FISICA 1
¿Que es la ciencia?
La palabra Ciencia proviene de la palabra latina "scientia" que significa "conocimiento" y, en el sentido más amplio, se trata de cualquier práctica normativa o con base de conocimiento sistemática capaz de dar lugar a la predicción. Por esta razón, la ciencia es considerada una técnica o práctica altamente especializada.
Sin embargo, en términos más actuales, la ciencia constituye un sistema de adquisición de conocimientos sobre la base del método o proceso científico con el objetivo de organizar el cuerpo de los conocimientos adquirido a través de la palabra Ciencia proviene de la palabra latina "scientia" que significa "conocimiento" y, en el sentido más amplio, se trata de cualquier práctica normativa o con base de conocimiento sistemática capaz de dar lugar a la predicción. Por esta razón, la ciencia es considerada una técnica o práctica altamente especializada.
La ciencia sigue siendo un esfuerzo continuo por parte del hombre para descubrir y aumentar el conocimiento mediante la investigación. El científico hace observaciones, registra datos medibles relacionados con sus observaciones y analiza la información que tiene a mano con el fin de construir explicaciones teóricas del fenómeno en cuestión.
La ciencia sigue siendo un esfuerzo continuo por parte del hombre para descubrir y aumentar el conocimiento mediante la investigación. El científico hace observaciones, registra datos medibles relacionados con sus observaciones y analiza la información que tiene a mano con el fin de construir explicaciones teóricas del fenómeno en cuestión.
¿Que es la Física?
La física 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 típicos de otras ciencias como Sociología y Biología. Esto hace que la física y sus métodos se pueda aplicar y utilizar en otros campos de la ciencia y se utilicen para cualquier tipo de investigación científica.
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. Como por ejemplo, algo tan común para algunas personas como puede ser la lluvia, entre muchos otros.
Relación de la física con otras ciencias
Historia de la Física
Ramas de la Física
La Física se divide en 3 Ramas: la Física clásica, la Física moderna y la Física contemporánea:
- La Física Clásica se encarga del estudio de aquellos fenómenos que tienen una velocidad relativamente pequeña comparada con la velocidad de la luz y cuyas escalas espaciales son muy superiores al tamaño de átomos y moléculas.
- La Física Moderna se encarga de los fenómenos que se producen a la velocidad de la luz o valores cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamaño del átomo o inferiores y fue desarrollada en los inicios del siglo 20.
- La Física Contemporánea se encarga del estudio de los fenómenos no-lineales, de la complejidad de la naturaleza, de los procesos fuera del equilibrio termodinámico y de los fenómenos que ocurren a escalas mesoscópicas y nanoscópicas.
Física clásica versus física moderna
La física clásica describe a la mayoría de los estudios de la física antes del principio del siglo XX. La física clásica típicamente involucra conceptos físicos a gran escala, y entre sus ramas se encuentran la termodinámica, la electricidad y el magnetismo, la , luz y óptica, además del . La física moderna está más enfocada al microscópico mundo de las partículas. Estudiada desde la primera parte del siglo XX hasta la actualidad, la física moderna incluye la mecánica cuántica, la física molecular, la física nuclear, la física de las partículas, la física atómica, la relatividad, la física de la materia condensada, la nanofísica y la cosmología.
Termodinámica
La termodinámica es una rama de la física clásica que se enfoca en el calor y la energía y la relación entre ambas. La termodinámica está relacionada con las reacciones a gran escala en vez de las reacciones microscópicas.
Mecánica
La mecánica, una división de la física clásica, explora a los cuerpos en movimiento y las fuerzas que actúan sobre ellos. Entre las subdivisiones de la mecánica se encuentran el estudio del movimiento y las fuerzas relacionadas con él, llamado "dinámica", el estudio de los cuerpos en reposo, llamado "estática" y el estudio de los cuerpos en movimiento sin considerar las fuerzas que ocasionan el mismo, conocido como "cinemática".
Electricidad y magnetismo
La electricidad y el magnetismo se estudian en la física clásica, tanto en movimiento como en reposo. Las subdivisiones de esta rama incluyen la magnetostática, que es el estudio de los polos magnéticos en reposo, la electrostática o el estudio de las cargas eléctricas en reposo, y la electrodinámica, que es el estudio de las cargas eléctricas en movimiento.
Sonido
La rama de la física clásica del sonido estudio las vibraciones sonoras. El estudio de la acústica involucra la forma en la que el sonido viaja en ondas y a través de medios específicos.
Óptica
El estudio de la óptica en la física clásica explora las propiedades de la luz, desde su espectro visible hasta la radiación ultravioleta e infrarroja.
Mecánica cuántica
La mecánica cuántica, una división de la física moderna, investiga las propiedades de la materia a nivel microscópico. Esta rama de la física incluye a la física atómica, la física molecular, la física nuclear, la física de las partículas, la física de la materia condensada y la nanofísica.
Relatividad
Como parte de la física moderna, la relatividad estudia el movimiento a velocidades cercanas a la de la luz. La relatividad también abarca la gravedad y su efecto en el espacio-tiempo. Albert Einstein fue el principal pionero en esta rama de la física con sus teorías de la relatividad general y especial.
Cosmología
La cosmología, otra rama de la física moderna, investiga acerca de los inicios y la estructura del universo. Los cosmólogos estudian, entre otras cosas: la teoría del Big Bang, la energía oscura y la materia oscura.
Método Científico
El método científico es la herramienta esencial para evaluar, investigar y conocer todo sobre los fenómenos de la naturaleza y lo que sucede en nuestro diario vivir.
SISTEMA INTERNACIONAL
El Sistema Internacional de Unidades, abreviado SI, es el sistema de unidades que se usa en todos los países del mundo, a excepción de tres que no lo han declarado prioritario o único.
Es el heredero del antiguo Sistema Métrico Decimal y por ello también se conoce como «sistema métrico».
Se instauró en 1960, en la XI Conferencia General de Pesas y Medidas, durante la cual inicialmente se reconocieron seis unidades físicas básicas. En 1971 se añadió la séptima unidad básica: el mol.
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.
Con los inicios del intercambio comercial entre pueblos, el trueque que era su forma más común, exigía que se mejoraran los métodos de medición y unos patrones de medida más uniformes que garantizaran transacciones justas y equitativas. Sin embargo, cada pueblo tenía sus propias medidas y sus propios patrones diferentes entre sí, lo que generaba constantes conflictos.
En el año 1875, diecisiete naciones decidieron firmar el primer acuerdo internacional para unificar las unidades de medida y los patrones de medición, con la pretensión de buscar un sistema de unidades único para todo el mundo y así facilitar el intercambio comercial, científico y de todo aquello que tuviera relación con las mediciones; así nació la Convención del Metro de la cual hacen parte hoy 84 países, entre ellos Colombia, que se adhirió en el año 2012. En sus inicios, se adoptó el Sistema Métrico Decimal como referente, pero en el año 1960 se modificó por el Sistema Internacional de Unidades (que se conoce con la abreviatura SI).
El SI tiene 7 magnitudes básicas, y cada una de ellas tiene su propia unidad definida en fenómenos físicos fundamentales (a excepción del kilogramo).
SISTEMA INGLES DE UNIDADES
Conversión de unidades
La conversión de unidades es la transformación del valor numérico de una magnitud física, expresado en una cierta unidad de medida, en otro valor numérico equivalente y expresado en otra unidad de medida de la misma naturaleza.
Este proceso suele realizarse con el uso de los factores de conversión y las tablas de conversión de unidades.
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, para pasar 8 metros a yardas, sabiendo que una yarda (yd) equivale a 0,914 m, se dividirá 8 por 0,914; lo que dará por resultado 8,75 yardas.
Notacion cientifica
La notación científica es un recurso matemático empleado para simplificar cálculos y representar en forma concisa números muy grandes o muy pequeños. Para hacerlo se usan potencias de diez.
Básicamente, la notación científica consiste en representar un número entero o decimal como potencia de diez.
En el sistema decimal, cualquier número real puede expresarse mediante la denominada notación científica.
Para expresar un número en notación científica identificamos la coma decimal (si la hay) y la desplazamos hacia la izquierda si el número a convertir es mayor que 10, en cambio, si el número es menor que 1 (empieza con cero coma) la desplazamos hacia la derecha tantos lugares como sea necesario para que (en ambos casos) el único dígito que quede a la izquierda de la coma esté entre 1 y 9 y que todos los otros dígitos aparezcan a la derecha de la coma decimal.
Es más fácil entender con ejemplos:
732,5051 = 7,325051 • 102 (movimos la coma decimal 2 lugares hacia la izquierda)
−0,005612 = −5,612 • 10−3 (movimos la coma decimal 3 lugares hacia la derecha).
Nótese que la cantidad de lugares que movimos la coma (ya sea a izquierda o derecha) nos indica el exponente que tendrá la base 10 (si la coma la movemos dos lugares el exponente es 2, si lo hacemos por 3 lugares, el exponente es 3, y así sucesivamente.
Nota importante:
Siempre que movemos la coma decimal hacia la izquierda el exponente de la potencia de 10 será positivo.
Siempre que movemos la coma decimal hacia la derecha el exponente de la potencia de 10 será negativo.
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Errores en las medidas de las magnitudes físicas
Las medidas de las diferentes magnitudes físicas que intervienen en una experiencia dada, ya se hayan obtenido de forma directa o a través de su relación mediante una fórmula con otras magnitudes medidas directamente, nunca pueden ser exactas. Debido a la precisión limitada que todo instrumento de medida tiene, así como a otros factores de distinta naturaleza, debe aceptarse el hecho de que no es posible conocer el valor exacto de dicha magnitud.
Clasificación de los errores: Los errores se clasifican en 2 grandes grupos: errores sistemáticos y errores accidentales.
Errores sistemáticos:
que afectan a los resultados finales siempre en el mismo sentido. Son debidos a
diversas causas:
- Errores de calibración o errores de cero de los aparatos de medida. Por ejemplo, cuando el muelle de un dinamómetro no marca cero en la posición de reposo.
- Condiciones experimentales no apropiadas. Ocurren cuando se emplean los instrumentos de medida bajo condiciones de trabajo (temperatura, humedad, etc.) diferentes de las recomendadas.
MOVIMIENTO
Es un fenómeno físico que se define como todo cambio de posición que experimentan los cuerpos en el espacio, con respecto al tiempo y a un punto de referencia, variando la distancia de dicho cuerpo con respecto a ese punto o sistema de referencia, describiendo una trayectoria. Para producir movimiento es necesaria una intensidad de interacción o intercambio de energía que sobrepase un determinado umbral.
Cuales son los elementos del movimiento
La trayectoria. Es la línea que describe un cuerpo en movimiento. Atendiendo a su trayectoria los movimientos, puede ser:
- Rectilíneos: describen una línea recta.
- Curvilíneos: Circular: describe una circunferencia
- Elíptico: describe una elipse.
- Parabólico: describe una parábola.
La distancia. Es la longitud comprendida entre el origen del movimiento y la posición final.
Velocidad: Es la distancia recorrida en la unidad de tiempo.
El movimiento rectilíneo uniforme (m.r.u.), es aquel con velocidad constante y cuya trayectoria es una línea recta. Un ejemplo claro son las puertas correderas de un ascensor, generalmente se abren y cierran en línea recta y siempre a la misma velocidad.
Observa que cuando afirmamos que la velocidad es constante estamos afirmando que no cambia ni su valor(también conocido como módulo, rapidez o celeridad) ni la dirección del movimiento.
Un movimiento rectilíneo uniforme (m.r.u.) es aquel que tiene su velocidad constante y su trayectoria es una línea recta. Esto implica que:
- El espacio recorrido es igual que el desplazamiento.
- En tiempos iguales se recorren distancias iguales.
- La rapidez o celeridad es siempre constante y coincide con el módulo de la velocidad.
- c: Celeridad en el intervalo estudiado. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el metro por segundo (m/s)
∆s
- : Espacio recorrido en el intervalo estudiado. Se mide sobre la trayectoria. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el metro (m)
∆t
- : Tiempo empleado por el cuerpo en realizar el movimiento. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el segundo (s)
- s1 ,s2 : Espacio recorrido sobre la trayectoria por el cuerpo hasta los puntos inicial P1 y final P2 del movimiento. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el metro (m)
- t1, t2 : Instantes de tiempo en los que el cuerpo se encuentra en los puntos inicial P1 y final P2 respectivamente. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el segundo (s)
La celeridad es una magnitud escalar, y se mide sobre la trayectoria. Por tanto no contiene información sobre la dirección o el sentido del movimiento. La unidad de medida de la celeridad o rapidez en el Sistema Internacional (S.I.) es el metro por segundo (m/s).
Por último, una aclaración. Todo lo dicho hasta ahora se refiere a la celeridad media o rapidez media de los cuerpos que es la que tiene un cuerpo entre dos instantes diferentes de tiempo. Aunque existe la celeridad instantánea o rapidez instantánea, la celeridad que tiene un cuerpo en un instante determinado de tiempo, su estudio lo abordaremos en niveles más avanzados.
Caida libre
Se conoce como caída libre cuando desde cierta altura un cuerpo se deja caer para permitir que la fuerza de gravedad actué sobre el, siendo su velocidad inicial cero.
En este movimientos el desplazamiento es en una sola dirección que corresponde al eje vertical (eje "Y").
Es un movimiento uniformemente acelerado y la aceleración que actúa sobre los cuerpos es la de gravedad representada por la letra g, como la aceleración de la gravedad aumenta la velocidad del cuerpo, la aceleración se toma positiva.
En el vacío, todos los cuerpos tienden a caer con igual velocidad.
Un objeto al caer libremente está bajo la influencia única de la gravedad. Se conoce como aceleración de la gravedad. Y se define como la variación de velocidad que experimentan los cuerpos en su caída libre. El valor de la aceleración que experimenta cualquier masa sometida a una fuerza constante depende de la intensidad de esa fuerza y ésta, en el caso de la caída de los cuerpos, no es más que la atracción de la Tierra.
Todos los cuerpos con este tipo de movimiento tienen una aceleración dirigida hacia abajo cuyo valor depende del lugar en el que se encuentren. los cuerpos dejados en caída libre aumentan su velocidad (hacia abajo) en 9,8 m/s cada segundo .
La aceleración de gravedad es la misma para todos los objetos y es independiente de las masas de éstos.
En la caída libre no se tiene en cuenta la resistencia del aire. Si se desprecia la resistencia del aire y se supone que aceleración en caída libre no varía con la altitud, entonces el movimiento vertical de un objeto que cae libremente es equivalente al movimiento con aceleración constante.
a) Todo cuerpo que cae libremente tiene una trayectoria vertical
b) La caída de los cuerpos es un movimiento uniformemente acelerado
c) Todos los cuerpos caen con la misma aceleración.
Los valores de la gravedad son:
Fórmulas
Velocidad inicial: normalmente es la velocidad que se le imprime inicialmente a un objeto para ponerlo en movimiento. En este caso como no se le da una fuerza sino solo se deja caer la Vo es igual a cero.
Velocidad final: es la velocidad que alcanzara el objeto cuando llega al punto final de la caída.
Tiempo: Es lo que se demora el cuerpo en caer.
Altura: la altura es la medida de longitud de una trayectoria o desplazamiento, siempre y cuando la medida se tomada como punto de referencia la vertical.
Gravedad: Gravedad es una fuerza que trata de jalar los objetos hacia abajo.Cualquier cosa que tenga masa también tiene un tirón gravitacional. Entre más masa un objeto tenga, más fuerte es su tirón o jale de atracción gravitacional.
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