Introducción

Curso de Física I

Contenido

• Introducción

• Interacciones

• Notación científica

• Orden de magnitud

• Longitud, masa y tiempo

• Análisis dimensional

Introducción

La física trata del comportamiento y la composición de la materia y de sus interacciones en el nivel más fundamental.

La física clásica se divide en:

Mecánica clásica: El estudio del movimiento de las partículas y los fluidos.

Termodinámica: El estudio de la temperatura, la transferencia del calor y las propiedades de los sistemas de muchas partículas.

Electromagnetismo: Electricidad, magnetismo, ondas electromagnéticas y óptica.

Introducción (continuación)

La física moderna se divide en:

Relatividad especial: Teoría del comportamiento de las partículas que se mueven a grandes velocidades. Esto condujo a una revisión radical de nuestras ideas sobre el espacio, el tiempo y la energía.

Mecánica cuántica: Teoría del mundo submicroscópico del átomo. Trastornó profundamente nuestra visión de como funciona la naturaleza.

Relatividad general: Teoría que relaciona la fuerza de gravedad con las propiedades geométricas del espacio.

InteraccionesLas interacciones básicas son de cuatro tipos, estas se resumen en la siguiente tabla:

Interacción Intensidad relativa

Alcance

Fuerte 1 10-15 m

Electromagnética 10-2 Infinito

Débil 10-6 10-17 m

Gravitatoria 10-38 Infinito

Notación científicaEs conveniente utilizar la notación de potencias de diez para representar las cantidades físicas si estas son muy grandes o muy pequeñas.

Por ejemplo, el tamaño de un átomo de 0.000,000,000,2 m se expresa como 2x10-10.

La incertidumbre es una indicación de la exactitud de una medición. Los valores medidos se expresan con un valor central y una incertidumbre, por ejemplo: 14.56 0.03.

El número de cifras significativas es el número de decimales utilizadas para representar un número.

Por ejemplo, 3.54 está expresado con tres cifras significativas.

Orden de magnitud

El orden de magnitud es una idea del tamaño de alguna cosa dentro de un factor de 10. Para obtener una estimación del orden de magnitud, los datos deberán tener precisamente una cifra significativa.

Ejemplo: el número de segundos en un año se puede estimar como, 60 s por min., 60 min. por hora, 20 horas por día, 400 días por año, multiplicando se obtiene:

60 x 60 x 20 x 400 = 3,600 x 20 x 400 4,000 x 20 x 400 =

80,000 x 400 32,000,000 30,000,000

El valor exacto es: 31,536,000

Longitud, masa y tiempoLongitud

La unidad de longitud en el sistema SI es el metro, el cual se definió originalmente como la diez millonésima parte de la distancia del ecuador al polo. después se redefinió en 1960 como 1,650,763.73 veces la longitud de onda de la luz anaranjada emitida por el Criptón 86. Se volvió a redefinir en 1983 como la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299,792,458 segundos.

Masa

En el sistema SI la unidad de masa es el kilogramo. Su patrón primario es un cilindro de platino e iridio que se guarda en el Buró Internacional de Pesas y Medidas en Sèvres, Francia.

Tiempo

El segundo se define como cierta radiación emitida por los átomos de Cesio 133, en un segundo hay 9,162,631,770 vibraciones.

Unidades derivadas

Las unidades de otras cantidades físicas se expresan en términos de las unidades fundamentales. Por ejemplo, la unidad para velocidad es m/s.

Conversión de unidades

Para convertir entre diferentes sistemas de unidades se utilizan factores de conversión. Por ejemplo, para convertir de millas por hora (mi/h) a metros por segundo (m/s), dado que 1milla = 1.6 km., el factor de conversión es (1.6 km)/(1 mi). Por ejemplo:

5 0 2 2. .mi

h

5.0 mi

1 h

1.6 km

1 mi

10 m

1 km

1 h

3600 s

m

s

3

Parámetro Longitud, m Parámetro Longitud, m

Protón 10-15 Diámetro del sistema solar 1013

Ätomo de H 10-10 Distancia a la estrella más

cercana

1017

Virus de la gripa 10-7

Gota de lluvia 10-3 Diámetro de nuestra

galaxia (Vía Láctea)

1021

Altura de una persona 100

Un kilómetro 103 Distancia a la galaxia

más cercana (Andrómeda)

1022

Diámetro de la Tierra 107

Distancia Tierra- Luna 109 Distancia al confín del

universo observable

1026

Distancia Tierra-Sol 1011

Longitudes de diversos cuerpos

El Universo 1 x 1052

La Vía Láctea 7 x 1041

El Sol 2 x 1030

La Tierra 6 x 1024

La Luna 7 x 1022

Un caballo 1 x 103

Un humano 7 x 101

Una rana 1 x 10-1

Un mosquito 1 x 10-5

Una Bacteria 1 x 10-15

Un átomo de hidrógeno 1 x 10-27

El electrón 9.11 x 10-31

Masa (kg)

Masa de diversos cuerpos

Edad del Universo 5 x 1017

Edad de la Tierra 1.3 x 1017

Edad promedio de un estudiante universitario 6.3 x 108

Un año 3.2 x 107

Un día 8.6 x 104

Tiemo entre latidos del corazón normales 8 x 10-1

Periodo de ondas sonoras audibles 1 x 10-3

Periodo de ondas de radio comunes 1 x 10-6

Periodo de vibración de un átomo en un sólido 1 x 10-13

Periodo de ondas luminosas visibles 2 x 10-15

Duración de un choque nuclear 1 x 10-22

Tiempo que tarda la luz en atravesar un protón 3.3 x 10-24

Valores aproximados de algunos intervalos de tiempo

Intervalo (s)

Potencia Prefijo Abrev. Potencia Prefijo Abrev.

10-24 yocto y 101 Deca da

10-21 septo z 103 kilo k

10-18 ato a 106 mega M

10-15 femto f 109 giga G

10-12 pico p 1012 tera T

10-9 nano n 1015 peta P

10-6 micro 1018 exa E

10-3 mili m 1021 zeta Z

10-2 centi c 1024 yota Y

10-1 deci d

Prefijos para las unidades del sistema SI

DensidadLa densidad de cualquier sustancia se define como la cantidad de masa contenida en una unidad de volumen.

V

m

La masa atómica de un elemento es la masa promedio de un átomo en una muestra del elemneto que contenga todos los isótopos del elemento, donde la cantidad relativa de isótopos es la misma que la cantidad relativa encontrada en le naturaleza.

Tarea #2

La aceleración debida a la gravedad, g, es 9.8 m/s2, en el sistema SI. Conviértala al sistema inglés, con la longitud en pies, en lugar de metros.

El radio de la tierra, que es esférica con mucha aproximación, es 6.4 x 106 m y su masa es 6.0 x 1024 kg, ¿Cuál es la densidad de la tierra en gramos por centímetro cúbico?

Análisis dimensional

El análisis dimensional permite verificar la validez de una fórmula o ecuación.

Las dimensiones fundamentales son: longitud (L), masa (M), tiempo (T), etc.

La dimensión de una cantidad se designa encerrándola entre paréntesis cuadrados, por ejemplo:

si x es velocidad [x] = L / T.

La ley de gravitación universal de Newton entre dos cuerpos de masa m1 y m2, separados una distancia r es

2

21

rmm

GF

Encontrar las dimensiones de G.

Tarea

Dada la fórmula E = mc2, donde m es masa y c es la velocidad de la luz encontrar las dimensiones de E.