UNIVERSIDAD DEL TOLIMA INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA FÍSICA APLICADA 2012 Ing. ALEX I MONTERO SANTIAGO Esp en Matemática Página 1 Los fenómenos físicos están presentes a diario en todas las actividades de la vida. Gracias al desarrollo de la Ciencia Física existen muchos inventos que han mejorado la vida del hombre, por citar algunos desde la rueda, el motor, la luz, la electricidad, la radio, la televisión, el teléfono, el celular, etc, hace emocionante el estudio y comprensión de éstos fenómenos. Igualmente comprender como los fenómenos físicos bien conducidos también ayudan a mejorar la salud de las personas es esencial para todo estudiante, como también comprender como dichos fenómenos mal conducidos pueden perjudicar la salud de los seres vivos y aún más de todo el planeta. Este curso además muestra al estudiante la manera responsable como debemos asumir los beneficios y riesgos de la presencia de dichos fenómenos en la vida de las personas. El conocimiento de la Ciencia-Física ayudará al estudiante a determinar los efectos benéficos y perjudiciales que sobre la vida del planeta tierra ha tenido y sigue teniendo los innumerables fenómenos físicos que se presentan. Igualmente, ayudará a entender las formas y métodos para minimizar o amplia r los efectos según sea el perjuicio o el beneficio, tanto en la vida laboral y/o cotidiana. El curso de Física Aplicada trata de temas desde un punto de vista contemporáneo y coherente, integrando en lo posible, las descripciones newtonianas, relativista y cuántica de la naturaleza, haciendo del curso una visión moderna de la Física. Además proporciona a los estudiantes un firme entendimiento de cómo se analizan los fenómenos físicos y a través de los problemas planteados, se lleva al estudiante a una aplicación de la ciencia Física directa en su entorno. Unidad 1 : LA MEDICIÓN EN LA FÍSICA-MAGNITUDES FÍSICAS Unidad 2: SONIDO Unidad 3: CALOR Y TEMPERATURA Unidad 4: ELECTRICIDAD Unidad 5: MECÁNICA DE FLUIDOS. BIBLIOGRAFÍA GENERAL DEL CURSO - Física para las ciencias de la vida y de la salud, MacDonald y Burns. Addison-Wesley Iberoamericana. - Física, M. Alonsos y J.E. Finn, Addison-Wesley Iberoamericana. - Física para las ciencias de la vida, Alan H. Cromer, Editorial Reverté, S.A. - Física para ciencias e ingeniería Raymond A. serway
Transcript
UNIVERSIDAD DEL TOLIMA
INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA FÍSICA APLICADA
2012
Ing. ALEX I MONTERO SANTIAGO Esp en Matemática Página 1
Los fenómenos físicos están presentes a diario en todas las actividades de la vida. Gracias al desarrollo de la Ciencia Física existen muchos inventos que han mejorado la vida del hombre, por citar algunos desde la rueda, el motor, la luz, la electricidad, la radio, la televisión, el teléfono, el celular, etc, hace emocionante el estudio y comprensión de éstos fenómenos. Igualmente comprender como los fenómenos físicos bien conducidos también ayudan a mejorar la salud de las personas es esencial para todo estudiante, como también comprender como dichos fenómenos mal conducidos pueden perjudicar la salud de los seres vivos y aún más de todo el planeta. Este curso además muestra al estudiante la manera responsable como debemos asumir los beneficios y riesgos de la presencia de dichos fenómenos en la vida de las personas. El conocimiento de la Ciencia-Física ayudará al estudiante a determinar los efectos benéficos y perjudiciales que sobre la vida del planeta tierra ha tenido y sigue teniendo los innumerables fenómenos físicos que se presentan. Igualmente, ayudará a entender las formas y métodos para minimizar o amplia r los efectos según sea el perjuicio o el beneficio, tanto en la vida laboral y/o cotidiana. El curso de Física Aplicada trata de temas desde un punto de vista contemporáneo y coherente, integrando en lo posible, las descripciones newtonianas, relativista y cuántica de la naturaleza, haciendo del curso una visión moderna de la Física. Además proporciona a los estudiantes un firme entendimiento de cómo se analizan los fenómenos físicos y a través de los problemas planteados, se lleva al estudiante a una aplicación de la ciencia Física directa en su entorno. Unidad 1 : LA MEDICIÓN EN LA FÍSICA-MAGNITUDES FÍSICAS Unidad 2: SONIDO Unidad 3: CALOR Y TEMPERATURA Unidad 4: ELECTRICIDAD Unidad 5: MECÁNICA DE FLUIDOS.
BIBLIOGRAFÍA GENERAL DEL CURSO - Física para las ciencias de la vida y de la salud, MacDonald y Burns. Addison-Wesley
Iberoamericana. - Física, M. Alonsos y J.E. Finn, Addison-Wesley Iberoamericana. - Física para las ciencias de la vida, Alan H. Cromer, Editorial Reverté, S.A. - Física para ciencias e ingeniería Raymond A. serway
UNIVERSIDAD DEL TOLIMA
INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA FÍSICA APLICADA
2012
Ing. ALEX I MONTERO SANTIAGO Esp en Matemática Página 2
Unidad 1 : LA MEDICIÓN EN LA FÍSICA-MAGNITUDES FÍSICAS
Importancia de la Medición La física intenta describir la naturaleza de una forma objetiva por medio de las mediciones. Gran parte de nuestro conocimiento descansa sobre una base de medición ingeniosa y un cálculo sencillo.
1.1 Sistema Internacional de unidades (S.I) se creo en 1960 Magnitudes Fundamentales y Derivadas
1.1.1.a Magnitudes Fundamentales: sirven de base para obtener las demás magnitudes que
utiliza la física.
Magnitud Unidad Símbolo
Longitud metro m
Masa kilogramo kg
Tiempo segundo s
Intensidad de corriente eléctrica ampere A
Temperatura termodinámica kelvin K
Intensidad luminosa candela cd
Cantidad de materia mol mol
1.1.1.b Magnitudes derivadas .las magnitudes derivadas se obtienen de las magnitudes fundamentales por medio de ecuaciones matemáticas.
INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA FÍSICA APLICADA
2012
Ing. ALEX I MONTERO SANTIAGO Esp en Matemática Página 3
1.2 Otros sistemas: Hoy es obligatorio usar el sistema internacional de unidades o SI como patrón en el comercio, la industria y la investigación científica. Sin embargo, todavía subsiste el sistema CGS o cesesimal cuyas unidades básicas son: el centímetro, el gramo y el segundo, para longitudes, masa y tiempo, respectivamente.
Magnitud SI C.G.S. Inglés
Longitud metro (m) centímetro (cm) pie (ft)
Masa kilogramo (kg) gramo (g) libra (lb)
Tiempo segundo (s) segundo (s) segundo (s)
Área o Superficie m2 cm2 pie2
Volumen m3 cm3 pie3
Velocidad m/s cm/s pie/s
Aceleración m/s2 cm/s2 pie/s2
Fuerza kg·m/s2 = newton g·cm/s2 = dina libra·pie/s2 = poundal
Trabajo y Energia N·m= joule dina·cm = ergio poundal·pie
1.3 Notación Científica: La notación científica sirve para expresar en forma cómoda
aquellas cantidades que son demasiado grandes o demasiado pequeñas.
310348,55348 x 410348,50005348.0 x
1.4 Conversión de unidades: una misma longitud puede expresarse con diferentes unidades. Para resolver un problema debemos convertir las diferentes unidades a la unidad patrón respectivamente del SI. Empleando para tal efecto los factores de conversión. a-unidades de longitud b-unidades de superficie c- unidades de masa d-unidades de tiempo e- Unidades de Capacidad
Mm Km Hm Dm m dm cm mm µ Å
10.0000m 1000m 100m 10m 1 0.1m 0.01m 0.001m 0.000001m
Equivalencia entre unidades de capacidad y unidades de Volumen
1 =1kilolitro 1.4.1 Conversión de un sistema a otro: Para convertir unidades de un sistema a otro se utilizan los factores de conversión correspondientes
Nombre de la unidad Equivalencia con el metro
pulgada 0.0254m=2.54cm
Pie 0.3048m=30.48cm
Yarda 0.9144
Vara 0.8400m
Milla 1609.34m
Milla nautica 1852m
1.5 Procesos de medición: Las mediciones puede ser directa o indirecta
1.5.1 Medición directa: Para obtener el largo del salón de clase basta con establecer cuantas veces esta contenida la unidad patrón (m) en dicha longitud. Este es un proceso directo porque obtenemos la medida exacta por un proceso visual. A partir de la comparación con la unidad patrón.
1.5.2 Medición indirecta: se realiza mediante cálculos matemático debido a que es
imposible obtenerla a simple vista.
1.53 Errores: Tenemos dos tipos de errores en el proceso de medida:
1-Errores sistemáticos. Tienen que ver con la metodología del proceso de medida (forma de realizar la medida):
a-Calibrado del aparato. Normalmente errores en la puesta a cero. En algunos casos errores de fabricación del aparato de medida que desplazan la escala. Una forma de
UNIVERSIDAD DEL TOLIMA
INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA FÍSICA APLICADA
2012
Ing. ALEX I MONTERO SANTIAGO Esp en Matemática Página 5
arreglar las medidas es valorando si el error es lineal o no y descontándolo en dicho caso de la medida.
b- Error de paralaje: cuando un observador mira oblicuamente un indicador (aguja, superficie de un líquido,...) y la escala del aparato. Para tratar de evitarlo o, al menos disminuirlo, se debe mirar perpendicularmente la escala de medida del aparato.
2-Errores accidentales o aleatorios. Se producen por causas difíciles de controlar: momento de iniciar una medida de tiempo, colocación de la cinta métrica, etc. Habitualmente se distribuyen estadísticamente en torno a una medida que sería la correcta. Para evitarlo se deben tomar varias medidas de la experiencia y realizar un tratamiento estadístico de los resultados. Se toma como valor o medida más cercana a la realidad la media aritmética de las medidas tomadas.
1.5.3.1 Calculo de errores:
Bien sea una medida directa (la que da el aparato) o indirecta (utilizando una fórmula)
existe un tratamiento de los errores de medida. Podemos distinguir dos tipos de errores que
se utilizan en los cálculos:
a-Error absoluto. Es la diferencia entre el valor de la medida y el valor tomado como
exacto. Puede ser positivo o negativo, según si la medida es superior al valor real o inferior
(la resta sale positiva o negativa). Tiene unidades, las mismas que las de la medida.
b-Error relativo. Es el cociente (la división) entre el error absoluto y el valor exacto. Si se
multiplica por 100 se obtiene el tanto por ciento (%) de error. Al igual que el error absoluto
puede ser positivo o negativo (según lo sea el error absoluto) porque puede ser por exceso o
por defecto. no tiene unidades.
Ejemplo. Medidas de tiempo de un recorrido efectuadas por diferentes alumnos: 3,01 s;
3,11 s; 3,20 s; 3,15 s
1. Valor que se considera exacto: 12.34
15.320.311.301.3
x
2. Errores absoluto y relativo de cada medida:
Medidas Errores absolutos Errores relativos
3,01 s 3,01 - 3,12 = - 0,11 s -0,11 / 3,12 = - 0,036 (- 3,6%)
3,11 s 3,11 -3,12 = - 0,01 s -0,01 / 3,12 = - 0,003 (- 0,3%)
3,20 s 3,20 -3,12 = + 0,08 s +0,08 / 3,12 = + 0,026 (+ 2,6%)
3,15 s 3,15 - 3,12 = + 0,03 s +0,03 / 3,12 = + 0,010 (+ 1,0%)
UNIVERSIDAD DEL TOLIMA
INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA FÍSICA APLICADA
2012
Ing. ALEX I MONTERO SANTIAGO Esp en Matemática Página 6
Áreas de Figuras Geométricas:
A=L*L cuadrado A=B*h Rectángulo A=
Triangulo
A=( )
Trapecio A=
Rombo A=
Polígono Regular
Circulo
Volumen de Cuerpos Geométricos
Cuadrado Rectángulo Triangulo
Trapecio
Rombo Polígono
Circulo
Cilindro Cubo Prisma
Cilindro
UNIVERSIDAD DEL TOLIMA
INSTITUTO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA FÍSICA APLICADA
2012
Ing. ALEX I MONTERO SANTIAGO Esp en Matemática Página 7
TALLER Nº1
1- Inventa unidades patrón de longitud, masa y tiempo y determina las ventajas o desventajas que estas poseerían frente las convencionales. 2- Nombra varios fenómenos de la naturaleza susceptibles de ser medidos e indica la forma como lo harías. 3º Expresa en notación científica los siguientes intervalos de tiempo medidos en segundos: (a) Vida media del hombre: 1000000000 = (b) Tiempo que tarda la Tierra en girar sobre sí misma: 86400 = (c) Período de vibración de una cuerda de guitarra: 0,00001 = (d) Intervalo entre dos latidos del corazón: 1 =
4º Expresar en metros las siguientes longitudes: (a) 48 km = b) 36 Hm = c) 0,96 dm = d)3,9 x 109 cm = e) 8,9 x 10–24 Dm = 5º Expresar en kilogramos las siguientes masas:
a) 0,496 g = b) mg46,9
6) En el siguiente cuadro se muestran los resultados de las mediciones de una longitud dada:
Medición Medida
N° cm
1 2,83
2 2,85
3 2,87
4 2,84
5 2,86
6 2,84
Determinar:
a) El valor probable. b) Error relativo y porcentual de la 3° y 4° medición.
7) Si un cuerpo tiene de masa 5 kg 0,02 kg y otro de 0,09 kg 0,0021 kg, determinar en cuál de los dos se produce mayor error.
