INTRODUCCIÓN A LA FISICA

La fisica es ante todo una ciencia experimental, a pesar de la elegancia de algunas de sus teorías mas complejas y abstractas. Por ello es indispensable que quienes realizan mediciones precisas puedan coincidir en las normas de cómo expresar los resultados de sus mediciones, pues de lo contrario no podrían comunicarse de un laboratorio a otro ni verificarlas.

La física nos resulta muy importante en la vida cotidiana ya que es una de las ciencias que ha contribuido mucho a las necesidades del hombre, ya que sabemos que gracias a ella podemos explicarnos tanto los fenómenos sucedidos en el planeta y por ella tenemos muchas de nuestras cosas indispensables para nosotros: lavadoras, estufas, radios, computadoras, autos, entre muchas otras cosas mas.

Se prodría decir que prácticamente la fisica es la forma que el hombre encontró para estudiar la naturaleza a base del conocimiento científico y empírico. Además se aplica a la vida cotidiana de manera constante y está relacionada con la mayoría de las cosas que hacemos o nos ocurren.


Aplicaciones de la física en la vida cotidiana


Para poder entender la física a nuestro alrededor no hace falta ser un científico, basta con sólo observar el medio que nos rodea y los fenómenos que ocurren en el mismo además de tratar de entender el porqué ocurren esos fenómenos así como sabemos de manera empírica el por qué los objetos caen.
Diariamente el humano ha tratado de entender las cosas que pasan alrededor de él y, por lo tanto, tratado de hallarle una explicación lógica a estos fenómenos. El poder movernos y caminar, ver llover, ver como los objetos caen siempre hacia el suelo, ver transcurrir las estaciones del año, el día y la noche, etc., son fenómenos que gracias a la física se han podido explicar y con esta explicación se han podido manejar y hacer que sirvan de manera productiva a la humanidad.
Este conocimiento se ha ocupado de manera interesante: la propagación de ondas para la comunicacion a largas distancias, la electricidad para utilizarse en el hogar, el trabajo, la escuela y otros lugares para distintos cosas.


Conocimiento científico y empírico

Conocimiento empírico: Es aquel que se obtiene por medio de la experiencia y la observación, y por lo tanto no ofrece una validez ni certeza universales.Un ejemplo claro de ello me viene a la mente ya que, en el curso de fisica 1 tuvimos una actividad acerca de el conocimiento empírico y científico. Recuerdo muy bien que el ejemplo era la lluvia; en conocimiento empírico se aplicaría: "Llueve gracias al dios Tláloc".

Conocimiento científico: Es aquel que se aproxima a la realidad que aveces s apoya por el método científico y que trata de explicar el porque de los fenómenos ocurridos. En cuanto al ejemplo citado sobre la lluvia, en conocimiento científico se aplicaría: "Lueve gracias al ciclo del agua".

CLASIFICACIÓN DE LA FÍSICA

La clasificación de la física en ramas permite agrupar los fenómenos cuyas causa o características sean comunes además de de estudio. Las ramas de la física son:

· Cinemática
· Mecánica Estática
· Dinámica
· Óptica Cinética
· Clásica Acústica
· Termología
· Electromagnetismo
· Física
· Mecánica Cuántica
· Moderna
· Mecánica Relativista
·

Física Clásica: Ciencia que estudia los fenómenos en los que participan cuerpos de tamaño mediano en del ser humano y que se mueven a velocidades muy por debajo de la velocidad de la luz, considerando la masa y el tiempo como absolutos, o sea que los valores de estos son los mismos independientemente de quien los mida.
Para su estudio se divide en ramas que están estrechamente relacionadas:
· Mecánica (fuerzas y movimientos)
· Termología (fenómenos caloríferos)
· Electromagnetismo (fenómenos originados por cargas eléctricas)
· Óptica (fenómenos luminosos)
· Acústica (fenómenos ondulatorios).

Ejemplos de fenómenos estudiados por esta rama son:
· El movimiento de rotación y traslación de la tierra.
· El lanzamiento de proyectiles.
· La flotación de los barcos y submarinos.
· El choque de dos automóviles.
· EL salto de un deportista.

Óptica: Esta rama de la física se encarga del estudio de todos los fenómenos relacionados con la materia, su manera de producirse, captarla y analizarla, sus propiedades y su comportamiento en general. Algunos ejemplos de fenómenos ópticos son:
· La formación del arco iris.
· Que se formen o reflejen imágenes en los espejos
· La propagación rectilínea de la luz.

Acústica: Esta rama de la física estudia el movimiento ondulatorio, como el sonido los fenómenos relacionados con el mismo. Tenemos por ejemplo:

· Un eco.
· El timbre o sonido de los instrumentos musicales.

Termología: Es la rama de la física que estudia los fenómenos relacionados con el calor y la temperatura. Por ejemplo:

· La fusión del hielo.
· La transmisión del calor.
· El punto de ebullición de las sustancias.
· La dilatación de los cuerpos expuestos al calor.

Electromagnetismo: Este estudia los fenómenos que tienen origen en las cargas electricas. Se habla del electromagnetismo, desde que se sabe que la electricidad no es un fenómeno independiente. Como por ejemplo:

· Los imanes.
· El funcionamiento de los aparatos electrodomésticos.
· Los rayos que caen cuando llueve


Física Moderna: Estudia los fenómenos en los que participan cuerpos muy grandes o infinitamente pequeños que se mueven a velocidades cercanas a la velocidad de la luz.

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI)

Magnitudes Fundamentales: Son magnitudes que no resultan a partir de otra y que se eligen entre las que representan las propiedades mas comunes y generales de la materia.

Magnitudes Derivadas: Magnitudes que se obtienen a partir de las magnitudes fundamentales mediante las operaciones de multiplicación, división, o ambas. Ejemplos de ellas son:
· área
· volumen
· velocidad
· densidad
· aceleración
· fuerza
· trabajo
· energía
· potencia


Movimiento rectilíneo uniforme

Se le llama movimiento rectilíneo uniforme al movimiento que describe un cuerpo cuando se desplaza en línea recta con una velocidad constante en módulo, dirección y sentido.

Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado

El desplazamiento en línea recta en los cuales la velocidad que lleva el cuerpo aumenta de manera uniforme y constante se denomina movimiento uniformemente acelerado.
Movimiento circular uniforme
Cuando un cuerpo material describe una trayectoria circular alrededor de un punto central con una velocidad angular constante se denomina movimiento circular uniforme.

Movimiento circular uniformemente acelerado

Cuando hay un movimiento circular por una partícula que aumenta de forma constante con el paso del tiempo, se le llama movimiento circular uniformemente acelerado.

Movimiento parabólico

Otro tipo de movimiento es el movimiento parabólico el cual no es rectilíneo ni es totalmente circular. Un ejemplo podría ser el lanzamiento de un balón de baloncesto hacia la canasta.

Movimiento vertical

El movimiento vertical es el movimiento de caida libre, y puede ser parte del movimiento compuesto o parabolico.se caracteriza por ser uniformemente acelerado o retardadosus variables son altura (h) velocidad inicial (vi) velocidad final (vf) aceleracion de la gravedad (g=9,8m/s2) y tiempo (f)formulas vf = vi +/- gth = vi.t +/- gt2/2vf2 = vi2 +/- 2g.h


Movimiento rectilíneo uniforme (M.R.U.)
Hay varios tipos especiales de movimiento. Están aquellos en el que la velocidad es constante. En el caso más sencillo, la velocidad podría ser nula, y la posición no cambiaría en el intervalo de tiempo considerado. Si la velocidad es constante, la velocidad media es igual a la velocidad en cualquier instante determinado. Si el tiempo t se mide con un reloj que se pone en marcha con t = 0, la distancia e recorrida a velocidad constante v será igual al producto de la velocidad por el tiempo. En el movimiento rectilíneo uniforme la velocidad es constante y la aceleración es nula.

v = e/t
v = constante
a = 0

Movimiento uniformemente variado (M.U.V.)

Otra forma de movimiento es en el que se mantiene constante la aceleración. Como la velocidad varía, hay que definir la velocidad instantánea, que es la velocidad en un instante determinado.

v = a.t

Caída libre: Un objeto pesado que cae libremente cerca de la superficie de la Tierra experimenta una aceleración constante. En este caso, la aceleración es aproximadamente de 9,8 m/s ². En la caída libre el movimiento acelerado donde la aceleración es la de la gravedad además de carecer de velocidad inicial.

Tiro vertical: Es el movimiento acelerado donde la aceleración es la de la gravedad y la dirección del movimiento puede ser tanto ascendente como descendente.

Mecánica

La mecánica es la parte de la física que estudia el estado de equilibrio o movimiento de los cuerpos y las cusas que lo producen. Cuando se analizan las causas del movimiento, se refiere a la dinámica. Esta se divide a su ves en tres: cinemática, estática y dinámica.

Cinemática: Es la rama de la física que estudia el movimiento de los objetos sin tener en cuenta lo causas que la producen.

Estática: Es la parte de la física que se ocupa de las fuerzas en su sentido geométrico y sin tener en cuenta los efectos que producen.

Magnitud: En general es todo sentido aquello que puede ser medido y comparado. Si se trata de magnitudes físicas unos ejemplos de ellas serían: la densidad de un cuerpo, el volúmen, el peso, la longitud, entre otras.

Medir: Es comparar una magnitud con otra de la misma especie y que sea homgénea con ella. Las magnitudes en la física se clasifican en dos grupos: magnitudes escalares y magnitudes vectoriales.

Magnitud escalar: Estas maginitudes son aquellas que vienen determinadas con un sólo número y no necesitan especificar una dirección y un sentido. Ejemplos de estas son: 10 pesos, 4 aviones, 8 casas, 13 paletas, 7 camisas, el tiempo, la masa, la densidad.

Magnitud vectorial: Son las que no quedan definidas con un sólo número sino que se debe especificar su punto de aplicación, su dirección, su sentido y su intensidad. Ejemplos de estas son: la velocidad, la fuerza, la aceleración.

Fuerza

La fuerza es la causa capaz de producir o modificar el movimiento o el reposo de un cuerpo. Por ejemplo, al mover una pelota dándole una patada, se detiene la pelota con la mano, pero también puede devolverla cambiando la dirección del movimiento. También al sostener cualquier objeto y evitar que se caiga estamos aplicando una fuerza que contrarresta la que ejerce la Tierra sobre el objeto. El instrumento que mide las fuerzas es el dinamómetro.

El efecto de una fuerza aplicada a un cuerpo depende de los siguientes elementos:

a) Punto de aplicación: Es aquel sobre el que parece que actúa directamente la fuerza.

b) Dirección: Es la línea recta según la cual tiende a moverse la fuerza.

c) Sentido: este nos da la idea del desplazamiento de la fuerza. Para cada dirección hay dos sentidos. Así en la dirección horizontal, u sentido puede ser hacia la derecha y otro hacia la izquierda.

d) Intensidad o magnitud (módulo): Es lo que vale la fuerza siendo el resultado de su medida, está representada por la longitud de la flecha.

Las fuerzas se representan por los vectores que son segmentos rectilíneos que tienen una orientación. Para representar a las fuerzas se utilizan los vectores.

Vector

Es un segmento de recta orientado mediante una punta de flecha dibujada en cualquiera de sus extremos. En los vectores que represnetan fuerza hay que distinguir: orígen, dirección, sentido y longitud.

a) Orígen: Este corresponde al punto de aplicación de la fuerza.

b) Dirección: Es la rectaa la que pertenece el vector y que coincide con la que se mueve o tiende a moverse la fuerza.

c) Sentido: Este es el que viene indicado por una flecha en el extremo y es el que tiene la fuerza.

d) Longitud del vector: Que es lo proporcional a la intensidad de la fuerza.

Sistema de fuerzas

Se le denomina de este modo a un conjunto de ellas aplicadas a un mismo sólido indeformable; a dichas fuerzas se les llama componentes del sistema.

Composición de fuerzas

Componentes: Estos son las fuerzas que obran a la vez sobre un mismo cuerpo.

Resultante: Es la fuerza única que sustituye y produce el mismo efecto que los componentes.

Equilibrante: Es un vector único capaz de sustituir y poner en equilibrio todo un sistema de fuerzas; estos tienen la misma intensidad y dirección que la resultante pero en sentido contrario.

"Composición de fuerzas es, dadas las componentes, hallar la resultante". Descomposición es, dada la resultante, hallar los componentes".

Sistema de fuerzas angulares o concurrentes

Se le llama así a aquellas cuyas rectas de acción pasan por un punto y tienen el mismo punto de aplicación formando ángulo.

Método del paralelogramo

Para poder encontrar la resultante de dos fuerzas angulares se pueden utilizar dos métodos: método del parallogramo o método analítico. Hablaremos un poco sobre el método del paralelogramo.

Suponiendo que tenemos dos fuerzas PA y PB su punto de aplicación donde concurren, es el punto P. La resultante se encuentra construyendo el paralelogramo de las fuerzas PA y PB. La resultante es una diagonal PQ que nos da la dirección de la resultante y su magnitud convertida según la escala adoptada la magnitud de la rasultante.

Suma y resta de vectores

Las magnitudes vectoriales se suman y se restan diferentea como se hace con las magnitudes escalares. Para sumar o restar magnitudes escalares, se aplican las reglas conocidas de la suma y la resta aritmética. Por ejemplo: para sumar una magnitud vectorial representada por el vector A, con otra magnitud vectorial representada por el vector B, se leva este vector B, siguiente del vector A, conservando su dirección y sentido. La suma de estos vectores nos da como resultado el vector C el cual trazamos uniendo le orígen del vector A con e extremo del vector B.

vector A+ vector B= vector C

De la misma manera para la resta de los vectores tendríamos por ejemplo al vector C y el vector A y para restarlos tendremos que unir el extrmo dle vector sustraendo con el extremo dle vectro minuendo C vector y de resultado tenemos al vector B, que es la diferencia entre los vectores A y C.

Mecánica clásica: Esta está concentrada en el movimiento d eun objeto en particular que interactúa con otros circundantes, de modo que su velocidad cambia ya que se produce una aceleración.

Leyes de Newton

Primera Ley de Newton (Ley de la inercia): "Consideremos un cuerpo sobre el cual no opera ninguna fuerza neta. Si se encuentra en reposo, permanecera en ese estado. Si se mueve con velocidad constante, seguirá desplazandose".
Esta primera ley de Newton es muy importante ya que ayuda a identificar una serie de marcos especiales para saber donde aplicar las leyes de la mecánica clásica.

Inercia: Se da el nombre de inercia a la tendencia d eun cuerpo a permanecer en reposo o en movimiento lineal uniforme y a la primera ley de Newton se le llama "Ley de la inercia"; los marcos de referencia que recibe se llaman marcos inerciales. Para comprobar que hay un marco inercial se puede experimentar lo siguiente: se pone un cuerpo en reposo en el interior y nos cersioramos de que no contenga ninguna fuerza neta; si el resultado es que el objeto no permanece en reposo el marco no será inercial.
Según la primera ley de Newton al haber ausencia de fuerza hay, por lo tanto, ausencia de aceleración así que se supone que al aplicar siempre una fuerza a un cuerpo este adquirirá una aceleración

Segunda ley de Newton (Ley de la fuerza): “El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.”
En esta ley se explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento cuya masa no tiene por qué ser constante actúa una fuerza neta; esta fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. Los cambios experimentados en la cantidad de movimiento de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la misma dirección; osea que las fuerzas causan las aceleraciones en los cuerpos.

Tercer ley de Newton (Ley de acción y reacción): “El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime”
En esta ley se explica qué ocurre si en un cuerpo en movimiento la cual no es necesario que su masa sea constante, actúa una fuerza neta y dicha fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. Estos cambios experimentados en la cantidad de movimiento de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en esta dirección; es decir que las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos.

Ley de Gravitación Universal


La ley de gravitación universal es una ley clásica de la gravitación presentada por Isaac Newton que establece una relación cuantitativa para la fuerza de atracción entre dos objetos con masa.

Newton fue el primero en explicar el movimiento, tanto de los cuerpos celestes como de los terrestres; recordemos la famosa caída de la manzana. A partir de una única ley para las fuerzas: la ley de la gravitación universal la concluyó. Sus estudios y teorías sobre la mecánica buscaron explicaciones separadas para ambos fenómenos.
La ley de la gravitación universal propuesta por Newton establece que entre dos cuerpos cualquiera se produce una fuerza gravitatoria de atracción la cual es proporcional al producto de las masas respectivas y al inverso del cuadrado de la distancia entre los mismos.