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FÍSICA
INTRODUCCIÓN
Las ciencias exactas, como la física, o la química utilizan como
herramienta fundamental, la matemática, pues su característica es la
medición. Medir es comparar una cantidad de una magnitud con otra de la
misma magnitud.
¿Pero que es una magnitud? Es toda propiedad que pueda medirse, como la
longitud, el tiempo, el volumen, la velocidad, la fuerza, la aceleración, etc.
Para que una magnitud esté claramente expresada debe tener una parte
numérica y otra con la unidad.
O sea: magnitud = valor numérico ● unidad.
Hay magnitudes, como el volumen que quedan determinadas solo con
su medida y la unidad, se llaman escalares.
Las magnitudes escalares son aquellas que quedan totalmente
determinadas dando un solo número real y una unidad de medida. Ejemplos de
este tipo de magnitud son la longitud de un hilo, la masa de un cuerpo o el tiempo
transcurrido entre dos sucesos. Se las puede representar mediante segmentos
tomados sobre una recta a partir de un origen y de longitud igual al número real
que indica su medida. Otros ejemplos de magnitudes escalares son la densidad; el
volumen; el trabajo mecánico; la potencia; la temperatura.
En física clásica la masa, la energía de un cuerpo son magnitudes escalares
ya que contienen un valor fijo para todos los observadores.
Otras como la fuerza y la velocidad requieren especificar la dirección y el
sentido además del valor de la magnitud misma, se llaman vectoriales.
A las magnitudes vectoriales no se las puede determinar completamente
mediante un número real y una unidad de medida. Por ejemplo, para dar la
velocidad de un móvil en un punto del espacio, además de su intensidad se debe
indicar la dirección del movimiento (dada por la recta tangente a la trayectoria en
cada punto) y el sentido de movimiento en esa dirección (dado por las dos posibles
orientaciones de la recta). Al igual que con la velocidad ocurre con las fuerzas: sus
efectos dependen no sólo de la intensidad sino también de las direcciones y
sentidos en que actúan. Otros ejemplos de magnitudes vectoriales son la
aceleración; el momentum o cantidad de movimiento.
En nuestro país, las magnitudes las fija el SIMELA, basado en el Sistema
internacional (SI). Las magnitudes se dividen convencionalmente en dos tipos: de
base y derivadas. Las de base, también llamadas fundamentales, son 7 (ver tabla
1). Las magnitudes derivadas, son todas las otras, las que pueden derivarse de las
anteriores por medio de operaciones matemáticas.
Un sistema de unidades es como un idioma. En este curso usaremos 3
idiomas el SI, el técnico y el inglés. Es posible traducir una cantidad de un
“idioma” a otro.
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Las magnitudes y sus unidades
Unidades de base
El metro (m) es la unidad establecida por el Simela para medir longitudes.
Para cantidades muy grandes o muy pequeñas, se usan múltiplos y submúltiplos (ver tabla 2).
Así para expresar una longitud de 1 millón de metros, se emplea el mega(M) 1
Mm = 1 000 000m
El segundo (s) es la unidad empleada para medir la magnitud tiempo.
El kilogramo, (Kg) es la unidad para medir masas.
El Kelvin (K) es la unidad de temperatura.
Unidades derivadas
Velocidad, es el cociente entre las magnitudes longitud / tiempo (m/s)
El newton (N), es la unidad para medir fuerzas. Recuerda que el peso es
una fuerza, es la fuerza de atracción que ejerce la tierra sobre todo objeto que se
halla sobre su superficie. Para evitar las variaciones terrestres en el peso, en
mediciones que requieren gran exactitud, se recurre a balanzas analíticas que
comparan las masas de una pesa con la del objeto a medir. Con lo cual lo que
hacemos es masar y no pesar.
Recuerda: en el sistema técnico, usado comúnmente, 1 Kg masa,
pesa 1kg (fuerza), que equivale a 9,8N en el Simela, sistema de unidades que
usaremos de ahora en adelante.
Otra magnitud: el peso específico.
Es un hecho que distintas sustancias no pesan
lo mismo, decimos que tienen distinto peso
específico.
En fórmula es el cociente entre el peso y
su volumen: Pe = P/ V
Si dividimos la masa por el volumen
obtenemos la densidad, en símbolos:
δ = masa / V
Otras magnitudes derivadas son la aceleración,
el trabajo, y la potencia.
Glosario
Exactitud
Es la concordancia
entre el valor determinado y
el valor exacto o más
probable. Se refiere a la
verdad absoluta de una
medida, es decir lo cerca que
está del valor real.
Precisión
Es la concordancia de una
serie de valores en las
medidas de una misma
cantidad. Es el grado de
reproducibilidad de una serie
de mediciones.
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FÍSICA
Tabla 1
metro
Unidades de base
m
unidad de longitud
kilogramo
kg
unidad de masa
segundo
s
unidad de tiempo
amper
A
unidad de corriente eléctrica
kelvin
K
unidad de temperatura
mol
mol
termodinámica
candela
cd
unidad de cantidad de
materia
intensidad luminosa
Tabla 2
Factor
10
10
18
15
12
9
6
3
2
1
Múltiplos y submúltiplos
Prefijo
exa
peta
tera
giga
mega
kilo
hecto
deka
Símbolo
E
P
T
G
M
k
h
da
Factor
10-1
-2
-3
-6
-9
-12
-15
-18
Prefijo
deci
centi
mili
micro
nano
pico
femto
atto
Símbolo
d
c
m
µ
n
p
f
a
Método del factor unitario:
Se sabe que 1 peso equivale a 100 centavos, esto es, representan la misma cantidad de dinero.
Por eso su cociente es igual a uno : 1peso / 100 cvs = 1
Igualmente podemos decir que el cociente entre 100 cvs/1peso = 1. a esta fracción se la llama
factor unitario porque tanto el numerador como el denominador representan la misma
cantidad. La utilidad de los factores unitarios es que permiten efectuar conversiones entre
diferentes unidades.
Supongamos que deseamos convertir 2,74 pesos a centavos, el problema puede expresarse:
¿Centavos? = 2,74 pesos
Elijo el factor unitario que tenga la unidad pesos en el denominador para simplificar los pesos de
2,74 entonces:
2,74 pesos * 100 centavos = 274 centavos.
1 peso
Practica: ¿cuántos kg equivalen a 2 500 g?
¿
2 500 g  ------- = x Kg
sabemos que la equivalencia entre gramo y Kg es:
¿
1 kg = 1 000 g
Entonces 2 500 g  1 Kg / 1 000 g = 2,5 Kg
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Magnitudes proporcionales: directas e inversas
Tomemos dos magnitudes, por ejemplo el peso y el volumen.
En el siguiente cuadro se midieron el peso y el volumen de distintos trozos de la
misma sustancia:
Volumen (cm3)
Vemos que al dividir peso / volumen
obtenemos siempre el mismo valor: 1,2 = k
Cuando ocurre esto decimos que son
directamente proporcionales.
Gráficamente es una recta:
Peso (g)
10
12
20
24
30
36
Peso (g)
Ejemplo: Si una moneda pesa 7 g, ¿Cuánto
pesaran 250 monedas?
40
peso (g)
36
30
24
Usando regla de tres: 1 mon. → 7 g
250 “ → x =
 7 /1 = 1 750 g
20
12
10
250
0
10
20
30
Usando proporciones: 1mon. = 250
7g
x
x : 7  250
1
Vol. cm 3
Función inversa: las magnitudes serán inversamente proporcionales si se cumple que: P1
V1 = P 2  V2 = P n  Vn = K
Un ejemplo de magnitudes inversas es el de la rapidez con que recorremos un camino y el
tiempo empleado en hacerlo.
La gráfica de la función de proporcionalidad inversa: es una hipérbola equilátera.
8
12
24
30
Tiempo (s)
6
4
2
25
dist. (m)
Rapidez (m/s)
20
15
10
5
0
2
4
6
Vel (m/s)
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actividades
1. Un avión tarda 2 minutos para recorrer 4,5 km. ¿Cuánto tardará en recorrer 180 km si
viaja con la misma rapidez? . Si duplica su rapidez, ¿Cuánto tardará en recorrer 900
km?
2. En un día de trabajo de 8 h un obrero hace 10 cajas. ¿Cuántas horas tardará el
mismo operario para hacer 25 cajas?
3. Un jugo de pomelo de una marca viene en latas de 220 cm 3 y cuesta $ 3,20; el de
otra marca viene también en latas pero de 250 cm3 y cuesta $ 4. ¿Cuál es más
barato?
4. Un ganadero tiene 36 ovejas y alimento para ellas para 28 días. Con 20 ovejas más,
sin variar la ración, ¿durante cuantos días podrá alimentarlas a todas?
5. Ocho obreros han tardado 24 h para realizar un trabajo. ¿Cuánto tiempo hubieran
empleado para el mismo trabajo 6 operarios?
6. Para empapelar una habitación se usaron 9 rollos de papel de 0,6 m de ancho.
¿Cuántos rollos de 45 cm de ancho harían falta para empapelar la misma
habitación?
7. Convertir usando el método del factor unitario:
a) 35 pies a metros
f) 120 m/h a m/s
b) 5 cm
a pulgadas
g) 30 m/s a km/h
c) 100 m a pies
h) 12 m/min a km/h
d) 200 pulgadas a km
i) 160 km/h a m/s
e) 80 km a pies
j) 450 cm/s a m/s
(1 pie = 30,5 cm; 1 pulgada = 2,54 cm)
8. Escribir las siguientes expresiones sin utilizar prefijos;
a) 40 μg
d) 4 ns
b) 10 MW
e) 25 km
c) 50 mg
f) 250 cm
9. Escribir los siguientes números con notación exponencial:
a) 1 200
b) 0, 000 5
c) 0,125
d) 155,0
10. Escribir con decimales los siguientes números:
a) 5  103
c) 2,5  102
-4
b) 1,2  10
d) 8  10- 3
11. ¿Cuál es la masa de un objeto cuya densidad es 2,5 g/cm 3 y ocupa un volumen de 8
m3?
12. Un cuerpo cuya densidad es 3 g/cm3 tiene un volumen de 1,2 l. ¿Cuál es su masa?
13. ¿Cuántos litros hay en un recipiente de 1 m3?
14. ¿Cuál es la unidad de peso (fuerza) en el sistema técnico?
15. ¿En que unidades expresarías la densidad?
16. ¿En que unidades debes expresar el peso específico?
17. Completa:
a) 1 l =
cm3
b) 100 l =
m3
c) 1 dm3 =
litros
d) g/cm3 =
kg/m3
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actividades
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