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    fisica aplicada fisica aplicada Document Transcript

    • UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA FÍSICA APLICADA 2012Los fenómenos físicos están presentes a diario en todas las actividades de la vida.Gracias al desarrollo de la Ciencia Física existen muchos inventos que han mejorado lavida del hombre, por citar algunos desde la rueda, el motor, la luz, la electricidad, la radio,la televisión, el teléfono, el celular, etc, hace emocionante el estudio y comprensión deéstos fenómenos. Igualmente comprender como los fenómenos físicos bien conducidostambién ayudan a mejorar la salud de las personas es esencial para todo estudiante,como también comprender como dichos fenómenos mal conducidos pueden perjudicar lasalud de los seres vivos y aún más de todo el planeta. Este curso además muestra alestudiante la manera responsable como debemos asumir los beneficios y riesgos de lapresencia de dichos fenómenos en la vida de las personas.El conocimiento de la Ciencia-Física ayudará al estudiante a determinar los efectosbenéficos y perjudiciales que sobre la vida del planeta tierra ha tenido y sigue teniendo losinnumerables fenómenos físicos que se presentan.Igualmente, ayudará a entender las formas y métodos para minimizar o amplia r losefectos según sea el perjuicio o el beneficio, tanto en la vida laboral y/o cotidiana.El curso de Física Aplicada trata de temas desde un punto de vista contemporáneo ycoherente, integrando en lo posible, las descripciones newtonianas, relativista y cuánticade la naturaleza, haciendo del curso una visión moderna de la Física. Ademásproporciona a los estudiantes un firme entendimiento de cómo se analizan los fenómenosfísicos y a través de los problemas planteados, se lleva al estudiante a una aplicación dela ciencia Física directa en su entorno.Unidad 1 : LA MEDICIÓN EN LA FÍSICA-MAGNITUDES FÍSICASUnidad 2: SONIDOUnidad 3: CALOR Y TEMPERATURAUnidad 4: ELECTRICIDADUnidad 5: MECÁNICA DE FLUIDOS. BIBLIOGRAFÍA GENERAL DEL CURSO- Física para las ciencias de la vida y de la salud, MacDonald y Burns. Addison-Wesley Iberoamericana.- Física, M. Alonsos y J.E. Finn, Addison-Wesley Iberoamericana.- Física para las ciencias de la vida, Alan H. Cromer, Editorial Reverté, S.A.- Física para ciencias e ingeniería Raymond A. serwayIng. ALEX I MONTERO SANTIAGOEsp en Matemática Página 1
    • UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA FÍSICA APLICADA 2012Unidad 1 : LA MEDICIÓN EN LA FÍSICA-MAGNITUDES FÍSICASImportancia de la MediciónLa física intenta describir la naturaleza de una forma objetiva por medio de lasmediciones.Gran parte de nuestro conocimiento descansa sobre una base de medición ingeniosa y uncálculo sencillo.1.1 Sistema Internacional de unidades (S.I) se creo en 1960Magnitudes Fundamentales y Derivadas1.1.1.a Magnitudes Fundamentales: sirven de base para obtener las demás magnitudes queutiliza la física. Magnitud Unidad Símbolo Longitud metro m Masa kilogramo kg Tiempo segundo s Intensidad de corriente eléctrica ampere A Temperatura termodinámica kelvin K Intensidad luminosa candela cd Cantidad de materia mol mol1.1.1.b Magnitudes derivadas .las magnitudes derivadas se obtienen de las magnitudesfundamentales por medio de ecuaciones matemáticas. Magnitud Unidad Abreviatura Expresión SI 2 2 Superficie metro cuadrado m m 3 3 Volumen metro cúbico m m Velocidad metro por segundo m/s m/s 2 Fuerza newton N Kg·m/s 2 2 Energía, trabajo julio J Kg·m /s 3 3 Densidad kilogramo/metro cúbico Kg/m Kg/mIng. ALEX I MONTERO SANTIAGOEsp en Matemática Página 2
    • UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA FÍSICA APLICADA 20121.2 Otros sistemas: Hoy es obligatorio usar el sistema internacional de unidades o SIcomo patrón en el comercio, la industria y la investigación científica. Sin embargo, todavíasubsiste el sistema CGS o cesesimal cuyas unidades básicas son: el centímetro, el gramoy el segundo, para longitudes, masa y tiempo, respectivamente. Magnitud SI C.G.S. Inglés Longitud metro (m) centímetro (cm) pie (ft) Masa kilogramo (kg) gramo (g) libra (lb) Tiempo segundo (s) segundo (s) segundo (s) 2 2 Área o Superficie m cm pie2 Volumen m3 cm3 pie3 Velocidad m/s cm/s pie/s 2 2 Aceleración m/s cm/s pie/s2 Fuerza kg·m/s2 = newton g·cm/s2 = dina libra·pie/s2 = poundal Trabajo y Energia N·m= joule dina·cm = ergio poundal·pie 2 2 Presion N/m = pascal dina/cm = baria poundal/pie2 Potencia Joule/s=watt ergio/s poundal·pie/s1.3 Notación Científica: La notación científica sirve para expresar en forma cómoda aquellas cantidades que son demasiado grandes o demasiado pequeñas. 5348  5,348x103 0.0005348  5,348x10 41.4 Conversión de unidades: una misma longitud puede expresarse con diferentesunidades. Para resolver un problema debemos convertir las diferentes unidades a launidad patrón respectivamente del SI. Empleando para tal efecto los factores deconversión.a-unidades de longitud b-unidades de superficie c- unidades de masad-unidades de tiempo e- Unidades de Capacidad Mm Km Hm Dm m dm cm mm µ Å 10.0000m 1000m 100m 10m 1 0.1m 0.01m 0.001m 0.000001m unidades Horas Minutos Segundos equivalencia 1 dia 24 1440 86400 1 hora 1 60 3600 1 minuto 1/60 1 60 1segundo 1/3600 1/60 1 Multiplo Unidad Submultiplo patron Tonelada quintal kilogramo gramo decigramo centigramo miligramo 1000kg 100kg 1kg 0.001kg 0.0001kg 0.00001kg 0.000001kgIng. ALEX I MONTERO SANTIAGOEsp en Matemática Página 3
    • UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA FÍSICA APLICADA 2012Unidades de Capacidad:Las medidas de capacidad tienen una unidad de patrón (el litro): la cual posee múltiplosy submúltiplos Multiplo Unidad Submultiplo PatronKilolitro Hectolitro Decalitro Litro decilitro centilitro mililitro 1000L 100L 10L 1L 0.1L 0.01L 0.001LEquivalencia entre unidades de capacidad y unidades de Volumen1 =1kilolitro1.4.1 Conversión de un sistema a otro:Para convertir unidades de un sistema a otro se utilizan los factores de conversióncorrespondientes Nombre de la unidad Equivalencia con el metro pulgada 0.0254m=2.54cm Pie 0.3048m=30.48cm Yarda 0.9144 Vara 0.8400m Milla 1609.34m Milla nautica 1852m1.5 Procesos de medición: Las mediciones puede ser directa o indirecta1.5.1 Medición directa: Para obtener el largo del salón de clase basta con establecercuantas veces esta contenida la unidad patrón (m) en dicha longitud. Este es un procesodirecto porque obtenemos la medida exacta por un proceso visual. A partir de lacomparación con la unidad patrón.1.5.2 Medición indirecta: se realiza mediante cálculos matemático debido a que es imposible obtenerla a simple vista.1.53 Errores: Tenemos dos tipos de errores en el proceso de medida:1-Errores sistemáticos. Tienen que ver con la metodología del proceso de medida (formade realizar la medida):a-Calibrado del aparato. Normalmente errores en la puesta a cero. En algunos casoserrores de fabricación del aparato de medida que desplazan la escala. Una forma deIng. ALEX I MONTERO SANTIAGOEsp en Matemática Página 4
    • UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA FÍSICA APLICADA 2012arreglar las medidas es valorando si el error es lineal o no y descontándolo en dicho casode la medida.b- Error de paralaje: cuando un observador mira oblicuamente un indicador (aguja,superficie de un líquido,...) y la escala del aparato. Para tratar de evitarlo o, al menosdisminuirlo, se debe mirar perpendicularmente la escala de medida del aparato.2-Errores accidentales o aleatorios. Se producen por causas difíciles de controlar:momento de iniciar una medida de tiempo, colocación de la cinta métrica, etc.Habitualmente se distribuyen estadísticamente en torno a una medida que sería lacorrecta. Para evitarlo se deben tomar varias medidas de la experiencia y realizar untratamiento estadístico de los resultados. Se toma como valor o medida más cercana a larealidad la media aritmética de las medidas tomadas.1.5.3.1 Calculo de errores:Bien sea una medida directa (la que da el aparato) o indirecta (utilizando una fórmula)existe un tratamiento de los errores de medida. Podemos distinguir dos tipos de errores quese utilizan en los cálculos:a-Error absoluto. Es la diferencia entre el valor de la medida y el valor tomado comoexacto. Puede ser positivo o negativo, según si la medida es superior al valor real o inferior(la resta sale positiva o negativa). Tiene unidades, las mismas que las de la medida.b-Error relativo. Es el cociente (la división) entre el error absoluto y el valor exacto. Si semultiplica por 100 se obtiene el tanto por ciento (%) de error. Al igual que el error absolutopuede ser positivo o negativo (según lo sea el error absoluto) porque puede ser por exceso opor defecto. no tiene unidades.Ejemplo. Medidas de tiempo de un recorrido efectuadas por diferentes alumnos: 3,01 s;3,11 s; 3,20 s; 3,15 s  3.01  3.11  3.20  3.15 1. Valor que se considera exacto: x   3.12 4 2. Errores absoluto y relativo de cada medida: Medidas Errores absolutos Errores relativos 3,01 s 3,01 - 3,12 = - 0,11 s -0,11 / 3,12 = - 0,036 (- 3,6%) 3,11 s 3,11 -3,12 = - 0,01 s -0,01 / 3,12 = - 0,003 (- 0,3%) 3,20 s 3,20 -3,12 = + 0,08 s +0,08 / 3,12 = + 0,026 (+ 2,6%) 3,15 s 3,15 - 3,12 = + 0,03 s +0,03 / 3,12 = + 0,010 (+ 1,0%)Ing. ALEX I MONTERO SANTIAGOEsp en Matemática Página 5
    • UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA FÍSICA APLICADA 2012Áreas de Figuras Geométricas:A=L*L cuadrado A=B*h Rectángulo A= Triangulo ( )A= Trapecio A= Rombo A= Polígono Regular Circulo Cuadrado Rectángulo Triangulo Rombo Polígono Trapecio CirculoVolumen de Cuerpos Geométricos Cilindro Cubo Prisma CilindroIng. ALEX I MONTERO SANTIAGOEsp en Matemática Página 6
    • UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA FÍSICA APLICADA 2012 TALLER Nº11- Inventa unidades patrón de longitud, masa y tiempo y determina las ventajas odesventajas que estas poseerían frente las convencionales.2- Nombra varios fenómenos de la naturaleza susceptibles de ser medidos e indica laforma como lo harías.3º Expresa en notación científica los siguientes intervalos de tiempo medidos ensegundos:(a) Vida media del hombre: 1000000000 =(b) Tiempo que tarda la Tierra en girar sobre sí misma: 86400 =(c) Período de vibración de una cuerda de guitarra: 0,00001 =(d) Intervalo entre dos latidos del corazón: 1 =4º Expresar en metros las siguientes longitudes:(a) 48 km = b) 36 Hm = c) 0,96 dm = d)3,9 x 109 cm = e) 8,9 x 10–24 Dm =5º Expresar en kilogramos las siguientes masas: a) 0,496 g = b) 9,46 mg 6) En el siguiente cuadro se muestran los resultados de las mediciones de una longituddada: Medición Medida N° cm 1 2,83 2 2,85 3 2,87 4 2,84 5 2,86 6 2,84 Determinar: a) El valor probable. b) Error relativo y porcentual de la 3° y 4° medición. 7) Si un cuerpo tiene de masa 5 kg  0,02 kg y otro de 0,09 kg  0,0021 kg, determinar en cuál de los dos se produce mayor error.Ing. ALEX I MONTERO SANTIAGOEsp en Matemática Página 7