1. Introducción a la n a la Física · Física (Ingeniero Aeronáutico) 2 1. Introducción a la...

®® Gabriel Cano GGabriel Cano Góómez, 2009/10 mez, 2009/10 Dpto. FDpto. Fíísica Aplicada III (U. Sevilla)sica Aplicada III (U. Sevilla)

FísicaIngeniero Aeronáutico

1. Introducci1. Introduccióón a la n a la FFíísicasica

1. La F1. La Fíísica como disciplina cientsica como disciplina cientííficafica

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FFíísicasica (Ingeniero Aeron(Ingeniero Aeronááutico) utico) 1. Introducci1. Introduccióón a la Fn a la Fíísicasica

FFíísicasica“Ciencia que estudia las propiedades más generales de la materia y sus interacciones”

materiamateria fenfenóómenosmenosffíísicossicos

Mundo fMundo fíísicosicomateria

sustancia y energíainteracciones (fuerzas)

efecto de las propiedades de la materia y causa de los procesos

fenómenos físicosprocesos en el espacio y el tiempopresentan causalidad y regularidad

InteraccionesInteracciones

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Modelo estModelo estáándarndar

Interacciones fundamentalesInteracciones fundamentales

Gravitatoria Electro-magnética

F. nuclearfuerte

F. nucleardébil

largo alcance largo alcance corto alcance corto alcance

masa grav. carga eléctrica “color” “sabor”

atractiva atractiva/repulsiva

(10-15 m) (10-18 m)

(quarks, gluones) (quarks)

Peso

Mov. Planetas

Evolución del Universo

Fenómenos Electromagnéticos

Cohesión de la materia

Estabilidad de núcleos atómicos

Fisión y fusión nuclear

Desintegración β

Radiactividad

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Magnitudes fMagnitudes fíísicassicasentes conceptuales

cuantifican propiedades del mundo físicosusceptibles de medida

TeorTeoríías fas fíísicassicas

leyes descriptivas de los fenómenos físicoscausalidad y regularidad de los fenómenosrigurosas y sistemáticas

construcción de modelos físico-matemáticosproceso de idealización, abstracción y ordenacióncorrelaciones matemáticas entre magnitudes fmagnitudes fíísicassicas

MMéétodos de la Ftodos de la Fíísica (I)sica (I)

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Ejemplo: Ejemplo: LeyLey de Hooke (elasticidad)de Hooke (elasticidad)

TeorTeoríías fas fíísicassicas

leyes descriptivas de los fenómenos físicoscausalidad y regularidad de los fenómenosrigurosas y sistemáticas

construcción de modelos físico-matemáticosproceso de idealización, abstracción y ordenacióncorrelaciones matemáticas entre magnitudes fmagnitudes fíísicassicas

MMéétodos de la Ftodos de la Fíísica (I)sica (I)

Fl0+Δx

Δx=λ|F|(λ, cte.)

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Utilidad de las teorUtilidad de las teorííasas

proporcionan conocimiento del mundo físicoordenan y estructuran el conjunto de fenómenos

tienen carácter predictivo:fundamento y desarrollo de Tecnologías

rango de validez limitadoconsecuencia de la idealización

MMéétodos de la Ftodos de la Fíísica (II)sica (II)

Δx F límite elástico

Δx

|F|

λLey de

Hooke

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Herramientas esencialesHerramientas esenciales

método científico:observación y experimentación

procesos fundamentales

formulación de hipótesis

verificación del modelo

lenguaje matemáticoriguroso y conciso

exacto

articulado

MMéétodos de la Ftodos de la Fíísica (III)sica (III)

descripción precisa del mundo físico

predicción y avance en el conocimiento

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experimentación

TecnologTecnologííaa

modelomodelomatemmatemááticotico

abstracción

modelomodeloffíísicosico

fenómenofísico

idealización

predicciónnuevos

fenómenos

síntesis

aplicación

TeorTeorííaaFFíísicasica

nuevos requerimientos

conocimiento

MMéétodos de la Ftodos de la Fíísica (IV)sica (IV)

ConstrucciConstruccióón de una teorn de una teorííaa

verificación

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ÁÁmbitos de la Fmbitos de la Fíísicasica

Teorías físicas: ordenan y estructuran el mundo físicounifican y distinguen conjuntos (extensos) de fenómenos

crean ámbitos de conocimiento

cada ámbito es explicado por unas pocas leyes

Estructura y disciplinas cientEstructura y disciplinas cientííficas (I)ficas (I)

Física cuántica

T. RelatividadFísica Clásica

MecánicaTermo-dinámica

Electro-magnetismoÓptica

Física atómica

y nuclear

Física de partí-

culasMecánica cuántica

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Nuestro Nuestro áámbito de intermbito de interééss

marco de las teorías clásicaspunto de vista macroscópico

modelos de cuerpo material:punto material; medios continuos (sólido rígido y fluidos)

Estructura y disciplinas cientEstructura y disciplinas cientííficas (II)ficas (II)

T. Relatividad

Física cuántica

Física atómica

y nuclear

Física de partí-

culas

Mecánica cuántica

Física Clásica

MecánicaTermo-dinámica

Electro-magnetismoÓptica

®® Gabriel Cano GGabriel Cano Góómez, 2009/10 mez, 2009/10 Dpto. FDpto. Fíísica Aplicada III (U. Sevilla)sica Aplicada III (U. Sevilla)

FísicaIngeniero Aeronáutico

1. Introducci1. Introduccióón a la n a la FFíísicasica

2. Magnitudes f2. Magnitudes fíísicas. Metrologsicas. Metrologííaa

2FFíísicasica (Ingeniero Aeron(Ingeniero Aeronááutico) utico) 1. Introducci1. Introduccióón a la Fn a la Fíísicasica

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Ejemplo:Ejemplo:

Magnitudes fMagnitudes fíísicas (I)sicas (I)

0 421 3 5 6cm

d

unidad de medida

unidad de medida

d = 4,2 cmmagnitud cantidad unidad

Propiedades generalesPropiedades generalesentes conceptuales

describen las propiedades de los fenómenos físicos:a partir de la observaciónlongitud, masa, tiempo, temperatura, carga eléctrica, velocidad, fuerza, trabajo, entropía,…

cuantifican las propiedades físicascorrespondencia con entes matemáticos (abstracción)permiten establecer leyes descriptivas (teorías físicas)

susceptibles de medidacomparación con una cantidad patron (arbitraria): proceso objetivo y repetible


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Magnitudes fMagnitudes fíísicas (II)sicas (II)

dimensiones de las magnitudes

Magnitudes fundamentalesMagnitudes fundamentalesdescriben propiedades básicas de los fenómenos (dimensiones)

dependen del ámbito de conocimiento

Magnitudes derivadasMagnitudes derivadasse definen matemáticamente a partir de las anteriores:

velocidad: v=Δs/Δtfuerza: F=m(Δv/Δt)trabajo: W=F Δs

AnAnáálisis dimensionallisis dimensionallos términos de una expresión deben tener igual dimensión:

FFíís. materias. materiaL, t, M, Q, T, u (masa atómica)

TermodinTermodináámicamicaL, t, M, T (tem-

peratura)

ElectromagnetElectromagnet..L, t, M, Q (carga),

I (corriente)

MecMecáánicanica

L (long.), t (tiem-po), M (masa)

[v]=L t−1

[F]=ML t−2

[W]=ML2 t−2

ley física: A+B=CD [A]=[B]=[CD] [C]=[A] [D]−1


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Sistemas de unidadesSistemas de unidadescantidades patrón establecidas arbitrariamente

con el acuerdo y la aceptación de la comunidadSistema Internacional de unidades (SI)

unidades fundamentales:

unidades derivadas: se definen a partir de las anteriores

Unidades de medida (I)Unidades de medida (I)

KKcdcd

molmol

kelvinkelvincandelacandela

molmol

temperaturaint. luminosacant. materia

mmss

kgkgAA

metrometrosegundosegundo

kilogramokilogramoamperioamperio

longitudtiempomasa

corriente

ssíímbolombolounidad (SI)unidad (SI)magnitudmagnitudssíímbolombolounidad (SI)unidad (SI)magnitudmagnitud

JJPaPa

juliojuliopascalpascal

trabajopresión

NNCC

newtonnewtoncoulombiocoulombio

fuerzacarga

ssíímbolombolounidad (SI)unidad (SI)magnitudmagnitudssíímbolombolounidad (SI)unidad (SI)magnitudmagnitud


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Unidades de medida (II)Unidades de medida (II)

Algunas definiciones de unidadesAlgunas definiciones de unidadesSegundo

es la duración de 9 192 631 770* períodos de la radiación correspondiente a la transición entre dos niveles hiperfinosdel estado fundamental del átomo de cesio 133

Metroes la longitud recorrida por la luz en el vacío (*) en un tiempo de 1/299 792 458 de segundo

(*) velocidad de la luz (cte. universal): c=299 792 458 m/s

Kilogramomasa del cilindro patrón (aleación de platino e iridio) guar-dado en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, en Sèvres, Francia (www.bipm.fr)


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ConstrucciConstruccióón de dispositivo de medidan de dispositivo de medidamedida de masas:

calibración:medida de fuerzas:

leyes físicas:

calibración:

caracterización del resorte (Ley de Hooke):

realiza medidas indirectas de m y |F|

0,0

0,4

0,2

0,1

0,3

0,5

0,6

|F| (N)

10

0

20

40

30

50

60

m (gr)

Medida de magnitudes: ejemploMedida de magnitudes: ejemplo

0

4

2

1

3

5

6

Δx (cm)l0

Δx

mF

Δx/m = 0,98 mm/gr

F=ma (L. Newton)

|F|=mg (int. gravit.)

Δx =λ |F|; con λ=10 cm/N

|F|/Δx =0,1 N/cm


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ExpresiExpresióón de las cantidades (I)n de las cantidades (I)NotaciNotacióón cientn cientííficafica

permite la expresión cómoda de las cantidades de magnitud que interviene en un fenómeno

pueden ser mucho mayores o mucho menores que la unidad Ejemplos:Ejemplos:•masa de la Tierra:

•distancia media al Sol:

•masa del protón:

•tamaño del átomo de hidrógeno:

5974000000000000000000000 kgTM 245,974 10 kg= ×

149587000 000 mTSd 11 61,5 10 m 150 10 km× = ×

16725 kg10000000000000000000000000000000pm 271,6725 10 kg−×

H 0,00000000010586 md 101,0596 10 m−= ×

5,974 Ykg=

105,96 pm=

150 Gm=


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ExpresiExpresióón de las cantidades (II)n de las cantidades (II)PrefijosPrefijos

“dan nombre” a los órdenes de magnitudlos símbolos se colocan de las unidades

ddccmmμμnnppffaazzyy

decicentimili

micronanopico

femtoatto

zeptoyocto

10−1

10−2

10−3

10−6

10−9

10−12

10−15

10−18

10−21

10−24

dadahhkkMMGGTTPPEEZZYY

decahectokilo

megagigaterapetaexazettayotta

101

102

103

106

109

1012

1015

1018

1021

1024

ssíímbolombolonombrefactorfactorssíímbolombolonombrefactorfactor


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ExpresiExpresióón de las propiedadesn de las propiedades

Magnitudes escalares y vectorialesMagnitudes escalares y vectorialesdescripción de fenómeno:

temperaturas (T) y velocidades (v) en un fluido en movimiento

magnitudes con distintos atributostemperatura,

“cantidad”

velocidad,“cantidad de velocidad”dirección y el sentido

distinta representación matemáticatemperaturavelocidad

T T ∈∈v ∈∈ 33

magnitud escalar

magnitud vectorial

OX Y

Z

P

vvTT

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