Física

Magnitudes físicas. Notación científica. Medición. Leyes físicas

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GUIA DE ESTUDIO PARA EL EXAMEN EXTRAORDINARIO DE REGULARIZACION DE FISICA DE SEGUNDO AÑO DE SECUNDARIA

1. Investigar campo de estudio de la Física y las ciencias con las que se interrelacionan

La Física estudia fenómenos que se presentan en la naturaleza, las leyes que los rigen por ejemplo: El movimiento de los cuerpos, el sonido, calor, la luz y la electricidad.

La física se divide en 2: Física Clásica y Física Moderna

FÍSICA CLASICA: Acústica, Óptica,; Mecánica, Termología, Magnetismo, Electricidad.

FÍSICA MODERNA: Relatividad, Teoría cuantica, Efecto Foleoelectrico, rayos X, Física de electrón, Modelos atómicos, Mecánica cuantica y Física nuclear.

Se relaciona con la ciencia:

Astrofísica; Parte de la astrofísica que estudia la constitución, estado físico, formación y evolución de los cuerpos celestes.

Geofísica: estudio de los fenómenos físicos que se verifican en la totalidad de la Tierra o en zonas de la misma.

Biofísica: Ciencia que estudia las relaciones físicas entre los seres vivos.

Fisicoquímica: Ciencia que estudia los procesos en donde se presentan los fenómenos fisicoquímicos.

Ingeniería: En todas sus ramas aplica las leyes de la física para la solución de los problemas de aplicación práctica.

Oceanografía: Estudio de la constitución de las aguas, los movimientos, flora y fauna de los océanos y mares, y de su relación con la atmósfera.

Física-matemática: parte de la ciencia que estudia los conceptos de número, espacio y configuración así como sus leyes y correlaciones. Sin la materia no se puede no se puede realizar el estudio científico de los fenómenos artificiales que ocurren en el mundo y en el universo.

2. Busca en el diccionario algunos conceptos como física, Química, Fenómenos físicos, Fenómenos Químicos, cuerpo, materia ciencia y tecnología.

Física: Parte de la ciencia que estudia globalmente los fenómenos de la materia de la energía, que se presentan en los cuerpos y sistemas de la naturaleza, así como sus leyes generales.

Química: Parte de la ciencia que se apoya en la física y estudia en especial, los fenómenos de la materia y energía que se efectúan a nivel atómico y moleculares en las sustancias. No estudia los fenómenos propios del núcleo de un átomo.

Fenómeno Físico: Cambio en una o en varias sustancias en lo que no se alteran las propiedades físicas de ellas, ni su naturaleza especifica.

Fenómeno Químico: Cambio en una o varias sustancias en las que si ocurre en las propiedades y la estructura interna de aquéllas. Las sustancias no son las mismas antes y después del fenómeno químico.

Cuerpo: Es una sustancia o materia que puede ser orgánica e inorgánica.

Materia: Todo lo que ocupa un lugar en el espacio Componente de la naturaleza que se manifiesta en los fenómenos de las sustancias que tienen las propiedades de masa, inercia, calor, movimiento, temperatura, etc. Se puede decir simplificadamente que es la naturaleza”tocable y visible”

Ciencia: Conjunto de conocimientos e ideas que son producto de la observación y el razonamiento por la inteligencia humana, que explican y permiten aprovechar los fenómenos de la naturaleza que ocurren en el mundo y en el universo.

Tecnología: Se apoya en método científico Término general que se aplica al proceso a través del cual los seres humanos diseñan herramientas y máquinas para incrementar su control y su comprensión del entorno material.

3. Investigar cuales son las magnitudes, unidades fundamentales y derivadas y los conceptos de algunas de estas magnitudes fundamentales y derivadas como: masa, área, volumen, longitud, peso, etc.

Las magnitudes son características de los cuerpos que pueden medirse. Su resultado se expresa en un numero (indica la cantidad) y la unidad.

Las magnitudes físicas son de dos clases fundamentales y derivadas.

Las magnitudes fundamentales son: longitud, masa y tiempo.

Las unidades derivadas resultan de las de las combinaciones de las fundamentales, y son: área, volumen, velocidad, densidad.

UNIDADES FUNDAMENTALES DE SI

Cantidad

Unidad

Símbolo

Definición

Longitud

Metro

m

Distancia que recorre la luz en 1/299 792 458 de segundo

Masa

Kilogramo

Kg

Masa de prototipo internacional

Tiempo

segundo

s

Duración de 9192631770osilaciones de la radiación correspondiente a la transición entre el 2 nivel hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133

Corriente eléctrica

Ampare

A

Intensidad de corriente constante que produciría una fuerza de 2x10-7 newtons por metro de longitud entre 2 alambres rectilíneos paralelos de longitud infinita y sección singular despreciable puestos a una distancia de un metro uno del otro en el vació (infl.)

Temperatura

Kelvin

K

Fracción 1/273.16 de la temperatura del punto triple del agua

Cantidad de sustancias

Mol

mol

1. Cantidad de materia de un sistema compuesto de tantas entidades elementales como átomos hay en 0.012 kilogramos de carbono 12 2.Cuando se emplea el mol hay que especificar las entidades elementales, átomos, moléculas, iones electrones, otras partículas

Intensidad luminosa

Candela

cd

Intensidad luminosa en una intensidad dada en una fuente que transmite radiación monocromática de frecuencia 540x10 /12 hertz cuya intensidad energética en esa dirección es igual a 1/638 de wats por radiación

Masa: Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Área: Es la extensión que se encuentra entre dos dimensiones, por ejemplo largo y ancho.

Volumen: Es el número que indica la porción de espacio que ocupa. Se expresa en unidades cúbicas.

Longitud: Es una unidad fundamental de los sistemas de medidas.

Gravedad: Es la fuerza de atracción gravitatoria que la Tierra ejerce sobre los cuerpos.

4. Busca en los prefijos (múltiplos y submúltiplos) que se anteponen en

la unidad

^ = Elevado

Múltiplos

Prefijo

Símbolo

Notación Científica

Uso

exa

E

10^18

1 exámetro (Em) 1 000 000 000 000 000 000

peta

P

10^15

1 petametro (Pm)1 000 000 000 000 000

tera

T

10^12

1 terametro (Tm) 1 000 000 000 000

giga

G

10^9

1 gigametro (Gm) 1 000 000 000

mega

M

10^6

1 megametro (Mm) 1 000 000

kilo

k

10^3

1 kilómetro (km) 1 000

hocto

h

10^2

1 hectómetro (km) 100

deca

da

10^1

1 decámetro (dam) 10

Submúltiplos

Prefijos

Símbolos

10°

1 metro (m)

deci

d

10^-1

1 decímetro (dm) = 0.1

centi

c

10^-2

1 centímetro (cm) = 0.01

mili

m

10^-3

1 milímetro (mm) = 0.001

micro

u

10^-6

1 Micrómetro (um) = 0.000 001

nano

n

10^-9

1 nanómetro (nm) = 0.000 000 001

pico

p

10^-12

1 picometro (pm) = 0.000 000 000 001

femto

f

10^-15

1 femtometro (fm) = 0.000 000 000 000 001

atto

a

10^-18

1 attometro (am) = 0.000 000 000 000 000001

5. Realizar los ejercicios de notación científica en base 10, con operaciones básicas.

Las potencias de 10 se utiliza para expresar cantidades muy grandes y muy pequeñas, desplazando del punto decimal para no contar con un gran numero

de ceros.

^ = Elevado

0.0001=

10^4

0.001=

10^3

0.01=

10^2

0.1=

10^1

1=

10^0

10=

10^1

100=

10^2

1000=

10^3

10 000=

10^4

2.34 x 10^-4 =

0.0000234

2.34 x 10^-3 =

0.00234

2.34 x 10^-2 =

0.0234

2.34 x 10^-1 =

0.234

2.34 x 10^0 =

2.34

2.34 x 10^1 =

23.4

2.34 x 10^2 =

234

2.34 x 10^3 =

2340

2.34 x 10^4 =

23400

Nota: Toda cantidad elevada a la potencia 0 es 1.

Frecuentemente en la física se trata con números muy grandes o muy pequeños por lo que se es conveniente expresarlos como números de potencia 10, a esto se le llama Notación Científica.

6. Tener presente de la importancia de la medición para la ciencia y cualquier otra actividad. En que momento de tu vida realizas la medición.

La medición es indispensable para el ser Humano en sus actividades cotidianas, en el comercio y en el desarrollo de la ciencia. No podríamos entender el mundo actual sin la medición medimos en todas las actividades que realizamos por ejemplo en el comercio cuando compramos y vendemos y a que precian, en los alimentos las cantidades y a la temperatura a la que cocinamos, cuando nos vestimos para que la ropa sea adecuada a nuestra talla, en la salud o en el campa de la salud medimos para diagnosticar y para prevenir cualquier enfermedad; medimos para intentar predecir fenómenos naturales, como el clima, los terremotos , la erupción de volcanes etcétera.

7. Concepto de medición.

Procesó físico y mental que permite apreciar el tamaño de un cuerpo, el valor de una magnitud o cantidad física, una característica química, etcétera. Se efectúa aplicando conceptos básicos de comparación llamados unidades de medidas. En la ciencia es indispensable medir y calcular. Lo mismo ocurre en la tecnología y vida diaria. Para comprender las leyes de la física, debemos hacer mediciones cuantitativas; ya que nada se conoce asta que se logra medir.

8. Patrones de medida utilizados en los diferentes sistemas de unidades.

Sistema internacional de unidades

Sistema Ingles

9. Antecedentes históricos de los diferentes sistemas de unidades que hoy en dia existen.

Los romanos construyeron cominos para transitar por ellos en los pueblos que conquistaban y para saber la distancia entre 2 ciudades contaban los pasos para llegar de una a otra, después se invento el paso romano que era igual a 5 pies y la milla igual a 5 pasos los agricultores ingleses llamaron acre a la superficie de tierra que podría ser arada en un dia con una yunta de dos bueyes en la época de la navegación en barcos de vela los marinos median la profundidad con lo que tenían mas a la mano, un cable y sus brazos a si surgió la braza en el mar la velocidad se mide por nudos, esta unidad tiene su origen en el amarre de nudos equidistantes en una cuerda que se desarrollaba al moverse el barco. El codo es una de las medias mas antiguas que se conocen. La yarda es una unidad para medir la longitud. Su origen fue la distancia de un brazo extendido. Una braza es la distancia que se abarca de mano a mano con los brazos excedidos y fue usada por los marinos para medir la profundidad del agua una cuerda.

10.Investigar algunos factores equivalentes para realizar ejercicios de convención de unidades en un sistema de unidades a otro sistema.

CONVERSIONES DE UNIDADES

Si una magnitud se mide en kilogramos y se desea saber a cuantos metros es igual, que se debe hacer una conversión de unidades.

Ejemplos resueltos

Tenemos 5 Km y queremos convertir a metros, decimos: La conversión de unidades se realiza por medio de una regla de tres.

1 Km _____ 1000 m

5 Km _____ x

despejado a la x

X= 5 Km x 1000 m = 5000 = 5000

1 km 1

x = 5000 m

Tenemos 800 cm y queremos convertir a metros:

La conversión se realiza por medio de una regla de tres.

100 cm _____ 1 m

800 cm _____ x

despejando x

x = 800 cm x 1 m = 8000 = 8.000 m

100 cm 100

x = 8.00 m

así 800 cm = 8.00 m

Si tenemos 90 000 mm y quererlos convertir a metros, primero convertimos los mm a cm

1 cm _____ 10 mm

x _____ 90 000 mm

x = 1 cm x 90 000 mm = 90 000 = 9000.00 cm

10 mm 10

x = 9000.0 cm

90 000 mm = 9000.0 cm

CONVERSIONES DE UNIDADES AL SISTEMA INGLES

Describimos enseguida las unidades y sus equivalencias, a fin de facilitar su conversión.

Sistema ingles

1 pulgada (pulg) =

25.4 milímetros (mm) =

2.54 centímetros (cm)

1 pie (pie) =

0.3048 metros (m) =

30.48 cm

1 yarda (yd) =

0.9144 metros (m) =

91.44 cm

1 milla (m) =

1.609 kilómetros (km) =

1609 m

1 metro (m) =

39.37 pulgadas (pulg) =

 

1 metro (m) =

3.281 pies (pie) =

 

1 metro (m) =

1.094 yardas (yd) =

 

1 Kilómetro (km) =

0.621 millas (mi) =

 

Para convertir pulgadas a centímetros y viceversa, se utiliza una regla de tres simple.

1 pulg. = 2.54 cm

1.19 pulg. ¿a cuanto es igual?

1 pulg. _____ 2.54 cm

1.19 pulg. _____ x

x = 1.19 pulg x 2.54 cm = 3.02 cm

1 pulg.

por lo tanto pulg. = 3.02 cm.

UNIDADES DERIVADAS (DENSIDAD)

El volumen y la densidad son magnitudes derivadas, se les llama así por que requieren de las fundamentales para ser definidas; las magnitudes derivadas resultan de multiplicar o dividir a las fundamentales.

En este caso tomemos coma la densidad como ejemplo de una magnitud derivada.

Recuerda que hemos definido la densidad de un cuerpo como: la masa que tiene por cada unidad de volumen (m cúbico)

Esta definición también se expresa por medio de una formula. Donde llamamos a la masa del cuerpo m, a su volumen V y p a la densidad,

P = m

v

De esta manera, la densidad se deriva se deriva en otros magnitudes anteriormente: la masa y el volumen ; a su ves es una magnitud que se deriva a la longitud.

A partir de la definición de la densidad de un cuerpo, podemos deducir cual es la unidad de la densidades el Sistema Internacional (SI). Consideraremos que la masa del cuerpo es una unidad de masa (1 kg) y su volumen (1 m^3). Por lo tanto, las unidades de la densidad serán:

1 kg = 1 kg_

1 m^3 m^3

11. Conocimiento de uso practico de instrumentos de medición de uso frecuente de la ciencia y de la vida cotidiana.

Instrumentos de medida

Características

Uso

Figura

Medidor micrómetro de profundidad

Fina graduación. Mínima medición

Mecánico automotriz

1.23

Calibrador con regla

Mide diámetros interiores y exteriores

Mecánico industrial

1.22

Calibrador micrómetro

Profundidades. Mide = 0.0001 de pulgadas. Mide Cilindros de motores

Mecánico

1.22

Vernier

Mide longitudes, profundidades y diámetros interiores 0.001de pulgadas

Mecánico

1.2

12. Conocer los diferentes tipos de graficas que son utilizadas, uso que se las da en la ciencia y el significado que estas tienen en cada actividad científica o en cualquier otro tipo.

Con frecuencia es conveniente mostrar la relación entre 2 cantidades de manera grafica por ejemplo un auto que viaja a una velocidad constante con un movimiento uniforme a cada minuto que se desplaza cubre la misma distancia si se redujera la velocidad del automóvil, la velocidad del auto encontraría que se necesitarían intervalos de tiempo cada ves mas grandes para recorrer la misma distancia.

Las graficas son representaciones de datos numéricos organizados en tablas por medio de líneas rectas curvas, barras o sectores. Los tipos de graficas son de barra histograma lineal circular y pictograma.

Interpolación: es encontrar nuevos valores dentro de los graficados.

Extrapolación: es encontrar nuevos valores fuera de la grafica.

13. Conocer los diferentes tipos de movimiento analizados en la mecánica y las diferentes disciplinas que se comprenden en la mecánica de cuerpos sólidos y fluidos.

Movimiento: es el cambio de lugar de un cuerpo con respecto a un punto de referencia.

Movimiento relativo: es el cambio de lugar de un cuerpo que también se esta moviendo

Movimiento absoluto: es aquel que se mueve con respecto a otro que se supone fijo.

Mecánica: parte de la física clásica que estudia el movimiento y reposo de los cuerpos. Que a la ves se relaciona con la Cinemática que estudia el movimiento sin considerar las causas que lo provocan y la Dinámica explica las causas que lo produce y que a la ves se divide en estática y cinética, la estática estudia los cuerpos en estado de equilibrio o reposo, la cinética estudia los cambios del movimiento ocasionados por una o mas fuerzas que no están en equilibrio.

14. Conocer las características de los movimientos analizados por cada una de las disciplinas de la mecánica de cuerpos sólidos y su comportamiento gráfico de estos de los tipos de grafica ya conocidos.

En los movimientos se consideran los siguientes elementos: la trayectoria, la distancia, la velocidad media y el tiempo.

La trayectoria es la línea que describe un cuerpo en movimiento, que pueden ser :

Rectilíneos: que describen una línea recta. Curvilínea o circular describen una circunferencia.

Elíptico: Describe una elipse parabólico describe una parábola

MOVIMIENTO UNIFORME ASELERADO.

Mide los cambios de velocidad en el tiempo y se le llama aceleración. La aceleración puede ser un aumento o una disminución de la velocidad, la aceleración será la constante de la proporcionalidad en la grafica, velocidad, tiempo para ese tipo de movimientos que hemos estudiado al cual llamamos Movimiento Uniforme Acelerado (MUA) Debido a que tiene una aceleración constante, es decir su velocidad aumenta lo mismo para cada intervalo a tiempo.

Aceleración = Av

At

Donde Dv es la diferencia de velocidad; es decir; Dv = V2 -V1.

Las unidades de aceleración serán de las velocidades entre el tiempo.

[a] = [Av] m/s = _m_ = _m_

[a+]s 5x5 s^2

15. Conocer las características de las magnitudes escalares y vectoriales.
Las características de las Magnitudes Escalares son aquellas que pueden medirse, tienen unidades y no tiene dirección ni sentido por ejemplo:

Estatura

Edad

Peso

Temperatura

Tiempo

Las características de las Magnitudes Vectoriales son aquellas que tienen una dirección y sentido por ejemplo: 80 Km. al Norte, 25 pasas al oeste

Autos

Aviones

Metros

Barcos

Motocicletas

Bicicletas

16. Representación grafica de las magnitudes vectoriales de los diferentes sistemas de fuerza y sus distintos métodos de representación grafica para cada uno de los sistemas de fuerza.

Traza la fuerza resultante de los siguientes vectores

F1 = 25 N E

F2 = 30 N E 5 Newtons = 1 cm

F3 = 35 N O

F4 = 35 N O

'F�sica'
F1 5 cm F2 6 cm

'F�sica'
'F�sica'
'F�sica'
'F�sica'
'F�sica'
F3 'F�sica'
7 cm

'F�sica'
F4 4 cm Fr 1 cm

'F�sica'

17. Conocer las características de otros tipos de movimientos también analizados por la mecánica de cuerpos sólidos (aceleración, caída libre de los cuerpos etcétera.)

Aceleración: es la cantidad física que mide los cabeos de velocidad en el tiempo. Su formula es:

A = _Av_

At

Caída libre de los cuerpos: los cuerpos varían en la latitud y la altura de sobre el nivel del mar.

Aceleración de la gravedad

Al nivel medio del mar g 9.81 m/s cuadrado

En la ciudad de México g 9.78 m/s cuadrado

En el polo norte g 9.83 m/s cuadrado

En Groenlandia g 9.82 m/s cuadrado

En Canad g 9.80 m/s cuadrado

En el ecuador g 9.78 m/s cuadrado

18. Conocer las características de la caída libre de los cuerpos, resolviendo una serie de ejercicios de este tipo de fenómeno.

Todos los cuerpos caen a la misma aceleración en él vació, en cualquier parte del planeta e donde esto se efectué.

Todos los cuerpos caen al vació en un movimiento uniforme acelerado

La distancia corresponde a la altura y se representa por la letra h y la aceleración es debida a la gravedad, y es distinta en diferentes partes de la Tierra. La aceleración de la gravedad es de 9.81m/s al cuadrado.

DATOS FORMULA SUSTITUCIÓN OPERACIÓN RESULTADO

m = 20g

g = 9.8 P= m x g P = 20 g x 9.8 g 20 P=1960

F = X x9.8

1960

19. Resolver también una serie de ejercicios de determinación del centro de gravedad de los cuerpos en los cuerpos apoyados y suspendidos.

¿Que velocidad tendra un automóvil que recorre un movimiento rectilíneo uniforme 5000 km en 3.5 h?

DATOS FORMULA SUSTITUCIÓN OPERACIÓN RESULTADO

V = 90 km 142.8

D = 5000 km v = _d_ v = 500 km 35/5000.0 142.8 km

T = 1.5 h t 3.5 h 150

100

300

20

20. Características de las tres leyes de Newton y su relación con la mecánica.

PRIMERA LEY DE NEWTON : LEY DE INERCIA

Todo cuerpo tiende a permanecer en estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme a menos que una fuerza externa actué sobre el.

Principio de la inercia. Cuando un cuerpo cambia su estado de reposo o movimiento, se presenta el estado llamado inercia.

Cuando un vehículo frena bruscamente, la carga que transporta tiene a continuación el movimiento. Y cuando se encuentran en reposo, al acelerar, la carga trata de permanecer inmóvil.

SEGUNDA LEY DE NEWTON

La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza que lo provoca e inversamente proporcional a la masa del cuerpo. Esto se expresa como:

a = _F_ a = fueza F = m x a;

m masa

La fuerza se mide en Newtons (N), la masa (m) en kilogramos (kg) y la aceleración en metros sobre segundo al cuadrado (m/s^2).

EJEMPLO

1. Obtener la fuerza que se aplica en un cuerpo de 5 kg de masa si la aceleraciom que adquiere es de 2 m/s^2.

Datos Formula Sustitución

M = 5 kg F = ma F = (5 kg ) (m/s^2)

A = 2 m/^2 Resultado: F = 10 km/s^2 o 10 N

TERCERA LEY DE NEWTON: LA ACCION Y LA REACCION

A toda acción corresponde una reacción igual en magnitud pero en sentido contrario.

Reacción es la fuerza o respuesta de un cuerpo que responde a otra fuerza ejecutada por el.

21. Investigar los conceptos de trabajo y potencia de la relación que existe entre ambos conceptos y con el movimiento de los cuerpos. Uso que se les da al uso cotidianamente y en las industrias.

Trabajo: Se produce un trabajo cuando por la acción de una fuerza sobre un cuerpo este recorre cierta distancia.

Potencia: Es el trabajo que realiza una fuerza en un tiempo determinado

22. Solución de ejercicios de maquinas simples.

Las maquinas simples nos facilitan el trabajo.

Las maquinas simples son: las palancas, el torno, las poleas, el plano inclinado y la rueda. Las palancas son de tres géneros: Primer genero bomba aspirante, las tijeras, martillo, balanza romana y el sube y baja.

Las palancas de segundo genero son el cascanueces, la carretilla, de mano y los remos. Las palancas de tercer genero son: pinzas para el pan, la rueda para afilar, la caña de pescar y la excavadota.

23. Investigación de las distintas teorías del movimiento de los planetas y los científicos que las dieron a conocer.

CIENTÍFICOS QUE DIERON A CONOCER LAS TEORIAS DEL MOBIMIENTO DE LOS PLANETAS

CLAUDIO TOLOMEO: Sostuvo que la Tierra era el centro del universo

KEPLER: Sustituye al circulo por los eclipse para describir el cambio que siguen en los planetas alrededor de sol.

NEWTON: Newton descubrió que todos los cuerpos se atraen entre si debido a la fuerza llamada gravitación

EINSTEIN: Formulo la teoría de la relatividad general que afirma que todo movimiento es relativo.

GALILEO: Por primera vez utiliza instrumentos para observar los cuerpos celestes y descubre que no son cuerpos divinos.

COPERNICO: Sostuvo que el sol era el centro del universo

LEYES DE KEPLER

1 LEY Los planetas se mueven de forma elíptica alrededor del sol y el sol ocupa unos de sus focos.

2 LEY Los planetas deben moverse mas rápido cuando están cerca del sol que cuando están lejos.

3 LEY El cuadrado del tiempo que emplea cualquier planeta en dar una vuelta completa alrededor del sol es proporcional al cubo de su distancia promedio al sol.