Unidad 1
Fundamentosde la Fisica
Naturaleza de la Fisica
La física es una de las más antiguas disciplinas académicas, tal vez la más antigua, ya que la astronomía es una de sus disciplinas. En los últimos dos milenios, la física fue considerada dentro de lo que ahora llamamos filosofía, química, y ciertas ramas de la matemática y la biología, pero durante la Revolución Científica en el siglo XVII surgió para convertirse en una ciencia moderna, única por derecho propio. Sin embargo, en algunas esferas como la física matemática y la química cuántica, los límites de la física siguen siendo difíciles de distinguir.
La física es significativa e influyente, no sólo debido a que los avances en la comprensión a menudo se han traducido en nuevas tecnologías, sino también a que las nuevas ideas en la física resuenan con las demás ciencias, las matemáticas y la filosofía.
La física no es sólo una ciencia teórica; es también una ciencia experimental. Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teoría pueda realizar predicciones de experimentos futuros. Dada la amplitud del campo de estudio de la física, así como su desarrollo histórico en relación a otras ciencias, se la puede considerar la ciencia fundamental o central, ya que incluye dentro de su campo de estudio a la química, la biología y la electrónica, además de explicar sus fenómenos.
Simbolos de las Unidades
Los símbolos de las unidades no llevan punto al final, y
no tienen plural.
Cuando se usan prefijos, el simbolo de la unidad se escribe despues del prefijo.
los simbolos de las unidades que provienen de nombres propios.
Una de las características trascendentales, que constituye la gran
ventaja del Sistema Internacional, es que sus unidades se basan en
fenómenos físicos fundamentales. Excepción única es la unidad de la
magnitud masa, el kilogramo, definida como «la masa del prototipo
internacional del kilogramo», un cilindro de platino e iridio almacenado en una caja fuerte de la oficina internacional de pesas y medidas.
Sistemas de Unidades
El Sistema Internacional de Unidades (abreviado SI, del Francés: Le systéme International d'Unités), también denominado Sistema Internacional de Medidas, es el nombre que recibe el sistema de unidades que se usa en casi todos los países.
Una de las características trascendentales,
que constituye la gran
ventaja del Sistema Internacional, es que sus unidades se basan en
fenómenos físicos fundamentales. Excepción única es la unidad de la
magnitud masa, el kilogramo, definida como «la masa del prototipo
internacional del kilogramo», un cilindro de platino e iridio almacenado
en una caja fuerte de la oficina internacional de pesas y medidas.
Unidades del S.I.
- BÁSICAS
- DERIVADAS
- SUPLEMENTARIAS
Unidades Básicas
| Magnitud física que se toma como fundamental | Unidad básica o fundamental | Símbolo |
|---|---|---|
| Longitud ( L ) | metro | m |
| Masa ( M ) | kilogramo | kg |
| Tiempo ( T ) | segundo | s |
Termodinámicas
| Magnitud física que se toma como fundamental | Unidad básica o fundamental | Símbolo |
|---|---|---|
| Temperatura ( Θ ) | kelvin | K |
| Cantidad de sustancia ( μ ) | mol | mol |
Eléctricas
| Magnitud física que se toma como fundamental | Unidad básica o fundamental | Símbolo |
|---|---|---|
| Intensidad de corriente electrica ( I ) | amperio | A |
Unidades Básicas
| Magnitud | Nombre | Símbolo |
| Longitud | metro | m |
| Masa | kilogramo | kg |
| Tiempo | segundo | s |
| Intensidad de corriente eléctrica | ampere | A |
| Temperatura termodinámica | kelvin | K |
| Cantidad de sustancia | mol | mol |
| Intensidad luminosa | candela | cd |
Unidades Derivadas
Las unidades SI se forman al combinar las unidades de base SI y las suplementarias SI de acuerdo con la relación algebraica de las magnitudes físicas correspondientes.
Prefijos de Unidades del Sistema Internacional
Los prefijos del SI para nombrar a los múltiplos y submúltiplos de cualquier unidad del sistema internacional (SI), ya sean unidades basicas o derivadas.
Estos prefijos se anteponen al nombre de la unidad para indicar el
múltiplo o submúltiplo decimal de la misma; del mismo modo, los símbolos
de los prefijos se anteponen a los símbolos de las unidades.
Múltiplos
| Prefijo | Símbolo | Factor |
| yotta | Y | 1024 (un cuatrillón) |
| zetta | Z | 1021 (mil trillones) |
| exa | E | 1018 (un trillón) |
| peta | P | 1015 (mil billones) |
| tera | T | 1012 (un billón) |
| giga | G | 109 (mil millones) |
| mega | M | 106 (un millón) |
| miria | ma | 104 (diez mil) |
| kilo | k | 103 (mil) |
| hecto | h | 102 (cien) |
| deca | da | 101 (diez) |
Submúltiplos
Prefijo Símbolo Factor
| deci | d | 10-1 (un décimo) |
| centi | c | 10-2 (un centésimo) |
| mili | m | 10-3 (un milésimo) |
| micro | µ | 10-6 (un millonésimo) |
| nano | n | 10-9 (un milmillonésimo) |
| pico | p | 10-12 (un billonésimo) |
| femto | f | 10-15 (un milbillonésimo) |
| atto | a | 10-18 (un trillonésimo) |
| zepto | z | 10-21 (un miltrillonésimo) |
| yocto | y | 10-24 (un cuatrillonésimo) |
Notacion Cientifica
La notación científica (o notación índice estándar) es una manera rápida de representar un número utilizando potencias de base diez. Esta notación se utiliza para poder expresar muy fácilmente números muy grandes o muy pequeños.
Los números se escriben como un producto:
un número real mayor o igual que 1 y menor que 10, que recibe el nombre de coeficiente
un número entero, que recibe el nombre de exponente u orden de magnitud.
- Características de la Notación Científica
- Ø La base 10 siempre va acompañada de la misma.Ø Si la cantidad empieza con cero su exponente será negativo.Ø Si la cantidad no empieza con cero el exponente es positivo.Ø Si el punto decimal está a la derecha deberá recorrer a la izquierda.Ø Si el punto decimal está a la izquierda deberá recorrer a la derecha.
- Cifras Signnificativas
- Las cifras significativas representan el uso de una escala de incertidumbre en determinadas aproximaciones.Reglas de las Cifras SignificativasEJEMPLO:3.14159 -> seis cifras significativas -> 3.141595.694 -> cuatro cifras significativas -> 5.694Regla N°2:Todos los ceros entre dígitos significativos son significativos.EJEMPLO:2.054 -> cuatro cifras significativas -> 2.054506 -> tres cifras significativas -> 506Regla N°3:Los ceros a la izquierda del primer dígito que no es cero sirven solamente para fijar la posición del punto decimal y no son significativos.EJEMPLO:0.054 -> dos cifras significativas -> 0.0540.0002604 -> cuatro cifras significativas -> 0.0002604Regla N°4:En un número con dígitos decimales, los ceros finales a la derecha del punto decimal son significativos.EJEMPLO:0.0540 -> tres cifras significativas -> 0.054030.00 -> cuatro cifras significativas -> 30.00Regla N°5:Si un numero no tiene punto decimal y termina con uno o mas ceros, dichos ceros pueden ser o no significativos. Para poder especificar el numero de cifras significativas se requiere informacion adicional. para evitar confusiones es conveniente expresar el numero en notacion cientifica, no obstante, tambien se suele indicar q dichos ceros son significativos escribiendo el punto decimal solamente. Si el signo decimal no se escribiera, dichos ceros no son signifcativos.EJEMPLO:1200 -> dos cifras significativas -> 12001200. -> cuatro cifras significativas -> 1200.Procedimiento en operaciones matemáticas básicasEn la adición y sustracción el resultado se expresa según el factor con el menor número de decimales.Por ejemplo: si sumamos 82.396 + 2.8 = 85.196 el resultado deberá expresar como 85.2 es decir con una sola cifra decimal como la cantidad 2.8Cuando aparece un entero o una fracción en una ecuación general tratamos ese número como si no tuviera incertidumbre.Analisis Dimensional
El análisis dimensional es una herramienta que permite simplificar el estudio de cualquier fenómeno en el que estén involucradas muchas magnitudes fisicas en forma de variables independientes. Su resultado fundamental, el teorema de Vaschy-Buckingham (más conocido por teorema) permite cambiar el conjunto original de parámetros de entrada dimensionales de un problema físico por otro conjunto de parámetros de entrada adimensionales más reducido. Estos parámetros adimensionales se obtienen mediante combinaciones adecuadas de los parámetros dimensionales y no son únicos, aunque sí lo es el número mínimo necesario para estudiar cada sistema. De este modo, al obtener uno de estos conjuntos de tamaño mínimo se consigue:
- Analizar con mayor facilidad el sistema objeto de estudio
- Reducir drásticamente el número de ensayos que debe realizarse para averiguar el comportamiento o respuesta del sistema.
Conversion de Unidades
La conversión de unidades son las transformaciones de una magnitud física, expresada en una cierta unidad de medida, en otra equivalente, que puede ser del mismo sistema de unidades o no. Este proceso suele realizarse con el uso de los factores de conversión y las tablas de conversión en la física
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 si queremos pasar 8 metros a yardas, lo primero que tenemos que hacer, es conocer cuánto vale una yarda en metros para poder transformarlo, en donde, una yarda(yd)= 0,914m, luego dividir 0,914 entre 8 y nos daría como resultado 0,11425yardas.Factor de ConversionEl factor de conversión o de unidad es una fracción en la que el numerador y el denominador son cantidades iguales expresadas en unidades de medida distintas, de tal manera, que esta fracción equivale a la unidad. Método efectivo para cambio de unidades y resolución de ejercicios sencillos dejando de utilizar la regla de tres. Cada factor de conversión se construye con una equivalencia (igualdad entre dos cantidades).
- Ejemplo 1: pasar 15 pulgadas a centímetros (equivalencia: 1 pulgada = 2,54 cm )
- el factor unitario :
se construye a partir de la equivalencia dada.
- Ejemplo 2: pasar 25 metros por segundo a kilómetros por hora (equivalencias: 1 kilómetro = 1000 metros, 1 hora = 3600 segundos)
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