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8/18/2019 Clase1 Impresa

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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

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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.

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Introducción II

La Física es:

Ciencia Experimental

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Introducción III

Interacciones Fundamentales

Interacción Gravitacional

Interacción Electromagnética Interacción Nuclear Débil

Interacción Nuclear Fuerte

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Introducción IV

Ramas de la Física

Mecánica Clásica

Electromagnetismo

Termodinámica y Mecánica Estadística

Relatividad

Mecánica Cuántica

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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

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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.

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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.

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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.

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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.



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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.

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Magnitudes Físicas I

La Física es:

Ciencia Experimental

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Magnitudes Físicas II

Medición

Comparación de un patrón convencional con el objeto o fenómeno cuya magnitud se

desea medir.

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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 )

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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.

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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/


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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/


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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/


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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/


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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

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Sistemas de Unidades II

Sistema CGS

Centímetro 1 cm =0,01 m

Gramo 1 g=0,001 kg

Sistemas de Unidades III

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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

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Sistemas de Unidades IV


Longitud (Náutica)


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

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Sistemas de Unidades V


Masa


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

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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

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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

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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/


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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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



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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

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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

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