cantidades físicas.

MECÁNICA
I.- CANTIDADES FÍSICAS.
El modelo de la Física.
La Física, y en particular la Mecánica Clásica, se basa en la observación de la
Naturaleza, de la realidad, de los fenómenos que ocurren a nuestro alrededor.
A partir de la observación continuada, minuciosa y precisa, es decir, de observar el
mismo fenómeno en repetidas y numerosas ocasiones, se generaliza el fenómeno y se
formulan las Leyes.
Las Leyes de la Física, de la Naturaleza, se expresan en forma matemática, utilizando
ecuaciones, fórmulas,…
Magnitudes escalares y vectoriales.
Las magnitudes físicas se clasifican, se dividen, en magnitudes escalares y
vectoriales.
Las magnitudes escalares son las cantidades que NO dependen de la dirección, es
decir en las que NO importa la dirección que tenga el fenómeno físico (situación, hecho,…).
Ejemplos de magnitudes escalares: la velocidad, la aceleración, la fuerza,…
Las magnitudes vectoriales son aquellas en las que la dirección es relevante, es
importante, provoca diferentes resultados en el fenómeno físico. Ejemplos: el tiempo, la
energía, la temperatura.
Sistemas de unidades.
Las unidades nos permiten comparar dos magnitudes físicas, es decir, nos permiten
tener una forma de medir, de cuantificar, las magnitudes físicas.
Las unidades son como las diferentes monedas. Si un producto tiene un valor de 25,
hemos de precisar en que unidades, porque no son lo mismo 25 dólares, córdobas, colones
o euros.
Las unidades son patrones, estándares, con los que comparamos el resto de
situaciones. Por ejemplo cuando hablamos de distancia se utiliza el metro. El metro se
definió mediante la longitud de una barra, de tal forma que la distancia entre el Ecuador y el
Polo Norte a través del meridiano que atraviesa París tuviera diez millones de metros (107
metros). Aunque en realidad no son exactos, varía unas centésimas.
Sistemas de Unidades.
Los sistemas de unidades son los conjuntos de unidades, de patrones, de cada una
de las magnitudes físicas, que se relacionan entre sí.
Por ejemplo cuando utilizamos el metro y el segundo, en velocidad utilizaremos el
metro sobre segundo.
Actualmente los sistemas de unidades más utilizados, aunque no los únicos, son el
Sistema Internacional (SI), y el Sistema Británico de unidades.
El Sistema Internacional es el más utilizado en el planeta, y es el que utiliza la
comunidad científica.
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El Sistema Británico solamente se utiliza en Gran Bretaña, Estados Unidos, algunos
países de habla inglesa, y los países que has estado o están bajo la influencia cultural y
comercialmente por EEUU, como Nicaragua.
Unidades Fundamentales.
Las unidades fundamentales de la física son las que permiten definir cualquier
magnitud en función de esas unidades. Es decir, el resto de las unidades son
combinaciones de estas unidades fundamentales.
La selección de unas unidades fundamentales u otras determina, define, al sistema de
unidades.
Ejemplo de las unidades Fundamentales
Magnitud
Distancia
Tiempo
Masa
Temperatura
Intensidad de Corriente
Intensidad luminosa
Unidades
Sist. Internacional Sist. Británico
metro
pie
segundo
segundo
kilogramo
Kelvin
Ranking
amperio
candela
Prefijos de las Unidades.
En algunas ocasiones las unidades pueden no ser las más apropiadas para expresar
una cantidad, debido a que es una cantidad muy pequeña o muy grande. En esas
circunstancias se utilizan los prefijos, y así se ahorran cifras.
Los prefijos son abreviaciones de un factor multiplicador de la cantidad en esa unidad.
Por tanto los prefijos se pueden utilizar con cualquier unidad de cualquier sistema de
unidades.
Principales prefijos.
Multiplicador Nombre
1012
tera
9
10
giga
6
10
mega
3
10
kilo
-1
10
deci
10-2
centi
10-3
mili
-6
10
micro
-9
10
nano
-12
10
pico
10-15
femto
10-18
atto
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Abreviatura
T
G
M
k
d
c
M
Ejemplos:
3
¾ 1 kg = 1·10 g
3
¾ 1 km = 1·10 m
-3
¾ 1 mm = 1·10 m
-3
¾ 1 mg = 1·10 g
µ
n
p
f
a
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Componentes de un vector.
Las componentes de un vector son la forma de dar la orientación, dirección, del vector.
Son como el sistema de direcciones que utilizamos en Nicaragua.
y>0
Norte / Lago
x>0
Arriba
x<0
Abajo
y<0
Sur
¿Para qué sirve?
En Física dos vectores pueden tener el mismo módulo (longitud de la flecha) pero
diferente dirección, y las componentes del vector expresan esa diferencia.
En el sistema de direcciones en Nicaragua, dos personas pueden vivir a la misma
cantidad de cuadras de un punto de referencia, pero realmente esta muy lejos una de otra.
Ejemplo: uno vive del arbolito 5 cuadras al sur (Bº San Antonio) y otro del arbolito 5 cuadras
al lago (Santa Ana). Las direcciones (norte, sur, este y oeste) nos indican las componentes
del vector.
Descomposición de un vector.
r
r = rx iˆ + ry ˆj
r
r = ( rx , ry )
rx
r
r
α
ry
cos(α ) =
rx
⇒ rx = r ⋅ cos(α )
r
r
sen(α ) = y ⇒ ry = r ⋅ cos(α )
r
2
2
r = rx + ry
La descomposición de un vector se realiza utilizando la trigonometría, seno y coseno,
y el teorema de la hipotenusa.
Operaciones con vectores.
Para sumar o restar vectores se ha de hacer por componentes, es como sumar las
cuadras de las direcciones. No se pueden sumar las cuadras hacia el norte con las cuadras
hacia el este.
Se descomponen los vectores, se suman o restan sus componentes, y se calcula el
módulo del nuevo vector resultante. También se puede hacer gráficamente.
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Solución de problemas.
Para resolver los problemas, situaciones, en Física es necesario y muy útil seguir los
siguientes pasos.
1. Leer el enunciado.
Es necesario leer el enunciado, 1, 2, 3, 4, 5, …. 300 veces. Las que sea necesario
hasta comprender, entender el problema.
2. Identificar los datos.
Se ha de tener en cuenta que algunos datos se expresan numéricamente (por
ejemplo: una velocidad de 20 km por hora), pero otros datos son de contexto, expresados
en palabras (por ejemplo: parte del reposos, se deja caer).
3. Realizar las conversiones de unidades necesarias.
Es necesario que todos los datos estén en el mismo sistema de unidades, por tanto se
han de cambiar las unidades que sea preciso.
4. Identificar la o las incógnitas.
Las incógnitas son ¿qué nos piden? ¿qué queremos hallar? ¿qué queremos saber?
¿qué necesitamos?.
5. Identificar el fenómeno físico.
Se ha de identificar el fenómeno físico, por ejemplo el tipo de movimiento (en
mecánica), el tipo de transferencia de calor (en termodinámica), el tipo de circuito
eléctrico (en electricidad),…
6. Escribir las ecuaciones del fenómeno físico.
Una vez identificado el fenómeno se escriben todas las ecuaciones, fórmulas, es decir
leyes, que describen dicho fenómeno.
7. Identificar las magnitudes que se conocen en las ecuaciones.
Sobre las ecuaciones se identifican (marcan) las magnitudes que se conocen, los
datos.
8. Identificar las incógnitas en las ecuaciones.
Sobre las ecuaciones se identifican (marcan) las magnitudes que NO se conocen, las
incógnitas.
9. Seleccionar cuál o cuáles son las ecuaciones más apropiadas.
Al observar todas las ecuaciones que se pueden utilizar y tener señaladas las
magnitudes que se conocen y las que no se conocen, se puede determinar cuál o cuáles
son las ecuaciones más apropiadas, más útiles para resolver dicho problema.
10. Aplicar las ecuaciones.
Se resuelven las ecuaciones, despejando la incógnita o resolviendo un sistema de
ecuaciones, para encontrar la o las incógnitas.
11. Presentar los resultados. Ojo: fíjense en las unidades solicitadas, o la explicación
requerida.
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