jueves, 27 de septiembre de 2012

LAS HERRAMIENTAS DE LA FISICA


La física es una ciencia experimental que su propósito es descubrir leyes fundamentales del universo a través del estudio cuantitativo de los fenómenos naturales. En la física un científico se orienta a la proposición de modelos matemáticos y a la actividad experimental como medio de investigación. Los físicos usan diferentes herramientas, entre esas herramientas se encuentra la fundamental y la principal que es el pensamiento, las cuales permiten observar, razonar y relacionar. Las matemáticas son el lenguaje científico por excelencia, por ser preciso, sintético, sencillo y universal. En la física las graficas y sus ecuaciones matemáticas son importantes para que modelar fenómenos y hacer predicciones.
Magnitudes físicas y su medición.
Magnitudes fundamentales y derivadas. La magnitud física (cantidad o variable física) es cualquier concepto físico que puede ser cuantificado, es susceptible de aumentar o disminuir. Las magnitudes físicas se clasifican en dos magnitudes: las fundamentales y las derivadas.
Las magnitudes fundamentales se les conocen así por que definen mediante leyes o formulas matemáticas a las derivadas. La longitud (L) y la masa (M) son magnitudes fundamentales ya que con estas se definen otras magnitudes. Las magnitudes físicas fundamentales son siete las cuales se usan para expresar las mediciones de fenómenos naturales estudiados por la física:

  •         Longitud
  •         Masa
  •         Tiempo
  •         Intensidad de corriente eléctrica
  •         Temperatura
  •         Cantidad de sustancia
  •         Intensidad luminosa

A partir de estas siete magnitudes se pueden obtener las magnitudes derivadas que son para describir científicamente casi cualquier fenómeno natural conocido en el universo. Se le conoce como dimensión de la cantidad a la combinación de magnitudes fundamentales las cuales son: longitud, masa, tiempo, intensidad de corriente eléctrica, temperatura, cantidad de sustancia, intensidad luminosa, las cuales son muy útiles en la física.

Medida directa e indirecta de magnitudes
Medición es todo proceso al que se le asigna un número a una magnitud física como resultado de comparación las veces necesarias que quepa esta propiedad en otra similar tomada como patrón y adaptada como unidad. Cada unidad se asocia con una de las magnitudes físicas.
  
Unidades fundamentales y derivadas en el sistema internacional

El sistema internacional de unidades (SI) define las unidades fundamentales para el expresar las medidas en los niveles de precisión y en todas las áreas de la ciencia, la tecnología y el entorno humano, existen dos clases de unidades SI y son las siguientes:

•Unidades fundamentales, son las que se definen a través de un patrón estandarizado e invariable.
•Unidades derivadas, son las que se definen por relaciones matemáticas a través de unidades fundamentales y son utilizadas para medir magnitudes derivadas.

En el sistema internacional SI se definen siete unidades fundamentales que corresponden magnitudes mencionadas anteriormente y esas unidades son las siguientes:
La comparación de objetos corresponde a las medidas directas. Existe otra clase de medida en donde se compara y se efectúa entre magnitudes que estén relacionadas con lo que se desea medir a esas se les conoce como medidas indirectas.

Los sistemas de medida.
Las mediciones en relación con la ciencia buscan que los resultados sean objetivos y universales. Las unidades de longitud son utilizadas comúnmente por los griegos “el codo, y el pie”, los egipcios y los romanos también utilizaban estas unidades de manera muy distinta, pues regularmente el codo patrón  y el pie patrón eran los dos gobernantes en turno.


Sistema métrico decimal al lograr su éxito en la simplificación de las medidas se extendió rápidamente y en este sistema de unidades de medida incluye al metro (m), al kilogramo (kg) y al litro (l), junto con sus múltiplos y sub múltiplos, con este sistema se puede expresar medidas de longitud, masa y capacidad.




Unidades fundamentales y derivadas en el sistema internacional
El sistema internacional de unidades (SI) define las unidades fundamentales para el expresar las medidas en los niveles de precisión y en todas las áreas de la ciencia, la tecnología y el entorno humano, existen dos clases de unidades SI y son las siguientes:

•Unidades fundamentales, son las que se definen a través de un patrón estandarizado e invariable.
•Unidades derivadas, son las que se definen por relaciones matemáticas a través de unidades fundamentales y son utilizadas para medir magnitudes derivadas.

En el sistema internacional SI se definen siete unidades fundamentales que corresponden magnitudes mencionadas anteriormente y esas unidades son las siguientes:


Ventajas y limitaciones del SI
El sistema internacional de unidades fue un éxito de implementación por las ventajas en que presenta por encima de otros, como el tecnológico o el ingles, entre ellas podemos mencionar:

  •          Unicidad: Existe una y solo una unidad para cada cantidad física.
  •          Regulación y actualización permanente: Incorpora las nuevas unidades que va requiriendo el avance de la ciencia y la tecnología.
  •          Coherencia: Evita interpretaciones erróneas, las unidades fundamentales pueden producirse con la mayor precisión posible (la única excepción es la unidad de la magnitud masa, el kilogramo, que está definida como “la masa del prototipo internacional del kilogramo” el cilindro de platino e iridio almacenado en la oficina internacional de pesos y medidas.
  •          Relación decimal entre múltiplos y submúltiplos: Base 10 es conveniente para la conversión de unidades y el uso de prefijos facilita la comunicación oral y escrita.
   El sistema internacional de unidades se usa prácticamente en diferentes unidades utilizadas en casi todas las ramas de la ciencia y tecnología.
   El punto débil del SI esta en sus definiciones de masa y fuerza.
   Kg-fuerza es equivalente a 9, 8 Newton y utilizado cotidianamente para indicar el peso de algo.
    El kilogramo es una unidad de masa, tiene sus escalas graduadas en kilogramos pero en verdad son kilogramos-fuerza. Un kilogramo-fuerza es el peso en la superficie de la tierra. Un kilogramo-masa equivale a un kilogramo-fuerza, un kilogramo-fuerza equivale a 9.81N.
       
  ¿Para que me sirve lo que aprendí? Diferencia entre peso y masa.                                                  
 La diferencia entre peso y masa: La unidad de peso en el sistema SI es el Newton, los kilogramos son unidades con las cuales se puede medir la masa, en la física, masa y peso son conceptos diferentes.
El peso (w) y la masa (m) son proporcionadas entre sí mas no iguales. La formula presentada en la tabla de unidades derivadas: w=m x g
Donde: w=peso, en néwtones (N) 
m= masa, en kilogramos (kg)
g= aceleración de la gravedad, es 9.81 m/s2 en la tierra.

  
Características de la masa
Características del peso
     ·         Es la cantidad de la materia que tiene un cuerpo.
     ·         La masa es una magnitud fundamental.
     ·         Su unidad en el sistema MKS es el kilogramo.
     ·         Se mide usando una balanza.
     ·         Su valor es constante, es decir, independiente del lugar en que se encuentre.
     ·         Es una magnitud escalar.
     ·         Sufre aceleraciones.
     ·    Es la fuerza que ocasiona la caída de los cuerpos.
     ·         El peso es una magnitud derivada.
     ·         Su unidad en el sistema MKS es el Newton (N)
     ·         Se mide con el dinamómetro.
     ·         Varía según su posición, es decir, depende de la altitud y latitud en la tierra, en general del lugar del universo en el que se encuentre el cuerpo.
     ·         Es la magnitud vectorial.
     ·         Produce aceleraciones.






video

Notación científica y prefijos.
Los científicos usan una forma abreviada basada en la potencia 10 que recibe de nombre de notación científica.
Multiplicando 10 por sí mismo un número de veces encontramos:
10 x 10 = 100                                     =102

     10 x 10 x 10 = 1000                           =103
     10 x 10 x 10 x 10 = 10000                 =104
     10 x 10 x 10 x 10 x 10 = 100000       =105

     El número de veces que es multiplicado por sí mismo el resultado es un superíndice de 10.Es importante decir que 101 es igual a 10.
La notación científica facilita los cálculos numéricos. Es útil en las operaciones que efectúan en números grandes o pequeños.
Prefijos de SI
Un conjunto de prefijos pueden ser utilizados con unidades fundamentales o unidades derivadas. Los prefijos nos permiten expresar múltiplos y submúltiplos de unidad. Los submúltiplos y submúltiplos del SI que más se utilizan se designan mediante prefijos y símbolos que se muestran en la siguiente tabla:



  •          Kilo,  representa mil unidades (kilo=1000), si empleamos la unidad fundamental de longitud (el metro) obtenemos: 1 kilometro = 1000 metros
  •          Deci, representa una decima parte de unidad (deci=1/10), al emplear el metro obtenemos: un decímetro es igual a 1/10 de un metro
  •          Mega, representa un millón de unidades (mega=1000000), por lo que se obtiene 1 megabyte= 1000000 bytes.

Existen algunas restricciones del sistema SI:
-Los prefijos del SI no son aplicables a la unidades del Angulo ni a las de tiempo, con excepción del segundo.
-El kilogramo es una unidad fundamental del SI que lleva prefijo.

Otra característica de estos prefijos es que poseen símbolos, a partir de estos es más simple trabajar con las cantidades.
 El sistema MKS

Es un subsistema del SI que es utilizado frecuentemente en la física, sus magnitudes fundamentales se presentan de la misma manera que en la SI, sus unidades correspondientes son:
Longitud = metro (M)
Masa = kilogramos (kg)
Tiempo = segundo (s)
Sistema CGS e Inglés
El sistema CGS o cegesimal al igual que el MKS debe su nombre al as iniciales de tres de sus unidades fundamentales que son: el centímetro, el gramo y el segundo. Los sistemas MKS y CGS son muy utilizados en la física ambos están relacionados con el sistema internacional.
El sistema inglés herencia del antiguo sistema británico en donde se emplea: la pulgada, el pie, milla, libra o galón como unidades comunes para medir longitud peso y volumen.
Las equivalencias de unidades de la longitud y masa del sistema ingles y el sistema internacional fueron acordadas en 1959 las cuales son:
1 yarda = 0,9144 metros
1 libra = 0,453 592 37 kilogramos
Hay otras cinco unidades del sistema ingles que son las mismas del sistema internacional.
El sistema ingles no es decimal ya que sus múltiplos comunes de sus  unidades no son potencia de 10.
Transformación de unidades.
 Las unidades de cantidades asociadas a un problema no están en el sistema más conveniente para dar solución al problema dado.
Hay que determinar el sistema en el que se trabaje en este caso se determina lo siguiente:

  •          Si el problema se está resolviendo en el sistema MKS, se debe convertir la velocidad a m/s.
  •          Si el problema se está resolviendo en el sistema CGS se debe convertir la velocidad a cm/s.
  •          Si el problema se está resolviendo por el sistema ingles, se debe convertir la velocidad a pies/segundos.

Para homogenizar unidades y trabajar en el mismo sistema, es necesario la equivalencia (factor de conversión) entre las unidades involucradas en la conversión.
Al efectuar conversión de unidades hay que considerar las unidades de las cantidades físicas como de las cantidades algebraicas. Hay varios métodos para la realización de conversiones, el factor unitario que es una multiplicación por uno la cantidad que se multiplique por uno será la misma,
La ventaja de utilizar este método es que no hay ninguna duda de multiplicar o de dividir el factor de conversión.

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