CATEDRATICO: Ing. Cesar A. García Nájera FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS Y FARMACIA, FISICA PARA NUTRI Y BIOLOGIA. 2º. SEMESTRE 2016.

Unidad I Física y sistemas de medida

Introducción

En la presente unidad se da un breve resumen sobre lo que es Física y sus teorías, además se hace una clasificación de los sistemas de medida más utilizados en Guatemala, cuyo tema es muy importante en la Física ya que es necesario hacer mediciones en nuestro entorno debido a que se miden masas, longitudes, tiempos y otros.

Finalmente el objetivo que se pretende en esta unidad es que el estudiante por medio de las diversas actividades como lecturas, estudios de casos, videos, hojas de trabajo y foro, logre retener todo lo relacionado con las teorías de Física, sistemas de medida y lo pueda aplicar a la resolución de problemas de todo tipo. Conceptos básicos Física

La Física es una ciencia natural que estudia las propiedades del espacio, el tiempo, la materia y la energía, así como sus interacciones.

La Física no es sólo una ciencia teórica, es también una ciencia experimental. Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teoría pueda realizar predicciones de experimentos futuros.

Sistemas de unidades de medidas Unidades fundamentales Unidades de base: Longitud, metro; de masa, kilogramo; de tiempo, segundo; de intensidad de corriente eléctrica, ampere; de temperatura termodinámica, kelvin; de intensidad luminosa, candela, fundamentándose así el Sistema Internacional. El sistema técnico inglés es ampliamente usado en Estados Unidos y en algunos países de centro y Sudamérica con tradición británica por la relación comercial que existe entre estos países. Las unidades básicas correspondientes a estas cantidades se pueden resumir en la siguiente tabla, la que presenta dos sistemas de medida, el Sistema Internacional SI y el sistema Técnico Inglés.

UNIDADES DE CANTIDADES FÍSICAS FUNDAMENTALES

SISTEMA MASA LONGITUD TIEMPO

SISTEMA INTERNACIONAL Kilogramo kg

Metro m

Segundo s

TÉCNICO INGLES slug

Pie p

Segundo s

CENTIMETRO-GRAMO-SEGUNDO GRAMO g

CENTIMETRO cm

SEGUNDO

s

1

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Factor de conversión y conversiones Un factor de conversión o de unidad es una relación en la que el numerador y el denominador son medidas iguales expresadas en unidades distintas, de tal manera, que esta fracción tiene un valor igual a la unidad.

Ejemplo: 1100

1

scentimetro

metro

ALGUNOS PREFIJOS IMPORTANTES: 1 kilómetro = 1000 m 1 kilo = 1000 1 kilogramo = 1000 gramos. 1 kilowatt = 1000 watt.

1 nanómetro = m910 1 micrómetro = m610

Densidad

La densidad de una sustancia es su masa por unidad de volumen V

m , se expresa en

3m

kg en el SI.

EJEMPLOS RESUELTOS PROBLEMA 1

Si el periodo o (P) (tiempo en segundos que le toma a un péndulo simple completar

una oscilación), está dado por la ecuación: g

LkP Donde

L = longitud en metros y g = aceleración de la gravedad en m /s2 ¿Determine la unidad de medida de k?:

RESOLUCION: Para determinar la unidad de medida de k despejamos de la ecuación el valor de k y luego

sustituimos, la dimensión del periodo es , longitud y de g es

2T

L

,

al simplificar, K es adimensional

PROBLEMA 2

Si la densidad del mercurio es 13.6

3cm

g,

Calcule: la densidad del mercurio en el sistema internacional.

RESOLUCION: De la tabla de unidades de medida sabemos que 1 kg = 1000 g 1m = 100 cm

2

TEXTO DIDACTICO DE FISICA GENERAL DE APOYO A SU LIBRO DE TEXTO

La unidad de medida de la densidad de en el sistema SI, es

3m

kg, por lo cual para

convertirlo se multiplica

3

13.6cm

g por los factores de conversión, siguientes

3

13.6cm

g=

3

3

3 )1(

)100(

1000

1 13.6

m

cm

g

kg

cm

g

Al efectuar las multiplicaciones, se cancelan los gramos, y los centímetros cúbicos y queda

así: 13.6

3cm

g=

3

600,13m

kg

PROBLEMA 3

La tierra tiene la forma aproximada de una esfera, calcule su densidad en el sistema internacional.

RESOLUCIÓN: De los datos físicos usados con frecuencia, del libro de texto:

kgxtierraladeMasa 241098.5 , mxtierraladepromedioRadio 61037.6

La unidad de medida de la densidad de la tierra en el sistema SI, es

3m

kg Sabemos que la

tierra se considera como una esfera, y la expresión para calcular su densidad es:

3

3

4r

m

Volumen

masa

,

Al efectuar las operaciones, queda así: 24.523,5

3m

kg

ACTIVIDAD 1 HOJA DE TRABAJO A continuación encontrará 5 expresiones, algunas verdaderas y otras falsas, identifique las verdaderas colocando una “V” en el CUADRO a la derecha de cada una y una “F” cuando la considere falsa.

1 La unidad de la DENSIDAD en el sistema Internacional es el Newton/m2

2 La MASA en el Sistema Internacional se mide en Newton

3 La MASA en el Sistema Técnico Ingles se mide en slug

3

TEXTO DIDACTICO DE FISICA GENERAL DE APOYO A SU LIBRO DE TEXTO

4 La longitud en el Sistema Técnico Ingles se mide en metros

5 La longitud en el Sistema Internacional se mide en pies

A continuación encontrará en la parte izquierda 7 unidades de medida. A la derecha 7 cantidades físicas acompañadas de un cuadro a la derecha. Coloque en el cuadro el numeral que considere identifica a las unidades, del Sistema Internacional, con que se mide esa cantidad física.

1 metro Area

2 m2 Tiempo

3 m3 Longitud

4 metro/ segundo Volumen

5 kilogramo Masa

6 segundo Densidad

7 Kg/m3 Velocidad

ACTIVIDAD 1 ESTUDIO DE CASO EL TESORO PERDIDO:

En este momento usted ya ha leído el marco teórico y ejemplos resueltos anteriores y está en

capacidad de involucrarse con el objetivo de que aplique el concepto y cálculo de

densidades para descifrar el tipo de material que se desconoce en el siguiente caso.

Para ello, usted individualmente o en grupo le toca ayudar a un señor que ha encontrado

un tesoro perdido que consiste en lingotes de materiales que él desconoce pero si sabe que

tienen forma cilíndrica, forma esférica y cúbica.

El señor le pide a usted:

1. Descifrar de qué material son los lingotes que ha encontrado con la siguiente

información:

Lingotes cilíndricos tamaño: Diámetro 6 cm, altura 25 cm y masa 7.422 kg

Lingotes esféricos de dos tamaños: Diámetros 8 cm, 12 cm, masa 5,174g y 19362.3 g

respectivamente.

Lingotes cúbicos de un sólo tamaño de 10 cm, por arista y masa

7,800 g.

2. Asimismo él le solicita que le den los datos calculados en los dos sistemas de medida

estudiados en este tema, para ello aplicará factores de conversión.

4

TEXTO DIDACTICO DE FISICA GENERAL DE APOYO A SU LIBRO DE TEXTO

ACTIVIDAD 3 HOJA DE TRABAJO A continuación encontrará 6 preguntas con cuatro opciones, en las cuales seleccione la que usted considere correcta y enciérrela con un círculo.

1. Para convertir una velocidad expresada en h

km a

s

m ¿Qué debe hacer?

a) Multiplicar por 60 b) Multiplicar por 3600

c) Dividir por 3.6 d) Multiplicar por 3.6

2. ¿Cuál de las siguientes ecuaciones es dimensionalmente correcta?.

a) 2).).

2

1) atvdatvycattvybatv oo

3. La densidad del mercurio es 13. 6 3/ cmg , si 1kg = 1000 g, 1 m = 100 cm

¿La densidad del mercurio en 3/ mkg es?

a) 13,600 b) 136,000. c) 1, 360,000 d) 13, 600,000.

4. De las siguientes opciones, ¿Cuál es una unidad fundamental del sistema internacional?

a) Pulgada b) Kilogramo c) Newton d) Minuto. 5. Si de la Ciudad Capital hacia Puerto barrios hay una distancia de 298 kilómetros, ¿A cuánto equivale en millas? (1 mi = 1.609 km)

a) 139.84 b) 362.02 c) 1.39 d) 3.62

6. La ley de Newton de gravitación universal está representada por 2R

GMmF

En la cual F es la fuerza de gravedad, con unidad de medida kg.m/ s 2 , M y m son masas medidas en kg y R es una longitud medida en metros, en el Sistema internacional. Las unidades en el SI de la constante de proporcionalidad G son?

a. 3

2.

m

skg b.

3

2.

s

mkg c.

2

3

.skg

m d.

m

skg 2. e. NAC

ACTIVIDAD 4 HOJA DE TRABAJO A continuación encontrará 5 preguntas de conversiones, escriba su respuesta dejando el procedimiento.

1. Expresar en un flujo de líquido (Q) de 60 : ______________________

2. Expresar en atmósferas y milímetros de mercurio una presión de 35 , Si 760 mm

de mercurio = 1 atmósfera = 1.013x105 ,

3. Convertir 2,352 Segundos a Años. 4. Convertir 1.1 millas/Hora a metros/segundo.

5

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5. Si la aceleración de un auto es de 20 km/h2, convierta esta aceleración a unidades del Sistema Internacional, Técnico Ingles, y cgs.

SISTEMAS MÁS USADOS, CANTIDADES FUNDAMENTALES, CANTIDADES DERIVADAS Y FACTORES DE CONVERSIÓN DE UNIDADES.

Cantidades Fundamentales Cantidades derivadas

Sistema MASA LONGITUD TIEMPO FUERZA PRESIÓN VELOCIDAD

CAUDAL GRAVEDAD

SISTEMA INTERNACIONAL

kilogramo Kg

Metro m

Segundo s

Newton N

N / m2

m / S m3 / S 9.81 m/ s

2

TECNICO INGLES Slug Pie Segundo s

Libra lb

lb / P2 p / S p

3 / S 32.2 p/ s

2

CENTIMETRO GRAMO SEGUNDO

Gramo g

Centímetro cm

Segundo s

Dina Dina/ cm2 cm / S cm

3 / S 981 cm/ s

2

1kg = 1000 g 1 kg = 0.0685 slug

1 m = 100 cm 1m = 3.28 p

1N = 105 Dinas 1 N = 0.2248 lb

MULTIPLO PREFIJO SIMBOLO

1012

Tera T

109 Giga G

106 Mega M

103 kilo K

SUBMULTIPLO PREFIJO SIMBOLO

10-3

Mili m

10-6

Micro 10

-9 Nano n

10-12

pico p

6