Física 1° Semestre

Física: es una de las ciencias naturales que estudia la materia, la energía y las relaciones entre ambas.

Física clásica: es una expresión que normalmente se refiere a estudios realizados hasta finales del siglo XIX, acerca de la mecánica, la luz, el calor, el sonido, la electricidad y el magnetismo.

Teoría de la mecánica cuántica: es la cual estudia el comportamiento de partículas y sistemas microscópicos como las moléculas, los átomos y sus componentes.

Teoría de la física relativista: misma que estudia el movimiento de objetos a velocidades cercanas a la luz, y el efecto de estas velocidades sobre la masa, la longitud, el tiempo y la energía.

*en la mecánica cuantica como en la física relativista en ninguna de las dos se pueden efectuar mediciones directas.

*por E = mc² en donde E representa la energía, de un objeto de cierta, masa (m) y (c), la velocidad de la luz.

Física moderna: esta derivación de la física se considera a partir de la teoría de la relatividad y de la teoría cuantica en la descripción de sistemas microscópicos como los átomos, moléculas, etc.; y una compresión de tallada de los sólidos, líquidos y gases.

* Con excepción de los fenómenos en el mundo microscópico y el movimiento de partículas a velocidades próximas a la de la luz, la física clásica describe adecuadamente el restote nuestro mundo físico. Los fenómenos que se estudian en las diferentes ramas de la física s relacionan entre si, mediante un pequeño numero de principios básicos (leyes generales).

* Estos principios básicos pueden ser abortados en el estudio del movimiento de los cuerpos y prolongarse después a las demás áreas de la Física.

* Por ejemplo, los descubrimientos en el campo de la electricidad, produjeron una gran revolución en la transportación terrestre, aérea y marítima.

*En el desarrollo histórico de la física se contemplan tres ideas primordiales

la idea de orden, desarrollada por Aristóteles, predomino hasta el siglo XVI, es decir, en la antigüedad la ciencia consistía en ordenar las cosas.

la ideas de una causa mecánica surge a partir de Galileo y Newton; aquí la ciencia paso a ser la búsqueda de la causa mecánica de los fenómenos observables. Esta idea predomino en los siglos XVII, XVIII y XIX, ala física basada en ella se le conoce como física clásica.

la idea de un comportamiento probabilístico, se desarrollo a partir del inicio de este siglo y señala como concepto primordial la probabilidad de que la materia, a nivel microscópico, tiene cierto comportamiento. Junto a esta idea se consideran las variaciones de algunas cantidades, cuando las partículas se mueven a velocidades cercanas a la luz. Estas cantidades (longitud, masa, tiempo, etc.) eran invariables en la física clásica.

Modelo Aristotélico

• Aristóteles, trato de dar alguna explicación a cada uno de los aspectos importantes de la naturaleza y de la vida. Por ello, recopilo y ordeno toda la información necesaria disponible.

• Aristóteles planteo su concepción del mundo, la cual consta de cuatro elementos superpuestos, dentro de la esfera sublunar, a saber: tierra, agua, aire y fuego, y agrega un quinto elemento, el éter para las regiones superiores en donde, se encontraban los planetas y las estrella.

• Aristóteles llamaba movimiento natural al que realizaba un objeto para regresara su estado natural (el reposo).

• La teoría aristotélica empezó a tener contradicciones al explicar algunos problemas típicos de la época.

El Modelo Clásico (Mecanista o Newtoniano)

• En el Renacimiento se genero un gran desafió total a la concepción que los aristotélicos daban al universo (teoría geocéntrica), encontrándose su máxima expresión en Nicolás Copernico (1473-1543), quien estableció su teoría heliocéntrica (el Sol en el centro del universo), en la cual al Tierra, junto con los otros planetas, gira alrededor del Sol.

• Galileo, sentó las bases de esta “revolución científica” al proponer que todo conocimiento de la naturaleza debería establecerse por la experimentación, reproduciendo el fenómeno de manera controlada (midiéndola y cuantificándola).

• Johannes Kepler (1571-1630) demostró que los planetas giran describiendo una elipse y que el sol se encuentra en uno de los focos. A su vez Galileo Galilei (1564-1642) mostró argumentos, con base en las observaciones hechas del Sol, a favor del movimiento de la Tierra.

• En este proceso participaron los más grandes talentos de la época, la cual culmina con la formulación de los “Principios Matemáticos de la Filosofía Natural” de Isaac Newton. En esta obra es considerada como un tratado mecánico-matemático, que represento la base para el desarrollo de la estructura de la física y de la ciencia en general. La contemplación Aristotélica cedió su lugar a las causas mecánicas de Newton.

• En los trabajos de Newton se llega pro inducción, de los casos particulares a las leyes generales, y de estas, por deducción, a casos particulares. Mediante este procedimiento logro establecer la Ley de la Gravitación Universal.

Modelo De La Física Moderna

• A finales del siglo XIX era una creencia común que todos los fenómenos naturales podían describirse mediante las leyes de Newton, los principios de la Termodinámica y las leyes del electromagnetismo, las cuales de basaban en una concepción mecanista del Universo.

• El desarrollo de la Física Moderna se da a partir del inicio del Siglo XX demostrando que la Mecánica Clásica no es siempre aplicable.

• El estudio del movimiento de partículas, a velocidades comparables a la de la luz, y la investigación del mundo microscópico de los átomos, electrones, protones, y otras partículas, impulso el desarrollo de algunos campos de al Física Moderna, como son la Relatividad y la Mecánica Cuantica.

• La teoría de la Relatividad fue desarrollada por Albert Einstein (1879-1955). A partir de la cual llego a establecer algunas proposiciones teóricas, que fueron demostradas experimentalmente tiempo después.

• Una tercera aportación de la teoría de la Relatividad es que la luz se desvía de su trayectoria al pasar junto a cuerpos de gran masa.

Método Científico

* El conocimiento científico es sistemático, y se enuncia mediante proposiciones dispuestas jerárquicamente, en donde las de nivel mas bajo a hechos particulares y las de mas alto nivel a las leyes que gobiernan el universo.

* La herramienta que utiliza la ciencia para comprender las relaciones funcionales entre las cosas, con el mayor apego a la realidad, es el método científico

El Método Científico nos conduce a la adquisición de un conocimiento científico y consta primordialmente de tres etapas:

La primera consiste en observar o investigar y describir los hechos.

la segunda es plantearse una o varias preguntas o problemas, es decir, postular hipótesis o proponer modelos, que busquen explicar los hechos u observaciones antes mencionadas.

la tercera es diseñar experimentos para probar la o las hipótesis o modelos, para aceptar, rechazar o modificar cada uno de los modelos o hipótesis.

Sistema De Unidades

Cantidad Física: es todo aquello que puede ser medido y que tiene una representación en el mundo real.

Ej. Longitud, masa, volumen, velocidad, etc.

* Para efectuar la medición de alguna cantidad física, primero debemos fijar, de manera arbitraria o convencional, nuestra unidad o patrón de medida.

Unida o Patrón: es toda magnitud de valor conocido y perfectamente definido que se toma cuando como referencia para medir y expresar el valor de otras magnitudes de la misma especie.

Medición: es una descripción cuantitativa de dicha cantidad, mediante la asignación de un número.

* Las cantidades físicas pueden ser escalares o vectoriales

Cantidades Escalares: son aquellas que solo tienen magnitud (número y unidad)

Cantidades Vectoriales: son las magnitudes que poseen dirección y sentido.

* Las cantidades vectoriales se representan gráficamente, por medio de segmentos de rectas terminados en punta de flecha, donde el tamaño del segmento indica su magnitud, su posición y su dirección, y la punta de flecha el sentido.

Los científicos deben de estar de acuerdo en un conjunto de unidades con el cual se comparen las mediciones y se eviten confusiones. Esto trajo como consecuencia un acuerdo internacional llamado Sistema Internacional o Unidades SI.

Unidad 2

Equivalencias

• en virtud de la existencia de diferentes unidades (múltiplos y submúltiplos)

• prefijos y sus símbolos usados para designar múltiplos y submúltiplos decimales

Ejemplos:

obtener la equivalencia del m.² en cm. ²

1m. = 100cm.

(1m. ²) = (100cm.²)

1m. ² = 10000cm. ²

Factor de Conversión

• A partir de una equivalencia se obtienen dos factores de conversión, que se forman al dividir ambos lados de la igualdad, por uno de los términos de la equivalencia.

Conversión de unidades

Ejemplo 1 Ejemplo 3

Convertir 13200m. A Km. Expresar 4.8m. ² en cm.²

Ejemplo 2 Ejemplo 4

Convertir 120km/h a m/s Convertir 4800dm. A m.

Unidad 3

Gráficos

• La dirección positiva del eje X es hacia la derecha, y la dirección positiva de Y es hacia arriba.

• Observación: los segmentos del eje X no necesariamente son iguales a los del eje Y, por otro lado el tampoco es siempre cero, ni las subdivisiones de magnitud unitaria, además en muchos de los casos los valores que utilizaremos para hacer la grafica serán positivos por lo tanto en estos casos únicamente utilizaremos el primer cuadrante.

Distancia y Desplazamiento

• La distancia recorrida por un móvil es una cantidad escalar, ya que solo representa la magnitud de la longitud real de su trayectoria. Por ejemplo, si una persona recorre 4 Km., no importa si lo hace dando vueltas a una pista o si recorre 2km. De ida y 2 Km. De vuelta, la distancia recorrida es de 4 Km.

• El desplazamiento realizado por un móvil es una cantidad vectorial que corresponde a la distancia medida en línea recta entre los puntos, inicial y final del recorrido, en una dirección particular. Por ejemplo, si una persona camina 4 Km. Hacia el este, si al graficar este desplazamiento, se observa que su magnitud es de 4 Km. Y su dirección es hacia el este.

Rapidez Media y Velocidad Media

Rapidez

• Es una cantidad escalar que se define como el cociente entre la distancia total recorrida por este y el tiempo transcurrido, o sea

= distancia/tiempo r = s/t

Velocidad

• Es una cantidad vectorial que se define como el cociente entre el desplazamiento realizado por este y el tiempo transcurrido

= desplazamiento/tiempo r = s/t

* La magnitud del desplazamiento es igual a la distancia; a su vez, la magnitud de la velocidad media es igual a la rapidez media.

Rapidez y Velocidades Instantáneas

• Si desea determinar la velocidad instantánea habrá que agregarle a la rapidez instantánea, la dirección en la que se desplaza el móvil en ese punto de la trayectoria.

Unidad 4

Movimiento Rectilíneo Uniforme

• Si un objeto recorre la misma distancia en cada unidad sucesiva de tiempo, se dice que se mueve con una rapidez constante o uniforme.

Por ejemplo: si un tren recorre 16 m. cada segundo, independientemente que se vía recta o en curva mantiene una rapidez constante. Si aparte de recorrer 16m. Cada segundo, lo hace en una vía recta, entonces también mantiene una velocidad constante.

• Se deduce que un objeto a velocidad constante o uniforme, si al moverse en línea recta recorre la misma distancia en intervalos iguales sucesivos de tiempo.

• Un objeto tiene un movimiento rectilíneo uniforme (M.R.U.), si se desplaza a velocidad constante o uniforme.

• Al efectuar la grafica posición Vs. Tiempo resulta una línea recta, cuyo valor de su dependiente representa la magnitud de la velocidad. Para calcular la velocidad se usa la formula v = s/t en donde, como ya se dijo, la dirección de la velocidad y la del desplazamiento son iguales a la dilección del movimiento.

Ejemplo.

Un automóvil se desplaza a una velocidad constante de 80 Km./h. efectuar la grafica de la posición contra tiempo.

Tabulador

S (Km.)	0	20	40	60	80
T (H.)	0	1/4	1/2	3/4	1

Cálculos:

S = (80km/h) (0H.) = 0 Km. S = (80km/h) (1/4H.) = 20 Km.

S = (80km/h) (1/2H.) = 40 Km. S = (80km/h) (3/4H.) = 60 Km.

S = (80km/h) (1H.) = 80 Km.

Unidad 5

Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado

Aceleración: es el cambio de la velocidad en un intervalo de tiempo

• Si el cambio en la velocidad es el mismo, en unidades de tiempo sucesivas, se dice que el objeto se mueve con aceleración constante o uniforme.

• Un objeto tiene un movimiento uniformemente acelerado si se mueve con aceleración constante o uniforme. En este caso se considera como positiva la dirección del movimiento, de tal forma que si el objeto aumenta su velocidad, la aceleración es positiva y si disminuye, la aceleración es negativa, si la velocidad permanece constante, la aceleración es igual a cero.

Ejemplos.

Unidad 6

Caída Libre y Tiro Vertical

Caída Libre

• Un cuerpo describe un movimiento de caída libre, si se mueve libremente, es decir, se desprecia el efecto de la fricción del aire sobre el, y describe una trayectoria vertical hacia abajo.

• En ausencia de la fricción del aire, todos los cuerpos, grandes o pequeños, caen con la misma aceleración.

• La velocidad hacia abajo tendrá signo negativo y la altura del punto de partida tendrá también signo negativo.

Ejemplo 1

Accidentalmente cae una plomada desde lo alto de un edificio de 72 m. de altura ¿Cuál es el tiempo que tarda la aplomada en chocar contra la banqueta de la calle?

Solución:

- h = gt ²/2 s obtiene t = "2h/g

Sustituir los datos

• t = "2 (-72m) / -9.8m/s ² = "14.69s² = 3..83s

Tiro Vertical Hacia Arriba

• En el tiro vertical hacia arriba se desprecia la fricción del aire.

• En este movimiento se lanza verticalmente hacia arriba un objeto observándose que la magnitud de su velocidad va disminuyendo de manera proporcional hasta detenerse, al alcanzar el punto más alto.

• Inmediatamente inicia su movimiento de regreso, incrementándose su velocidad en la misma proporción, hasta alcanzar la magnitud con que fue lanzado, de tal forma que la magnitud de la velocidad da lanzamiento es igual a la magnitud de la velocidad de llegada al plano de lanzamiento. Este movimiento es vertical y se produce bajo la acción de la gravedad como se puede observar en la siguiente figura.

• Velocidad en el punto más alto es nula.

Ejemplo 1

• Se lanza una pelota verticalmente hacia arriba, regresando en un tiempo de 3.60s. ¿Cuánto tiempo tardo para alcanzar el punto mas alto? ¿Cuál es la altura máxima que alcanza?

Datos:

-t. (total) = 3.60s.

g. = -9.8m. /s.²

Solución:

t. (total) = t./2 = 3.60s./2 = 1.8s.

-v = vo + gt

-ya que la velocidad en el punto mas alto es cero, y despejando vo, resulta que

- vo = -gt

- vo = -(-9.8m./s.²) (1.8s.)

- vo = 17.64m./s:²

Glosario

La Mecánica se define como la rama de la física que estudia los estados y movimientos de los cuerpos materiales. Se divide en:

Cinemática. Describe matemáticamente el movimiento de los cuerpos o los diferentes tipos de movimientos al margen de sus causas.

Dinámica. Estudia las causas que producen el movimiento y sus cambios o las causas que hacen cambiar los movimientos. Esta a su vez se divide en estática y cinética.

Mecánica cuantica

Relatividad

Física del plasma

Física Nuclear

Física del estado sólido

Termodinámica

Mecánica

Óptica

Acústica

Electromagnetismo

Moderna

Clásica

Física

Ejemplos: longitud, masa, tiempo, carga eléctrica, corriente eléctrica, la candela

Derivadas: se forman a partir de las fundamentales.

Fundamentales: son aquellas que se seleccionan de manera arbitraria i que no se definen en función de otras magnitudes físicas.

Unidades

Ejemplos: velocidad, aceleración, fuerza, impulso, cantidad de movimiento, peso, etc.

Cantidades Escalares

Tiempo, Masa, Longitud, Temperatura, Distancia, Rapidez, Trabajo, Energía y Potencia

Cantidades Vectoriales

Desplazamiento, Velocidad, Aceleración, Fuerza, Peso, Impulso y Cantidad de Movimiento.