Formación básica de Física. Destinado a alumnos matriculados en estudios de ingenierías

Transcripción

1 CURSO PROPEDEÚTICO DE FÍSICAF Formación básica de Física Destinado a alumnos matriculados en estudios de ingenierías PRESENTACIÓN

2 CURSO PROPEDEÚTICO DE FÍSICA Bloque 1: Magnitudes y vectores Bloque 2: Elementos matemáticos Bloque 3: Diagrama del cuerpo libre Bloque 4: Representación gráfica de datos experimentales PRESENTACIÓN

3 Antes de empezar Encuesta inicial y test de conocimientos previos Encuesta inicial Nos interesa saber qué has estudiado Por qué te matriculaste en este curso Cuál es nuestro alumnado Test de conocimientos previos Queremos saber en qué crees que fallas. No es un examen. No se califica. No se publican las notas. Solo queremos ayudarte PRESENTACIÓN

4 BLOQUE 1: MAGNITUDES Y VECTORES La Naturaleza de la Física Magnitudes físicas BLOQUE 1: Magnitudes y vectores

5 La Naturaleza de la Física Qué es la Física? Método científico División o ramas de la física (Física I, Física II) BLOQUE 1: Magnitudes y vectores. La naturaleza de la física

6 Qué es la física? ( Por qué estudiar física?) Ciencia fundamental Comprensión de los fenómenos naturales estudio de los componentes de la materia estudio de las interacciones (electromagnética, gravitatoria, etc.) Base de la Ingeniería y la Tecnología BLOQUE 1: Magnitudes y vectores. La naturaleza de la física

7 Método científico ( Qué hace un físico?) Observar los fenómenos naturales Buscar patrones y principios Comprensión cuantitativa fenómenos Experimentar Elaborar Modelos Método científico Hacer Predicciones sobre el comportamiento de los Sistemas (validación experimental) Medir, magnitudes, unidades, procedimientos, rango de validez, Física: es la Ciencia de la medida BLOQUE 1: Magnitudes y vectores. La naturaleza de la física

8 División de la física Mecánica Electromagnetismo Termodinámica. Física clásica Física Cuántica Física Relativista DOMINIO NO CUÁNTICO (objetos grandes) DOMINIO CUÁNTICO (objetos pequeños) + DOMINIO RELATIVISTA (velocidades grandes) DOMINIO NO RELATIVISTA (velocidades pequeñas) Física I Mecánica clásica o Newtoniana Cuerpos rígidos Mecánica: Ciencia que describe y predice las condiciones de reposo o movimiento de los cuerpos bajo la acción de fuerzas Estática Dinámica BLOQUE 1: Magnitudes y vectores. La naturaleza de la física DOMINIO NEWTONIANO Objetos grandes Velocidades pequeñas

9 División actual de la física BLOQUE 1: Magnitudes y vectores. La naturaleza de la física

10 Historia Aristóteles, Arquímedes, Newton, Lagrange,.., Einstein BLOQUE 1: Magnitudes y vectores. La naturaleza de la física

11 Magnitudes físicas Clasificación de las magnitudes Medidas y errores

12 Magnitud: toda propiedad de los cuerpos que se puede medir. Ejemplo: temperatura, velocidad, masa, peso Medir: comparar la magnitud con otra similar, llamada unidad, para averiguar cuántas veces la contiene. Unidad: cantidad que se adopta como patrón para comparar con ella cantidades de la misma especie. Ejemplo: cuando decimos que un objeto mide dos metros, estamos indicando que es dos veces mayor que la unidad tomada como patrón, en este caso el metro.

13 Magnitud: aquella cualidad o característica de los cuerpos o de los fenómenos susceptible de ser medida Objetos de la Física: magnitudes físicas Longitud, anchura, velocidad, masa, volumen, fuerza, Cantidad de una magnitud: estado de esa magnitud en un objeto o fenómeno determinado Distancia recorrida Altura de una persona Distancia saltada Distancia Tierra-Luna Cantidades de una misma magnitud: la longitud

14 Clasificación de las magnitudes (I) Observables directos (tiempo, longitud,...) Observables indirectos (energía, velocidad,..): definidos mediante una relación matemática M x y... (II) Magnitud escalar Medida y unidades: (masa 3 kg ) Magnitud vectorial Dirección, sentido, medida y unidades: (fuerza 3i+2j+6k N ) v xi yj zk Componentes v x 2 y Módulo 2 z 2

15 Medidas y errores Proceso de medida comparación con un patrón (medida directa) fórmula matemática ó modelo (medida indirecta) Resultados cuantitativos método de medida de las magnitudes sistema de patrones Las medidas y los resultados se deben poder repetir y reproducir (repetitividad) Se obtiene un resultado y hay que tener muy en cuenta el error en la medida

16 Proceso de medida: comparación con una cantidad patrón Cantidad: C = N. u Unidades (cantidad patrón) Cantidad medida (valor) Utilizando otra cantidad patrón: C = M. v N M v u El cociente de las medidas de una magnitud, está en razón inversa de las unidades escogidas para medirlas: 1 m = 100 cm m cm

17 Errores de medida Error = diferencia entre el valor real de una magnitud y el valor medido En realidad solo podemos conocer el valor más probable de la cantidad de la magnitud y el grado de incertidumbre de dicho valor Precisión Exactitud Tipos de errores Errores sistemáticos: mal funcionamiento de los instrumentos de medida, etc., (se pueden evitar por comparación con otros instrumentos) Errores accidentales: radican en la persona que mide. Son difíciles de evitar y se evalúan por medios estadísticos o Error absoluto Ea valor exacto valor medido (Mismas unidades que la magnitud) Resultado ± error: 16,47 ± 0,02 mm o Error relativo Er valor Ea exacto (Adimensional. Se suele dar en %)

18 Notación científica: En la notación científica, un número se representa como el producto de un número mayor que 1 y menor que 10 (llamado mantisa) y una potencia (expresada por un exponente) de 10 número = mantisa 10 exponente Esta notación permite escribir números muy grandes o muy pequeños de forma compacta Facilita las operaciones de multiplicación y división de números ( ).( ) =

19 Cifras significativas: El número de cifras significativas es el número de dígitos conocido de manera confiable. (1,62 tiene 3 cifras significativas; 1,6 tiene 2) Los ceros precedentes no cuentan como cifras significativas (0,00162 tiene tres cifras significativas) Los ceros posteriores sí cuentan como cifras significativas (el número 1,620 tiene 4 cifras significativas) Los números en notación científica tienen tantas cifras significativas como su mantisa (9, tiene tres cifras significativas) En una operación, se redondeará el resultado al menor número de cifras significativas de los números de partida Cuidado con las calculadoras

20 Cifras significativas: El error sirve para determinar el número de cifras significativas El valor de una cantidad va a venir dado en función del error que hayamos determinado para ella. Si he medido o determinado un valor de 5,47826 con un error de 0,002, lo correcto es expresar: 5,478 ± 0,002 (5,47826 ± 0,002) 5,478 ± 0.036% La solución nunca puede ser más exacta que el menos exacto de los factores Ejemplo: Si la carga de un puente es de N con un posible error de 100 N, con cuántas cifras habrá que dar la reacción en uno de los soportes del puente si en los cálculos hemos obtenido N?

21 Estrategia general para la resolución de problemas de física LEER, PENSAR. Leer de manera cuidadosa el enunciado de un problema. Ver qué cantidades se conocen y cuáles se piden. Escribir esas cantidades, representándolas con los símbolos que comúnmente se usan ESBOZAR. Hacer un diagrama de la situación física que ayude a visualizar el problema. A veces es muy útil una representación visual o gráfica INVESTIGAR. Escribir los principios o leyes físicas a usar. Usar ecuaciones para conectar entre sí las cantidades físicas. Si es necesario, hacer deducciones, combinando dos o más ecuaciones conocidas. SIMPLIFICAR. No meter números aún, simplificar lo máximo posible CALCULAR. Sustituir las cantidades por sus valores. Mucha atención a las unidades. REDONDEAR: Determinar el número de cifras significativas (no redondear en los pasos intermedios) REVISAR. Analizar el resultado y la lógica del mismo (unidades, orden de magnitud, etc.)

22 Cuestión R1 Cuál es la suma de 5, y 3, ? a) 3, b) 8, c) 3, d) 8,

23 Cuestión R2 En un laboratorio se almacena material de desperdicio en un cilindro que tiene una altura de 4 13/16 pulgadas y una circunferencia de 8 3/16 pulgadas. Cuál es el volumen de este cilindro en unidades métricas? NOTA: 1 in (pulgada)=2,54 cm

24 Cuestión P1 Cuál(es) es(son) la(s) diferencia(s) entre 3,0 y 3,0000? a) 3,0000 podría ser el resultado de un paso intermedio en un cálculo; 3,0 tiene que ser el resultado final b) 3,0000 representa una cantidad que se conoce con más precisión que 3,0 c) No hay diferencia d) Expresan la misma información, pero se prefiere 3,0 por facilidad de escritura

25 Cuestión P2 Cuál es el número de átomos de carbono en 0,5 nanomoles de carbono? Un mol contiene 6, átomos? a) 3, b) 3, c) d) 3, e)

26 Cuestión P3 Si el radio de un planeta es mayor que el de la Tierra por un factor de 5,8, cuánto mayor es el volumen del planeta que el de la Tierra?

27 Cuestión P4 El deposito de gasolina de un coche tiene la forma de una caja rectangular recta con una base cuadrada cuyos lados miden 62 cm. Su capacidad es de 52 L. Si en el deposito quedan sólo 1,5 L de gasolina, cuánto de profunda está la gasolina en el depósito?

28 Cuestión P5 La atmósfera ejerce una presión de aproximadamente 1.0 atm a nivel de tierra. La densidad promedio del aire en la superficie de la Tierra es alrededor de 1,275 kg/m 3. Si la atmósfera fuese uniformemente densa (no lo es; la densidad varía en forma significativa con la altitud), cuál sería su espesor? 1 atm=101324,72 N/m 2