7/23/2019 Temas de fsica clsica Esime primer semestre

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INSTITUTO POLITCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA

MECNICA Y ELCTRICA

UNIDAD CULHUACN

Temas de fsica

clsica

Docente: Ing. Santiago Gon!"eL#$e

INTRODUCCI%N

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La &'(ica e( "a ciencia )*e e(t*+ia "a( $,o$ie+a+e( +e "a -ate,ia +e "aene,g'a e(ta/"ece "a( "ee( )*e e0$"ican "o( &en#-eno( nat*,a"e(1e0c"*en+o a "o( )*e -o+i&ican "a e(t,*ct*,a -o"ec*"a, +e "o( c*e,$o(.E0i(ten +o(1 ""a-2-o("e( 3,a-a(4 +e "a &'(ica1 "a c"!(ica "a -o+e,na. La$,i-e,a e(t*+ia to+o "o ante,io, a "a -ec!nica c*!ntica "a teo,'a,e"ati5i+a+1 co-o "a cine-!tica1 e" t,a/a6o "a ene,g'a1 $a,a no con&*n+i,"o( te-a(1 to+o a)*e""o )*e no tenga )*e 5e, con "o( c*anto(. E(ta g*'a,eco$i"a to+o( "o( te-a( 5i(to( en e" $,i-e, (e-e(t,e c*o no-/,e +e "aa(ignat*,a e( &'(ica c"!(ica1 t,ata-o( te-a( +e(+e "o( -a( (enci""o( co-o$*e+e (e, e" con5e,ti, *ni+a+e(1 5ecto,e(1 e inc"*(o ana"ia-o( e" -a,co&i"o(#&ico +e "a &'(ica1 +e +on+e 5iene1 $o,)*e (e ""a-a a(' etc. Con&o,-e5a a5anan+o e" c*,(o1 (e 5a inc,e-entan+o "a +i&ic*"ta+ +e "o( te-a(1 e(

i-$o,tante ,eco,+a, )*e e( nece(a,io a$,en+e, /ien "a( /a(e( $a,a )*e$o(te,io,-ente e" a$,en+ia6e +e "o( +e-!( te-a( (ea -!( a-eno. A "o"a,go +e" (e-e(t,e a$,en+i-o( )*e a"go )*e ,ea"-ente e( nece(a,io1 e( e"+o-inio +e t,e( te-a(1 5ecto,e(1 e" $o+e, ,ea"ia, +iag,a-a( +e c*e,$o"i/,e 7a )*e e(to( (on "o( )*e no( +an "a c"a5e $a,a ,e(o"5e, n*e(t,o(e6e,cicio(81 $o, 9"ti-o "a( "ee( +e Neton1 e(ta( (e 5en a$"ica+a( en "a-ao,'a +e "o( te-a( a)*' $,e(enta+o(1 /a(ta +eci, )*e "a $,!ctica e($a,te &*n+a-enta" +e" a$,en+ia6e $*e(to )*e e" (o"o o', o "ee, "o( te-a(1no (i,5e +e -*c;o

UNIDAD I.< SISTEMA DE UNIDADES

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INRODUCCION MARCO =ILOSO=ICA DE LA =ISICA

La fsica es una ciencia experimental. Los fsicos observan los fenmenos naturales eintentan encontrar los patrones y principios que los describen. Tales patrones se denominanteoras fsicas o, si estn muy bien establecidos y se usan ampliamente, leyes o principios

fsicos.CUI!" #l si$nificado de la palabra %teora& ecir que una idea es una teora no implicaque se trate de una diva$acin o de un concepto no comprobado. 's bien, una teora esuna explicacin de fenmenos naturales basada en observaciones y en los principiosfundamentales aceptados. Un e(emplo es la bien establecida teora de la evolucin biol$ica,que es el resultado de extensas investi$aciones y observaciones de varias $eneraciones debilo$os.#l desarrollo de la teora fsica exi$e creatividad en cada etapa. #l fsico debe aprender a)acer las pre$untas adecuadas, a dise*ar experimentos para tratar de contestarlas y adeducir conclusiones apropiadas de los resultados.Cuenta la leyenda que +alileo +alilei -/01-/023 de( caer ob(etos li$eros y pesados desde

la Torre Inclinada de 4isa para averi$uar si sus velocidades de cada eran i$uales odiferentes. +alileo saba que slo la investi$acin experimental le dara la respuesta.#xaminando los resultados de sus experimentos que en realidad fueron muc)o mscomple(os de lo que cuenta la leyenda3, dio el salto inductivo al principio, o teora, de que laaceleracin de un cuerpo que cae es independiente de su peso. #l desarrollo de teorasfsicas como la de +alileo siempre es un proceso bidireccional, que comien5a y termina conobservaciones o experimentos. #l camino para lo$rarlo a menudo es indirecto, con calle(onessin salida, suposiciones errneas, y el abandono de teoras infructuosas en favor de otrasms promisorias. La fsica no es una mera coleccin de )ec)os y principios6 tambi7n es elproceso que nos lleva a los principios $enerales que describen el comportamiento delUniverso fsico. 8in$una teora se considera como la verdad 9nal o de9nitiva. :iempre )ay la

posibilidad de que nuevas observaciones obli$uen a modi9carla o desec)arla. #n las teorasfsicas es in)erente que podemos demostrar su falsedad encontrando comportamientos queno sean con$ruentes con ellas, pero nunca probaremos que una teora siempre es correcta.;olviendo con +alileo, supon$amos que de(amos caer una pluma y una bala de ca*n. :induda no caen a la misma velocidad. #sto no si$ni9ca que +alileo estuviera equivocado, sinoque su teora estaba incompleta. :i soltamos tales ob(etos en un vaco para eliminar losefectos del aire, s caern a la misma velocidad. La teora de +alileo tiene un intervalo devalide5< slo es vlida para ob(etos cuyo peso es muc)o mayor que la fuer5a e(ercida por elaire debido a su resistencia y a la =otabilidad del ob(eto3. Los ob(etos como las plumas y losparacadas evidentemente se salen del intervalo.Cualquier teora fsica tiene un intervalo de valide5 fuera del cual no es aplicable. ! menudoun nuevo avance en fsica extiende el intervalo de valide5 de un principio. Las leyes delmovimiento y de $ravitacin de 8e>ton extendieron ampliamente, medio si$lo despu7s, elanlisis de la cada de los cuerpos que )i5o +alileo.

MAGNITUDES =UNDAMENTALES Y UNIDADESLa fsica es una ciencia experimental. Los experimentos requieren mediciones, cuyosresultados suelen describirse con n?meros. Un n?mero empleado para describircuantitativamente un fenmeno fsico es una cantidad fsica. os cantidades fsicas, pore(emplo, que describen a al$uien como t? son su peso y estatura. !l$unas cantidades fsicasson tan bsicas que slo podemos de9nirlas describiendo la forma de medirlas6 es decir, con

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una de9nicin operativa. #(emplos de ello son medir una distancia con una re$la, o un lapsode tiempo con un cronmetro. #n otros casos, de9nimos una cantidad fsica describiendo laforma de calcularla a partir de otras cantidades medibles. !s, podramos de9nir la rapide5promedio de un ob(eto en movimiento, como la distancia recorrida medida con una re$la3entre el tiempo de recorrido medido con un cronmetro3.Las mediciones exactas y con9ables requieren unidades inmutables que los observadores

puedan volver a utili5ar en distintos lu$ares. #l sistema de unidades empleado por loscient9cos e in$enieros en todo el mundo se denomina com?nmente %sistema m7trico&aunque, desde -@/A, su nombre o9cial es :istema Internacional, o :I. #n el !p7ndice !sepresenta una lista de todas las unidades del :I y se de9nen las fundamentales.

TI#'4"e -BB@ a -@/, la unidad de tiempo se de9ni como cierta fraccin del da solar medio eltiempo promedio entre lle$adas sucesivas del :ol al cenit3. #l estndar actual, adoptado en-@/, es muc)o ms preciso6 se basa en un relo( atmico que usa la diferencia de ener$aentre los dos estados ener$7ticos ms ba(os del tomo de cesio.Un se$undo que se abrevia como DsE3 se define como el tiempo que tardan @, -@2, /F-,Aciclos de esta radiacin de microondas.

L"8+ITU

#n -@/A se estableci tambi7n un estndar atmico para el metro, utili5ando la lon$itud deonda de la lu5 anaran(ada1ro(a emitida por tomos de Griptn B/Hr3 en un tubo de descar$ade lu5. Usando este estndar de lon$itud, se comprob que la rapide5 de la lu5 en el vaco erade 2@@, @2,0B DmsE #n noviembre de -@BF, el estndar de lon$itud se modi9c otra ve5, demanera que la rapide5 de la lu5 en el vaco fuera, por de9nicin, exactamente de 2@@, @2,0BDmsE.

!s pues la definicin de metro es< que se abrevia DmE3 es la distancia que recorre la lu5 en elvaco en -2@@, @2,0B se$undos. Jste es un estndar de lon$itud muc)o ms preciso que elbasado en una lon$itud de onda de la lu5.

'!:!#l estndar de masa, el Gilo$ramo que se abrevia DG$E3, se de9ne como la masa de un cilindrode aleacin platino1iridio espec9co que se conserva en la "9cina Internacional de 4esos y

'edidas en :Kvres, cerca de 4ars. Un estndar atmico de masa sera ms fundamental6 sinembar$o, en la actualidad no podemos medir masas a escala atmica con tanta exactitudcomo a escala macroscpica. #l $ramo que no es una unidad fundamental3 es de A.AA-Gilo$ramos.

4#MIN": # U8I!#:Una ve5 de9nidas las unidades fundamentales, es fcil introducir unidades ms $randes yms peque*as para las mismas cantidades fsicas. #n el sistema m7trico, estas otrasunidades siempre se relacionan con las fundamentales o, en el caso de la masa, con el$ramo3 por m?ltiplos de -A o !s, un Gilmetro - Gm3 son -AAA metros, y un centmetro -cm3 es. #s com?n expresar los m?ltiplos de -A o en notacin exponencial< etc7tera. Con estanotacin, y Los nombres de las unidades adicionales se obtienen a$re$ando un prefi(o alnombre de la unidad fundamental. 4or e(emplo, el prefi(o %Gilo&, abreviado G, siempre indicauna unidad -AAA veces mayor6 asatt O - DGQE O -APF >atts O -APF Q

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SISTEMAS DE UNIDADESUn sistema de unidades es un con(unto de unidades de medida consistente, estndar yuniforme. #n $eneral definen unas pocas unidades de medida a partir de las cuales se derivael resto. #xisten varios sistemas de unidadeston