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GUÍA DE ESTUDIO DE FÍSICA BÁSICA PRE MEDICINA
DESARROLLO:
Medición: Magnitudes físicas fundamentales y derivadas. Sistemas Internacional de unidades (SI). Múltiplos y submúltiplos. Conversión de unidades. Análisis dimensional. Notación científica.Cifras significativas. Redondeo. Autoevaluación.
MEDICIÓN: MAGNITUDES FUNDAMENTALES Y DERIVADAS
a. ¿Qué es medición? Es el resultado de la actividad de Medir. Medir una magnitud física consiste en asignar a dicha magnitud un número igual al número de veces que contiene a una cantidad patrón (arbitrariamente elegida) denominada unidad. El resultado de esa comparación se denomina Medida. Para medir se necesita: ¾ Instrumento de medida y Unidad de medida a usar de acuerdo a la magnitud física. ¾ Magnitud física a medir. ¾ Un observador Ejemplo: cuando decimos que la longitud de un objeto es de 5 metros, lo que queremos decir es que es cinco veces más largo que el metro (longitud patrón previamente elegida y bien conocida).
b. ¿Qué es magnitud física? Por magnitud física entendemos cualquier propiedad de los cuerpos que se puede medir o cuantificar (es decir se le puede asignar un valor numérico). Una magnitud física está asociada a un fenómeno físico. El patrón de medición es la Unidad de medida tomada como referencia para expresar el valor de una magnitud física. Constituyen ejemplos de magnitudes físicas: la masa, la longitud, el tiempo, la densidad, la temperatura, la velocidad y la aceleración, etc.
Magnitud física
Instrumento Unidad de medida
Expresado cuantitativamente
Peso o Masa corporal
Masa Balanza clínica
kilogram o
60 kg
Talla Longitud Tallímetro metro 1,60 m Color del cabello
c. ¿Cómo se clasifican las magnitudes? Las magnitudes pueden ser clasificadas por su origen y por su naturaleza. Por su origen pueden ser: Magnitudes fundamentales y derivadas.
Las leyes físicas relacionan entre sí distintas magnitudes físicas. Sin embargo, siempre es posible elegir un conjunto de magnitudes independientes, que no están relacionadas por ninguna ley física, a partir de las cuales podemos definir todas las demás magnitudes físicas. Una Magnitud Fundamental es aquella que no puede definirse con respecto a las otras magnitudes y que en principio se pueden determinar mediante una medida directa. Estas magnitudes constituyen un conjunto de magnitudes físicas independientes, a partir de las cuales se pueden definir todas las demás magnitudes. Ejemplo: la masa, el espacio y el tiempo son magnitudes fundamentales, no relacionadas entre sí por ninguna ley, y a partir de las cuales se puede definir cualquier otra magnitud física. Entendemos por magnitudes derivadas aquellas magnitudes que se pueden definir a partir de otras a través de una ley física. Ejemplo: la velocidad es una magnitud derivada porque se puede definir a partir del espacio y del tiempo mediante la relación: v = x/t (velocidad a lo largo del eje X). No existe un conjunto único de magnitudes fundamentales. Un conjunto dado de magnitudes fundamentales y sus respectivas unidades constituye lo que llamamos un sistema de unidades. Por su naturaleza pueden ser Magnitudes escalares, vectoriales y tensoriales. Las Magnitudes escalares son aquellas magnitudes que quedan definidas mediante un número acompañado de su unidad. Ejemplos: la longitud, el volumen, la masa. Las Magnitudes vectoriales: son magnitudes que no quedan definidas sólo por un número real y su unidad, sino que también requieren el conocimiento de una dirección y un sentido. Ejemplos: velocidad, aceleración, fuerza. Las magnitudes tensoriales son aquellas que poseen un módulo, múltiples direcciones y sentidos normales a toda superficie. Ejemplo: Presión hidrostática, esfuerzos axiales, tangenciales, etc.
SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI)). MÚLTIPLOS Y
SUBMÚLTIPLOS
Un sistema de unidades es un conjunto dado de magnitudes fundamentales y sus respectivas unidades. El Sistema Internacional (SI), se adopta legalmente en el Perú mediante la Ley N° 23560 del 31 de Diciembre de 1982 y se refomenta mediante Ley D.S. -060 y D.S - 083-ITI/IND del 20 de Agosto de 1984. El Sistema Internacional tiene siete Magnitudes Fundamentales.
Magnitudes y Unidades Suplementarias (No son consideradas Fundamentales ni Derivadas)
MAGNITU D
FÓRMULA
DE
DEFINICIÓ
N
NOMBRE
DE LA
UNIDAD
SÍMBOLO
DE LA
UNIDAD
DIMENSIÓN
DE LA MAGNITUD
Angulo plano
θ = l/R radián rad [m.m-1^ ] = 1
Angulo sólido
Ω = S/R^2 estereorradi án
sr [m^2 .m-2^ ] = 1
OTROS SISTEMAS DE UNIDADES
Antes del SI, los sistemas más utilizados fueron el Sistema Absoluto y el Sistema Gravitacional o Técnico. Sistema Absoluto.
SUB- SISTEMA
LONGITUD
(L)
MASA (M) TIEMPO
(T)
M.K.S m kg s C.G.S cm g s F.P.S pie lb s
Sistema Gravitacional o Técnico
SUB- SISTEMA
LONGITUD
(L)
FUERZA (F) TIEMPO (T)
M.K.S m (^) kg = kp = kg-f s C.G.S cm (^) g =g-f s F.P.S pie (^) lb =lb-f s
Existen unidades que no se ubican en ningún sistema, éstas son unidades múltiplos y submúltiplos de alguna magnitud y usan prefijos como deca, hecto, kilo, deci, mili, micro etc. ó también unidades sueltas como millas, horas, nudos, yardas, etc.
Prefijos Múltiplos y Submúltiplos
- DE LA FÍSICA CAPÍTULO I: MEDICIÓN: MAGNITUDES FUNDAMENTALES Y DERIVADAS
- OBJETIVOS:...................................................................................................................................................
- INTRODUCCIÓN:
- DESARROLLO:..............................................................................................................................................
- MEDICIÓN: MAGNITUDES FUNDAMENTALES Y DERIVADAS
- SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI)). MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS
- CONVERSIÓN DE UNIDADES.................................................................................................................
- ANÁLISIS DIMENSIONAL
- NOTACIÓN CIENTÍFICA Y CIFRAS SIGNIFICATIVAS
- AUTOEVALUACIÓN
- CAPÍTULO II: ANÁLISIS VECTORIAL Y MECÁNICA DE SÓLIDOS.................
- OBJETIVOS:.................................................................................................................................................
- INTRODUCCIÓN:
- DESARROLLO:............................................................................................................................................
- MAGNITUDES VECTORIALES..............................................................................................................
- MECÁNICA DEL MOVIMIENTO DE UN CUERPO RÍGIDO...............................................................
- TORQUE....................................................................................................................................................
- PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO Y SEGUNDA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO
- CENTRO DE GRAVEDAD DE UN CUERPO RÍGIDO
- AUTOEVALUACIÓN
- CAPÍTULO III: ELASTICIDAD
- OBJETIVOS:.................................................................................................................................................
- INTRODUCCIÓN:
- DESARROLLO:............................................................................................................................................
- LEY DE HOOKE: CONSTANTE ELÁSTICA
- MÓDULO DE YOUNG
- MÓDULO DE CIZALLADURA
- MÓDULO DE TORSIÓN
- MÓDULO VOLUMÉTRICO.....................................................................................................................
- AUTOEVALUACIÓN
- CAPÍTULO IV: MECÁNICA DE FLUIDOS
- OBJETIVOS:.................................................................................................................................................
- INTRODUCCIÓN:
- DESARROLLO:............................................................................................................................................
- HIDROSTÁTICA.......................................................................................................................................
- HIDRODINÁMICA
- AUTOEVALUACIÓN
- CAPÍTULO V: TEMPERATURA Y CALOR
- OBJETIVOS:.................................................................................................................................................
- INTRODUCCIÓN:
- DESARROLLO:............................................................................................................................................
- TEMPERATURA.......................................................................................................................................
- DILATACIÓN............................................................................................................................................
- CALORIMETRIA.
- AUTOEVALUACIÓN
- CAPÍTULO VI: TERMODINÁMICA............................................................................
- OBJETIVOS:.................................................................................................................................................
- INTRODUCCIÓN:
- DESARROLLO:............................................................................................................................................
- TERMODINÁMICA..................................................................................................................................
- PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
- SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA.........................................................................................
- AUTOEVALUACIÓN
- CAPÍTULO VII: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
- OBJETIVOS:.................................................................................................................................................
- INTRODUCCIÓN:
- DESARROLLO:............................................................................................................................................
- ELECTROSTÁTICA
- ELECTRODINÁMICA..............................................................................................................................
- MAGNETISMO
- AUTOEVALUACION
- CAPÍTULO VIII: ONDAS. FÍSICA MODERNA
- OBJETIVOS:.................................................................................................................................................
- INTRODUCCIÓN:
- DESARROLLO:............................................................................................................................................
- ONDAS
- FÍSICA MODERNA
- AUTOEVALUACIÓN - Yotta Y - Zeta Z - Exa E - Peta P - Tera T - Giga G - Mega M - Kilo k
- MÚLTIPLOSDeca da - Deci d 10 - - Centi c 10 - - Mili m 10 - - Micro μ 10 - - Nano n 10 - - Pico p 10 -
- Femto f 10 - - Atto a 10 -
- SUBMÚLTIPLOSYocto y 10 -
o 1 cm = 10-2^ m o 1 km = 10^3 m o 1 milla terrestre = 1,609 km = 1 609 m o 1 milla marina = 1,852 km = 1 852 m o 1 m ≈ 1,093 6 yd ≈ 5,281 pies ≈ 39,37 pulgadas o 1 pulgada ≈ 2,54 cm o 1 pie = 12 pulgadas ≈ 30,48 cm ≈ 0,304 8 m o 1 yd = 3 pies ≈ 91,44 cm o 1 Å = 0,1 nm o 1 m = 10^15 fm = 10^10 Å = 10^9 nm o 1 año-luz = 9,461 x10^15 m o 1 min = 60 s o 1 h = 3600 s o 1 día = 86 400 s o 1 cm^2 = 10-4^ m^2 o 1 km^2 = 10^6 m^2 o 1 cm/s = 10 -2^ m/s o 1 cm/s 2 = 10-2^ m/s 2 o 1 N = 1 kg.m/s 2 o 1 kg-f ≈ 9,806 65 N o 1 dina = 10 -5^ N o 1 ergio = 10 -7^ J o 1 ergio/s = 10 -7^ W o 1 C.V ≈ 745,7 W o 1 atm = 1,013 25x10 5 Pa = 760 torr = 760 mmHg = 1 000 mbar o 1 mm Hg = 1 torr ≈ 133,32 Pa o 1 cal ≈ 4,186 8 J o 1 kcal ≈ 4 186,8 J o 1 kcal/(kg. k) ≈ 4 186,8 J/(kg. k ) o 1 dina/cm = 10-3^ N/m o 1 MeV ≈ 1,602 x 10-3^ J o 1 W. h = 3 600 J o 1 kw.h = 3,6 x10^6 J = 3,6 MJ o 1 acre = 43 560 pie 2 = 13 277 m^2 o 1 m^3 = 10^6 cm^3 o 1 l = 1 000 cm^3 = 10-3^ m^3 o 1 gal ≈ 3, 786 l ≈ 0,003 786 m^3 ≈ 8 pt ≈ 128 oz ≈ 231 pulg^3 o 1 kg = 1 000 gr o 1 Tm = 1000 kg o 1 UMA ≈ 1,660 6 x 10-27^ kg o 1 slug ≈ 14,59 kg ≈ 32,2 lbm o 1 lbm ≈ 0,453 kg o 1 kg ≈ 6,852 x 10-2^ slug
o 1 g/cm^3 = 1 000 kg / m^3 = 1 kg/l o 1 lb-f ≈ 4,448 2 N ≈ 1 slug.pie /s^2 ≈ 4,448 2 kg m/s 2 o 1 lb-f/pulg^2 ≈ 6,895 kPa ≈ 6,895 x 10^3 Pa o 1 bar = 100 kPa = 750 torr = 10^5 N/m^2 o 1 pie.lb-f ≈ 1,356 J o 1 B.T.U = 778 pie.lb-f ≈ 252 cal ≈ 1 054,35 J o 1 e.V ≈ 1,602 x 10-19^ J o 1 B.T.U /min ≈ 17,58 W
ANÁLISIS DIMENSIONAL
El análisis dimensional es un proceso matemático algebraico que permite expresar las magnitudes físicas derivadas en función de las fundamentales. El análisis dimensional se realiza con dos objetivos principales:
- Verificar la validez o falsedad de las dimensiones de una ecuación física y
- Obtener fórmulas empíricas. Las dimensiones de las magnitudes fundamentales y derivadas son el resultado de resolver las ecuaciones dimensionales. Por ejemplo [a]: se expresa ecuación dimensional de “a”.
Las ecuaciones dimensionales de las magnitudes fundamentales en el SI, son: [longitud] = L, [masa] = M, [tiempo] = T, [temperatura termodinámica] = θ, [intensidad de corriente] = I, [intensidad luminosa] = J, [cantidad de sustancia] = N; donde L, M, T, θ, I, J, N son las respectivas dimensiones de las magnitudes fundamentales (longitud, masa, tiempo, temperatura termodinámica, intensidad de corriente, intensidad luminosa, cantidad de sustancia). La ecuación dimensional de cualquier magnitud en el SI tiene la forma: [Z] = La^ M b^ Tc^ θd^ I e^ J f^ Ng; donde a, b, c, d, e, f, g pertenecen al conjunto de los números reales. Las ecuaciones dimensionales de magnitudes fundamentales para el Sistema Absoluto tienen la forma: [longitud] = L; [masa] = M; [tiempo] = T La ecuación dimensional de cualquier magnitud en el Sistema Absoluto tiene la forma: [Y] = La^ M b^ Tc, donde a, b, c, pertenecen al conjunto de los números reales. Las ecuaciones dimensionales de magnitudes fundamentales para el Sistema Técnico tienen la forma: [longitud]=L; [fuerza] = F; [tiempo] = T donde L, F, T, son las dimensiones de la longitud, fuerza y el tiempo. La ecuación dimensional de cualquier magnitud en el Sistema Técnico tiene la forma: [Y] = La^ Fb^ Tc; donde a, b, c pertenecen al conjunto de los números reales.
Propiedades de las ecuaciones dimensionales
- Las ecuaciones dimensionales cumplen las Leyes del Álgebra excepto para la suma y la resta, esto es: [ A.B] = [A].[B];
Ejm: 245 = 2,45 x 10^2 , tiene por orden de magnitud 10 2. 0,003 4 = 3,4 x 10-3^ , tiene por orden de magnitud 10-^.
CIFRAS SIGNIFICATIVAS 4 Las cifras significativas de un número son aquellas que nos proveen información. Es importante que los datos reportados reflejen la exactitud de tus cálculos y mediciones. El número de cifras significativas es el número de dígitos excepto por los ceros usados para resaltar la posición del punto decimal. Por ejemplo:
Número Cifras Significativas 27 2 270 3 0,27 2 0,2700 4 0,027 2
Si estás tomando medidas de masa (ejemplo: peso), o del largo y el instrumento que usas es confiable a dos cifras significativas; entonces no es correcto expresar los resultados a tres o cuatro cifras. En toda medición obtendremos una medida con dígitos seguros y dígitos dudosos. Ejm: Para la medición de la talla de una persona con un tallímetro de centésimas de metro de precisión, si obtenemos una medida de 1,76 m, se está diciendo que estamos seguros de los dos primeros dígitos, el “1” y el “7”; pero que puede haber un error en el último dígito (dudoso), el “6”; pues podría ser “5” o “7”. En este ejemplo tenemos tres cifras significativas. Asi el número de Cifras Significativas es el número de dígitos seguros más el dígito dudoso. Cuanto más cifras significativas tenga una medida, más precisa será dicha medición. La exactitud de los datos obtenidos en un experimento depende tanto de los instrumentos de medida como de la calidad del experimentador. Por cuanto todo instrumento de medida tiene un límite de sensibilidad, es lógico pensar que al medir, por ejemplo el tiempo, con un reloj de pulsera, es imposible obtener una exactitud de milésimas o millonésimas de segundo. El correcto manejo de los datos obtenidos en un experimento, en cuanto a su precisión se refiere, se trabaja con las cifras significativas. Al afirmar que la medición de cierta longitud dio como resultado 15,4 cm, se quiere decir que sobre el valor de 15 cm tenemos plena certeza, mientras que el 4 decimal es un tanto ambiguo y está afectado por cierto error. Lo único que se puede decir con seguridad es que el valor obtenido está más cerca de 15 cm que de 16 cm ó de 14 cm. Acerca de las centésimas no se dice nada. No sabemos si el resultado de la medición es 15,42 cm ó 15, cm, pero si que este valor se encuentra entre 15,35 cm y 15,45 cm, presentándose entonces una incertidumbre total de ±0,1 cm. Como vemos no es lo mismo escribir 15,4 cm que escribir 15,40 cm ya que en este caso estamos afirmando que conocemos la longitud con una exactitud de hasta una centésima, (que es diez veces más exacto que en el caso anterior) y así, la incertidumbre es ya de una milésima de centímetro, es decir el valor de la longitud se encuentra entre 15,395 cm y 15,415 cm. Las dos cifras 15,4 cm y 15,40 cm implican métodos e instrumentos de medida que pueden ser diferentes.
De esta manera:
Todo este bloque de cifras contiene la misma información desde el punto de vista experimental. Se dice por lo tanto que todas ellas tienen el mismo número de cifras significativas que en este caso es de tres (3), compuesta de dos dígitos ciertos (15) y uno afectado por la incertidumbre (el 4 decimal). Sin embargo el número total de dígitos no representa necesariamente la precisión de la medición. Por ejemplo la población de una ciudad se reporta con seis cifras como 260 000. Esto puede significar que el valor verdadero de la población yace entre 259 999 y 260 001 los cuales tienen seis cifras significativas. En realidad lo que significa es que la población está más cerca de 260 000 que de 250 000 ó de 270 000. En notación decimal: 26 x 10^4 ó 2,6 x 10^5.
Reglas de Redondeo^2
- Si el digito a eliminar es > 5 el digito retenido aumenta en uno.
- Si el digito a eliminar es < 5 el digito retenido se mantiene.
- Si el digito a eliminar es 5 y el retenido impar el retenido aumenta en uno.
- Si el digito a eliminar es 5 y el retenido par, el retenido se mantiene.
Reglas de cada operación en relación a cifras significativas ¾ En la suma o resta de datos experimentales, por ejemplo: 23,6 m +2,53 m El dígito 3 se suma a un número desconocido y por lo tanto dará un número desconocido; concluimos que el número 2,53 debe aproximarse a la décima, aquí 2,5 m. Nuestra suma será:
6. Una pulgada de agua (pulg H 2 O), unidad de presión utilizada a veces en terapia respiratoria, es la presión ejercida por una columna de agua de una pulg de altura. Hacer la conversión de pulgadas de agua a: centímetro de agua, y milímetro de mercurio. Rpta. 2,54 cmH 2 O; y 1,87 mmHg
7. Dada la ecuación: F = η x^. ry. vz ; donde: F = Fuerza, η =
Viscosidad= ( ) LongitudxTiempo
masa , r = Radio, v = Velocidad.
Hallar: x +y+z Rpta. 3
8. La ecuación dimensional del ímpetu. Rpta. MLT- 9. La “kcal” es una unidad de: Rpta. Energía 10. El kilopondio es una unidad de: Rpta. Fuerza 11. El bar es unidad de: Rpta. Presión 12. El Angstrom en el SI es: Rpta. 10 -10^ m 13. La velocidad crítica “ v c” a la cual el flujo de un líquido a través de un tubo se convierta en turbulento, depende de la viscosidad “ η ”, de la densidad “ρ” del fluido, del diámetro “ D ” del tubo y de una constante adimensional “ R ”. Halle la relación para calcular dicha velocidad.
Rpta. η R ρ−^1 D −^1
14. La fuerza centrípeta que permite a un móvil desplazarse a lo largo de una circunferencia depende de la masa de la velocidad y del radio. Asumiendo la constante experimental, igual a la unidad, hallar la fórmula de la fuerza centrípeta.
Rpta. R
mv Fc
2
15. Determinar el valor de " x + y "en la siguiente ecuación física: T gX^ LY
= , siendo:
g = aceleración de la gravedad, L = Longitud de la cuerda, T = Período. Rpta. 0
16. En la siguiente expresión: c v
c F = av ( b + )+ , siendo: F = Fuerza, v = Velocidad lineal.
Hallar las dimensiones de “ a ” y “ b ” Rpta. 1; MT −^1
17. En la siguiente ecuación dimensionalmente correcta, hallar la dimensión de “k”,sí:
b x x m
kb A = + − , donde: A = Área, x = Longitud, m = Masa.
Rpta. ML
18. La presión (P) que ejerce un chorro de agua sobre una pared vertical viene dada por la
siguiente fórmula empírica: P = kQx^ dyAZ , siendo: k = Constante numérica, d = Densidad del agua, A = Área de la placa, Q = Caudal = Área x Velocidad. Determinar la expresión final de dicha fórmula.
Rpta. (^2)
2
A
kQd
19. En la siguiente fórmula: 2 2 2
kx = Ad + Bp , donde: k es una constante dimensional
( MT −^2 ), x = Longitud, d = distancia, p = Momentum lineal = masa x velocidad. Hallar la magnitud que representa " A. B ". Rpta. aceleración
20. Encuentra las dimensiones de la Constante de Planck “ h ”, sí: E = hf , donde: E =
Energía (tiene dimensiones igual al trabajo), f = Frecuencia. Rpta. ML^2 T −^1
21. La frecuencia ( f ) de oscilación de un péndulo viene determinado por la longitud ( l ) del péndulo, y de la aceleración de la gravedad ( g ) del lugar. Hallar la fórmula que relaciona estas variables.
Rpta. l
g k
22. Relacionar las definiciones así como las dimensiones de las cantidades físicas. ( 1 ) Longitud, Masa, Tiempo ( ) Aceleración ( 2 ) Velocidad, Aceleración, Fuerza ( ) Magnitudes Fundamentales ( 3 ) LT −^2 ( ) Trabajo ( 4 ) ML^2^ T −^2 ( ) Presión ( 5 ) ML −^1 T −^2 ( ) Magnitudes Derivadas Rpta. (3), (1), (4), (5), (2) 23. Si la expresión: ( )
2
2
A CB
CA B
x −
= es dimensionalmente correcta. Hallar la ecuación
dimensional de “ C ”, sí: A = Velocidad. Rpta. L −^1 T
24. Hallar la ecuación dimensional de “ P ”, si la ecuación dada es dimensionalmente
correcta: 2
0
1 ( ) C
R
mR P −
= , donde: m 0 = Masa; C = Velocidad de la luz.
Rpta. MLT −^1
CAPÍTULO II: ANÁLISIS VECTORIAL Y MECÁNICA DE SÓLIDOS
OBJETIVOS:
Define e identifica Magnitudes Vectoriales. Descompone un vector en un sistema de coordenadas conveniente. Comprende y aplica el concepto de Fuerza. Fuerzas fundamentales y derivadas. Diagrama de Cuerpo Libre. Comprende y analiza el movimiento de los cuerpos sólidos con las Leyes de Newton. Comprende y aplica el concepto de Cuerpo rígido y Torque o momento de una fuerza. Aplica las Condiciones de Equilibrio para una partícula y un cuerpo rígido. Determina el Centro de gravedad de un Cuerpo Rígido.
INTRODUCCIÓN:
El análisis vectorial, es una parte de las matemáticas que estudia el conjunto de propiedades y reglas de operaciones con vectores; la Física hace uso de ésta herramienta para estudiar las magnitudes físicas vectoriales. En la naturaleza existen fenómenos físicos, como por ejemplo: caída de los cuerpos, choques y colisiones, fuerza muscular, movimientos articulares, marcha humana, distribución del peso corporal, los cuáles pueden ser explicados asociándolos a un carácter vectorial, ésta forma de representación vectorial nos permite obtener información completa de las características del fenómeno.
La descomposición de un vector, se puede plantear respecto a un sistema de coordenadas que permita la mayor simplicidad para el análisis, por ejemplo cuando se analiza una palanca es preferible ubicar el sistema de coordenadas haciendo coincidir los ejes de forma paralela y perpendicular al brazo de la palanca.
Al igual que existen magnitudes fundamentales, y que todas las demás pueden formase a partir de éstas, en la naturaleza, sólo existen cuatro fuerzas denominadas fundamentales, la cuáles originarán a todas las variedades de fuerzas que podamos identificar en el medio ambiente.
Trabajar con fuerzas involucra realizar correctamente un diagrama de cuerpo libre, así como diferenciar si las fuerzas se aplican a una partícula o a un cuerpo rígido. Para el análisis del movimiento del cuerpo humano, se utilizan las Leyes de Newton, asumiendo que éste es un cuerpo sólido.
Conceptos claves: Magnitud Vectorial. Sistema de coordenadas. Fuerza. Leyes de Newton. Cuerpo rígido. Condiciones de Equilibrio. Centro de gravedad.
DESARROLLO:
Magnitudes Vectoriales: Velocidad, aceleración, fuerza Mecánica del Movimiento de un Cuerpo Rígido Torque Primera Condición de Equilibrio y Segunda Condición de Equilibrio.
Centro de gravedad de un Cuerpo Rígido. Autoevaluación.
MAGNITUDES VECTORIALES a. ¿Qué es una magnitud vectorial? Las Magnitudes vectoriales son magnitudes que no quedan definidas sólo por un número real y su unidad, sino que también requieren el conocimiento de una dirección y un sentido. Ejemplos: velocidad, aceleración, fuerza.
b. ¿Qué es un vector? Es un ente matemático invariante, o sea independiente de los sistemas de coordenadas. Su representación convencional es por medio de un segmento de recta orientado.
c. ¿Cuáles son las partes de un vector? Son: módulo, dirección y sentido. Módulo: Es la magnitud del vector incluyendo su unidad. Dirección: Es el ángulo medido con respecto a un eje de referencia. Sentido: Es la orientación que tiene el vector con respecto a la dirección. Ejemplo N° 1: Analizando la figura, que representa la fuerza F de 300 N, que ejerce el músculo deltoides cuando el brazo se mantiene en posición horizontal (abducción).
Módulo: 300 N Dirección: 15 ° con respecto al eje longitudinal del húmero. Sentido: De lateral a medial y de abajo hacia arriba. Eje de referencia: Eje longitudinal del húmero.
d. ¿Cuáles son las aplicaciones de los vectores? En medicina, se representan por vectores la fuerza muscular, la fuerza de contacto entre dos superficies óseas de una articulación, el peso de las estructuras corporales, el eje de despolarización cardiaco, dirección de flujo sanguíneo, dirección del desplazamiento de iones en un campo eléctrico a nivel de la membrana celular, desplazamiento de ondas acústicas, vector de magnetización en resonancia magnética. e. ¿Cómo se descompone un vector en un sistema de coordenadas? Situación A: En el Ejemplo N° 1 1er paso: Ubicar el sistema de coordenadas más preferente. Como se trata de una palanca en posición horizontal, usaremos el Sistema de coordenadas “X” e “Y” como es habitual.
