fisica, inicio previo, Apuntes de Física. Universidad a Distancia de Madrid (UDIMA)
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Asignatura: fisica, Profesor: luis gil, Carrera: Ingeniería Forestal, Universidad: UPM
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TEMA 0.1 - CONOCIMIENTOS PREVIOS

1.- La Física es la ciencia que estudia las propiedades de la materia y las leyes que tienden a modificar su estado o su movimiento sin alterar su naturaleza.

MÉTODO CIENTÍFICO.

El fin que persigue la Física es deducir los principios generales y las leyes que rigen en la naturaleza.

Los científicos, para estudiar los fenómenos físicos, utilizan el método científico que es una forma de investigación que consta esencialmente de los siguientes apartados:

- Observación de un fenómeno en la naturaleza.

- Formulación de hipótesis para justificarlo.

- Experimentación reproduciendo dicho fenómeno.

- Interpretación de resultados y contraste de los mismos con las hipótesis.

- Formulación de conclusiones y obtención de leyes y teorías.

- Comunicación a la sociedad científica de estos logros.

2.-

En los diversos fenómenos físicos se observa que los cuerpos y sistemas poseen ciertas propiedades. A algunas de ellas se las denomina magnitudes físicas por el hecho de ser propiedades que se pueden medir comparándolas con las de otros cuerpos y sistemas.

CONCEPTO DE MAGNITUD FÍSICA.

Para medir una magnitud física hay que compararla con un valor concreto de dicha magnitud a la que se denomina unidad, estas unidades se agrupan en los llamados sistemas de unidades. En España se utiliza el denominado Sistema Internacional de Unidades (SI).

En la expresión de las leyes físicas se puede observar que las distintas magnitudes están relacionadas entre sí, es decir, que la medida de una de ellas se puede obtener a partir de la de otras, por ello se eligen unas pocas magnitudes a partir de las cuales se pueden definir todas las demás. A estas magnitudes se las denomina magnitudes fundamentales. No quiere decir que estas magnitudes sean más importantes que las demás, sino que se adoptan como fundamentales las que por convenio son más utilizadas o son más cómodas de usar en las ecuaciones de dimensiones.

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En la siguiente tabla vienen indicadas las magnitudes fundamentales elegidas en el SI, así como sus respectivas unidades.

MAGNITUDES FUNDAMENTALES UNIDADES Y ABREVIATURAS

Longitud Metro ( m )

Masa Kilogramo ( kg )

Tiempo Segundo ( s )

Intensidad de corriente eléctrica Amperio ( A )

Temperatura termodinámica Kelvin ( K )

Cantidad de materia Mol ( mol )

Intensidad luminosa Candela ( cd )

FIGURA 1 – MAGNITUDES FUNDAMENTALES

Si observamos las abreviaturas de las distintas unidades, veremos que algunas se escriben con mayúsculas y otras no, esto es debido a que algunas de ellas tienen un nombre que deriva de los apellidos de científicos que han destacado de manera especial, por eso y para diferenciarlas de las demás, se escribe su letra inicial con mayúscula.

Por otra parte algunas magnitudes físicas, para que queden perfectamente determinadas, basta con dar el valor de su medida seguido de la unidad correspondiente; a estas magnitudes se las llama magnitudes escalares. Otro tipo de magnitudes son aquellas a las cuales hay que dar, aparte de su valor, su dirección, su sentido e incluso su punto de aplicación; a estas se las llama magnitudes vectoriales.

3.- Para expresar las medidas de las magnitudes de algunos cuerpos y sistemas puede ocurrir que el tamaño de las unidades adoptadas como patrones no sea el apropiado, debido a esto es necesario adoptar unos múltiplos y submúltiplos que, como es lógico, también están normalizados. En la siguiente tabla se pueden ver los utilizados en el SI. A veces se suelen utilizar algunos más de los

MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS DE UNIDADES EN EL SI.

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indicados en la figura. Cuando ocurra esto se especificará su valor y su abreviatura, en caso de que exista.

Para escribir el valor de una medida se pone delante de la unidad el símbolo o abreviatura correspondiente. Por ejemplo, para representar el valor de la distancia entre el Sol y la Tierra, podemos hacer lo siguiente:

d = 150000000000 m = 150000000 km = 150 Gm

MÚLTIPLOS SUBMÚLTIPLOS

PREFIJO SÍMBOLO FACTOR PREFIJO SÍMBOLO FACTOR

Exa E 1018 Deci d 10-1

Peta P 1015 Centi c 10-2

Tera T 1012 Mili m 10-3

Giga G 109 Micro μ 10-6

Mega M 106 Nano n 10-9

Kilo k 103 Pico p 10-12

Hecto h 102 Femto f 10-15

Deca da 101 Atto a 10-18

FIGURA 2 – MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS DEL SI

4.-

Una ecuación de dimensiones de una magnitud derivada cualquiera U, es una expresión simbólica que nos indica la dependencia que existe entre la magnitud derivada y las fundamentales.

ECUACIÓN DE DIMENSIONES.-

La expresión de una ecuación de dimensiones en Mecánica suele ser de la forma siguiente:

[U] = Ma Lb Tc

En esta expresión, a los exponentes a, b y c se les llama dimensiones de la magnitud derivada y pueden ser números enteros o fraccionarios, positivos o negativos. Como se puede ver en la ecuación de dimensiones, la magnitud derivada se expresa entre corchetes y las fundamentales con sus correspondientes abreviaturas.

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Ejemplo 1.- Escribe la ecuación de dimensiones de la velocidad.

[v] = [��] [��]

= L T -1

La ecuación de dimensiones de una magnitud fundamental coincide con ella misma.

Las ecuaciones de dimensiones se suelen emplear para comprobar la homogeneidad en la igualdad de una fórmula física.

MAGNITUD ECUACIÓN DE DIMENSIONES SI UNIDAD DE MEDIDA SI

Longitud L m

Masa M kg

Tiempo T s

Superficie L2 m2

Volumen L3 m3

Velocidad L T-1 m/s

Aceleración L T-2 m/s2

Ángulo Adimensional rad (radián)

Velocidad angular T-1 rad/s

Aceleración angular T-2 rad/s2

Fuerza M L T-2 N (newton)

Energía-Trabajo M L2 T-2 J (julio)

Potencia M L2 T-3 W (vatio)

Presión M L-1 T-2 N/m2 (pascal)

Densidad M L-3 kg/m3

Momento lineal M L T-1 kg m/s

FIGURA 3 – ECUACIONES DE DIMENSIONES MÁS USUALES

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