Tercer parcial

FISICA I 

Propósito por asignatura

Fisica I

• Identificará los sistemas y reglas o principios medulares que subyacen en los distintos tipos de movimiento que efectúan los cuerpos, en la rama de la mecánica clásica. Así mismo, adquirirá habilidades para identificar, plantear, formular y resolver preguntas y/o problemas relacionados con fenómenos físicos presentes en su entorno, a través de modelos matemáticos y actividades experimentales.

Competencias Específicas de Física

1. Plantear, analizar y resolver problemas físicos, tanto teóricos como experimentales, mediante la utilización de métodos numéricos, analíticos o experimentales.

2. Utilizar o elaborar programas o sistemas de computación para el procesamiento de información, cálculo numérico, simulación de procesos físicos o control de experimentos.
3. Identificar los elementos esenciales de una situación compleja, realizar las aproximaciones necesarias y construir modelos simplificados que la describan para comprender su comportamiento en otras condiciones.
4. Verificar el ajuste de modelos a la realidad e identificar su dominio de validez.
5. Aplicar el conocimiento teórico de la física  a la realización e interpretación de experimentos.
6. Demostrar una comprensión profunda de los conceptos fundamentales y principios de la física clásica y la moderna.
7. Describir y explicar fenómenos naturales y procesos tecnológicos en términos de conceptos, teorías y principios físicos.
8. Construir y desarrollar argumentaciones validas, identificando hipótesis y conclusiones.
9. Sintetizar soluciones particulares, extrapolándolas  hacia principios, leyes  o teorías más generales.
10. Desarrollar una percepción clara de que situaciones aparentemente diversas muestran analogías que permiten la utilización de soluciones conocidas a problemas nuevos.
11. Estimar órdenes de magnitud de cantidades mensurables para interpretar fenómenos diversos.
12. Demostrar destrezas experimentales y métodos adecuados de trabajo en el laboratorio.
13. Participar en actividades profesionales relacionadas con tecnologías de alto nivel sea en el laboratorio o en la industria.
14. Participar en la asesoría y elaboración de propuestas en ciencia y tecnología con énfasis en temas de impacto económico y/o social en el ámbito nacional.
15. Actuar con responsabilidad y ética profesional, manifestando conciencia social de solidaridad y justicia, y respeto por el ambiente.
16. Demostrar hábitos de trabajo necesarios para el desarrollo de la profesión tales como el trabajo en equipo, el rigor científico, el autoaprendizaje y la persistencia.
17. Buscar, interpretar y utilizar literatura científica.
18. Comunicar conceptos y resultados científicos en lenguaje oral y escrito ante sus pares, y en situaciones de enseñanza y de divulgación.
19. Participar en proyectos de investigación en física o interdisciplinarios.
20. Demostrar disposición para enfrentar nuevos problemas en otros campos, utilizando sus habilidades especificas.
21. Conocer el desarrollo conceptual de la física en términos históricos y epistemológicos.

Relacion de la Fisica I con otras asignaturas 
La Física es una disciplina fundamental para desarrollar aprendizajes en otras ciencias, con cuyos conceptos se relaciona con:
Biología
- Luz
- Tensión
- Termodinámica
- Viscosidad
- Presión
- Densidad
- Temperatura
- Calor
- Movimiento
- Movimiento browniano
Química y Bioquímica
- Estudio del átomo
- Equilibrio térmico
- Principales partículas del átomo, como el electrón, protón, fotón
- Procesos termodinámicos
- Movimiento
- Usos y aplicaciones de la energía
Matemáticas
- Operaciones con vectores
- Funciones cuadráticas
- Algebra
- Razones trigonométricas
- Curvas geométricas
(recta, parábola, circunferencia)
- Funciones lineales
- Derivadas
Tecnologías de la Información y la
- Navegadores de internet
- Buscadores
- Correo electrónico
- Redes sociales
- Chat, foros y videoconferencias
Física
Programa de estudios
1. Propósitos formativos por competencias
Asignaturas
Conceptos/ procedimientos/ herramientas
Comunicación (TIC)
Lectura, Expresión Oral y Escrita (LEOyE)
- Expresión oral
- Expresión escrita
- Lectura de comprensión
- Uso de técnicas de aprendizaje (resúmenes, ensayos, mapas conceptuales)
Inglés
En la lectura y comprensión de textos escritos en ese idioma sobre:
- Logros sociales
- Logros científicos
- Logros tecnológicos
Dibujo técnico
“Representación gráfica” y el manejo de escalas y vectores en:
- Croquis
- Diagramas
- Esquemas

ESTRUCTURA DE LA MATERIA 
 

Historia de la física

 

Desde la antigüedad las personas han tratado de comprender la naturaleza y los fenómenos que en ella se observan: el paso de las estaciones, el movimiento de los cuerpos y de los astros, etc. Las primeras explicaciones se basaron en consideraciones filosóficas y sin realizar verificaciones experimentales, concepto este inexistente en aquel entonces. Por tal motivo algunas interpretaciones "falsas", como la hecha por Ptolomeo - "La Tierra está en el centro del Universo y alrededor de ella giran los astros" - perduraron cientos de años.
En el Siglo XVI Galileo fue pionero en el uso de experimentos para validar las teorías de la física. Se interesó en el movimiento de los astros y de los cuerpos. Usando el plano inclinado descubrió la ley de la inercia de la dinámica y con el telescopio observó que Júpiter tenía satélites girando a su alrededor.
En el Siglo XVII Newton (1687) formuló las leyes clásicas de la dinámica (Leyes de Newton) y la Ley de la gravitación universal de Newton.
A partir del Siglo XVIII se produce el desarrollo de otras disciplinas tales como la termodinámica, la mecánica estadística y la física de fluidos.
En el Siglo XIX se producen avances fundamentales en electricidad y magnetismo. En 1855 Maxwell unificó ambos fenómenos y las respectivas teorías vigentes hasta entonces en la Teoría del electromagnetismo, descrita a través de las Ecuaciones de Maxwell. Una de las predicciones de esta teoría es que la luz es una onda electromagnética. A finales de este siglo se producen los primeros descubrimientos sobre radiactividad dando comienzo el campo de la física nuclear. En 1897 Thomson descubrió el electrón.

Durante el Siglo XX la Física se desarrolló plenamente:

En 1904 se propuso el primer modelo del átomo.
En 1905 Einstein formuló la Teoría de la Relatividad especial, la cual coincide con las Leyes de Newton cuando los fenómenos se desarrollan a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz.
En 1915 Einstein extendió la Teoría de la Relatividad especial formulando la Teoría de la Relatividad general, la cual sustituye a la Ley de gravitación de Newton y la comprende en los casos de masas pequeñas. Planck, Einstein, Bohr y otros desarrollaron la Teoría cuántica a fin de explicar resultados experimentales anómalos sobre la radiación de los cuerpos.
En 1911 Rutherford dedujo la existencia de un núcleo atómico cargado positivamente a partir de experiencias de dispersión de partículas.
En 1925 Heisenberg y en 1926 Schrödinger y Dirac formularon la Mecánica cuántica, la cual comprende las teorías cuánticas precedentes y suministra las herramientas teóricas para la Física de la materia condensada. Posteriormente se formuló la Teoría cuántica de campos para extender la Mecánica cuántica de manera consistente con la Teoría de la Relatividad especial, alcanzando su forma moderna a finales de los 40 gracias al trabajo de Feynman, Schwinger, Tomonaga y Dyson, quienes formularon la Teoría de la Electrodinámica cuántica. Asimismo, esta teoría suministró las bases para el desarrollo de la Física de partículas.
En 1954 Yang y Mills desarrollaron las bases del Modelo estándar. Este modelo se completó en los años 70 y con él fue posible predecir las propiedades de partículas no observadas previamente pero que fueron descubiertas sucesivamente siendo la última de ellas el quark top. En la actualidad el modelo estándar describe todas las partículas elementales observadas así como la naturaleza de su interacción.

Física

La física (del griego, «naturaleza») actualmente se entiende como la ciencia de la naturaleza o fenómenos materiales. Estudia las propiedades de la materia, la energía, el tiempo, el espacio y sus interacciones (fuerza). Los sistemas físicos se caracterizan por: Tener una ubicación en el espacio-tiempo. Tener un estado físico definido sujeto a evolución temporal. Poderle asociar una magnitud física llamada energía. La física estudia por lo tanto un amplio rango de campos y fenómenos naturales, desde las partículas subatómicas hasta la formación y evolución del Universo así como multitud de fenómenos naturales cotidianos, caracterizados por cierta geometría o topología y cierta evolución temporal y cuantificados mediante magnitudes físicas como la energía.

RAMAS PRINCIPALES

Para su estudio la física se puede dividir en tres grandes ramas, la Física clásica, la Física moderna y la Física contemporánea. La Física clásica se encarga del estudio de aquellos fenómenos que ocurren a una velocidad relativamente pequeña comparada con la velocidad de la luz en el vacío y cuyas escalas espaciales son muy superiores al tamaño de átomos y moléculas. La Física moderna se encarga de los fenómenos que se producen a la velocidad de la luz o valores cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamaño del átomo o inferiores y fue desarrollada en los inicios del siglo XX. La Física contemporanea se encarga del estudio de los fenómenos no-lineales, de la complejidad de la naturaleza, de los procesos fuera del equilibrio termodinámico y de los fenómenos que ocurren a escalas mesoscópicas y nanoscópicas. Esta área de la física se comenzó a desarrollar hacia finales del siglo XX y principios del siglo XXI. Dentro del campo de estudio de la Física clásica se encuentran la: Mecánica Termodinámica Mecánica ondulatoria Óptica Electromagnetismo: Electricidad | Magnetismo Dentro del campo de estudio de la Física moderna se encuentran: Relatividad Mecánica cuántica: Átomo | Núcleo | Física química | Física del estado sólido Física de partículas Gravitación Dentro del campo de estudio de la Física contemporánea se encuentran: Termodinámica fuera del equilibrio: Mecánica estadística |Percolación Dinámica no-lineal: Turbulencia | Teoría del Caos | Fractales Sistemas complejos: Sociofísica | Econofísica | Criticalidad autorganizada | Redes complejas Física mesoscópica: Puntos cuánticos Nano-Física: Pinzas ópticas PROGRAMA PARA LA ASIGNATURA DE FÍSICA I. 1.- MOVIMIENTO ACELERACION ANGULAR TIRO VERTICAL CAIDA LIBRE 2.-FUERZA INERCIA EQUILIBRIO FRICCION 3.-MASA MASA INERCIAL MASA GRAVITACIONAL MASA CONVENCIONAL 4.-ENERGIA ENERGIA POTENCIAL ENERGIA MECANICA ENERGIA CINETICA 5.-MAGNITUDES POTENCIA TRABAJO ACELERACION 1.- MOVIMIENTO El movimiento es un cambio de la posición de un cuerpo a lo largo del tiempo respecto de un sistema de referencia. El estudio del movimiento se puede realizar a través de la cinemática o a través de la dinámica. En función de la elección del sistema de referencia quedarán definidas las ecuaciones del movimiento, ecuaciones que determinarán la posición, la velocidad y la aceleración del cuerpo en cada instante de tiempo. Todo movimiento puede representarse y estudiarse mediante gráficas. Las más habituales son las que representan el espacio, la velocidad o la aceleración en función del tiempo. Un sistema físico real se caracteriza por, al menos, tres propiedades importantes: 1.   Tener una ubicación en el espacio-tiempo. 2.   Tener un estado físico definido sujeto a evolución temporal. 3.   Poderle asociar una magnitud física llamada energía. El movimiento se refiere al cambio de ubicación en el espacio a lo largo del tiempo, tal como es medido por un observador físico. Un poco más generalmente el cambio de ubicación puede verse influido por las propiedades internas de un cuerpo o sistema físico, o incluso el estudio del movimiento en toda su generalidad lleva a considerar el cambio de dicho estado físico. La descripción del movimiento de los cuerpos físicos se denomina cinemática (que solo se ocuparía de las propiedades 1 y 2 anteriores). Esta disciplina pretende describir el modo en que un determinado cuerpo se mueve y qué propiedades tiene dicho movimiento. La física clásica nació estudiando la cinemática de cuerpos rígidos. Posteriormente el estudio de las causas que producen el movimiento y las relaciones cuantitativas entre los agentes que causan el movimiento y el movimiento observado llevó al desarrollo de la mecánica (Griego Μηχανική y de latín mechanica o 'arte de construir máquinas') que es la rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas y agentes que pueden alterar el estado de movimiento. La mecánica teórica fue durante los siglos XVII, XVIII y principios del siglo XIX, la disciplina de la física que alcanzó mayor abstracción matemática y fue una fuente de mejora del conocimiento científico del mundo. La mecánica aplicada está usualmente relacionada con laingeniería. Ambos puntos de vista se justifican parcialmente ya que, si bien la mecánica es la base para la mayoría de las ciencias de la ingeniería clásica, no tiene un carácter tan empírico como estas y, en cambio, por su rigor y razonamiento deductivo, se parece más a la matemática. Durante el siglo XX la aparición de nuevos hechos físicos, tanto la consideración de cuerpos físicos moviéndose a velocidades cercanas a la velocidad de la luz como el movimiento de las partículas subatómicas, llevaron a la formulación de teorías más abstractas como la mecánica relativista y la mecánica cuántica que seguían interesándose por la evolución en el tiempo de los sistemas físicos, aunque de una manera más abstracta y general de lo que había hecho la mecánica clásica, cuyo objetivo era básicamente cuantificar el cambio de posición en el espacio de las partículas a lo largo del tiempo y los agentes responsables de dichos cambios. ACELERACIÓN ANGULAR Se define la aceleración angular como el cambio que experimenta la velocidad angular por unidad de tiempo. Se denota por la letra griega alfa  . Al igual que la velocidad angular, la aceleración angular tiene carácter vectorial. Se expresa en radianes por segundo al cuadrado, o s-2, ya que el radián es adimensional. Definición matemática Definimos el vector aceleración angular, y lo representamos por  , de modo que siendo   el vector velocidad angular del cuerpo alrededor del eje de rotación. Si denominamos por   el vector unitario asociado a dicho eje, de modo que sea  , podemos escribir resultando que, en general, el vector   no está localizado sobre el eje de rotación. En el caso particular de que el eje de rotación mantenga una orientación fija en el espacio (movimiento plano), entonces será   y el vector aceleración angular   estará localizado sobre el eje de rotación. Esto es, de modo que el módulo de la aceleración angular,  , es la derivada de la celeridad angular con respecto al tiempo (o la derivada segunda del ángulo de rotación con respecto al tiempo), su dirección es la de   cuando la celeridad angular aumenta con el tiempo, o   si disminuye. En el caso general, cuando el eje de rotación no mantiene una dirección fija en el espacio, será  , aunque  , ya que el vector unitario del eje cambia de dirección en el transcurso del movimiento. Puesto que   es un versor, su derivada será un vector perpendicular a  , esto es, al eje instantáneo de rotación. Así pues, en el caso más general, la aceleración angular   se expresará en la forma siendo   la velocidad angular asociada a la rotación del eje o precesión del eje de rotación (definido por  ) en el espacio. En la expresión anterior observaremos que el vector aceleración angular tiene dos componentes: una componente longitudinal ( i.e., en la dirección del eje de rotación) cuyo módulo es   y una componente transversal (i.e., perpendicular al eje de rotación) cuyo módulo es  . Así pues, en general, ·         el vector   no tendrá la misma dirección que el vector  . ·         el vector aceleración angular   no tendrá la dirección del eje de rotación. La dirección de la aceleración angular sólo coincide con la del vector velocidad angular, o sea, con el eje de rotación, en el caso de que dicho eje mantenga su orientación fija en el espacio, esto es, en el movimiento plano.   TIRO VERTICAL Tiro vertical aparece en el campo de la física. Se trata de un movimiento rectilíneo uniforme variado, también conocido como MRUV. En un tiro vertical, la velocidad cambia y existe una aceleración que está dada por la acción de la gravedad. El tiro vertical, cuya dirección puede ser descendente o ascendente, tiene una velocidad inicial que resulta diferente a cero. El cuerpo en cuestión se lanza hacia arriba, impulsado con una cierta velocidad. Luego regresa al punto de partida con la misma velocidad, aunque en un sentido contrario a la que tenía en el momento del lanzamiento. Puede decirse, de este modo, que el cuerpo lanzado en un tiro vertical sube y luego baja, regresando al punto de partida. Cuando el cuerpo alcanzó la altura máxima, la velocidad resulta nula. En ese instante, el cuerpo deja de subir e inicia su descenso. El tiempo que el cuerpo demora en llegar a la altura máxima resulta idéntico al tiempo que tarda en volver a su punto de partida. Es importante destacar que existen diversas ecuaciones que permiten medir diferentes magnitudes vinculadas al tiro vertical. Estas ecuaciones trabajan con variables como la velocidad inicial, la altura y la aceleración. Un ejemplo de tiro vertical se produce cuando tomamos una pelota de tenis con una mano y la lanzamos hacia arriba en línea recta. Dicha pelota subirá durante una breve fracción de tiempo, llegará a su altura máxima y luego descenderá, volviendo a nuestra mano. En la práctica, de todos modos, el tiro vertical puede resultar complicado de realizar ya que el lanzamiento puede no ser recto, el viento puede influir en la pelota, etc.

CAÍDA LIBRE

En física, se denomina caída libre al movimiento de un cuerpo bajo la acción exclusiva de un campo gravitatorio. Esta definición formal excluye a todas las caídas reales influenciadas en mayor o menor medida por la resistencia aerodinámica del aire, así como a cualquier otra que tenga lugar en el seno de un fluido; sin embargo, es frecuente también referirse coloquialmente a éstas como caídas libres, aunque los efectos de la viscosidaddel medio no sean por lo general despreciables.

El concepto es aplicable también a objetos en movimiento vertical ascendente sometidos a la acción desaceleradora de la gravedad, como undisparo vertical; o a cualquier objeto (satélites naturales o artificiales, planetas, etc.) en órbita alrededor de un cuerpo celeste. Otros sucesos referidos también como caída libre lo constituyen las trayectorias geodésicas en el espacio-tiempo descritas en la teoría de la relatividad general.

Ejemplos de caída libre deportiva los encontramos en actividades basadas en dejarse caer una persona a través de la atmósfera sin sustentaciónalar ni de paracaídas durante un cierto trayecto.^1 2

La caída libre como sistema de referencia[editar]

Un sistema de referencia ligado a un cuerpo en caída libre puede considerarse inercial o no inercial en función del marco teórico que se esté usando.

En la física clásica, la fuerza gravitatoria que se ejerce sobre una masa es proporcional a la intensidad del campo gravitatorio en la posición espacial donde se encuentre dicha masa. La constante de proporcionalidad es precisamente el valor de la masa inercial del cuerpo, tal y como establece elprincipio de equivalencia. En la física relativista, la gravedad es el efecto que produce sobre las trayectorias de los cuerpos la curvatura del espacio-tiempo; en este caso, la gravedad no es una fuerza, sino una geodésica. Por tanto, desde el punto de vista de la física clásica, un sistema de referencia en caída libre es un sistema acelerado por la fuerza de la gravedad y, como tal, es no inercial. Por el contrario, desde el punto de vista de la física relativista, el mismo sistema de referencia es inercial, pues aunque está acelerado en el espacio, no está acelerado en el espacio-tiempo. La diferencia radica en la propia definición de los conceptos geométricos y cinemáticos, que para cada marco teórico son completamente diferentes.

2.-FUERZA

En física, la fuerza es una magnitud vectorial que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energía.

En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de fuerza es el newton que se representa con el símbolo: N , nombrada así en reconocimiento a Isaac Newton por su aportación a la física, especialmente a la mecánica clásica. El newton es una unidad derivada del SI que se define como la fuerza necesaria para proporcionar una aceleración de 1 m/s² a un objeto de 1 kg de masa.

 La fuerza es una magnitud física de carácter vectorial capaz de deformar los cuerpos (efecto estático), modificar su velocidad o vencer su inercia y ponerlos en movimiento si estaban inmóviles (efecto dinámico). En este sentido la fuerza puede definirse como toda acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo (imprimiéndole una aceleración que modifica el módulo o la dirección de su velocidad).

El concepto de fuerza fue descrito originalmente por Arquímedes, si bien únicamente en términos estáticos. Arquímedes y otros creyeron que el "estado natural" de los objetos materiales en la esfera terrestre era el reposo y que los cuerpos tendían, por sí mismos, hacia ese estado si no se actuaba sobre ellos en modo alguno. De acuerdo con Aristóteles la perseverancia del movimiento requería siempre una causa eficiente (algo que parece concordar con la experiencia cotidiana, donde las fuerzas de fricción pueden pasar desapercibidas).

INERCIA

En física, la inercia (del latín inertĭa) es la propiedad que tienen los cuerpos de permanecer en su estado de reposo relativo o movimiento relativo o dicho de forma general es la resistencia que opone la materia a modificar su estado de movimiento, incluyendo cambios en la velocidad o en la dirección del movimiento. Como consecuencia, un cuerpo conserva su estado de reposo relativo o movimiento rectilíneo uniformerelativo si no hay una fuerza que, actuando sobre él, logre cambiar su estado de movimiento.

En la naturaleza no existe el reposo, toda la materia está en movimiento, por eso cuando se habla de reposo o Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU) se debe añadir la palabra "relativo" (relativo a un sistema de referencia). El cuerpo está en reposo o en MRU sólo con respecto de ese sistema de referencia. Cuando un cuerpo está en reposo relativo sobre la superficie de la Tierra, en realidad está participando de los distintos movimientos que realiza el planeta y está sometido a diferentes fuerzas como las gravitatorias de la Tierra, el Sol, La Luna y otros cuerpos, así como la resistencia mecánica que impide que se hunda en la tierra, o se deslice. Se puede decir que el cuerpo se encuentra en equilibrio sobre la superficie de la Tierra u por tanto en reposo relativo.

Podríamos decir que es la resistencia que opone un sistema de partículas a modificar su estado dinámico.

En física se dice que un sistema tiene más inercia cuando resulta más difícil lograr un cambio en el estado físico del mismo. Los dos usos más frecuentes en física son la inercia mecánica y la inercia térmica.

Interpretaciones de la inercia

Hay investigadores que consideran la inercia mecánica como manifestación de la masa, y están interesados en las ideas de la física de partículas sobre el bosón de Higgs. De acuerdo al modelo estándar de física de partículas todas las partículas elementales carecen prácticamente de masa. Sus masas (y por lo tanto su inercia) provienen del Mecanismo de Higgs vía intercambio con un campo omnipresente de Higgs. Esto lleva a deducir la existencia de una partícula elemental, el bosón de Higgs.

Otros están inclinados a ver la inercia como una característica conectada con la masa, y trabajan a lo largo de otros caminos. El número de los investigadores que entregan nuevas ideas aquí es reducido. Muchas de las ideas presentadas al respecto todavía son miradas como protociencia, pero ilustra cómo está avanzando la formación de teorías en esta área.

EQUILIBRIO

Equilibrio es el estado en el cual se encuentra un cuerpo cuando las fuerzas que actúan sobre el se compensan y anulan recíprocamente. Cuando un cuerpo está en equilibrio estático, si se lo mantiene así, sin ningún tipo de modificación, no sufrirá aceleración de traslación o rotación, en tanto, si el mismo se desplaza levemente, pueden suceder tres cosas: que el objeto regrese a su posición original (equilibrio estable), el objeto se aparte aún más de su posición original (equilibrio inestable) o que se mantenga en su nueva posición (equilibrio indiferente o neutro).

En tanto, si bien el término goza de un amplio uso en distintas áreas, como ser la física, biología y la economía, en todas estas siempre referirá a algo que se mantiene en justa medida a pesar de las incidencias o contingencias.



En el campo de la física y la ingeniería encontramos tres tipos de equilibrios, el termodinámico que se refiere a la situación de un sistema físico en el cual sus factores externos y procesos internos no producen cambios de temperatura o presión. El químico se da cuando una reacción química de transformación se produce al mismo tiempo que su inversa y entonces no hay cambios en los compuestos. Y por último, el mecánico, es cuando las sumas de las fuerzas sobre todas las partes se anulan.

FRICCIÓN

La fuerza de fricción o la fuerza de rozamiento es la fuerza que existe entre dos superficies en contacto, que se opone almovimiento relativo entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, mayormente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza perpendicular R entre ambas superficies no lo sea perfectamente, sino que forme un ángulo con la normal N (el ángulo de rozamiento). Por tanto, la fuerza resultante se compone de la fuerza normal N (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento F, paralela a las superficies en contacto.

Rozamiento entre superficies de dos sólidos

En el rozamiento entre dos cuerpos se ha observado los siguientes hechos:

1.   La fuerza de rozamiento tiene dirección paralela a la superficie de apoyo.

2.   El coeficiente de rozamiento depende exclusivamente de la naturaleza de los cuerpos en contacto, así como del estado en que se encuentren sus superficies.

3.   La fuerza máxima de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza normal que actúa entre las superficies de contacto.

4.   Para un mismo par de cuerpos (superficies de contacto), el rozamiento es mayor un instante antes de que comience el movimiento que cuando ya ha comenzado (estático Vs. cinético).

El rozamiento puede variar en una medida mucho menor debido a otros factores:

1.   El coeficiente de rozamiento es prácticamente independiente del área de las superficies de contacto.

2.   El coeficiente de rozamiento cinético es prácticamente independiente de la velocidad relativa entre los móviles.

3. 

3.-MASA

En física, la masa (Del latín massa) es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo.¹ Es una propiedad extrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional. La unidad utilizada para medir la masa en elSistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una magnitud escalar.

No debe confundirse con el peso, que es una magnitud vectorial que representa una fuerza cuya unidad utilizada en el Sistema Internacional de Unidades es el newton (N). Tampoco debe confundirse con la cantidad de sustancia, cuya unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el mol.

El concepto de masa surge de la confluencia de dos leyes: la ley de gravitación universal de Newton y la segunda ley de Newton (o 2.º Principio). Según la ley de la gravitación universal, la atracción entre dos cuerpos es proporcional al producto de dos constantes, denominadas masa gravitacional —una de cada uno de ellos—, siendo así la masa gravitatoria una propiedad de la materia en virtud de la cual dos cuerpos se atraen; por la 2.ª ley (o principio) de Newton, la fuerza aplicada sobre un cuerpo es directamente proporcional a la aceleración que experimenta, denominándose a la constante de proporcionalidad: masa inercial del cuerpo.

MASA INERCIAL

La masa inercial para la física clásica viene determinada por la segunda y tercera ley de newton. Dados dos cuerpos, A y B, con masas inerciales m_A (conocida) y m_B (que se desea determinar), en la hipótesis dice que las masas deben ser constantes y que ambos cuerpos están aislados de otras influencias físicas, de forma que la única fuerza presente sobre A es la que ejerce B, denominada F_AB, y la única fuerza presente sobre B es la que ejerce A, denominada F_BA, de acuerdo con la segunda ley de Newton:

.

donde a_A y a_B son las aceleraciónes de A y B, respectivamente. Es necesario que estas aceleraciones no sean nulas, es decir, que las fuerzas entre los dos objetos no sean iguales a cero. Una forma de lograrlo es, por ejemplo, hacer colisionar los dos cuerpos y efectuar las mediciones durante el choque.

La Tercera Ley de Newton afirma que las dos fuerzas son iguales y opuestas:

Así, el medir a_A y a_B permite determinar m_B en relación con m_A, que era lo buscado. El requisito de que a_B sea distinto de cero hace que esta ecuación quede bien definida.

En el razonamiento anterior se ha supuesto que las masas de A y B son constantes. Se trata de una suposición fundamental, conocida como la conservación de la masa, y se basa en la hipótesis de que la materia no puede ser creada ni destruida, solo transformada (dividida o recombinada). Sin embargo, a veces es útil considerar la variación de la masa del cuerpo en el tiempo; por ejemplo, la masa de un cohete decrece durante su lanzamiento. Esta aproximación se hace ignorando la materia que entra y sale del sistema. En el caso del cohete, esta materia se corresponde con el combustible que es expulsado; la masa conjunta del cohete y del combustible es constante.

MASA GRAVITACIONAL

Considérense dos cuerpos A y B con masas gravitacionales M_A y M_B, separados por una distancia |r_AB|. La ley de la gravitación de Newton dice que la magnitud de la fuerza gravitatoria que cada cuerpo ejerce sobre el otro es

donde G es la constante de gravitación universal. La sentencia anterior se puede reformular de la siguiente manera: dada la aceleración g de una masa de referencia en un campo gravitacional (como el campo gravitatorio de la Tierra), la fuerza de la gravedad en un objeto con masa gravitacional M es de la magnitud

.

Esta es la base según la cual las masas se determinan en las balanzas. En las balanzas de baño, por ejemplo, la fuerza |F| es proporcional al desplazamiento del muelle debajo de la plataforma de pesado (véase Ley de elasticidad de Hooke), y la escala está calibrada para tener en cuenta g de forma que se pueda leer la masa M.

MASA CONVENCIONAL

Según el documento D28 "Conventional value of the result of weighing in air" de la Organización Internacional de Metrología Legal (OIML), la masa convencional de un cuerpo es igual a la masa de un patrón de densidad igual a 8000 kg/m³ que equilibra en el aire a dicho cuerpo en condiciones convencionalmente escogidas: temperatura del aire igual a 20 °C y densidad del aire igual a 0,0012 g/cm³.

Esta definición es fundamental paraun comercio internacional sin controversias sobre pesajes realizados bajodistintas condiciones de densidad del aire y densidad de los objetos. Si sepretendiera que las balanzas midan masa, sería necesario contar con patrones demasa de la misma densidad que los objetos cuya masa interese determinar, lo queno es práctico y es la razón por la que se definió la Masa Convencional, lacual es la magnitud que miden las balanzas con mayor precisión.

4.- ENERGIA

El término energía (del griego ἐνέργεια enérgeia, «actividad», «operación»; de ἐνεργóς energós, «fuerza de acción» o «fuerza de trabajo») tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento.

En física, «energía» se define como la capacidad para realizar un trabajo. En tecnología y economía, «energía» se refiere a un recurso natural (incluyendo a su tecnología asociada) para poder extraerla, transformarla y darle un uso industrial o económico.

ENERGIA MECANICA

En física clásica, la ley universal de conservación de la energía —que es el fundamento del primer principio de la termodinámica—, indica que la energía ligada a un sistema aislado permanece constante en el tiempo. Eso significa que para multitud de sistemas físicos clásicos la suma de la energía mecánica, la energía calorífica, la energía electromagnética, y otros tipos de energía potencial es un número constante. Por ejemplo, la energía cinética se cuantifica en función del movimiento de la materia, la energía potencial según propiedades como el estado de deformación o a la posición de la materia en relación con las fuerzas que actúan sobre ella, la energía térmica según sucapacidad calorífica, y la energía química según la composición química.

ENERGIA POTENCIAL

Es la energía que se le puede asociar a un cuerpo o sistema conservativo en virtud de su posición o de su configuración. Si en una región del espacio existe un campo de fuerzas conservativo, la energía potencial del campo en el punto (A) se define como el trabajo requerido para mover una masa desde un punto de referencia (nivel de tierra) hasta el punto (A). Por definición el nivel de tierra tiene energía potencial nula. Algunos tipos de energía potencial que aparecen en diversos contextos de la física son:

·         La energía potencial gravitatoria asociada a la posición de un cuerpo en el campo gravitatorio (en el contexto de la mecánica clásica). La energía potencial gravitatoria de un cuerpo de masa m en un campo gravitatorio constante viene dada por:  donde h es la altura del centro de masas respecto al cero convencional de energía potencial.

·         La energía potencial electrostática V de un sistema se relaciona con el campo eléctrico mediante la relación:

siendo E el valor del campo eléctrico.

·         La energía potencial elástica asociada al campo de tensiones de un cuerpo deformable.

La energía potencial puede definirse solamente cuando existe un campo de fuerzas que es conservativa, es decir, que cumpla con alguna de las siguientes propiedades:

1.    El trabajo realizado por la fuerza entre dos puntos es independiente del camino recorrido.

2.    El trabajo realizado por la fuerza para cualquier camino cerrado es nulo.

3.    Cuando el rotor de F es cero (sobre cualquier dominio simplemente conexo).

Se puede demostrar que todaslas propiedades son equivalentes (es decir que cualquiera de ellas implica laotra). En estas condiciones, la energía potencial en un punto arbitrario sedefine como la diferencia de energía que tiene una partícula en el puntoarbitrario y otro punto fijo llamado «potencial cero».

ENERGIA CINETICA

La energía cinética es un concepto fundamental de la física que aparece tanto en mecánica clásica, como mecánica relativista y mecánica cuántica. La energía cinética es una magnitud escalar asociada al movimiento de cada una de las partículas del sistema. Su expresión varía ligeramente de una teoría física a otra. Esta energía se suele designar como K, T o E_c.

El límite clásico de la energía cinética de un cuerpo rígido que se desplaza a una velocidad v viene dada por la expresión:

Una propiedad interesante es que esta magnitud es extensiva por lo que la energía de un sistema puede expresarse como «suma» de las energías de partes disjuntas del sistema. Así por ejemplo puesto que los cuerpos están formados de partículas, se puede conocer su energía sumando las energías individuales de cada partícula del cuerpo.

5.- MAGNITUD FISICA

Una magnitud física es un valor asociado a una propiedad física o cualidad medible de un sistema físico, es decir, a la que se le pueden asignar distintos valores como resultado de una medición o una relación de medidas. Las magnitudes físicas se miden usando un patrón que tenga bien definida esa magnitud, y tomando como unidad la cantidad de esa propiedad que posea el objeto patrón. Por ejemplo, se considera que el patrón principal de longitud es el metro en el Sistema Internacional de Unidades.

Existen magnitudes básicas y derivadas, que constituyen ejemplos de magnitudes físicas: la masa, la longitud, el tiempo, la carga eléctrica, la densidad, la temperatura, la velocidad, la aceleración y la energía. En términos generales, es toda propiedad de los cuerpos o sistemas que puede ser medida. De lo dicho se desprende la importancia fundamental del instrumento de medición en la definición de la magnitud.¹

La Oficina Internacional de Pesas y Medidas, por medio del Vocabulario Internacional de Metrología (International Vocabulary of Metrology, VIM), define a la magnitud como un atributo de un fenómeno, un cuerpo o sustancia que puede ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente.²

A diferencia de las unidades empleadas para expresar su valor, las magnitudes físicas se expresan en cursiva: así, por ejemplo, la «masa» se indica con m, y «una masa de 3 kilogramos» la expresaremos como m = 3 kg.

POTENCIA (física)

En física, potencia (símbolo P) es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.

Si W es la cantidad de trabajo realizado durante un intervalo de tiempo de duración Δt, la potencia media durante ese intervalo está dada por la relación:

La potencia instantánea es el valor límite de la potencia media cuando el intervalo de tiempo Δt se aproxima a cero. En el caso de un cuerpo de pequeñas dimensiones:

Donde

P es la potencia,

W es el trabajo,

t es el tiempo.

r es el vector de posición.

F es la fuerza.

v es la velocidad.

ACELERACION

En física, la aceleración es una magnitud vectorial que nos indica la variación de velocidad por unidad de tiempo. En el contexto de la mecánica vectorial newtoniana se representa normalmente por   o   y su módulo por  . Sus dimensiones son  . Su unidad en el Sistema Internacional es m/s².

En la mecánica newtoniana, para un cuerpo con masa constante, la aceleración del cuerpo es proporcional a la fuerza que actúa sobre él mismo (segunda ley de Newton):

donde F es la fuerza resultante que actúa sobre el cuerpo, m es la masa del cuerpo, y a es la aceleración. La relación anterior es válida en cualquier sistema de referencia inercial.

TRABAJO (física)

Trabajo (W)

En mecánica clásica, se dice que una fuerza realiza trabajo cuando altera el estado de movimiento de un cuerpo. El trabajo de la fuerza sobre ese cuerpo será equivalente a la energía necesaria para desplazarlo¹ de manera acelerada. El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra   (del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades.

Ya que por definición el trabajo es un tránsito de energía,² nunca se refiere a él como incremento de trabajo, ni se simboliza como ΔW.

El trabajo en mecánica

Consideremos una partícula   sobre la que actúa una fuerza  , función de la posición de la partícula en el espacio, esto es   y sea   un desplazamiento elemental (infinitesimal) experimentado por la partícula durante un intervalo de tiempo  . Llamamos trabajo elemental,  , de la fuerza   durante el desplazamiento elemental   al producto escalar  ; esto es,

Si representamos por   la longitud de arco (medido sobre la trayectoria de la partícula) en el desplazamiento elemental, esto es   , entonces el vector tangente a la trayectoria viene dado por   y podemos escribir la expresión anterior en la forma

donde   representa el ángulo determinado por los vectores   y   y   es la componente de la fuerza F en la dirección del desplazamiento elemental  .

El trabajo realizado por la fuerza   durante un desplazamiento elemental de la partícula sobre la que está aplicada es una magnitud escalar, que podrá ser positiva, nula o negativa, según que el ángulo   sea agudo, recto u obtuso.

Si la partícula P recorre una cierta trayectoria en el espacio, su desplazamiento total entre dos posiciones A y B puede considerarse como el resultado de sumar infinitos desplazamientos elementales   y el trabajo total realizado por la fuerza   en ese desplazamiento será la suma de todos esos trabajos elementales; o sea

Esto es, el trabajo viene dadopor la integral curvilínea de   a lo largo de lacurva   que une los dos puntos;en otras palabras, por la circulación de   sobre la curva   entre los puntos A y B. Así pues, el trabajoes una magnitud física escalar que dependerá en general de la trayectoria queuna los puntos A y B, a no ser que la fuerza   seaconservativa, en cuyo caso el trabajoresultará ser independiente del camino seguido para ir del punto A al punto B,siendo nulo en una trayectoria cerrada. Así, podemos afirmar que el trabajo noes una variablede estado.

Autoevaluación

MOVIMIENTO

1¿Es es el cambio de posición de un cuerpo a lo largo del tiempo?

a) Movimiento           b) aceleración              c) rapidez                d) peso

2 Menciona una característica importante del movimiento:

a) Masa       b) Tener una ubicación en el espacio-tiempo     c) Aceleración      d) Rapidez

3  ¿Es el cambio que experimenta la velocidad angular por unidad de tiempo?

a) Rapidez             b) Caída libre            c) Aceleración angular        d) Aceleración

4)¿Magnitud en la que se expresa la aceleración angular?

a) Radianes              b)Metro                 c)Newton     d) Radianes*Segundo^2

FUERZA

1) ¿Es una magnitud vectorial que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas.?

a) Fuerza         b) Magnitudes            c) Peso         d) Masa

2) ¿Cuál es la fórmula para calcular la fuerza?

a) F=Pe*D         b) F=M*A                 c) F=M*Pe                 d) F=D*G

3) ¿Es la propiedad que tienen los cuerpos de permanecer en su estado de reposo relativo o movimiento relativo?

a) Potencia            b) Trabajo      c) Inercia           d) Mecánica

4) ¿Es la fuerza que existe entre dos superficies en contacto?

a) Equilibrio                  b) Trabajo      c) Potencial eléctrico             d) Fricción

Respuestas:

1:A 2;B   3;C    4;D    5;A   6-;B    7;C   8;D