Leyes de la física en problemas de ingeniería

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Actividad de aprendizaje 1

INTRDUCCION

En esta actividad encontraremos un resumen de 5 temas de que nos introducen alas bases de la aplicarás las leyes de la física en problemas de ingeniería donde encontraremos temas como Sistema cartesiano, Sistema de coordenadas esféricas, Sistema de coordenadas cilíndricas , Sistemas de referencia entre varios conceptos similares

Resumen (TEMA 1)

Sistema de unidades. Parte 1,2,3,4,5

Sabemos que podemos medir cualquier objeto, siempre y cuando tengamos un instrumento adecuado para hacerlo, pero ¿qué tan exacta es la medida? Resulta que no conoceremos con exactitud el valor.
Los científicos tienen dos términos en cuanto a medida nos referimos, ellos distinguen entre exactitud y la precisión.

Unidades de medida.

Supongamos que medimos el ancho de nuestro cuarto, como resultado obtenemos que mide 3 metros. ¿Pero dónde están los conceptos de la física en este ejemplo?
Los conceptos aquí manejados son tres, magnitud, unidad y cantidad. ¿Qué es magnitud? La magnitud se refiere a la propiedad física que nos permite medir un objeto, un ejemplo de magnitud sería, el clima de la ciudad el cual su magnitud sería la temperatura. Cuando hablamos de cantidad nos referimos, por decirlo de una manera entendible, al número que le asignamos a algo y la unidad sería nuestra referencia de la magnitud.

Unidades fundamentales

Como ya se ha dicho, la magnitud es todo aquello que puede ser medido. La longitud, la masa, la temperatura, el tiempo, la velocidad, el volumen, el área, la fuerza y la presión, entre otros, son ejemplos de magnitudes. Existen magnitudes que no pueden ser definidas o expresadas a partir de otras. Así, la longitud, la masa, temperatura, el tiempo son magnitudes primarias que no pueden describirse en términos de otras más básicas o primarias, por lo tanto, decimos que son magnitudes fundamentales. Existen siete magnitudes fundamentales, como sabemos que toda magnitud tiene su unidad, entonces decimos que son unidades fundamentales. A partir de estas siete se derivan todas las demás unidades y magnitudes. Cada una de estas unidades está representada por un símbolo

4. Unidades derivadas

Existen muchas otras unidades, las mencionadas anteriormente son las fundamentales de las cuales se desprenden muchas otras, veamos qué nombre reciben. Unidades derivadas Las unidades derivadas son aquellas que se definen en términos de dos o más unidades fundamentales.

Patrón de medición

Un patrón de medición es aquello que sirve como referencia para crear una unidad de medida, pero ¿cómo saber si es un patrón de medición? Bueno para que sea un patrón debe cumplir con las características ser inalterable, ser universal, ser fácilmente reproducible. Sólo las unidades fundamentales cuentan con un patrón de medición, analiza el siguiente documento donde se muestra cuáles son los patrones de medición.

Los seres humanos necesitan medir muchas cosas, por ejemplo, saber cuántos días tardarán en recorrer una distancia, saber la distancia de una presa para saber cómo lanzar una flecha. Para éstos y muchos casos más necesitamos una unidad de medida, por ejemplo, si tenemos un trozo de madera que mide un metro podríamos decir que un árbol mide tres metros ya que el árbol es tres veces más grande que el trozo de madera.

Las unidades de medida que utilizaban en la antigüedad se basaban la anatomía humana, por lo que se tenían muchos problemas ya que no todos tenemos el mismo aspecto físico es por esto por lo que el introdujo el Sistema Internacional

En la antigüedad no se tenía un sistema de unidades que fuera comprensible para todos, las personas necesitaban medir cuánto dura un día, cuánto pagar por un determinando objeto y hacer equivalencias era un verdadero problema, afortunadamente se llegó a un acuerdo donde se propuso establecer un sistema de unidades que fuera entendible y justo para todos, por ejemplo, para medir distancias no tan cortas se utilizaba el pie. Cuando se requerían distancias más pequeñas utilizaban la pulgada. Así como también se intentó introducir que el minuto constara de 100 segundos, lo cual no funcionó y el minuto consta como lo conocemos en la actualidad de 60 segundos. Muchos de estos sistemas fueron mejorando, hasta que se introdujo el Sistema Internacional de Unidades.

Sistema Internacional de Unidades

Para resolver el problema que se tenía sobre los sistemas de medidas que cada quien usaba, se decidió establecer un sistema que fuera internacional, es por eso que científicos trabajaron en lo que hoy conocemos como Sistema Internacional de Unidades. El Sistema Internacional de Unidades es aquel que se utiliza en todos los países del mundo, excepto tres donde no se considera único ni prioritario. Una de las características principales del SI, es que sus unidades se basan en fenómenos físicos fundamentales.

Sistema métrico decimal

Los primeros indicios sobre este sistema ocurrieron después de la revolución francesa en 1789. Fue en ese momento que se propuso el metro como unidad fundamental. Al querer crear un sistema pensaron en aquello donde sus múltiplos y submúltiplos fueran decimales. Es por esto por lo que recibe el nombre de sistema métrico decimal. El sistema métrico decimal o simplemente sistema métrico, se basa en el metro, en el cual los múltiplos y submúltiplos de una unidad de medida se relacionan entre sí mediante múltiplos y submúltiplos de 10.

Tipos de sistemas de medida

Además del SI existen otros tipos de sistema los cuales han sido implementados, pero no para sustituir al SI. Veamos algunos de los sistemas de medición que existen

Sistema cegesimal (CGS): Este sistema es propuesto por el matemático Alemán Karl Gauss, dicho sistema fue recomendado en el área de dinámica y electricidad. El sistema cegesimal de unidades se basa en el centímetro, el gramo y el segundo como unidades de longitud, masa y tiempo respectivamente, cuenta con unidades derivadas, que son las siguientes:

La unidad de fuerza es la dina (dyn) la cual se define como 1 g·cm/s2. La unidad de presión es la baria (baria) que se define como la presión que ejerce la fuerza de una dina sobre una superficie de un centímetro cuadrado (dyn/cm2). Como la baria es una unidad muy pequeña se definió un múltiplo llamado bar o mega baria que es igual a 106 barias, y un submúltiplo de ésta llamado milibar (mbar) que equivale a 103 barias.

La unidad del trabajo es el ergio (erg) que equivale a una dyn·cm.

La última de las unidades mecánicas notable es la potencia, ésta se mide en erg/s.

Sistema MKS: El sistema MKS también conocido como sistema Giorgi, en honor al ingeniero italiano Giovanni Giorgi que fue quien lo propuso. El sistema recibe este nombre ya que sus unidades fundamentales son el metro, kilogramo y el segundo. En la actualidad este sistema ha sido reemplazado por el SI. Las unidades fundamentales del sistema MKS fueron adoptadas por el SI, es importante mencionar que el sistema MKS es el antecesor del SI.

Sistema inglés: El sistema inglés o también conocido como sistema imperial, es aún utilizado en Estados Unidos y muy poco en países británicos.

En México debido a la intensa relación que existe con Estados Unidos aún tenemos productos que vienen especificados en unidades de dicho sistema. Tal es el caso de algunos productos de madera, tornillería, así como también algunos medidores de presión de neumáticos y podemos encontrar envases de agua o pintura que manejan los galones y no los litros.

Notación científica

Es una herramienta para representar de forma compacta un número muy grande o pequeño. En la ciencia es muy común realizar operaciones con números extremadamente grandes o pequeños, en particular en las ingenierías. Al realizar operaciones con tantos dígitos tenemos un margen de error mayor. Para evitar manejar tanto dígitos usaremos lo que se conoce como notación científica.

Para expresar un número en notación científica primero localizamos en el número el punto decimal, si el número que deseamos convertir es mayor que 10 entonces el punto se desplaza hacia la izquierda, pero si el número es menor que uno entonces lo desplazamos a la derecha.

Operaciones con notación científica

Veamos ahora las aplicaciones que tiene esta notación, aprendiendo a realizar las operaciones fundamentales como lo son suma, resta, multiplicación y división.

Suma y resta: Para realizar la suma o resta cuando se tienen números con la misma potencia se hace directamente.

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