicas Unidad de longitud: metro (m).El metro es la longitud de trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de 1/299 792 458 de segundo. Unidad de masa: El kilogramo (kg) es igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo, adoptado por la tercera Conferencia General de Pesas y Medidas en 1901. Unidad de tiempo: El segundo (s) es la duración de 9 192 631 770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles híper finos del estado fundamental del átomo de cesio 133. Esta definición se refiere al átomo de cesio en reposo, a una temperatura de 0 K. Unidad de intensidad de corriente eléctrica: El amperio (A) es la intensidad de una corriente constante que, manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío, produciría entre estos conductores una fuerza igual a 2·107 newton por metro de longitud. De aquí resulta que la permeabilidad del vacío es μ0=4π·10-7H/m (henrio por metro). Unidad de temperatura termodinámica: El kelvin (K), unidad de temperatura termodinámica, es la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. Esta definición se refiere a un agua de una composición isotópica definida por las siguientes relaciones de cantidad de sustancia: 0,000 155 76 moles de 2H por mol de 1H, 0,000 379 9 moles de 17O por mol de 16O y 0,0002 005 2 moles de 18O por mol de 16O. De aquí resulta que la temperatura termodinámica del punto triple del agua es igual a 273,16 kelvin exactamente Ttpw=273,16 K. Unidad de cantidad de sustancia: El mol (mol) es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0,012 kilogramos de carbono 12. Esta definición se refiere a átomos de carbono 12 no ligados, en reposo y en su estado fundamental. Cuando se emplee el mol, deben especificarse las unidades elementales, que pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones u otras partículas o grupos especificados de tales partículas. De aquí resulta que la masa molar del carbono 12 es igual a 12 g por mol, exactamente M(12C)=12 g/mol. Unidad de intensidad luminosa: La candela (cd) es la unidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540·1012 hercios y cuya intensidad energética en dicha dirección es 1/683 vatios por estereorradián. De aquí resulta que la eficacia luminosa espectral de la radiación monocromática de frecuencia igual a 540·1012hercios es igual a 683 lúmenes por vatio, exactamente K=683 lm/W=683 cd sr/W. Unidades SI derivadas Las unidades derivadas se forman a partir de productos de potencias de unidades básicas. Las unidades derivadas coherentes son productos de potencias de unidades básicas en las que no interviene ningún factor numérico más que el 1. Las unidades básicas y las unidades derivadas coherentes del SI forman un conjunto coherente, denominado conjunto de unidades SI coherentes. El número de magnitudes utilizadas en el campo científico no tiene límite; por tanto no es posible establecer una lista completa de magnitudes y unidades derivadas. Sin embargo, la tabla 2 presenta algunos ejemplos de magnitudes derivadas y las unidades derivadas coherentes correspondientes, expresadas directamente en función de las unidades básicas. Ejemplos de unidades SI derivadas coherentes expresadas a partir de las unidades básicas Magnitud Nombre Símbolo Área, superficie Metro cuadrado m2 Volumen Metro cúbico m3 Velocidad Metro por segundo m/s Aceleración Metro por segundo cuadrado m/s2 Número de ondas Metro a la potencia menos uno m-1 Densidad, masa en volumen Kilogramo por metro cúbico kg/m3 Densidad superficial Kilogramo por metro cuadrado kg/m2 Volumen específico Metro cúbico por kilogramo m3/kg Densidad de corriente Amperio por metro cuadrado A/m2 Concentración de cantidad de sustancia, concentración Mol por metro cúbico. mol/m3 Concentración másica Kilogramo por metro cúbico kg/m3 Luminancia Candela por metro cuadrado. cd/m2 Índice de refracción Uno 1 Permeabilidad relativa Uno 1 Tabla 2. Ejemplos de unidades SI derivadas coherentes expresadas a partir de las unidades básicas Por conveniencia, ciertas unidades derivadas coherentes han recibido nombres y símbolos especiales. Se recogen en la tabla 3. Estos nombres y símbolos especiales pueden utilizarse con los nombres y los símbolos de las unidades básicas o derivadas para expresar las unidades de otras magnitudes derivadas. Algunos ejemplos de ello figuran en la tabla 4. Los nombres y símbolos especiales son una forma compacta de expresar combinaciones de unidades básicas de uso frecuente, pero en muchos casos sirven también para recordar la magnitud en cuestión. Los prefijos SI pueden emplearse con cualquiera de los nombres y símbolos especiales, pero al hacer esto la unidad resultante no será una unidad coherente. En la última columna de las tablas 3 y 4 se muestra cómo pueden expresarse las unidades SI mencionadas en función de las unidades SI básicas. En esta columna, los factores de la forma m0, kg0, etc., que son iguales a 1, no se muestran explícitamente. Unidades SI derivadas coherentes con nombres y símbolos especiales Magnitud Ángulo plano Ángulo sólido Frecuencia Fuerza Presión, tensión Energía, trabajo, cantidad de calor Potencia, flujo energético Carga eléctrica, cantidad de electricidad Nombre Expresión en otras unidades SI Símbolo Expresión en unidades SI básicas Radián Estereorradián Hercio Newton Pascal Julio rad sr Hz N Pa J 1 1 N·/m2 N·m m/m= 1 m2/m2= 1 s-1 m·kg·s-2 m-1·kg·s-2 m2·kg·s-2 Vatio W J·/s m2·kg·s-3 Culombio C - s·A Diferencia de potencial eléctrico, fuerza electromotriz Resistencia eléctrica Conductancia eléctrica Capacidad eléctrica Flujo magnético Densidad de flujo magnético Inductancia Temperatura celsius Flujo luminoso Iluminancia Actividad de un radionucleido Dosis absorbida, energía másica (comunicada), kerma Dosis equivalente, dosis equivalente ambiental, dosis equivalente direccional, dosis equivalente individual Actividad catalítica Voltio V W/A m2·kg·s-3·A-1 Ohmio Siemens Faradio Weber Tesla W S F Wb T V/A A/V C/V V·s Wb/m2 m2·kg·s-3·A-2 m2·kg·s-3·A-2 m-2·kg-1·s4·A2 m2·kg·s-2·A-1 kg·s-2·A-1 Henrio Grado celsius Lumen Lux Becquerel H ºC lm lx Bq Wb/A cd·sr lm/m2 - m2·kg s-2·A-2 K cd m-2cd s-1 Gray Gy J/kg m2·s-2 Sievert Sy J/kg m2·s-2 Katal kat - s-1·mol
