MOVIMIENTO EN UNA DIMENCION

CONCEPTOS BÁSICOS

Todos los objetos incluso la humanidad se encuentra en constante movimiento.

Desde la antigüedad se hicieron estudios sobre las presentaciones del movimiento, los principales estudios fueron descubiertos por los siguientes personajes: Aristóteles, Galileo Galilei e Isaac Newton.

Aristóteles: Dividió al movimiento en dos tipos:

    ·El natural, es cuando un objeto se cae por cuenta propia sin que nadie lo empuje o aplique una fuerza en el.

    ·El forzado, es cuando a un objeto le aplicamos fuerza ya sea empujándolo o arrojándolo.

Galileo Galilei: Demostró que los objetos caen y se mueven bajo la acción de una fuerza, quiere decir que la fuerza de gravedad es la que hace que los objetos caigan hacia una superficie terrestre con la misma aceleración sin importar su masa.


http://www.youtube.com/watch?v=xwAVXY-IT8M

Isaac Newton: Mediante las anotaciones de Galileo realizo sus estudios más detallados sobre el movimiento observando sus efectos y las causas que lo originan todo esto lo empleo en su tratado de principios de la mecánica.

http://www.youtube.com/watch?v=CzSjAZ1IYfA

El movimiento de un objeto es el cambio de posición de un objeto con respecto a un punto de referencia (punto de origen) en determinado tiempo .Para determinar el movimiento de los objetos, se debe de llevar un proceso donde se buscara su trayectoria, distancia, desplazamiento, rapidez, velocidad y aceleración.

Trayectoria: Es la curva o recta descrita que representa el recorrido por el movimiento de un móvil objeto marcando su punto inicial (punto de referencia) hasta el punto final.

http://www.youtube.com/watch?v=ORrSwKsGphw&feature=related

Distancia: Es la longitud del camino recorrido por un objeto que puede cambiar de dirección o sentido, la distancia se mide en centímetro, metros, kilómetros, etc.

Desplazamiento: Es el cambio de posición representado por un vector que es trazado desde el punto inicial (punto de referencia) hasta el punto final ; El desplazamiento es expresado con las mismas medidas que la distancia solo que además de cambiar de dirección o sentido , debe marcarse o anotarse su dirección y sentido.

Rapidez: Existen dos tipos de rapidez, la rapidez normal o simple y la otra que es la rapidez media.                        

• La rapidez simple es una cantidad escalar que está dada por la trayectoria recorrida por el objeto en un tiempo determinado y su fórmula es:           rapidez=  

•      La rapidez media es la distancia total recorrida por el objeto, entre el tiempo total empleado para recorrerla y su fórmula es:                       

                                  rapidez media= 

Velocidad: También existen dos tipos de velocidades, que son la simple y la velocidad media.

•    La velocidad simple es una cantidad vectorial dada por el desplazamiento de un cuerpo por unidad de tiempo y su fórmula es:               velocidad= 

La formula también puede ser representada como v=d/t para obtener la magnitud de la velocidad, también debemos indicar la dirección y el sentido de su movimiento.

•          La velocidad media es el desplazamiento total de un objeto dividido por el tiempo total empleado y su fórmula es:               

http://www.youtube.com/watch?v=hqkQDcNQs_U&feature=related

Velocidad media= 

Las unidades para expresar tanto la rapidez como la velocidad son las mismas y se expresan en cm/s, km/h y en el sistema internacional en m/s.

Aceleración: Es el cambio de velocidad por unidad de tiempo representada por la formula:

Aceleración=  

La fórmula es representada por a=     

La aceleración se mide en el sistema internacional en m/s² 


http://www.youtube.com/watch?v=da0EjCRTyjM&feature=related

Sistema de referencia absoluto y relativo

El sistema de referencia es aquel que se encarga de encontrar cuando un objeto se encuentra en reposo o en movimiento, determinando su posición respecto a un punto de referencia también llamado origen de coordenadas. El sistema  de referencia se clasifica en absoluto y relativo.

·        

    Absoluto: es cuando se tiene un punto de referencia fijo sin que tenga movimiento solo en su alrededor, por ejemplo, el sistema solar tomamos como punto de referencia al sol, el cual compararemos con el movimiento de los planetas donde el sol es el punto de referencia absoluta.

·        

    Relativo: Es el punto de referencia que está en continuo movimiento mientras otros puntos también se mueven, por ejemplo, una persona camina y observa a las demás personas moverse a su alrededor.

En lo general para poder medir estos puntos de referencia utilizamos los ejes cartesianos “X” y “Y” para poder marcar los cambios de posición de dicho objeto, como coordenadas respecto a un punto de referencia le son asignadas las coordenadas X=0 y Y=0.

Los movimientos se pueden presentan en una o dos dimensiones.

Movimiento rectilíneo uniforme

El movimiento rectilíneo uniforme es representado cuando los objetos se mueven en un tramo recto determinado alcanzando una aceleración de 0 es decir, que dicho objeto mantiene una velocidad constante que recorre distancias y tiempos iguales. La magnitud de la velocidad es igual a la de su rapidez.

En algunos problemas el movimiento tiene ciertos cambios de velocidad se pueden resolver con la velocidad promedio si la aceleración es 0.

En otros movimientos se pueden presentar varios tramos, cada tramo con una velocidad constante resolviéndose de una forma individual.

La fórmula que se utiliza para este tipo de problemas es: 

                                                                                                                

Donde “v” es la magnitud de la velocidad o rapidez media.

X_i = posición inicial del movimiento respecto a un punto de referencia.

X_f= posición final del movimiento respecto a un punto de referencia.

T_i= el tiempo en el cual se tiene la posición inicial.

T_f= el tiempo en el cual se tiene la posición final.

Cuando en tiempo inicial es cero y la posición inicial coincide con el origen, y queda la fórmula reducida en la que “d” es la distancia recorrida total y “t” el tiempo total transcurrido para recorrer esa distancia.

Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado

El movimiento rectilíneo uniformemente acelerado es representado por un cambio uniforme en la velocidad del móvil. Tiene una aceleración como cantidad vectorial positiva cuando la velocidad aumenta en la dirección y sentido del movimiento o es negativa cuando el objeto disminuye su velocidad.

En los problemas se utiliza la formula de aceleración constante:         

                                                                                                                                

Siendo:

·         a= aceleración

·         v_i= velocidad inicial

·         v_f=velocidad final

·         t= el tiempo en que se lleva a cabo el cambio de velocidad.

Caída libre y tiro vertical

Es el tipo de movimiento en donde los objetos lanzados de forma vertical de arriba o abajo se les llaman caída libre. Galileo Galilei fue quien dedujo que todos los objetos caen con la misma aceleración hacia el centro de la tierra, sin importar su masa en condiciones del vacío (para que no afecte la fricción con el aire).

La aceleración de la gravedad terrestre que se dirige al centro del planeta, por lo que se presenta de forma vectorial y se expresa con un valor negativo en eje “Y”.

El tiro vertical y el de caída libre son básicamente similares, la aceleración vertical representada en la gravedad por una “g”.

Las ecuaciones para resolver los problemas de tiro vertical y caída libre tienen formulas similares a las del movimiento horizontal, solo cambia la referencia del eje de “Y” y se considera el valor de la aceleración constante de a=-g obteniendo las formulas siguientes:

http://www.youtube.com/watch?v=JteXKEmfXgI&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=1ZiHCEKHsig

Movimiento en dos dimensiones

Este tipo de movimiento se presenta de forma rectilínea, curvilíneo, en un desplazamiento variado teniendo combinaciones de ambos movimientos. Este tipo de movimiento se representa en un plano horizontal o inclinado. En un movimiento de tiro parabólico se puede considerar un movimiento en un plano vertical.

Tiros parabólicos

El tiro parabólico también se le conoce como movimiento de proyectiles en donde los objetos son acelerados por la gravedad consideramos el desplazamientos en un plano vertical, como un movimiento vertical afectado por la gravedad y otro horizontal con la velocidad constante y otro vertical (que es acelerado debido a la acción de la gravedad, es decir, un movimiento con aceleración constante).

Entre los movimientos parabólicos se encuentra el horizontal, este se presenta cuando un objeto se lanza con un angulo de 90° respecto al eje de la aceleración gravitatoria, o que mide 0° respecto al horizontal. 

El oblicuo se presenta  cuando el objeto es lanzado con un angulo diferente de 0°,90° o 180° respecto al horizontal.

Para la resolución de problemas de este tipo de movimientos es conveniente hacer una separación primero en dos movimientos y despues unirlos conforme al teorema de pitagoras  y a las funciones trigonométricas de un triangulo rectángulo en el que cada cateto representa el movimiento en cada eje.

http://www.youtube.com/watch?v=C7JlTyuCRA0

Movimiento circular uniforme y uniformemente acelerado

En estos tipos de movimientos se presenta un cambio angular, llamado también arco de giro, en la posición de objeto que gira referido a un circulo. Los cambios angulares se miden en el sistema internacional en radianes. En vez de un giro circular completo, o vuelta, se tiene un total de 2 ∏ radianes que equivale a 360°.

En movimientos circulares se tienen algunas medidas importantes como la frecuencia del movimiento representado con la letra “f”. La frecuencia son los ciclos o vueltas que realiza un móvil en un tiempo determinado.

El sistema internacional de frecuencia se mide en S^-1 , también llamado H_z (Hertz), pero muchas veces se expresa en revoluciones por segundo que son equivalentes a los S^-1 , o en otras como el periodo.

El periodo es el tiempo necesario para completar un ciclo. Se representa con la letra “T” y se mide en S(segundos).

Estos dos conceptos se relacionan entre si mediante la formula  .

      La velocidad angular en el sistema internacional angular se mide en rad/s.

Cuando un objeto rigido gira alrededor de un eje fijo, todas las partículas que los componen giran también ala misma velocidad angular. Existe una velocidad lineal también conocida como tangencial , que depende de la distancia al centro del giro. Esta velocidad lineal(v) es la que nos permite conocer cuando avanzaría de manera lineal por ejemplo, la rueda.

http://www.youtube.com/watch?v=BJdO9EpoG4Q

http://www.youtube.com/watch?v=Snzt6wI-gek


http://www.youtube.com/watch?v=kWEI2AoGRDo

LA FISICA Y SU IMPACTO EN LA CIENCIA Y LA TECNOLOGIA

La física es el estudio de la naturaleza. Un análisis de todo nuestro entorno, es decir todo está formado de materia y energía en constante cambio.

La física es la ciencia que se encarga de estudiar las interacciones de la materia y la energía con el fin de encontrar leyes generales las cuales sirven para entender como ocurren los fenómenos naturales en diversas escalas del universo.

En la física sobresalen dos tipos de conocimientos, el conocimiento empírico se basa en nuestra experiencia pero estos conocimientos que tenemos no bastan para explicar los fenómenos de nuestro alrededor por eso es necesario acudir al conocimiento científico este conocimiento es basado mediante un largo proceso de investigación sistemática, el cual nos permite introducir a los cambios intencionales en la naturaleza con la finalidad de inventar aparatos útiles para el ser humano por ejemplo: el teléfono , la televisión, la radio, las computadoras  etc.…y así también la bomba atómica. Estos conocimientos son transmitidos mediante la curiosidad (que en latín quiere decir conocimiento).

El nacimiento de la física, como ciencia, se involucra mucho en los conocimientos sobre el universo. En 1500 años se acepto una teoría llamada teoría geocéntrica .El geocentrismo (geo: tierra y centrismo: centro) es el modelo teórico que ubica a la tierra en el centro del universo, a los demás planetas  y al sol. Esta teoría fue realizada por Aristóteles (348-322 a.C.) y completada por Claudio Ptolomeo en el siglo ll a.C. en su obra El Akmagesto.

El modelo geocéntrico del Universo fue el paradigma desde la antigüedad hasta el renacimiento donde produce una forma de conseguir al universo, el paradigma fue dado a conocer por Nicolás Copérnico en el siglo XVI, propone el heliocentrismo.

En 1543 la teoría geocéntrica fue publicada en el libro de Copérnico dando el inicio de la astronomía moderna donde se asegura que la tierra y los demás planetas rotan alrededor del sol.

Copérnico y Galileo tuvieron que redactarse en las ideas prevalecientes sobre la observación experimental del centro del universo, Copérnico declaro que estaba proponiendo “una manera más sencilla de predecir las posiciones de los planetas”, por parte galileo tubo que proclamar que abandonaba las teorías copernicanas y fue obligado a pasar el resto de su vida en el campo.

El modelo Heliocéntrico es un método predictivo, con este método Galileo cambio la forma de investigar la observación y repetición controlada de los fenómenos. Galileo dio inicio a acceder al conocimiento estableciendo las bases de la ciencia cuantitativa.

La ciencia moderna nace con Galileo, formulo sus conclusiones con el lenguaje matemático, lo que dio una gran aportación al desarrollo científico, a finales del siglo XVII Isaac Newton destruye la visión de Aristóteles sobre el mundo. Newton determina una descripción matemática totalizadora y unificadora de las ideas sobre el renacimiento en relación con el universo. Comprobó que los cuerpos celestes se rigen por el mismo conjunto de reglas que los de la tierra. Por todas las aportaciones durante el siglo XVII, a este se le conoce como “El siglo de la revolución científica”.
Una definición contemporánea de ciencia, formulada por un investigador mexicano llamado Ruy Pérez Tamayo da divulgación científica la cual menciona que la ciencia es una actividad humana creativa que tiene como objetivo comprender la naturaleza y producir conocimientos. A estos conocimientos se les expresa mediante una terminología específica (Gráficos, símbolos, ecuaciones, etc.) los cuales son obtenidos utilizando una metodología propia (Método científico), para alcanzar el mayor consenso entre sujetos técnicamente capacitados, ha de ser rigurosa y critica.

La rama de la física y su relación con otras ciencias y técnicas
La física se especializa en diversos campos, que se agrupan en tres categorías:
Física clásica, moderna y aplicada; cada una de ellas se divide en teórica y experimental.
La física clásica:
Esta tubo inicio durante el periodo renacentista; su nacimiento se relaciona con los trabajos de Galileo y Newton. Las ramas de la física clásica se derivan de la mecánica,  óptica, acústica, termodinámica y electromagnetismo.

 v  La mecánica: Se encarga de estudiar el movimiento de los objetos.

 v  La óptica: Estudia la manera en que la luz se comporta e interactúa con la materia.

 v  La acústica: Estudia los fenómenos relacionados con el sonido.

 v  La termodinámica: Estudia el calor, la transferencia de energía a un sistema.

 v  El electromagnetismo: Estudia el comportamiento de los campos electromagnéticos; incluyendo fenómenos eléctricos como magnéticos.

La física moderna:

Surge a principios del siglo XX, se desarrolla con la teoría cuántica de Max Planck y la teoría de la relatividad de Albert Einstein. La física moderna se conforma desde la física clásica, en las ramas de la física moderna se encuentran: mecánica cuántica, mecánica relativista, termodinámica cuántica y electrodinámica cuántica.
La física puede ser aplicada en fenómenos de diferentes escalas y manifestaciones energéticas.
Ejemplo: La cosmología, la astrofísica, la geofísica, la electrónica, la fotónica, las física de plasmas, la física de la materia condensada, la física molecular, la física atómica, la nuclear, la de partículas, los sistemas complejos.
La física forma parte de lo cotidiano en las actividades de los seres humanos es la ciencia que siempre estará en progreso para considerarla como una ciencia básica.
La física es importante para el desarrollo de aplicaciones tecnológicas irrepercucionales sociales.
La ciencia y la técnica desempeñan el crecimiento de la economía, el desarrollo social y cultural en las sociedades.

LOS METODOS DE INVESTIGACION Y SU RELEVANCIA EN EL DESARROLLO DE LA CIENCIA

El conocimiento científico: Es la base de la conformación de nuestra realidad social, económica, tecnología y ambiental, es el modo de pensar llamado “sentido común”  o la explicación de los fenómenos naturales. 

El pensamiento científico: Es el proceso mental que realiza los sujetos.

La actividad científica es el proceso del pensamiento en la búsqueda del saber como la observación, razonamiento, inducción, análisis, síntesis, extrapolación, creatividad, intuición y memoria.

Los métodos de investigación en la ciencia contemporánea son el inductivo, deductivo, analítico y el sintético cada uno corresponde a la forma del razonamiento.

El razonamiento lógico: Es el razonamiento no verbal en donde a través de la observación se desarrolla a los sujetos para analizar preposiciones o situaciones complejas, y así entender las relaciones entre los hechos, encontrar las causas que produjeron, ver consecuencias y así resolver el problema.

Los antiguos griegos sistematizaron la lógica a través de afirmaciones previas llamadas preposiciones o premisas y así se consiguiera una conclusión. Con esta se obtuvo logros en aritmética y en geométrica.

Los pensadores de la antigua Grecia fueron los primeros en aportar explicaciones naturales, dando inicio al razonamiento que se podría llamar pre-científico.

El filosofo griego Tales de Mileto opino que la tierra era plana, que flotaba en un gran océano y que por ello los terremotos se provocaban por la acción de las olas, a este tipo de planteamiento se le llama filósofos naturales o naturalistas.

El método deductivo: Es la primera  postura asumida a la forma de procesar una investigación científica, su característica es que a partir de premisas aceptadas y de la observación se generan los conocimientos.

En la dialéctica el razonamiento deductivo está integrado, pues se divide de una suposición o una hipótesis. La dialéctica es el primer procedimiento de la investigación en donde se plantean a partir de una hipótesis la cual se pone a prueba.

Aristóteles y sus ideas fueron aceptadas durante mas de mil quinientos años.

El punto de vista aristotélico, el universo estaba dividido en regiones sub lunares y supra lunares. Su teoría sobre la tierra es que era esférica e inmóvil, que se ubicaba en el centro del universo y que su pertenencia al mundo sub lunar estaba compuesto por cuatro elementos: agua, tierra, aire y fuego.

La visión geocéntrica del universo.

La perspectiva de Aristóteles se puso en duda por la llegada de las ideas del heliocentrismo, pero las teorías eran deducciones lógicas, basadas en el sentido común y obtenido a partir de las suposiciones. Estas teorías fueron aceptadas durante la edad media.

En el siglo XVIII el franciscano Roger Bacón hizo sus dudas respecto a las preposiciones aristotélicas. Bacón toma a la experimentación como elemento del método científico. Estuvo preso 15 años de su vida y murió dos años después.

En el siglo XVII Galileo, Tycho y Johannes se apoyaron en la teoría heliocéntrica de Copérnico, planteando el método de investigación basado en la razón y en planteamientos de los modelos científicos que fueron sometidos a comprobaciones experimentales y así sentaron los conocimientos de la astronomía.

Durante el renacimiento se creó un método para la investigación de la naturaleza en cual se le denomino “Método inductivo”. En este método las explicaciones sobre los fenómenos se infieren a través del estudio, experimentación y observación sistemática, el razonamiento va de lo particular a lo general.

Galileo es considerado uno de los fundadores de la física clásica, logro superar la física aristotélica  y cambiar los conceptos erróneos prevalecientes en la relación del universo y el movimiento de los cuerpos en la tierra.

Isaac Newton a partir del razonamiento sintético logra una visión totalizadora, unitaria y concisa de las ideas del movimiento de los cuerpos. A finales del siglo XVII Newton muestra que la fuerza de gravedad es responsable de la caída de los cuerpos en la superficie de la tierra y es la misma fuerza que mantiene a la luna en su órbita alrededor del sol. Tal certeza y universalidad llevaron a crear la ley de la naturaleza llamada “Ley de gravitación universal de Newton”.

Newton relacionaba dos hechos aparentemente no vinculados: la caída de los cuerpos en la tierra y el movimiento de los planetas en el cielo, formula una teoría  que unifica estos fenómenos y los resultados que adquieren en el carácter de leyes al poder comprobarlos experimentalmente.

La teoría de la caída de los objetos  ah sido motivo de muchas revisiones durante la historia de la humanidad (poner un recuadro pág. 55).

La teoría general de la relatividad postulada en 1915 por Einstein determinaba una interpretación del universo a gran escala.

El método experimental es el que resuelve problemas, es un método científico utilizado en la física. Según Rosas (1990), el método experimental tiene siete reglas las cuales se deben cumplir a la realización de una investigación y son las siguientes:

1.    Delimitar y definir el objeto de la investigación o problema.

2.    Plantear una hipótesis de trabajo.

3.    Elaborar un diseño experimental.

4.    Realizar el experimento.

5.    Analizar los resultados.

6.    Obtener conclusiones.

7.    Elaborar un informe por escrito.

Un estudio científico de la naturaleza se caracteriza por la búsqueda de los conocimientos universales, validos por la observación sistemática y la concordancia entre las explicaciones objetivas y los hechos experimentales, que sigue un método el cual permite ampliar, refinar y corregir dichas explicaciones. Todos los métodos científicos se basan en premisas fundamentales basadas de la naturaleza y la manera en que aprendemos los seres humanos acerca de ella.

Premisas Del método científico                                                                                                                      

             1.Existen patrones en la naturaleza. Los patrones pueden ser utilizados por los sentidos del ser humano (vista, oído, tacto, olfato y gusto).

        2. Las personas pueden utilizar la lógica para comprender una observación. La ciencia asume que podemos hacer observaciones y a partir de ellas crear una serie de pasos lógicos para encontrar una explicación valida del observado.                                     

3.Los conocimientos científicos son reconocibles. Si un científico dice haber hecho un descubrimiento siguiendo ciertos pasos en su investigación, entonces el otro científico deberá ser capaz de repetir los mismos pasos y conseguir el mismo resultado.

La ciencia está integrada por un conjunto de conocimientos ordenados y sistematizados que se expresan en forma de conceptos, principios, leyes, teorías o modelos.

El método científico consta de unos pasos los cuales pueden ser ordenados de acuerdo con el objeto del estudio, la naturaleza de la investigación y el estilo personal del investigador, los pasos son los siguientes: 

Etapas del método científico

                             I.Observación de los aspectos del universo que sean de interés para la investigación, con este objeto de elegir el fenómeno al estudiar.
            II.Problematización  de la realidad observada, pues ninguna observación genera conocimiento hasta que existe la necesidad de conocer y esta necesidad se da hasta que surge un problema cognitivo.
      III.Formulación de una explicación tentativa de los hechos observados (idea, hipótesis o teoría empírica) que sea consistente con todo lo observado.
            IV.  Utilización de las ideas, hipótesis o teorías empíricas para crear modelos de la realidad y efectuar predicciones de los fenómenos.
               V. Contrastación de las predicciones mediante experimentos o mediante nuevas observaciones, y redefinición de la hipótesis a la luz de los nuevos resultados.
       VI. Cuando se logra la consistencia entre la hipótesis y los resultados, formulación de leyes, principios o teorías que expliquen y/o describan científicamente el fenómeno observado.