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APUNTES DE FÍSICA INSTITUTO KEPLER FÍSICA “Si he realizado descubrimientos invaluables ha sido más por tener paciencia que cualquier otro talento” Isaac Newton La Física es una ciencia y es una de las más antiguas disciplinas, la cual busca el entendimiento de la naturaleza mediante el estudio de las propiedades, comportamiento e interacción entre la materia, energía, tiempo y espacio, sin que esto involucre un cambio irreversible en la materia. La amplitud de la Física hace que sea necesario dividirse en otras ramas, las cuales estudian fenómenos específicos de la naturaleza. La división más general es la siguiente: Nuestro estudio se centrará solo a la Física clásica. Medición Medir. Es el proceso de comparar una magnitud con otra magnitud de la misma especie. Magnitud. Es toda aquella propiedad de la naturaleza que podemos medir, es decir, a la que se le pueden asignar distintos valores como resultado de una medición Magnitudes fundamentales, estas siete magnitudes son totalmente independientes entre sí y al combinarlas es posible formar otras magnitudes totalmente diferentes pero que son dependientes de las unidades que las formaron; a estas las llamamos magnitudes derivadas. Magnitud fundamental Unidad Símbolo Longitud Metro �� Masa Kilogramo ���� Tiempo Segundo �� Intensidad de corriente eléctrica Ampere �� Temperatura termodinámica Kelvin �� Cantidad de sustancia Mol ������ Intensidad luminosa Candela ���� Magnitud derivada Unidad Símbolo Volumen Metro cúbico ���� Velocidad Metro por segundo �� �� Aceleración Metro por segundo al cuadrado �� ���� Densidad Kilogramo por metro cúbico ���� ���� Volumen específico Metro cúbico por kilogramo ���� ���� Densidad de corriente Ampere por metro cuadrado �� ���� Intensidad del campo magnético Ampere por metro �� ��
APUNTES DE FÍSICA INSTITUTO KEPLER Cantidades escalares y vectoriales Las magnitudes son atributos con las que medimos determinadas propiedades físicas, por ejemplo una temperatura, una longitud, una fuerza etc. Tendremos dos tipos de magnitudes, las escalares y las vectoriales. Cantidades escalar. Son aquellas cantidades que sólo se componen de una magnitud o valor numérico y poseen una unidad de medición. ESCALAR UNIDAD VECTOR UNIDAD Distancia m Posición (rԦ) m Rapidez m s Velocidad (vሬԦ) m s Cantidades vectoriales. Son aquellas cantidades que además de poseer una magnitud y una unidad de medida se definen mediante su dirección y sentido y las llamamos vectores. Gráficamente los vectores se representan como segmentos de recta dirigidos (flechas) y se escriben colocando una flecha en su parte superior (xሬԦ). Masa kg Peso (wሬሬሬԦ) N=kgm s2 Volumen m3 Fuerza (FሬԦ) N=kgm s2 Presión Pa Aceleración (aሬԦ) m s2 Energía J Campo eléctrico (EሬሬԦ) N C Mecánica La mecánica es una rama de la física que se encarga del estudio y análisis del estado de movimiento y/o reposo de los cuerpos y la evolución de estos estados a través del tiempo y su interacción con fuerzas. Cuando te trasladas de un lugar a otro, realizas una acción de movimiento, ya sea que vayas a pie, en bicicleta o en automóvil. A menudo te interesa saber hacia dónde te estas dirigiendo, cuanta distancia has recorrido o la distancia que aún te queda por recorrer, la rapidez con la que te estas desplazando, el tiempo que ha transcurrido desde que iniciaste tu recorrido o desde tu último punto de descanso. Con estos datos que son de tu interés, estas describiendo tu movimiento. Velocidad y rapidez En el lenguaje cotidiano empleamos las palabras rapidez y velocidad de manera indistinta. En física hacemos una distinción entre ellas. La rapidez es una cantidad escalar, es decir, solo tiene una magnitud y una unidad de medida. La velocidad es la distancia que un objeto recorre durante su movimiento en un tiempo determinado. La velocidad es una cantidad vectorial, es decir, queda totalmente definida cuando se indica la dirección sobre la cual se mueve el objeto y el sentido en el que lo hace. Cuando decimos que un auto viaja a 60km/h estamos indicando su rapidez. Pero si decimos que un vehículo se desplaza 60km/h hacia el norte estamos especificando su velocidad. Podemos decir que la velocidad está formada por la rapidez del móvil, su dirección y su sentido. Tipos de movimiento de los objetos y su interpretación gráfica La cinemática es una rama de la mecánica que, específicamente, se encarga del estudio del movimiento de los cuerpos sin que se consideren las causas de tal movimiento (las causas de todo movimiento o estado de reposo son las fuerzas). El movimiento de un objeto se puede clasificar de acuerdo a la trayectoria que describe el objeto y en las condiciones en las que lo hace. RapidezDirecciónSentidoVelocidad
APUNTES DE FÍSICA INSTITUTO KEPLER Movimiento rectilíneo Cuando un objeto describe en su movimiento una línea recta durante toda su trayectoria, estará experimentando un movimiento rectilíneo. Movimiento Características Fórmulas Gráficas MRU  Movimiento en línea recta  Velocidad constante v= constante  Aceleración nula a=0 MRUA  Movimiento en línea recta  Velocidad varía proporcionalmente al tiempo  Aceleración constante a= constante Ejemplos: a) Un automóvil recorrió 250 Km en 5 horas para ir de la Ciudad de México a la Playa de Acapulco. ¿Cuál fue la velocidad media del recorrido? Datos Formula Sustitución Resultado d = 250 km t = 5 h v= 50 km/h b) Un venado se mueve sobre una carretera recta con una velocidad de 72 Km / hr, durante 5 minutos ¿Qué distancia recorre en este tiempo? Hay que hacer conversiones para que las unidades sean homogéneas Tiempo: Velocidad: s m s m km m s h h km 20 3600 )1000(72 1 1000 3600 1 72            
APUNTES DE FÍSICA INSTITUTO KEPLER Datos Fórmula Sustitución Resultado v = 20 m/s t = 300 s d = vt d = (20m/s) (600s ) d = 12000 m Existen 3 casos de MRUA perfectamente definidos MOVIMIENTO CARACTERÍSTICAS Horizontal  Para a>0 el cuerpo se acelera  Para a<0 el cuerpo se desacelera  Cuando a=0 la velocidad es constante y tenemos un movimiento rectilíneo uniforme Caída Libre  Su movimiento es siempre vertical y hacia abajo  La aceleración siempre es constante y su valor es igual a la aceleración de la gravedad �� = �� = ��.�� �� ����ൗ  El valor de la velocidad del cuerpo siempre se incrementa Tiro Vertical  Su movimiento es siempre vertical y comienza de abajo hacia arriba  La aceleración siempre es constante y su valor es igual a la aceleración de la gravedad �� = �� = −��.�� �� ����ൗ  En su trayectoria hacia arriba su velocidad disminuye  En su trayectoria hacia abajo su velocidad aumenta No se puede mostrar la imagen en este momento. Ejemplos: a) Un vehículo se mueve a razón de 10 m/s, al transcurrir 20 s, su velocidad es de 40 m/s. ¿Cuál es su aceleración?33 Datos Fórmula Sustitución Resultado vi = 10 m/s vf = 40 m/s t = 20 s a = 1.5 m/s2 b) Un motociclista parte del reposo y experimenta una aceleración de 2 m/ s 2 ¿Qué distancia habrá recorrido después de 4 s? Datos Fórmula Sustitución Resultado vi = 0 a = 2 m/s2 t = 4 s d = 16 m