Unidades y Medición
La escala de la Física
Leyes de la Física
Gobiernan todo el universo observable
Longitud
Masa
Tiempo
Orden de Magnitud
escala o tamaño de un valor
tomar el logaritmo de base 10 y redondearlo al entero más cercano
Notacion cientifica - exponente de la potencia 10
Rangos conocidos de longitud, masa y tiempo
a todo lo que ocupa el universo se le puede aplicar la Física con los rangos de valores métricos.
La construcción de modelos
Leyes Naturales
la piedra angular del descubrimiento es la observacion
Modelo
representacion de algo dificil de mostrar directamente
se usan para representar variedad de propositos
verificación por observación y experimentación
Teoria
explicación comprobable de patrones respaldados y verificados por evidencias científicas
Ley
lenguaje conciso para describir un patrón generalizado en la naturaleza respaldado por evidencia científica y experimentos
representación en ecuación matemática única
declaración concisa y muy general (ley de conservación de la energía)
Principios
declaraciones menos explicables (el principio de pascal - solo se aplica a los fluidos)
similitud de teoría y ley
declaraciones científicas que resultan de una hipótesis probada y están respaldadas por evidencia científica
diferencias entre teoría y ley
la teoría es mucho mas compleja y dinámica
una ley describe una sola acción
una teoría explica todo un grupo de fenómenos
Conversión de unidades
conversión de una unidad a otra
80 m = 80 x10-³Kg = 0.080 Km
conversión de unidades no métricas a métricas
V = 10 mll / 20 min = 0.50 mll/min
0.50 mll/min x 1609/1 mll x 1min / 60 s = 13 m/s
conversión entre unidades métricas
7.86 g/cm³ x Kg/10³g x (cm/10-²m)³ = 7.86/(10)³ (10)-6 Kg/m³ = 7.86 x 10³Kg/m³
Estimaciones y cálculos de Fermi
aproximaciones para una cantidad en particular
aproximaciones de orden de magnitud
estimacion
usar razonamiento fisico para llegar a una idea aproximada del valor
nos permiten realizar controles para descartar números pocos realistas
estrategias
estimar longitudes - regla
dividir algo grande en pequeño
convertir algo pequeño en grande
obtener áreas y volúmenes
calcular el radio y longitud, ancho y altura
obtener el volumen o área con las formulas estándar
obtener masa de volúmenes y densidades
densidad tiene como dimensión la masa sobre la longitud al cubo
verificar si la respuesta es razonable
Cifras significativas
exactitud y precisión de una medición
observacion y experimento = mediciones
Exactitud - que tan cerca esta del valor aceptado
Precisión - que tan cerca esta entre mediciones de las mimas condiciones
algunas veces las medidas son precisas pero no exacta o viceversa
Exactitud, Precisión, Incertidumbre y Discrepancia
Exactitud - discrepancia al valor aceptado
Precisión - incertidumbre de medidas
Incertidumbre - medida cuantitativa del desvió entre los valores
factores de la incertidumbre
limitaciones del dispositivo de medición
la habilidad de la persona que toma la medida
irregularidades en el objeto que se mide
cualquier otro factor que afecte el resultado
Discrepancia - diferencia entre el valor medido y el valor dado
si las medidas no son muy exactas, la discrepancia es alta
porcentaje de incertidumbre
se expresa como un porcentaje - ðA/A =100%
incertidumbre en los calculos
existe en cualquier cosa a partir de cantidades medidas
incertidumbre porcentual - cantidad calculada por multiplicación o división
precisión de herramientas de medición y cifras significativas
herramientas de medición - pueden medir valores muy pequeños
calibrador
las cifras significativas indican la precisión de la herramienta de medición utilizada para medir un valor
ceros
pueden ser significativos
pueden ser marcadores de posicion
especial consideración cuando se cuentan cifras significativas
cifras significativas en los calculos
Cuando se combinan mediciones con diferentes grados de precisión, el número de dígitos significativos en la respuesta final no puede ser mayor que el número de dígitos significativos en el valor medido menos preciso
reglas
multiplicacion y division
el resultado debe tener el mismo número de cifras significativas que la cantidad con el menor número de cifras significativas que entran en el cálculo
suma y resta
la respuesta no puede contener más decimales que la medición menos precisa
cifras significativas en este texto
la mayoría de números tiene 3 cifras significativas
si la entrada tiene menos cifras significativas la respuesta igual
si un numero es exacto no afecta el número de cifras significativas en un cálculo
El alcance de la Física
Física proviene del griego phusis "naturaleza"
Describe las interacciones de la energía, la materia, el espacio y el tiempo para descubrir los mecanismos fundamentales a cada fenómeno
Comprensión de los fenómenos físicos en todas las escalas
La misma formación de la física sirve para otras áreas como la ciencia y tecnología
Principios de la Física impulsan nuevos avances tecnológicos
La Física es útil en situaciones cotidianas como en profesiones no científicas
Aplicaciones en la ciencias biologicas
Nivel microscópico
describe propiedades de las células y sus entornos
Nivel macroscópico
explica el calor, el trabajo y la potencia asociadas al cuerpo humano
Diagnósticos médicos
radiografías, resonancias, medición de flujo sanguíneo
Fenómenos sensoriales
instrum. musicales
hacen el sonido
vista - ojo
detecta el calor
láseres
transmiten información
La Física es un elemento clave de muchas disciplinas importantes y contribuye directamente a las demás
Quimica
átomos y moléculas
Geología
datación radiactiva de rocas, análisis de terremotos
Ingeniería
diseño de nuevas tecnologías
Arquitectura
estabilidad estructuras de las obras
Biofísica y Geofísica
hídridos de la Física
Unidades y estándares
comprender mejor la naturaleza
ecuaciones
principios fisicos
dar valores numericos
cantidades fisicas
como se mide o se calcula a partir de otras medidas
distancia = metro
tiempo = cronometro
velocidad = distancia / tiempo
expresión de cantidades físicas
combinación de solo 7 cantidades físicas básicas
sistemas principales de unidades
sistema metrico
unidades SI
centímetro - gramo - segundo (sgs)
sistema imperial
unidades inglesas
pie - libra - segundo (fps)
unidades SAE
pulgadas
sujetadores o llaves SAE
unidades SI: base y unidades derivadas
sistema de unidades
cantidades base
unidades (base del sistema)
derivan unidades base SI
cantidades físicas
cantidad derivada
unidad derivada
combinaciones algebraicas
derivan 7 cantidades base
unidades derivadas
área - cantidad derivada
metro cuadrado - unidad base
volumen - cantidad derivada
metro cubico - unidad base
V=L x Tiempo
metros/segundo - unidad base
densidad (masa x volumen) - cantidad derivada
kilogramo / metro cubico - unidad base
ángulos - cantidad derivada
radian - unidad base
unidades de tiempo, longitud y masa
cantidades físicas
tiempo - longitud - masa
unidades base
segundo - metro - kilogramo
el segundo (s)- unidad SI - tiempo
1/86,400 - día solar medio
1967- se redefinió en 9,192,631,770 vibraciones
el metro (m) unidad SI - longitud
1791- 1/10,000,000 - distancia Ecuador al Polo Norte
1889 - redefinir distancia entre dos líneas grabadas en una barra de platino-iridio
1960- redefinió como 1.650.763,73 longitudes de onda de luz naranja
1983 - 1/299,792,458 m/s - definicion actual
kilogramo (kg) - unidad SI - masa
define como la masa de un cilindro de platino-iridio
los científicos de NIST esta redefiniendo el kilogramo
prefijos métricos
se clasifican por factores de 10
no se pueden duplicar
ejemplo: mil kilogramos (10³kg) en mega gramos (1Mg)
(10³kg) es tonelada métrica
sistema metrico
100 cm es 1 m
1000 m es 1 Km
distancia en metros - construcción
distancia en kilómetros - transporte aéreo
nanómetros - diseño óptico
sistema ingles
12 pulgadas es 1 Pie
5280 Pies es 1 milla
Análisis dimensional
cantidades base - símbolo de su dimensión
longitud = L o L¹
tiempo = T o T¹
masa = M o M¹
área - producto de dos longitudes - L²
volumen - producto de tres longitudes - L³
velocidad - longitud/ dimensión en el tiempo - L/T
densidad de masa - masa sobre longitud al cubo - ML-³ o M/L³
características
si las 7 potencias son cero son adimensionales
números puros los llaman cantidades absolutas
se usan corchetes alrededor del símbolo
cualquier número de potencia 0 es 1
reglas dimensionales
cada término debe tener las mismas dimensiones
números puros de entrada y salida
usar dimensiones para recordar una ecuación
[TTr²]= numero puro / [r]² = longitud
[TTr²]= [TT] [r]² = 1 x L² = L² tiene una dimensión de área
comprobación de ecuaciones para la consistencia dimensional s = vt + 0.5at2
cantidades fisicas con dimensiones [s]= L; [v]= LT-¹; [a]= LT-²; [t] =T
[s] = L
[vt] = [v]·[t] = LT−¹· T = LT0 = L
[0.5at²] = [a]·[t]² = LT−²·T² = LT0 = L.
Resolviendo problemas en Física
Habilidad para resolver problemas
Capacidad de aplicar principios físicos
Habilidades analíticas
Creatividad y conocimiento
La creatividad y visión crecen con la experiencia
Conceptos básicos automáticos
Resolver ejemplos del texto mientras lees
Al final podrás aplicar la Física en todo tu entorno
Etapas para facilitar la resolución de problemas
Estrategia
etapa inicial, describe exactamente el problema
examinar la situacion e identificar los principios fisicos y ecuaciones a aplicar
identificar los datos dados y las incógnitas
solucion
hacer los cálculos
sustituir los datos en la ecuación adecuada
obtener soluciones numéricas completas con unidades
es un tercio de la resolución del problema
verificacion
evaluar su respuesta y significado
verificar las unidades, verificando las ecuaciones que se obtuvieron
verificar si la respuesta es razonable (tiene sentido)
el objetivo de la física es describir la naturaleza con precisión
resolvemos problemas de física para comprender como funciona la naturaleza