semana 1 magnitudes fisicas y sitemas de unidades
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Ing° ROBERTO MOLINA CUEVA
FÍSICA 1
Promover la importancia del estudio de la físicadentro de la formación profesional en Ingeniería.
Determinar unidades de las magnitudesfundamentales, aplicar los principios para convertirunidades y calcular las cifras significativas de unacantidad.
Propósitos
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Ciencia Fundamental Conectado con los principios básicos del universo.
Genera las otras ciencias físicas.
Se subdivide en 6 grandes áreas: Mecánica clásica
Relatividad
Termodinámica
Electrodinámica
Óptica
Mecánica Cuántica
Física
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La mecánica y el electromagnetismo son pilares sobre los que se sustenta todos los componentes de la mecánica clásica.
La física clásica tuvo su desarrollo antes de 1 900.
Nuestro estudio comenzará con los fundamentos básicos de la mecánica clásica.
La mecánica clásica también se llama mecánica newtoniana.
Física Clásica
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Incluye a la mecánica. Alcanza el mayor desarrollo con Newton, y
continuo a lo largo de la primera parte del sigloXIX.
Termodinámica.
Óptica
Electromagnetismo Todo lo último comenzó su desarrollo a finales
del siglo XIX.
Física Clásica, cont.
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Comienza con el inicio del siglo XX.
Procura explicar y sustentar fenómenos que normalmente no pueden ser explicados por la física clásica.
Incluye teorías de la relatividad y la mecánica cuántica.
Física Moderna
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Aún son importantes en muchas disciplinas.
Un amplio rango de fenómenos pueden ser explicados con la mecánica clásica.
Muchos principios básicos se cumplen al interior de otros fenómenos.
Las leyes de conservación también pueden ser aplicadas dierctamente en otras ramas de la física.
Mecánica Clásica, hoy
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Encontrar los límites numéricos de las leyesfundamentales que gobiernan los fenómenosnaturales.
Aplicar estas leyes para desarrollar teorías quepuedan predecir los resultados de futurosexperimentos.
Expresar las leyes en el lenguaje matemático.
Objetivos de la Física
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Deben complementarse mutuamente.
Cuando ocurre una discrepancia, la teoría puede ser modificada.
La teoría puede ser aplicada bajo condiciones limitadas.
Ejemplo: la mecánica newoniana esta confinada a objetos que se mueven con velocidades inferiores a la velocidad de la luz.
Intenta desarrollar una teoría más general.
Teoría y Experimentos
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En mecánica, tres son las cantidades básicas empleadas: Longitud
Masa
Tiempo
También se usan cantidades derivadas. Éstas cantidades pueden ser expresadas en términos
de las básicas.
Cantidades empleadas
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Sistemas estandarizados
Asignado por acuerdo de algunas autoridades, usualmente gobiernos.
SI – Sistema Internacional
Consenso adoptado en 1960 por un comité internacional.
Sistema empleado en éste curso.
Estandarización de Cantidades
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Unidad
SI – metro, m
El metro es la longitud del trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de 1/299 792 458 de segundo.
Longitud
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Unidad
SI – kilogramo, kg
El kilogramo es la unidad básica de masa del Sistema Internacional de Unidades (SI), y su patrón se define como la masa que tiene el prototipo internacional, compuesto de una aleación de platino e iridio, que se guarda en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) en Sevres, cerca de París (Francia).
Masa
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Unidad
segundo, s
El segundo (s) es la duración de 9 192 631 770periodos de la radiación correspondiente a latransición entre los dos niveles hiperfinos delestado fundamental del átomo de cesio 133.
Tiempo
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Cuando se escribe números con muchos dígitos, se deja un espacio en grupos de tres, tanto en la parte entera como en la parte decimal.
El separador decimal es la coma
Ejemplo:
25 100
5,123 456 789 12
Notación Numérica
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Cuando se resuelve un problema, se requiere chequear la respuesta para ver si es razonable.
Revisar las tablas de aproximaciones de valores para la longitud, masa, y tiempo sirve para la racionalidad de las respuestas.
Racionalidad de Resultados
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Los prefijos corresponden a
potencias de 10.
Cada prefijo tiene un nombre específico.
Cada prefijo tiene un símbolo específico
Los prefijos son usados con cualquier unidad base.
Examples: 1 mm = 10-3 m
1 mg = 10-3 g
Prefijos
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Un modelo es un sistema de componentes físicos
Identifique los componentes
Haga las predicciones sobre el comportamiento del sistema
Las predicciones serán basadas en las interacciones entre los componentes y/o basado en las interacciones entre los componentes y el ambiente
Construcción de Modelos
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Modelos de Materia
Algunos griegos afirman que la materia esta constituida por átomos.
JJ Thomson (1897) encontró electrones en una masa compacta.
Rutherford (1911) núcleo central envuelta por electrones.
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El núcleo tiene estructura propia, contiene proptones y neutrones.
El número de protones indica el número atómico.
El número de protones y neutrones representa el número de masa.
Tanto protones como neutrones están constituídos por quarks.
Modelos de materia, cont
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La densidad es un ejemplo de una cantidadderivada.
Está definida como la masa por unidad de volumen.
Sus unidades son: kg/m3
Densidad
m
V
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La masa atómica esta indicado por el total del número de protones y neutrones de un elemento químico.
Puede ser medido en unidades de masa atómica, uma
1 uma = 1,6605387 x 10-27 kg
Masa Atómica
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Las dimensiones tienen un significado específico –esto denota la naturaleza física de una cantidad.
Las dimensiones son requeridas con los corchetes. Longitud [L]
Masa [M]
Tiempo [T]
Intensidad de corriente [I]
Intensidad luminosa [J]
Temperatura termodinámica [θ]
Cantidad de sustancia [N]
Cantidades Básicas y sus dimensiones
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Técnica que sirve para corregir u obtener una fórmula física.
Las dimensiones (longitud, masa, tiempo, y sus combinaciones) pueden ser tratadas como cantidades algebraicas. adición, sustracción, multiplicación, división
Todos los componentes de una fórmula física deben tener las mismas dimensiones.
Análisis Dimensional
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Dada la fórmula: x = ½ at 2
Determinar las dimensiones de cada término:
La expresión T2’se cancela, dejando a L como la dimensión en cada término La ecuación es dimensionalmente correcta
Las constantes son magnitudes adimensionales
Análisis Dimensional
LTT
LL 2
2
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Cuando la unidades no son consistentes, es necesario transformar a las unidades apropiadas.
Las unidades pueden ser tratadas como cantidades algebraicas ya que pueden ser canceladas una con la otra.
Para convertir unidades se aplicará la técnica del factor de cociente unitario.
Conversión de Unidades
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Siempre es necesario incluir la unidad para cada
cantidad.
Multiplicar el valor original por un equivalente que genere la unidad requerida y elimine la unidad dada.
Ejemplo:
Conversión
, ?
,
,, ,
15 0 in cm
1 in 2 54 cm
2 54 cm15 0 in 38 1 cm
1 in
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Un orden de magnitud es la clase de escala o
magnitud de cualquier cantidad, en la que cadaclase contiene valores en una proporción fijarespecto de la clase anterior. La relación deproporción más utilizada es 10. Por ejemplo, se diceque dos números difieren 3 órdenes de magnitud si unoes 1000 veces más grande que el otro. El uso másextendido de describir los órdenes de magnitud esmediante la notación científica y las potencias dediez.
Orden de Magnitud
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El cálculo de la incertidumbre de una medición es uno de los requerimientos de la norma ISO 17025.
La importancia de la incertidumbre es que la misma expresa los errores aleatorios y sistemáticos, mientras que la desviación estándar indica los errores aleatorios y el sesgo los errores sistemáticos.
Es necesario aplicar un procedimiento especifico para la determinación de dicha incertidumbre.
Incertidumbre en las medidas
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Una cifra significativa es confiable y conocida
El cero, puede o no ser cifra significativa La posición de la coma decimal no es determinante en la
identificación de las cifras significativas.
Una forma de remover la ambigüedad en las mediciones consiste en usar la notación científica.
En la mediciones, las cifras significativas incluyen los primeros dígitos estimados.
Cifras Significativas
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0,0075 m tiene dos cifras significativas
Los ceros solamente reservan los lugares La notación científica muestra más claramente las
dos cifras significativas: 7,5 x 10-3 m
10,0 m tiene tres cifras significativas El punto decimal otorga la fiabilidad de la medida.
1500 m es ambiguo Si se expresa: 1,5 x 103 m tiene dos c.s. Si se expresa: 1,50 x 103 m tiene tres c.s. Si se expresa: 1,500 x 103 m tiene cuatro c.s.
Cifras Significativas
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Cuando se suma o se resta, el número de cifras decimales en el resultado debe ser igual al término que tiene la menor cantidad de cifras decimales.
Ejemplo: 135 cm + 3,25 cm = 138 cm
El número 135 limita a la respuesta a no tener cifras decimales.
Cifras significativas Adición y Sustracción
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Cuando se multiplica o divide, el número de cifras significativas en la respuesta final es el mismo que el número de cifras significativas que tiene la cantidad con menor número de cifras significativas.
Ejemplo: 25,57 m x 2,54 m = 62,6 m2
El número 2,54 limita al resultado a tener 3 cifras significativas.
Cifras significativas Multiplicación y división
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El último dígito debe aumentarse en 1 si el último dígito es más de 5.
El último digito se deja tal cual si la última cifra es menos que 5.
Si la última cifra a eliminar es 5, se deja igual si la cifra anterior es par, se agrega 1 si la cifra es impar.
Debe procurarse la aproximación al resultado final para evitar la acumulación de errores.
Aproximación (redondeo)
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