2. ¿Qué es la física? Y ¿Qué estudia?
La física es la ciencia natural que se encarga de
reconocer y estudiar a modo general el
funcionamiento de los componentes principales
del universo. Entre ellos la materia, el espacio,
tiempo, la energía y las interacciones fundamentales
que ocurren entre ellas.
Siendo esta una de las disciplinas científicas con
mayor trayectoria en las academias, la física también
se utiliza en los proyectos de investigación con la
finalidad de estudiar el comportamiento de los
cuerpos en las áreas científicas que se le relacionan.
3. Ramas de la física
La física se trata de una ciencia
teórica y experimental.
Podemos distinguir dos
clasificaciones de la física que
son la física clásica y la física
moderna. De estas derivan
diversos tipos o ramas de la
física que nos ayudan a
comprender mejor nuestra
realidad.
4. Cantidades Físicas
El material fundamental que constituye la física son las cantidades físicas:
• Longitud
• Masa
• Tiempo
• Fuerza
• Velocidad
• Densidad
• Resistividad
• Temperatura
• Intensidad Luminosa
5. Sistemas de Unidades
Los sistemas de unidades son un conjunto de medidas estandarizadas que sirven para medir
magnitudes de longitud, masa, fuerza, tiempo, entre otros. Por lo general estos sistemas cuentan
con unas unidades básicas a partir de las cuales se definen unas unidades derivadas, siendo
el sistema internacional y el sistema inglés los más conocidos alrededor del mundo.
6. Clasificación
● Sistema métrico decimal
Fue el primer sistema propuesto que logró unificar la forma en que se medían diferentes
magnitudes, las unidades básicas de este sistema fueron el metro y el kilogramo, y todos los
múltiplos de estas unidades siempre se incrementan en una escala de diez en diez.
Hoy en día este sistema ha logrado consolidarse y ha evolucionado convirtiéndose en el Sistema
Internacional de Unidades.
7. ● Sistema Imperial (Británico)
También conocido como anglosajón; este sistema fue ideado en Reino Unido y ha evolucionado con
el paso del tiempo, por lo que presenta ciertas diferencias con el que se ideó inicialmente. El
sistema británico (todavia usado en Estados Unidos), cambian las unidades, pero para esto podemos
usar las conversiones:
8. ● Sistema Natural
Fue un sistema propuesto por Max Planck a finales del
siglo XIX, este surge con el propósito de simplificar la
forma en que se escribe las ecuaciones físicas por lo que
contempla la medición de magnitudes fundamentales
como: tiempo, longitud, masa, carga eléctrica y
temperatura.
● Sistema Cegesimal - CGS
El sistema cegesimal también es conocido con el nombre
de CGS, este se basa en las unidades de centímetro,
gramo y segundo, de lo anterior es que obtiene su
nombre. Fue planteado en 1832 por Gauss con el propósito
de unificar unidades que se usan en diversos campos
técnicos y científicos.
9. Sistema Internacional de Unidades
Se conoce como el Sistema Internacional de Unidades
(SI) al sistema de unidades de medición empleado en
todo el mundo. Es utilizado en la construcción de los
más numerosos instrumentos de medición para el
consumo tanto especializado como cotidiano.
Es un sistema de unidades es que permite poner en
relación las cosas en base a un conjunto de unidades
imaginarias. Es decir, se trata de un sistema para poder
registrar la realidad: pesar, medir, cronometrar, etc. , en
base a un conjunto de unidades que son siempre iguales
a sí mismas y que se pueden aplicar en cualquier parte
del mundo con igual valor.
10. Unidades SI
Cantidad Nombre Símbolo
Tiempo segundo s
Longitud metro m
Masa kilogramo kg
Cantidad de sustancia mol mol
Temperatura
termodinámica
kelvin K
Corriente Eléctrica ampere A
Intensidad luminica candela cd
La Conferencia General de Pesas y Medidas (fundada en 1875 para tomar decisiones respecto al que en ese
entonces era el sistema métrico francés, en las reuniones sostenidas durante el periodo 1954-1971
selecciono como unidades básicas las siguientes:
11. UNIDADES DERIVADAS DEL SI
● Metro cúbico (m3). Unidad derivada construida para medir el volumen de una sustancia.
● Kilogramo por metro cúbico (kg/m3). Unidad derivada construida para medir la densidad de un
cuerpo.
● Newton (N). Es la unidad derivada construida para medir la fuerza, y expresada como kilogramos
por metro por segundo cuadrado (kg.m/s2), a partir de la ecuación del propio Newton para el
cálculo de la fuerza.
● Julios/Joule (J). Es la unidad derivada del SI que se emplea para medir la energía, el trabajo o el
calor. Se puede definir como la cantidad de trabajo necesario para mover una carga de un culombio
a través de una tensión de un voltio (voltio por culombio, V.C), o bien como la cantidad de trabajo
necesario para producir un vatio de potencia durante un segundo (vatio por segundo, W.s).
12. Magnitud Nombre Símbolo Expresión en
otras unidades SI
Expresión en unidades
SI básicas
Frecuencia hertz Hz s-1
Fuerza newton N m kg s-2
Presión pascal Pa N m-2 m-1 kg s-2
Energía, trabajo,
cantidad de calor
joule J N m m2 kg s-2
Potencia watt W J s-1 m2 kg s-3
Cantidad de electricidad
carga eléctrica
coulomb C s A
Potencial eléctrico
fuerza electromotriz
volt V W A-1 m2 kg s-3 A-1
Resistencia eléctrica ohm W V A-1 m2 kg s-3 A-2
Capacidad eléctrica farad F C V-1 m-2 kg-1 s4 A2
Flujo magnético weber Wb V s m2 kg s-2 A-1
Inducción magnética tesla T Wb m2 kg s-2 A1
Inductancia henry H Wb A-1 m2 kg s-2 A-2
MAS UNIDADES DERIVADAS
13. Unidades SI suplementarias.
Magnitud Nombre Símbolo Expresión en
unidades SI básicas
Ángulo plano Radián rad mm-1= 1
Ángulo sólido Estereorradián sr m2m-2= 1
Unidad de ángulo plano El radián (rad) es el ángulo plano comprendido entre dos radios
de un círculo que, sobre la circunferencia de dicho círculo,
interceptan un arco de longitud igual a la del radio.
Unidad de ángulo sólido El estereorradián (sr) es el ángulo sólido que, teniendo su vértice
en el centro de una esfera, intercepta sobre la superficie de dicha
esfera un área igual a la de un cuadrado que tenga por lado el
radio de la esfera.
14. PREFIJOS DEL SI
A menudo se encontraban numeros muy grandes o muy pequeños, por esto, la Conferencia General de
Pesas y Medidas, recomendó los siguientes prefijos:
Factor Prefijo Símbolo Factor Prefijo Símbolo
exa- E Deci- d
peta- P Centi- c
tera- T Mili- m
giga- G Micro-
mega- M Nano- n
kilo- k Pico- p
hecto- h Femto- f
deca- da Atto- a
16. Estándares de longitud, masa y
tiempo
En 1960 una comisión internacional coincidió en un sistema patrón de unidades para las cantidades
esenciales de la ciencia, denominado SI (Systéme International). Sus unidades de longitud, masa y
tiempo son el metro, kilogramo y segundo, respectivamente.
Longitud.
En octubre de 1983 el metro, se definió como la distancia recorrida por la luz en el vacío durante
el intervalo de tiempo de 1/299 792 458 segundos. Esta última definición establece la rapidez de
la luz en 299 792 458 metros por cada segundo.
Masa.
La unidad en el SI de la masa, el kilogramo, se define como la masa de un cilindro específico de
aleación de platino-iridio. La masa es una cantidad que se utiliza para medir la resistencia a un
cambio en el movimiento de un objeto.
Tiempo.
El segundo se define como 9 192 631 700 veces el periodo de oscilación de radiación a causa del
átomo de cesio.
17. Cifras Significativas
Al medir cualquier magnitud siempre se comenten errores. Pero no sólo
los cometemos al leer los datos de los instrumentos de medida, si no
también en los resultados de operaciones aritméticas en las que se vean
involucrados números decimales. En este tema nos centraremos en como
tratar los datos obtenidos para que nuestros cálculos sean lo más exactos
posibles.
● El concepto de cifra significativa:
Al realizar una medición con un instrumento de medida este nos
devuelve un valor formado por una serie de cifras. Dicha serie de cifras
recibe el nombre de cifras significativas. Se denominan cifras
significativas (c.s.) al conjunto de los dígitos que se conocen con
seguridad en una medida. De todas las cifras significativas siempre hay
una, la última, que estará afectada por un error. Por esta razón al resto
de cifras se le denominan cifras exactas.
18. ● Reglas para determinar las cifras significativas.
Cualquier cifra distinta de cero se considera significativa.
❑ Ejemplos: 25,36 m tiene 4 c.s. o 154 tiene 3 c.s.
Se consideran cifras significativas los ceros situados entre dos dígitos distintos de cero y los
situados después de la coma decimal.
❑ Ejemplos: 2005.20 tiene 6 c.s. o 34.00 tiene 4 c.s.
Sin embargo no se consideran cifras significativas los ceros situados al comienzo de un número,
incluidos aquellos situados a la derecha de la coma decimal hasta llegar a un dígito distinto de
cero.
❑ Ejemplo: 0,000560 tiene 3 c.s. (560)
Tampoco se consideran significativos los ceros situados al final de un número sin coma decimal,
excepto si se indican con un punto.
❑ Ejemplos: 450 tiene 2 c.s. (45), sin embargo 450. tiene 3 c.s.
19. Teoría de errores
La teoría de errores es la rama de la estadística matemática dedicada a la inferencia de
conclusiones precisas sobre los valores numéricos de cantidades medidas aproximadamente, así
como sobre los errores en las mediciones.
Las mediciones repetidas de una misma cantidad constante generalmente dan resultados diferentes,
ya que cada una contiene un cierto error y dentro de ellos, la teoría de errores se centra en el
estudio de los errores brutos y aleatorios.
20. Tipos de errores
Los errores sistemáticos surgen por razones específicas
(configuración incorrecta del equipo de medición, el efecto
del ambiente, etc.), que afectan sistemáticamente las
mediciones y las alteran en una dirección.
21. En ingeniería y física, el error
aleatorio o accidental es aquel
error inevitable que se produce
por eventos únicos imposibles de
controlar durante el proceso de
medición. Se contrapone al
concepto de error sistemático.
22. Magnitudes Vectoriales y escalares
Concepto de magnitud: La magnitud, desde el punto de vista físico, se considera como tamaño. Desde
el punto de vista matemático, la magnitud es considerada como cantidad o número.
La magnitud física es una propiedad de los cuerpos y elementos que permite que sean medibles,
asimismo, las magnitudes pueden ser de dos tipos: escalares y vectoriales.
● Magnitud escalar: Toda cantidad física que tenga
solamente magnitud (o módulo), se llama
magnitud escalar o simplemente ESCALAR.
● Ejemplos:
MASA. La masa de un cuerpo es un escalar, puesto que
para especificarla sólo se proporciona su magnitud, no
requiere asociarle dirección ni sentido.
VOLUMEN. El volumen de un cuerpo es un escalar, sólo
se requiere dar su magnitud.
23. ● Magnitud vectorial: Toda cantidad física que tenga
magnitud (o módulo), dirección y sentido, se llama
magnitud vectorial o simplemente VECTOR
● Ejemplos:
DESPLAZAMIENTO. El desplazamiento no es igual a la
distancia, puesto que ésta sólo tiene magnitud. El
desplazamiento es un vector, puesto que tiene
magnitud, dirección y sentido.
24. Vectores
En física, se llama vector a un segmento de recta en el espacio que parte de un punto hacia otro,
es decir, que tiene dirección y sentido. Los vectores en física tienen por función expresar las
llamadas magnitudes vectoriales. Los vectores se representan gráficamente con una flecha.
26. Tipos de vectores
● Vectores nulos: son aquellos donde origen
y extremo coinciden y, por lo tanto, el
módulo o magnitud es igual a 0. Por
ejemplo:
● Vectores unitarios: son aquellos cuyo
módulo es igual a 1. Por ejemplo:
27. • Vectores paralelos: están situados en rectas paralelas,
pero poseen un mismo sentido o contrario. Por ejemplo:
• Vectores opuestos: se caracterizan por tener la misma
dirección y magnitud, pero su sentido es opuesto. Por
ejemplo:
• Vectores concurrentes o angulares: son aquellos cuyas
líneas de acción pasan por el mismo punto, es decir, se
intersecan. Por ejemplo:
28. • Vectores coplanarios: son aquellos que
están en un mismo plano. Por ejemplo:
• Vectores colineales: sus líneas de acción
se encuentran sobre una misma recta.
Por ejemplo:
30. Elementos del vector
● Módulo
Es el tamaño o longitud del vector y hace referencia a la intensidad de la magnitud que representa.
Para indicar el módulo de un vector, colocamos el vector dentro de 2 barras.
Por ejemplo, aquí tenemos al módulo del vector A, que se representa como el vector A dentro de 2
barras.
31. • Dirección
Es la línea de acción del vector. Su orientación en el plano cartesiano se define mediante el ángulo
que forma el vector con el semieje x positivo en posición normal. A este ángulo, lo
llamaremos θ (theta).
Por ejemplo, la dirección del vector A, se define por el ángulo θ que es igual a 37°.
• Sentido
Se representa gráficamente por una cabeza de flecha. Indica hacia que lado de la dirección o línea
de acción actúa el vector.
Por ejemplo, aquí vemos el sentido del vector A.
32. Cálculo de modulo de un vector
Para calcular el módulo de un vector, usaremos la siguiente fórmula:
33. Problema de cálculo de modulo
Calcular el módulo del vector A a partir de la gráfica:
34. ● Solución:
Para calcular el módulo del vector A, solo tenemos que trabajar con sus componentes en «x» e «y»,
y usar la fórmula del módulo.
35. Cálculo de dirección de un vector
La dirección de un vector, se define mediante el ángulo θ, usando la siguiente expresión:
36. Problema de cálculo de dirección
Calcular la dirección del vector A, a partir del gráfico:
37. • Solución:
La dirección o línea de acción define mediante el ángulo θ, y para calcular el valor de ese ángulo,
usaremos la fórmula.
Además, nos será de mucha utilidad la tabla de razones trigonométricas de ángulos notables.
40. Datos
A = 50 u
B = 75 u
C = 90 u
α = 40°
𝜑 = 35°
θ = 70°
41.
42. Problema de vector 3D
El vector B tiene componentes x,y, z de 4,6 y 3 unidades respectivamente. Calcular la magnitud de B y los ángulos que B forma
con los ejes en las coordenadas
