Magnitudes y variables físicas

FISICA. FUNDAMENTOS

1.- Magnitudes y variables físicas

En Física, se llaman magnitudes a aquellas propiedades que pueden medirse y expresar su resultado mediante un número y una unidad. Son magnitudes la longitud, la masa, el volumen, la cantidad de sustancia, el voltaje, etc.

Las siguientes magnitudes se denominan magnitudes físicas fundamentales. Si a estas magnitudes se les añaden dos magnitudes complementarias: el ángulo sólido y el ángulo plano, a partir de ellas pueden expresarse TODAS las demás magnitudes físicas ó magnitudes derivadas.

Magnitudes Símbolo

-Longitud x

-Masa m

-Tiempo t

-Temperatura T

-Intensidad de corriente eléctrica I,i

-Intensidad luminosa I

-Cantidad de sustancia mol

¿Qué es medir?

La operación de medir una cierta magnitud física consiste en compararla con un patrón o cantidad de la misma magnitud previamente definida como unidad, determinando el número de veces que lo contiene. El resultado se expresa mediante un número seguido de la correspondiente unidad.

Las magnitudes Físicas pueden ser escalares y vectoriales.

MAGNITUDES ESCALAERES: Quedan especificadas con su valor numérico (número real), expresado con su correspondiente unidad.

Masa: 500g; Volumen: 25m3; densidad: 1000Kg/m3; temperatura: 25°c

MAGNITUDES VECTORIALES: Quedan especificadas con su

• modulo (una cantidad y su correspondiente unidad)

• dirección(recta en la que se manifiesta)

• sentido(en cada dirección se definen dos sentidos opuestos)

Las magnitudes vectoriales se representan mediante VECTORES.

UNIDADES FUNDAMENTALES: son las unidades en las que se miden las magnitudes físicas fundamentales. Las magnitudes derivadas de expresan en unidades derivadas que resultan de operar algebraicamente con las unidades fundamentales. El Sistema de Unidades es un conjunto ordenado de unidades de medida que guardan entre sí relaciones definidas y sencillas.

VARIABLE FÍSICA

Una variable es algo que cambia respecto a algo, por ejemplo como cambia la posición de un automóvil respecto al tiempo, como cambian tus ingresos respecto a las horas que trabajas, etc.

En física existen muchísimas variables, posición, velocidad, aceleración, etc... Hacemos experimentos con ellas, para analizarlas, así toda variable puede ser analizada.

Para ello utilizamos gráficos en donde los valores en los ejes representan valores de las variables. El eje x representa a la variable x, y está muy bien podría representar el tiempo; el eje y representa la variable y, y está muy bien podría representar la velocidad.

1.2 Sistema de unidades: S. Internacional de unidades y S. Ingles

-Sistema Internacional de unidades

Magnitud Nombre Símbolo

Longitud metro m

Masa kilogramo kg

Tiempo segundo s

Intensidad de corriente eléctrica ampere A

Temperatura termodinámica kelvin K

Cantidad de sustancia mol mol

Intensidad luminosa candela cd

-Sistema Ingles

LONGITUD

1 milla = 1,609 m

1 yarda = 0.915 m

1 pie = 0.305 m

1 pulgada = 0.0254 m

MASA

1 libra = 0.454 Kg.

1 onza = 0.0283 Kg.

1 ton. inglesa = 907 Kg.

SUPERFICIE

1 pie 2 = 0.0929m^2

1 pulg 2 . = 0.000645m^2

1 yarda 2 = 0.83

VOLUMEN Y CAPACIDAD

1 yarda 3 = 0.765 m^3

1 pie 3 = 0.0283 m^3

1 pulg 3 . = 0.0000164 m^3

1 galón = 3.785 l.

1.3.- Vectores en el plano

Vectores

Un vector fijo es un segmento orientado que va del punto A (origen) al punto B (extremo).

Un vector fijo es nulo cuando el origen y su extremo coinciden.

Módulo del vector

Es la longitud del segmento AB, se representa por .

Dirección del vector

Es la dirección de la recta que contiene al vector o de cualquier recta paralela a ella.

Sentido del vector

El que va del origen A al extremo B.

Vectores equipolentes

Dos vectores son equipolentes cuando tienen igualmódulo, dirección y sentido.

Vector libre

El conjunto de todos los vectores equipolentes entre sí se llama vector libre. Cada vector fijo es un representante del vector libre.

Vector de posición de un punto en el plano de coordenadas

El vector que une el origen de coordenadas O con un punto P se llama vector de posición del punto P.

Coordenadas de un vector en el plano

Si las coordenadas de A y B son:

Las coordenadas o componentes del vector son las coordenadas del extremo menos las coordenadas del origen.

Módulo de un vector

Si las coordenadas de A y B son:

Las coordenadas o componentes del vector son las coordenadas del extremo menos las coordenadas del origen.

Si tenemos las componentes de un vector:

Distancia entre dos puntos

La distancia entre dos puntos es igual al módulo del vector que tiene de extremos dichos puntos.

Vector unitario

Los vectores unitarios tienen de módulo la unidad.

Suma de vectores

Para sumar dos vectores libres y se escogen como representantes dos vectores tales que el extremo final de uno coincida con el extremo origen del otro vector.

Regla del paralelogramo

Se toman como representantes dos vectores con el origen en común, se trazan rectas paralelas a los vectores obteniéndose un paralelogramo cuya diagonal coincide con la suma de los vectores.

Para sumar dos vectores se suman sus respectivas componentes.

Resta de vectores

Para restar dos vectores libres y se suma con el opuesto de .

Las componentes del vector resta se obtienen restando las componentes de los vectores.

Producto de un número por un vector

El producto de un número k por un vector es otro vector:

De igual dirección que el vector .

Del mismo sentido que el vector si k es positivo.

De sentido contrario del vector si k es negativo.

De módulo

Las componentes del vector resultante se obtienen multiplicando por K las componentes del vector.

Coordenadas del punto medio de un segmento

Las coordenadas del punto medio de un segmento son la semisuma de las coordenadas de los extremos.

Condición para qué tres puntos estén alineados

Los puntos A (x1, y1), B(x2, y2) y C(x3, y3) están alineados siempre que los vectores tengan la misma dirección. Esto ocurre cuando sus coordenadas son proporcionales.

Simétrico de un punto respecto de otro

Si A' es el simétrico de A respecto de M, entonces M es el punto medio del segmento AA'. Por lo que se verificará igualdad:

Coordenadas del baricentro

Baricentro o centro de gravedad de un triángulo es el punto de intersección de sus medianas.

Las coordenadas del baricentro son:

División de un segmento en una relación dada

Dividir un segmento AB en una relación dada r es determinar un punto P de la recta que contiene al segmento AB, de modo que las dos partes, PA y PB, están en la relación r:

2.-DINAMICA

2.1.- Desplazamiento, Velocidad y aceleración

Desplazamiento:

En mecánica, el desplazamiento es el vector que define la posición de un punto o partícula en relación a un origen A con respecto a una posición B. El vector se extiende desde el punto de referencia y se puede hasta la posición final. Cuando se habla del desplazamiento de un cuerpo en el espacio solo importa la posición inicial del cuerpo y la posición final, ya que la trayectoria que describe el cuerpo no es de importancia si se quiere hallar su desplazamiento. Esto puede observarse cuando un jugador de fútbol parte de un punto de la cancha y le da una vuelta entera para terminar en la misma posición inicial; para la física allí no hay desplazamiento porque su posición inicial es igual a la final.

Velocidad:

La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa la distancia recorrida por un objeto por unidad de tiempo. Se representa por o . Sus dimensiones son [L]/[T]. Su unidad en el Sistema Internacional es el m/s.

Aceleración: física, la aceleración es una magnitud vectorial que nos indica el cambio 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 el 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.

2.2.- Leyes de Newton: 1era, 2nda y 3era.

Primera ley o ley de inercia

Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos actúen sobre él.

Segunda ley o Principio Fundamental de la Dinámica

La fuerza que actua sobre un cuerpo es directamente proporcional a su aceleración.

Tercera ley o Principio de acción-reacción

Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste ejerce sobre el primero una fuerza igual y de sentido opuesto.

2.3.- Energía mecánica: cinética y potencial (trabajo y potencia)

La energía mecánica

De todas las transformaciones o cambios que sufre la materia, los que más interesan a la mecánica son los asociados a la posición y/o a la velocidad. Ambas magnitudes definen, en el marco de la dinámica de Newton, el estado mecánico de un cuerpo, de modo que este puede cambiar porque cambie su posición o porque cambie su velocidad. La forma de energía asociada a los cambios en el estado mecánica de un cuerpo o de una partícula material recibe el nombre de energía mecánica.

- Energía Potencial:

La energía potencial, por lo tanto, es la energía que posee un cuerpo o sistema en virtud de su posición o de su configuración (conjunto de posiciones). Así el estado de mecánico de una piedra que se eleva a una altura dada no es el mismo que el que el que tenia a nivel del suelo: ha cambiado su posición. En un muelle que es tensado, las distancias relativas entre sus espiras aumentan. Su configuración ha cambiado por efecto del estiramiento. En uno y otro caso el cuerpo adquiere en el estado final es capaz de romper un vidrio al chocar contra el suelo y el muelle puede poner en movimiento una bola inicialmente en reposo.

- Energía Cinética:

La forma de energía asociada a los cambios de velocidad recibe el nombre de energía cinética. Un cuerpo en movimiento es capaz de producir movimiento, esto es, de cambiar la velocidad de otros. La energía cinética es, por lo tanto, la energía mecánica que posee un cuerpo en virtud de su movimiento o velocidad.

Trabajo:

Entendemos por trabajar a cualquier acción que supone un esfuerzo. En Física el concepto de trabajo se aplica exclusivamente a aquellas acciones cuyo efecto

inmediato es un movimiento. La siguiente escena nos ayudará a precisarlo un poco más.

Trabajo es la magnitud física que relaciona una fuerza con el desplazamiento que origina.

En el Sistema Internacional de Unidades se mide en Julios (N • m). Su expresión matemática es:

...