Clase1 Impresa
-
Upload
mauricio-diaz -
Category
Documents
-
view
229 -
download
0
Transcript of Clase1 Impresa
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
1/37
Introducción a la Física y unidades de medida
Módulo 1 - Sesión 1
Prof: Cristian A. C. Quinzacara
Mecánica NewtonianaIN1188C- 01
Departamento de Matemática y Física Aplicadas
Facultad de Ingeniería
Universidad Católica de la Santísima Concepción
Semestre I - 2014
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
2/37
Introducción I
Física
La Física (del latín. physica , y este del griego “naturaleza”) es una ciencia natural que
estudia las propiedades del espacio, el movimiento , el tiempo, la materia y la energía,
así como sus interacciones.
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
3/37
Introducción II
La Física es:
Ciencia Experimental
http://find/http://goback/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
4/37
Introducción III
Interacciones Fundamentales
Interacción Gravitacional
Interacción Electromagnética Interacción Nuclear Débil
Interacción Nuclear Fuerte
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
5/37
Introducción IV
Ramas de la Física
Mecánica Clásica
Electromagnetismo
Termodinámica y Mecánica Estadística
Relatividad
Mecánica Cuántica
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
6/37
Introducción V
Mecánica Clásica
Estudio del movimiento de cuerpos macroscópicos a velocidades muy pequeñas en
comparación con la velocidad de la luz.
Mecánica Newtoniana Descripción del movimiento a partir de las Leyes de Newton.También conocida como Mecánica Vectorial.
Mecánica Analítica Formulación matemática abstracta de la mecánica. Utiliza un
principio variacional llamado Principio de Mínima Acción
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
7/37
Introducción VI
Electromagnetismo
Describe la interacción entre las partículas cargadas y los campos eléctricos y
magnéticos mediante las Ecuaciones de Maxwell y la Fuerza de Lorentz.
Electrostática Estudio de las interacciones entre cargas en reposo.
Electrodinámica Estudio de las interacciones entre cargas en movimiento y la
radiación.
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
8/37
Introducción VII
Termodinámica y Mecánica Estadística
Estudia el comportamiento de los sistemas compuestos por una gran cantidad de
partículas (del orden del Número de Avogadro).
Termodinámica Estudio de las propiedades macroscópicas de estos sistemas:
Presión, Temperatura, Volumen, etc.
Mecánica Estadística Estudio de las propiedades microscópicas de estos sistemas.
Las propiedades macroscópicas son deducidas mediante técnicas
estadísticas.
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
9/37
Introducción VIII
Relatividad
Generalización de la Mecánica Clásica para velocidades cercanas a la de la luz y
campos gravitacionales muy intensos.
Relatividad Especial Estudio de la mecánica a velocidades cercanas a la velocidad
de la luz. Unificación del tiempo y el espacio en el Espacio-Tiempo.
Relatividad General Generalización de la Relatividad Especial en que el
Espacio-Tiempo es considerado una entidad dinámica, que
interactúa con toda forma de energía y materia.
Descripción mediante las Ecuaciones de Campo de Einstein.
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
10/37
Introducción IX
Mecánica Cuántica
Generalización de la Mecánica Clásica para los sistemas atómicos, subatómicos y sus
interacciones con la radiación electromagnética.
Principio de Indeterminación de Heisenberg: Imposible conocer posición y
velocidad de una partícula (simultáneamente) con infinita precisión.
http://find/http://goback/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
11/37
Mecánica Newtoniana I
Estudio clásico del movimiento mediante la utilización de las Leyes de Newton.
Ramas de la Mecánica Newtoniana
Cinemática Descripción del movimiento sin importar sus causas.
Dinámica Estudio de las causas del movimiento.
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
12/37
Magnitudes Físicas I
La Física es:
Ciencia Experimental
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
13/37
Magnitudes Físicas II
Medición
Comparación de un patrón convencional con el objeto o fenómeno cuya magnitud se
desea medir.
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
14/37
Magnitudes Físicas III
Magnitudes Fundamentales en Mecánica
Longitud ( L)
Masa ( M )
Tiempo (T )
Otras Magnitudes Fundamentales
Corriente Eléctrica ( I )
Temperatura (Θ)
Cantidad de Sustancia ( N )
Intensidad Luminosa ( J )
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
15/37
Magnitudes Físicas IV
Patrón de Longitud: Metro
Metro, cuyo símbolo es m
Desde 1799 Diez millonésima parte de la distancia del ecuador al Polo Norte a lo
largo del meridiano que pasa por París.
Desde 1889 Distancia entre dos marcas finas en una barra de aleación
platino-iridio.
Desde 1960 1 650 763,73 veces la longitud de onda en el vacío de la luz emitida
en una descarga eléctrica de 86Kr .
Desde 1983 Longitud que en el vacío recorre la luz durante un 1/(299 792 458)
de segundo.
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
16/37
Magnitudes Físicas V
Patrón de Masa: Kilogramo
Kilogramo, cuyo símbolo es kg
Desde ∼1790 Masa de un litro de agua destilada a una atmósfera de presión a3,98◦C.
Desde 1889 Masa de un cilindro circular recto de 39 milímetros de altura y
diámetro fabricado de una aleación de platino-iridio.
Kilogramo prototipo en Le Bureau international des poids
et mesures , Sèvres, Francia
í
http://www.bipm.org/en/scientific/mass/prototype.htmlhttp://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
17/37
Magnitudes Físicas VI
Replica del kilogramo prototipo en La Cité
des Sciences et de l’Industrie , Paris, Francia
M it d Fí i VII
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Prototype_kilogram_replica.JPGhttp://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
18/37
Magnitudes Físicas VII
Kilogramo prototipo K4 (copia) en National
Institute of Standards and Technology , USA.
M it d Fí i VIII
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Standard_kilogram,_2.jpghttp://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
19/37
Magnitudes Físicas VIII
Patrón de Tiempo: Segundo
Segundo, cuyo símbolo es s
Antes de 1960 1/(86 400) de un día solar medio.Desde 1960 1/(86 400) de un día solar medio del año 1900.
Desde 1967 Duración de 9192631770 periodos de la radiación correspondiente
a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental
del átomo 133Cs a 0 K .
Reloj atómico en NIST-F1 (National Institute
of Standards and Technology , Boulder, CO,
USA.)
Sistemas de Unidades I
http://www.nist.gov/pml/div688/grp50/primary-frequency-standards.cfmhttp://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
20/37
Sistemas de Unidades I
Sistema InternacionalDeterminado por la siguientes siete magnitudes
Magnitud Unidad Símbolo
de la unidadLongitud metro m
Masa kilogramo kg
Tiempo segundo s
Corriente Eléctrica ampere A
Temperatura kelvin K
Cantidad de sustancia mol molIntensidad Luminosa candela cd
Sistemas de Unidades II
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
21/37
Sistemas de Unidades II
Sistema CGS
Centímetro 1 cm =0,01 m
Gramo 1 g=0,001 kg
Sistemas de Unidades III
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
22/37
Sistemas de Unidades III
Sistema Anglosajón (Versión EEUU.)
Longitud
Unidad Divisiones Equivalencia SI
1 point (p) 352,8 µ m
1 pica (P/) 12 p 4,233 mm
1 inch (in) 6 P/ 2,54 cm
1 foot (ft) 12 in 0,3048 m
1 yard (yd) 3 ft 0,9144 m
1 mile (mi) 5280 ft 1,609344 km
1 league (lea) 3 mi 4,828042 km
Sistemas de Unidades IV
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
23/37
Sistemas de Unidades IV
Sistema Anglosajón (Versión EEUU.)
Longitud (Náutica)
Unidad Divisiones Equivalencia SI
1 fathom (ftm) 2 yd 1,8288 m1 cable (cb) 120 ftm 2,19456 hm
1 nautical mile (nmi) 8,439 cb o 1,151 mi 1,852 km
Sistemas de Unidades V
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
24/37
Sistemas de Unidades V
Sistema Anglosajón (Versión EEUU.)
Masa
Unidad Divisiones Equivalencia SI
1 ounce (oz)
28,349523125 g1 pound (lb) 16 oz 453,59237 g
1 short ton 2000 lb 907,18474 kg
1 long ton 2240 lb 1 016,0469088 kg
Prefijos I
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
25/37
Prefijos I
Prefijos
10n Prefijo Símbolo Numeral Numeral EEUU.
1024 yotta Y Cuatrillón Septillón
1021 zetta Z Mil trillones Sextillón
1018 exa E Trillones Quintillón
1015 peta P Mil billones Cuatrillón1012 tera T Billón Trillón
109 giga G Mil millones Billón
106 mega M Millón
103 kilo k Mil
102 hecto h Cien
101 deca da Diez
Prefijos II
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
26/37
Prefijos II
Prefijos
10n Prefijo Símbolo Numeral Numeral EEUU.
10−1 deci d Décimo
10−2 centi c Centésimo
10−3 mili m Milésimo
10−6
micro µ Millonésimo10−9 nano n Milmillonésimo Billonésimo
10−12 pico p Billonésimo Trillonésimo
10−15 femto f Milbillonésimo Cuatrillonésimo
10−18 atto a Trillonésimo Quintillonésimo
10−21 zepto z Miltrillonésimo Sextillonésimo
10−24
yocto y Cuatrillonésimo Septillonésimo
Prefijos III
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
27/37
Prefijos III
Escala del universo
http://htwins.net/scale2/lang.html.
Ordenes de magnitud y aproximaciones I
http://htwins.net/scale2/lang.htmlhttp://htwins.net/scale2/lang.htmlhttp://htwins.net/scale2/lang.htmlhttp://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
28/37
g y p
Orden de magnitud
Potencia de diez más cercana a la medida de la magnitud
Ejemplos
m= 5,75× 102 kg se encuentra entre 102 y 103, más cercana a 103 (mayor que
5× 102
kg)
=⇒ m es del orden de 103 kg
τ= 1,7× 10−6 ms se encuentra entre 10−6 y 10−5, más cercana a 10−6 (menor
o igual que 5× 10−6 ms)
=⇒ τ es del orden de 10−6 ms
Ordenes de magnitud y aproximaciones II
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
29/37
g y p
EjemploLa masa de la Tierra es
M T = 5,98× 1024 kg
y la masa del Sol
M S = 1,991× 1030 kg
El orden de magnitud de la masa de la Tierra es de 1025 kg, mientras que el
orden de magnitud de la la masa del Sol es de 1030 kg
La masa del Sol es cinco órdenes de magnitud mayor que la masa de la Tierra.
Esto quiere decir que el masa del Sol es aproximadamente cien mil veces la de
la Tierra
Ordenes de magnitud y aproximaciones III
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
30/37
g y p
Aproximaciones
Antes de realizar un cálculo podemos aproximar el resultado calculando el orden de
magnitud de la cantidad buscada
Ejemplo
Estimación de la densidad (ρ = m/V ) de un cubo de masa m = 0,715 kg y volumen V =25,1 cm3
La masa
m= 0,715 kg ∼ 100 kg ,
mientras el volumen
V = 25,1 cm3 = 2,51× 101 cm3 ∼ 101 cm3
Entonces la densidad es del orden de:
ρ ∼100
101
kg
cm3 = 10−1
kg
cm3
Tras hacer los cálculos y considerando las cifras significativas, se obtiene
ρ = 2,85× 10−2 kg
cm3
Ordenes de magnitud y aproximaciones IV
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
31/37
Ejemplo 2Estimar la cantidad de segundos que tiene un año.
1 minuto tiene 60 segundos ∼ 102 segundos.
1 hora tiene 60 minutos ∼ 102 minutos.
1 día tiene 24 horas ∼ 10 horas.
1 año tiene 365 días ∼ 102 días.
Luego, en un año hay aproximadamente
102 × 102 × 101 × 102 s= 107 s
El resultado exacto es 3,1536× 107 s
Notación Científica I
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
32/37
Notación Científica
Manera de representar un número utilizando potencias de base diez.
Se utiliza para poder expresar fácilmente números muy grandes o muy pequeños.
Notación Científica II
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
33/37
Notación Científica
A× 10n
A: número real que recibe el nombre de coeficiente.Satisface
1 ≤ | A|< 10
n número entero, que recibe el nombre de exponente.
Notación Científica III
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
34/37
Ejemplos:
1 530 m = 1,530× 103 m = 1,530 km
684 ng = 6,84× 102 ng = 6,84× 10−1 µ g = 6,84× 10−7 g
0,15 Ms = 1,5× 10−1 Ms = 1,5× 102 ks = 1,5× 105 s
Cifras Significativas I
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
35/37
Cifras significativasCifras que se conocen con certeza o han sido estimadas en una medición.
Corresponden a los dígitos que contiene la magnitud sin contar ceros a la
izquierda.
La última cifra es estimada durante el proceso de medición.
Las cifras anteriores a la última son determinadas con completa certeza.
Ejemplos
10,4 m2 tiene tres cifras significativas.
0,05 m/s2 tiene solo una cifra significativa.
1,340× 103
kg/m2
tiene cuatro cifras significativas. 1,34× 103 kg/m2 tiene tres cifras significativas.
Cifras Significativas II
http://find/http://goback/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
36/37
Suma y Resta de cantidades
La cantidad de cifras decimales de la suma(resta) es igual a la cantidad más pequeña
de cifras decimales de entre todas las magnitudes
En caso de ser necesario se debe redondear, si el dígito a redondear es mayor
que 5 se aumenta una unidad.
Ejemplos
1,56 2 cifras dec.
+ 5,3 1 cifra dec.
= 6,86 = 6,9 1 cifra dec.
, 10,70 2 cifras dec.
− 0,91 2 cifras dec.
= 9,79 2 cifras dec.
Cifras Significativas III
http://find/
-
8/18/2019 Clase1 Impresa
37/37
Multiplicación y División de cantidades
Número de cifras significativas de la multiplicación(división) es igual al númeromenor de cifras significativas de entre las cantidades.
En caso de ser necesario se debe redondear, si el dígito a redondear es mayor
que 5 se aumenta una unidad.
Ejemplo
104,7 4 cifras
× 6,8 2 cifras
= 711,96 = 7, 1 2 cifras
×102
5,9 2 cifras
×10−1
÷
2,31
3 cifras
×10−7
= 2,554112554× 106 = 2,6
2 cifras
×106
http://find/http://goback/