Clase 2.
¿Que es física? Ramas.
Observa y piensa.
En grupos de tres estudiantes realicen las siguientes actividades:
Caída Libre:
Coja un cuerpo blando, por ejemplo un borrador, frasquito de pegante, etc. Mida 1,5 m de altura; lo dejas caer. Responde las preguntas:
a) ¿Cual es la razón por la cual el cuerpo cae?
b) ¿Cual seria la velocidad del cuerpo al tocar el suelo?
c) ¿Tendría el movimiento velocidad constante o no?
Hidrostática:
Tenemos dos jeringas, una pequeña y otra mas grande, conectadas entre si por una manguera llena de agua.
a) ¿Cual de las dos jeringas considera Ud. será mas dura de desplazar? ¿Porque?
Ahora, manteniendo las jeringas a igual altura, desplace con el dedo pulgar una jeringa y después la otra. ¿Que comentarios tiene acerca de ello?
¿Que es física?
La física se esfuerza siempre por presentar una imagen clara del mundo que nos rodea; es el estudio de las interacciones de la materia con la materia o con la energía.
En primera instancia, nuestro conocimiento en física se ha desarrollado aplicando nuestros sentidos (observación: vista, oído, tacto, olfato ); y fue después del desarrollo del método científico experimental ( por Galileo Galilei, en el siglo XVII) que las ciencias como la física se han desarrollado vertiginosamente.
El método científico experimental determina que cualquier afirmación relacionada con algún fenómeno debe estar fundamentada en experimentos y observaciones cuidadosas. La caída de los cuerpos cercanos a la superficie, es causada por la interacción de la materia ( del cuerpo) con materia (la tierra). Para hallar la velocidad de este en cualquier momento, se usa la formula:
V = Vo + at también d=vi.t +1/2 a.t2
Para comprender lo que sucede con las jeringas, interacción de energía y materia; se usa el principio de Pascal: En líquidos, si la presión se aumenta en algún punto del liquido, este aumento de presión se transmite a todo el liquido.
En la practica, un pistón de área a (ver figura 1 ), al cual se le aplica una fuerza f, produce una presión p = f/a, que se transmite a todos los puntos del liquido y en particular a un pistón mas ancho de área A situado a la misma altura. Puesto que la presión es la misma,
P= f/a = F/A→ F= (f .A)/a
Las fuerzas se multiplican por la razón de las áreas de los pistones.
fig. 1. Principio de Pascal.
Principios (físicos): Son leyes de la naturaleza que no se pueden demostrar explícitamente, sin embargo las podemos medir y cuantificar observando los resultados que producen.
La física va más allá de los números y ecuaciones. Todo acontecimiento en nuestro entorno tiene que ver con ella. El movimiento de los cuerpos en nuestro entorno como los celestes, los colores, la brillantez del diamante, la formación de imágenes, involucran principios y leyes que conforman la Física como ciencia.
Ramas de la Física.
Como la física surgió a partir de la información que nos daban los sentidos, de igual manera la física se desarrollo en diversas ramas, cada una de las cuales agrupa fenómenos relacionados con el sentido por el cual se percibían:
i. La mecánica: parte de la física que estudia los fenómenos relacionados con el movimiento de los cuerpos. Comprender porque un pupitre no se mueve, un automóvil llega mas tarde o mas temprano a su destino, el efecto que puede coger un balón al patearlo, etc. Son fenómenos de su competencia.
ii. La termodinámica: Estudia los fenómenos relacionados con cambios de temperatura en cuerpos. La fusión de un trozo de hielo, la dilatación de un cuerpo caliente, el empuje ascendente de un globo, como funciona un extinguidor, son fenómenos que se estudian en esta rama de la física.
iii. El movimiento ondulatorio: Esta rama, estudia todo lo relacionado a ondas: en una cuerda, en el agua, las que producen los diversos instrumentos acústicos y que nosotros experimentamos como sonido, después de que el se propague por el aire.
iv. La óptica: Estudia todos los fenómenos visibles relacionados con la luz. La formación de imágenes en un espejo, observación de objetos muy lejanos o de objetos invisibles a simple vista, etc.
v. El electromagnetismo: Incluye todos los fenómenos eléctricos y magnéticos, aquí se estudian fenómenos como el rayo, la corriente eléctrica, el funcionamiento de motores eléctricos, la naturaleza de los imanes, la generación de ondas de radio, etc.
vi. La física moderna: Esta física nació con el siglo xx, con el surgimiento de la teoría cuántica de Max Plank en 1900 (y a la cual se han unido una gran cantidad de físicos para desarrollarla) y con la presentación de la teoría de la relatividad de Einstein en 1905. Estas dos teorías explican de manera acertada los diversos fenómenos a nivel atómico y sub-atómico, en donde las velocidades de la luz y cercanas a ella son normales.
Clase 3. Magnitudes y unidades fundamentales y derivadas.
En todos los fenómenos estudiados por la física, se hace uso de magnitudes y unidades; por ejemplo para la comprensión del fenómeno de caída libre de los cuerpos, tenemos que hablar de:
Magnitudes Símbolo Unidades Símbolos
Distancia D metros m
tiempo T segundos s
velocidad V Metros/segundos m/s
aceleración A Metros/segundos2 m/s2
Magnitud: Es todo aquello que puede ser medido.
Medir: es comparar el registro desconocido de una magnitud, frente a un patrón o unidad referencia.
Magnitudes básicas: O fundamentales, son aquellas que no requieren de otras para quedar bien definidas. En física hablamos de siete (7) magnitudes y unidades básicas (ver tabla 1.), a partir de estas surgen las magnitudes y unidades derivadas.
Magnitudes derivadas: Son aquellas que resultan de la combinación de magnitudes fundamentales entre si o de una magnitud fundamental combinada con constante(s). En la tabla 2 se presentan algunas magnitudes y unidades derivadas de las mas comunes en Fisica, allí podemos ver de donde surgen las unidades derivadas ( a partir de las formulas elementales)
Tabla 1. Magnitudes y unidades básicas.
Magnitud Símbolo Unidad Símbolo
Longitud l metro m
tiempo t segundo s
masa m kilogramo Kg
Intensidad de corriente I Amperio A
Temperatura T Grados Kelvin ˚k
Cantidad de sustancia n mol mol
Intensidad luminosa I candela cd
Tabla 2. Algunas magnitudes y unidades derivadas.
Magnitudes Formulas Unidades Símbolos
Velocidad V= d/t m/s
Aceleración a= v/t m/s2
Rapidez angular w = 2π/T Radianes/segundos Rad/s
Frecuencia f = nro de vueltas/tiempo 1/s = hercios Hz
Fuerza f = m. a Kg. m/s2=Newton N
Trabajo w= f.d N.m = Joules J
Potencia P=w/t J/s= Watt W
Ejemplos:
Un cd suena en el equipo de sonido de su casa. Identifique las magnitudes y unidades fundamentales y derivadas que estén involucrados con el funcionamiento del aparato.
Magnitudes fundamentales: Tiempo, intensidad de corriente, intensidad luminosa.
Magnitudes derivadas: velocidad, rapidez angular, fuerza, trabajo, potencia.
Cuando cae un aguacero, para estudiar este fenómeno, a que magnitudes y unidades tanto fundamentales como derivadas podemos recurrir?
Fundamentales: Longitud, masa, temperatura.
Derivadas: volumen, velocidad, aceleración.
