Tema 1: Introducción. FISICA I, 1º Grado en Ingeniería Civil. Escuela Técnica Superior de Ingeniería. Universidad de Sevilla

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1 Tema 1: Introducción FISICA I, 1º Grado en Ingeniería Civil Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla 1

2 Qué es la Física? Del griego : realidad, naturaleza Estudia las leyes que rigen el comportamiento de los fenómenos naturales Se basa en el método científico: observación y experimentación, hipótesis, verificación Es cuantitativa Matemáticas Unas pocas leyes explican toda la variedad de fenómenos de la Naturaleza 2

3 Para qué sirve? Comprender los fenómenos naturales Mejorar la tecnología existente Descubrir nuevos fenómenos permite diseñar nuevas tecnologías y dispositivos Está en la base de todas las aplicaciones y diseños de la Ingeniería 3

4 Interacciones fundamentales Gravitación Electromagnetismo Fuerza fuerte Fuerza débil Largo alcance Largo alcance Corto alcance (10-15 m) Corto alcance (10-18 m) Atractiva Atractiva y repulsiva Masa gravitatoria Carga eléctrica Color ( quarks) Sabor (quarks) Peso Fenómenos eléctricos y magnéticos Estabilidad de los núcleos atómicos Radioactividad Movimiento de los planetas Química Fisión y fusión nuclear Evolución del Universo Fuerzas de cohesión 4

5 Historia Mitologías y Religiones: intento de explicar el mundo Filósofos griegos: tratan de dar una expliación racional de los fenómenos naturales S. XVI: se establece el método científico S. XIX : se establece el corpus de la Física Clásica (Mecánica, Termodinámica, Electromagnetismo,...) S XX (1920) : nace la Física Moderna (Cuántica, Relatividad,...) 5

6 Físicos relevantes Aristóteles (300 a.c.): su modelo se mantuvo vigente durante casi 20 siglos Galileo Galilei ( ): establece definitivamente el método científico: el experimento Isaac Newton ( ): Mecánica clásica y gravitación. Primera gran unificación James C. Maxwell ( ) : Electromagnetismo clásico. Unificación de Electricidad, Magnetismo y Óptica Albert Einstein ( ): Relatividad y Cuántica 6

7 Magnitudes físicas La Física trata de desarrollar un conocimiento cuantitativo La base del conocimiento cuantitativo es la medida de magnitudes Una magnitud física es una propiedad susceptible de ser medida: longitud, tiempo, masa, temperatura, carga eléctrica, etc Medir es comparar la cantidad de una cierta magnitud con un patrón esogido por consenso 7

8 Magnitudes no físicas Cuál es la más bonita? Burgos León París 8

9 Magnitudes no físicas Van Gogh L'arlésienne, Madame Ginoux 28 millones Christie's, Nueva York 2006 Murillo Cristo, el varon de los dolores 3,6 millones Christie's, Londres 2005 Cuál es mejor? La subasta asigna un valor numérico, pero la medida no es reproducible 9

10 Medida d Patrón 0 cm d = 4,1 cm Magnitud longitud Medida 4,1 Unidad centímetro Escogemos un patrón (unidad) de longitud por consenso Comparamos la longitud que queremos medir con el patrón Obtenemos un valor numérico reproducible 10

11 Sistema Internacional de Unidades Unidades fundamentales Longitud metro Temperatura kelvin Tiempo segundo Intensidad luminosa candela Masa kilogramo Cantidad de materia mol Corriente eléctrica amperio Oficina Internacional de pesas y medidas 11

12 Sistema Internacional de Unidades Segundo El segundo es la duración de períodos de la radiación correspondiente a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133 a una temperatura de 0 K Metro El metro es la longitud recorrida por la luz en el vacío en un tiempo de 1/ de segundo* Kilogramo Es la masa del cilindro patrón (aleación de platino e iridio) guardado en en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas en Sèvres, Francia *La velocidad de la luz se define como c= m/s 12

13 Notación científica 100 = x 1000 = 102 x 103 = =105 1/10 = / = 103/107= = =1 2,345 x 10-2 m = 2,345 cm 6,4 x 103 m = 6,4 km 13

14 Sistema Internacional de Unidades (SI) Prefijos Factor Nombre déca hecto kilo méga giga téra péta exa zetta yotta Símbolo da h k M G T P E Z Y Factor Nombre déci centi milli micro nano pico femto atto zepto yocto Símbolo d c m µ n p f a z y 14

15 Magnitudes derivadas Velocidad m/s Aceleración m/s² Fuerza kg m/s² (Newton) Energía kg m²/s² (Julio) Carga eléctrica As (Culombio) 15

16 Conversión de unidades Uso de factores de conversión 16

17 Análisis dimensional Expresiones dimensionales de las magnitudes Las ecuaciones deben ser dimensionalmente coherentes A=B+C B y C deben tener las mismas unidades Los dos miembros de la igualdad también Es útil para detectar errores 17

18 Análisis dimensional Cómo depende el período de los parámetros? Debe ser Suponemos una dependencia potencial g 0 La fórmula debe ser dimensionalmente coherente Fórmula final 18

19 Orden de magnitud Escalas de longitud Universo observable Galaxia más lejana Galaxia más cercana Estrella más cercana Radio órbita Tierra Distancia Tierra-Luna Radio Tierra Altitud Everest Long. campo fútbol Altura hombre Tamaño mosca Tamaño célula Átomo hidrógeno Protón (m) 4 x x x x ,5 x ,8 x 108 6,4 x x 103 9,1 x 101 1,7 x x x x x Escalas de tiempo Edad del Universo Edad de la Tierra Primer homínido Nacimiento de Cristo Esperanza de vida Un año Un día Una película Tiempo entre latidos Período ondas sonoras Período ondas radio Vibración átomo en sólido Período luz visible Vida media pión Luz atravesando un protón (s) 5 x ,3 x ,4 x x ,5 x 109 3,2 x 107 8,6 x x x x x x x x ,3x

20 Orden de magnitud (II) Cuantas personas caben en la Feria de Sevilla? Área : m² Densidad : 2 personas/m² Total ~Área x Densidad = personas Cuántos átomos hay en 1 cm³ de un material sólido? Radio típico átomo : m Volumen típico átomo Va= (4/3) R3 4 x10-30 m3 Número de átomos = 1 cm3/va~2 x

21 Orden de magnitud (III) Los resultados de un cálculo deben ser razonables NO Peso de un avión = 10 kg NO Periodo de oscilación de un péndulo = 1010s PUEDE Velocidad de un coche = 100 km/h SER También vale con las dimensiones NO Área de un círculo = 2 R CASi Volumen de una esfera = R³ (=4 R3/3) 21

22 Resumen Busqueda de las leyes cuantitativas básicas que rigen los fenómenos naturales Concepto de medida de una magnitud física Sistema internacional de unidades (SI) Análisis dimensional Órdenes de magnitud 22

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