FÍSICA1. MEDICIÓN Y RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS

COMPILADO POR: Dra. Zully Carvache Franco, MSc.

¿Por qué estudiar física?

La física es una de las ciencias más fundamentales.Los principios de la física desempeñan un papel fundamental en el esfuerzo científico por entender cómo las actividades humanas afectan a la atmósfera y a los océanos, y en la búsqueda de otras fuentes alternas de energía.

La física es la base de toda la ingeniería y la tecnología. Ningún ingeniero podría diseñar un dispositivo práctico, sin antes entender sus principios básicos.

La física es una aventura que encontraremos estimulante, a veces frustrante y en ocasiones dolorosas, pero con frecuencia proporcionará abundantes beneficios y satisfacciones.La física despertará nuestro sentido de lo bello, así como nuestra inteligencia racional.

Lo que conocemos del mundo físico se basa en los cimientos establecidos por gigantes como Galileo, Newton, Maxwell y Einstein, cuya influencia se ha extendido más allá de la ciencia para afectar profundamente las formas en que vivimos y pensamos.Compartiremos la emoción de esos descubrimientos cuando aprendamos a usar la física para resolver problemas prácticos y entender los fenómenos cotidianos

LA NATURALEZA DE LA FÍSICA

La física es una ciencia experimental.

Los físicos observan los fenómenos naturales y tratan de encontrar los patrones y principios que los relacionen. Dichos patrones se denominan teorías físicas, o si están bien establecidos y se usan ampliamente leyes o principios físicos.

ESTÁNDARES Y UNIDADESLos experimentos requieren mediciones cuyos resultados suelen describirse con números.

Un número empleado para describir cuantitativamente un fenómeno físico es una cantidad física.

Al medir una cantidad siempre la comparamos con un estándar de referencia.

Este estándar define una unidad de la cantidad.

Las mediciones exactas y confiables exigen unidades inmutables que los observadores puedan duplicar en distintos lugares. El sistema de unidades empelado por los científicos e ingenieros en todo el mundo se denomina comúnmente "sistema métrico ", pero desde 1960 su nombre oficial es Sistema Internacional, o SI.

Las definiciones de las unidades básicas del sistema métrico han evolucionado.

Cuando la Academia Francesa de Ciencias estableció el sistema en 1791, el metro se definió como una diezmillonésima de la distancia entre el Polo Norte y el Ecuador.El segundo se definió como el tiempo que tarda un péndulo de 1 m de largo en oscilar de un lado a otro.Estas definiciones eran poco prácticas y difíciles de duplicar con precisión, por lo que se han refinado por acuerdo internacional.

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES

Le Système International d'UnitésEs el heredero del antiguo Sistema Métrico

Decimal y es por ello por lo que también se lo conoce como “sistema métrico”.Se instauró en 1960, a partir de la Conferencia General de Pesos y Medidas, durante la cual inicialmente se reconocieron seis unidades físicas básicas.En 1971 se añadió la séptima unidad básica: el mol.En Ecuador se adoptó mediante la Ley Nº 1.456 de Pesas y Medidas, promulgada en el Registro Oficial Nº 468 del 9 de enero de 1974.

 Existen sólo tres países en el mundo que en su legislación no han adoptado el Sistema Internacional de Unidades como prioritario o único.

(Birmania, Liberia y Estados Unidos)

Una de las características trascendentales, que constituye la gran ventaja del Sistema Internacional, es que sus unidades se basan en fenómenos físicos fundamentales (la única excepción es la unidad de la magnitud masa)Las unidades del SI constituyen referencia internacional de las indicaciones de los instrumentos de medición, a las cuales están referidas mediante una concatenación interrumpida de calibraciones o comparaciones.

Los símbolos de las unidades son entes matemáticos, no abreviaturas. Por ello deben escribirse siempre tal cual están establecidos, precedidos por el correspondiente valor numérico, en singular, ya que como tales símbolos no forman plural.

UNIDADES FUNDAMENTALESMagnitud física básica

Símbolo dimensiona

lUnidad básica Símbolo de la

unidad

Longitud L metro m

Tiempo T segundo s

Masa M kilogramo kg

Intensidad de corriente eléctrica

I amperio A

Temperatura Θ kelvin K

Cantidad de sustancia N mol mol

Intensidad luminosa J candela cd

PREFIJOS DEL SISTEMA INTERNACIONAL

Sirven para nombrar a los múltiplos y submúltiplos de cualquier unidad del SI, ya sean unidades básicas 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

10n Prefijo Símbolo

1024 yotta Y1021 zetta Z1018 exa E1015 peta P1012 tera T109 giga G106 mega M103 kilo k102 hecto h101 deca da

10n Prefijo Símbolo

10−1 deci d10−2 centi c10−3 mili m10−6 micro µ10−9 nano n10−12 pico p10−15 femto f10−18 atto a10−21 zepto z10−24 yocto y

SUBMÚLTIPLOS

No se pueden poner dos o más prefijos juntos. Hay que tener en cuenta antes los prefijos que

las potencias.

EL SISTEMA BRITÁNICOEs el conjunto de las unidades no métricas (que

se utilizan actualmente) y que es oficial en solo 3 países en el mundo .Este sistema se deriva de la evolución de las unidades locales a través de los siglos, y de los intentos de estandarización en Inglaterra. Las unidades mismas tienen sus orígenes en la antigua Roma. Hoy en día, estas unidades están siendo lentamente reemplazadas por el Sistema Internacional de Unidades, aunque en Estados Unidos la inercia del antiguo sistema y el alto costo de migración ha impedido en gran medida el cambio.

EL SISTEMA BRITÁNICOUnidades de longitud

• 1 pulgada (in) = 2,54 cm

• 1 pie (ft) = 12 in = 30,48 cm

• 1 yarda (yd) = 3 ft = 36 in = 91,44 cm

• 1 milla (mi) = 1.609m

EL SISTEMA BRITÁNICOUnidades de masa

• 1 libra (lb) = 0,4536 kg

• 1 u.t.m. = 9,8 kg

Unidades de volumen

• 1 litro (l) = 103 m3

• 1 galón = 3,7854 litros

ANÁLISIS DIMENSIONALUsamos ecuaciones para expresar las relaciones entre cantidades físicas representadas por símbolos algebraicos. Toda ecuación debe ser dimensionalmente consistente.

d = vt

L = [LT1]T

L = L

CIFRAS SIGNIFICATIVASLas mediciones siempre tiene incertidumbre.

Las cifras significativas representan el uso de una escala de incertidumbre en determinadas aproximaciones.Si usamos números con incertidumbre para calcular otros números, el resultado también es incierto.

Procedimiento en operaciones matemáticas básicas

En adición y sustracción las cifras decimales no deben superar el menor número de cifras decimales que tengan los sumandos. Si por ejemplo hacemos la suma 92.396 + 2.1 = 94.496, el resultado deberá expresarse como 94.5, es decir, con una sola cifra decimal como la cantidad 2.1.

En multiplicación y división el resultado no puede tener más cifras significativas que el factor con menos cifras significativas. por ejemplo, 3.1416 x 2.34 x 0.58 = 4.3

Cuando aparece un entero o una fracción en una ecuación general, tratamos ese número como si no tuviera incertidumbre.