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Unidades, cantidades físicas y vectores

La naturaleza de la física

La física es una ciencia experimental. Los físicos observan los fenómenos naturales y tratan de encontrar los patrones y principios que los relacionen. Dichos patrones se denominan teorías físicas o, si están bien establecidos y se usan ampliamente, leyes o principios físicos.

¿Cómo resolver problemas de física?

En física se usan diferentes técnicas para resolver distintos tipos de problemas, y es por ello que este libro ofrece docenas de estrategias para resolver problemas .No obstante, sea cual sea el tipo de problema, hay ciertos pasos básicos que se deben seguir siempre.

Se debe identificar los conceptos pertinentes, plantear el problema, ejecutar la solución y evaluar la respuesta.

Estándares y unidades

Las definiciones de las unidades básicas del sistema métrico han evolucionado. Cuando la Academia Francesa de Ciencias estableció el sistema en 1791, el metro se definió como una diezmillonésima de la distancia entre el Polo Norte y el Ecuador. El segundo se definió como el tiempo que tarda un péndulo de 1 m de largo en oscilar de un lado a otro. Estas definiciones eran poco prácticas. Se establecieron estándares atómicos para el tiempo, longitud, masa.

Consistencia y conversiones de unidades

Usamos ecuaciones para expresar las relaciones entre cantidades físicas representadas por símbolos algebraicos. Cada símbolo denota siempre un número y una unidad. Por ejemplo, d podría representar una distancia de 10 m, t un tiempo de 5s y v una rapidez de 2 m/s. Toda ecuación debe ser dimensionalmente consistente. No podemos sumar manzanas y automóviles; sólo podemos sumar o igualar dos términos si tienen las mismas unidades.

Incertidumbre y cifras significativas

El uso de éstas considera que el último dígito de aproximación es incierto, por ejemplo, al determinar el volumen de un líquido con una probeta cuya precisión es de 1 ml, implica una escala de incertidumbre de 0,5 ml. Así se puede decir que el volumen de 6 ml será realmente de 5,5 ml a 6,4 ml. El volumen anterior se representará entonces como (6,0 ± 0,5) ml. En caso de determinar valores más próximos se tendrían que utilizar otros instrumentos de mayor precisión, por ejemplo, una probeta de divisiones más finas y así obtener (6,0 ± 0,1) ml o algo más satisfactorio según la precisión requerida.

Estimaciones y órdenes de magnitud

A veces sabemos cómo calcular cierta cantidad pero debemos estimar los datos necesarios para el cálculo. O bien, el cálculo podría ser demasiado complicado para efectuarse con exactitud, así que lo aproximamos. En ambos casos el resultado es una estimación, pero puede servirnos incluso si tiene un factor de incertidumbre de 2, 10 o más. Tales cálculos se denominan estimaciones de orden de magnitud. El gran físico ítaloamericano Enrico Fermi (1901-1954) los llamaba “cálculos del reverso de un sobre”.

Vectores y suma de vectores

En física, matemáticas e ingeniería, un vector es una herramienta geométrica utilizada para representar una magnitud física definida por un módulo o longitud y una dirección u orientación.

Las cantidades escalares son números y se combinan con la aritmética usual. Las cantidades vectoriales tienen dirección y magnitud y se combinan según las reglas de la suma vectorial.

Gráficamente, dos vectores y se suman colocando la cola de en la punta de R. El vector sumatoria se extiende desde la cola de hasta la punta.

La exactitud de una medición puede indicarse con el número de cifras significativas o dando una incertidumbre. El resultado de un cálculo no suele tener más cifras

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