®® Gabriel Cano GGabriel Cano Góómez, 2009/10 mez, 2009/10 Dpto. FDpto. Fíísica Aplicada III (U. Sevilla)sica Aplicada III (U. Sevilla)
FísicaIngeniero Aeronáutico
1. Introducci1. Introduccióón a la n a la FFíísicasica
1. La F1. La Fíísica como disciplina cientsica como disciplina cientííficafica
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FFíísicasica (Ingeniero Aeron(Ingeniero Aeronááutico) utico) 1. Introducci1. Introduccióón a la Fn a la Fíísicasica
FFíísicasica“Ciencia que estudia las propiedades más generales de la materia y sus interacciones”
materiamateria fenfenóómenosmenosffíísicossicos
Mundo fMundo fíísicosicomateria
sustancia y energíainteracciones (fuerzas)
efecto de las propiedades de la materia y causa de los procesos
fenómenos físicosprocesos en el espacio y el tiempopresentan causalidad y regularidad
InteraccionesInteracciones
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Modelo estModelo estáándarndar
Interacciones fundamentalesInteracciones fundamentales
Gravitatoria Electro-magnética
F. nuclearfuerte
F. nucleardébil
largo alcance largo alcance corto alcance corto alcance
masa grav. carga eléctrica “color” “sabor”
atractiva atractiva/repulsiva
(10-15 m) (10-18 m)
(quarks, gluones) (quarks)
Peso
Mov. Planetas
Evolución del Universo
Fenómenos Electromagnéticos
Cohesión de la materia
Estabilidad de núcleos atómicos
Fisión y fusión nuclear
Desintegración β
Radiactividad
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Magnitudes fMagnitudes fíísicassicasentes conceptuales
cuantifican propiedades del mundo físicosusceptibles de medida
TeorTeoríías fas fíísicassicas
leyes descriptivas de los fenómenos físicoscausalidad y regularidad de los fenómenosrigurosas y sistemáticas
construcción de modelos físico-matemáticosproceso de idealización, abstracción y ordenacióncorrelaciones matemáticas entre magnitudes fmagnitudes fíísicassicas
MMéétodos de la Ftodos de la Fíísica (I)sica (I)
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Ejemplo: Ejemplo: LeyLey de Hooke (elasticidad)de Hooke (elasticidad)
TeorTeoríías fas fíísicassicas
leyes descriptivas de los fenómenos físicoscausalidad y regularidad de los fenómenosrigurosas y sistemáticas
construcción de modelos físico-matemáticosproceso de idealización, abstracción y ordenacióncorrelaciones matemáticas entre magnitudes fmagnitudes fíísicassicas
MMéétodos de la Ftodos de la Fíísica (I)sica (I)
Fl0+Δx
Δx=λ|F|(λ, cte.)
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Utilidad de las teorUtilidad de las teorííasas
proporcionan conocimiento del mundo físicoordenan y estructuran el conjunto de fenómenos
tienen carácter predictivo:fundamento y desarrollo de Tecnologías
rango de validez limitadoconsecuencia de la idealización
MMéétodos de la Ftodos de la Fíísica (II)sica (II)
Δx F límite elástico
Δx
|F|
λLey de
Hooke
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Herramientas esencialesHerramientas esenciales
método científico:observación y experimentación
procesos fundamentales
formulación de hipótesis
verificación del modelo
lenguaje matemáticoriguroso y conciso
exacto
articulado
MMéétodos de la Ftodos de la Fíísica (III)sica (III)
descripción precisa del mundo físico
predicción y avance en el conocimiento
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experimentación
TecnologTecnologííaa
modelomodelomatemmatemááticotico
abstracción
modelomodeloffíísicosico
fenómenofísico
idealización
predicciónnuevos
fenómenos
síntesis
aplicación
TeorTeorííaaFFíísicasica
nuevos requerimientos
conocimiento
MMéétodos de la Ftodos de la Fíísica (IV)sica (IV)
ConstrucciConstruccióón de una teorn de una teorííaa
verificación
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ÁÁmbitos de la Fmbitos de la Fíísicasica
Teorías físicas: ordenan y estructuran el mundo físicounifican y distinguen conjuntos (extensos) de fenómenos
crean ámbitos de conocimiento
cada ámbito es explicado por unas pocas leyes
Estructura y disciplinas cientEstructura y disciplinas cientííficas (I)ficas (I)
Física cuántica
T. RelatividadFísica Clásica
MecánicaTermo-dinámica
Electro-magnetismoÓptica
Física atómica
y nuclear
Física de partí-
culasMecánica cuántica
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Nuestro Nuestro áámbito de intermbito de interééss
marco de las teorías clásicaspunto de vista macroscópico
modelos de cuerpo material:punto material; medios continuos (sólido rígido y fluidos)
Estructura y disciplinas cientEstructura y disciplinas cientííficas (II)ficas (II)
T. Relatividad
Física cuántica
Física atómica
y nuclear
Física de partí-
culas
Mecánica cuántica
Física Clásica
MecánicaTermo-dinámica
Electro-magnetismoÓptica
®® Gabriel Cano GGabriel Cano Góómez, 2009/10 mez, 2009/10 Dpto. FDpto. Fíísica Aplicada III (U. Sevilla)sica Aplicada III (U. Sevilla)
FísicaIngeniero Aeronáutico
1. Introducci1. Introduccióón a la n a la FFíísicasica
2. Magnitudes f2. Magnitudes fíísicas. Metrologsicas. Metrologííaa
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Ejemplo:Ejemplo:
Magnitudes fMagnitudes fíísicas (I)sicas (I)
0 421 3 5 6cm
d
unidad de medida
unidad de medida
d = 4,2 cmmagnitud cantidad unidad
Propiedades generalesPropiedades generalesentes conceptuales
describen las propiedades de los fenómenos físicos:a partir de la observaciónlongitud, masa, tiempo, temperatura, carga eléctrica, velocidad, fuerza, trabajo, entropía,…
cuantifican las propiedades físicascorrespondencia con entes matemáticos (abstracción)permiten establecer leyes descriptivas (teorías físicas)
susceptibles de medidacomparación con una cantidad patron (arbitraria): proceso objetivo y repetible
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Magnitudes fMagnitudes fíísicas (II)sicas (II)
dimensiones de las magnitudes
Magnitudes fundamentalesMagnitudes fundamentalesdescriben propiedades básicas de los fenómenos (dimensiones)
dependen del ámbito de conocimiento
Magnitudes derivadasMagnitudes derivadasse definen matemáticamente a partir de las anteriores:
velocidad: v=Δs/Δtfuerza: F=m(Δv/Δt)trabajo: W=F Δs
AnAnáálisis dimensionallisis dimensionallos términos de una expresión deben tener igual dimensión:
FFíís. materias. materiaL, t, M, Q, T, u (masa atómica)
TermodinTermodináámicamicaL, t, M, T (tem-
peratura)
ElectromagnetElectromagnet..L, t, M, Q (carga),
I (corriente)
MecMecáánicanica
L (long.), t (tiem-po), M (masa)
[v]=L t−1
[F]=ML t−2
[W]=ML2 t−2
ley física: A+B=CD [A]=[B]=[CD] [C]=[A] [D]−1
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Sistemas de unidadesSistemas de unidadescantidades patrón establecidas arbitrariamente
con el acuerdo y la aceptación de la comunidadSistema Internacional de unidades (SI)
unidades fundamentales:
unidades derivadas: se definen a partir de las anteriores
Unidades de medida (I)Unidades de medida (I)
KKcdcd
molmol
kelvinkelvincandelacandela
molmol
temperaturaint. luminosacant. materia
mmss
kgkgAA
metrometrosegundosegundo
kilogramokilogramoamperioamperio
longitudtiempomasa
corriente
ssíímbolombolounidad (SI)unidad (SI)magnitudmagnitudssíímbolombolounidad (SI)unidad (SI)magnitudmagnitud
JJPaPa
juliojuliopascalpascal
trabajopresión
NNCC
newtonnewtoncoulombiocoulombio
fuerzacarga
ssíímbolombolounidad (SI)unidad (SI)magnitudmagnitudssíímbolombolounidad (SI)unidad (SI)magnitudmagnitud
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Unidades de medida (II)Unidades de medida (II)
Algunas definiciones de unidadesAlgunas definiciones de unidadesSegundo
es la duración de 9 192 631 770* períodos de la radiación correspondiente a la transición entre dos niveles hiperfinosdel estado fundamental del átomo de cesio 133
Metroes la longitud recorrida por la luz en el vacío (*) en un tiempo de 1/299 792 458 de segundo
(*) velocidad de la luz (cte. universal): c=299 792 458 m/s
Kilogramomasa del cilindro patrón (aleación de platino e iridio) guar-dado en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, en Sèvres, Francia (www.bipm.fr)
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ConstrucciConstruccióón de dispositivo de medidan de dispositivo de medidamedida de masas:
calibración:medida de fuerzas:
leyes físicas:
calibración:
caracterización del resorte (Ley de Hooke):
realiza medidas indirectas de m y |F|
0,0
0,4
0,2
0,1
0,3
0,5
0,6
|F| (N)
10
0
20
40
30
50
60
m (gr)
Medida de magnitudes: ejemploMedida de magnitudes: ejemplo
0
4
2
1
3
5
6
Δx (cm)l0
Δx
mF
Δx/m = 0,98 mm/gr
F=ma (L. Newton)
|F|=mg (int. gravit.)
Δx =λ |F|; con λ=10 cm/N
|F|/Δx =0,1 N/cm
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ExpresiExpresióón de las cantidades (I)n de las cantidades (I)NotaciNotacióón cientn cientííficafica
permite la expresión cómoda de las cantidades de magnitud que interviene en un fenómeno
pueden ser mucho mayores o mucho menores que la unidad Ejemplos:Ejemplos:•masa de la Tierra:
•distancia media al Sol:
•masa del protón:
•tamaño del átomo de hidrógeno:
5974000000000000000000000 kgTM 245,974 10 kg= ×
149587000 000 mTSd 11 61,5 10 m 150 10 km× = ×
16725 kg10000000000000000000000000000000pm 271,6725 10 kg−×
H 0,00000000010586 md 101,0596 10 m−= ×
5,974 Ykg=
105,96 pm=
150 Gm=
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ExpresiExpresióón de las cantidades (II)n de las cantidades (II)PrefijosPrefijos
“dan nombre” a los órdenes de magnitudlos símbolos se colocan de las unidades
ddccmmμμnnppffaazzyy
decicentimili
micronanopico
femtoatto
zeptoyocto
10−1
10−2
10−3
10−6
10−9
10−12
10−15
10−18
10−21
10−24
dadahhkkMMGGTTPPEEZZYY
decahectokilo
megagigaterapetaexazettayotta
101
102
103
106
109
1012
1015
1018
1021
1024
ssíímbolombolonombrefactorfactorssíímbolombolonombrefactorfactor
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ExpresiExpresióón de las propiedadesn de las propiedades
Magnitudes escalares y vectorialesMagnitudes escalares y vectorialesdescripción de fenómeno:
temperaturas (T) y velocidades (v) en un fluido en movimiento
magnitudes con distintos atributostemperatura,
“cantidad”
velocidad,“cantidad de velocidad”dirección y el sentido
distinta representación matemáticatemperaturavelocidad
T T ∈∈v ∈∈ 33
magnitud escalar
magnitud vectorial
OX Y
Z
P
vvTT
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