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GUIA DE FISICA

UNIDAD 1.

Medición

La Física es una ciencia basada en las observaciones y medidas de los fenómenos físicos.

Medir. Es comparar una magnitud con otra de la misma especie llamada patrón.

Magnitud. Es todo aquello que puede ser medido.

1.1 Unidades y conversiones:

Unidades fundamentales del Sistema Internacional de Unidades

Magnitud Longitud Masa Tiempo Intensidad

eléctrica Temperatura Intensidad

luminosa Cantidad

sustancia

Unidades metro kilogramo segundo ampere kelvin candela mol

Símbolo m kg s A K cd mol

Unidades derivadas

Magnitud Trabajo Fuerza Presión Potencia Frecuencia Velocidad Densidad

Unidades joules newton pascal watt hertz longitud / tiempo masa/volumen

Símbolo J N Pa W Hz m/s Kg/m3

Factores de conversión entre el sistema ingles y el SI

Unidad Pulgada (in) Pies (ft) Yarda (yd) Milla (mi) Libra (lb) Onza (oz) Galón (gal)

Factor de

equivalencia 0.0254 m 0.3048 m 0.9141 m 1609 m 0.454 kg 0.0283 kg 3.785 l

Prefijos utilizados en el SI

Múltiplos Submúltiplos

Prefijo Tera Giga Mega Kilo Hecto Deca Unidad deci centi mili micro nano pico

Símbolo T G M K H D M d c m µ n p

Valor 1012 109 106 103 102 101 100 = 1 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12

Ejemplos:

a) Convertir 10 km/hr a m/s.

Solución:

b) Convertir 30 m3 a cm3

Solución:

c) Convertir 20 m/s a km/min.

Solución:

d) Convertir 150 ft /hr a m/s.

Solución:

e) Convertir 12 lb/s a Kg/hr

Solución:

f) Convertir 0.40 km/s a mi/hr.

Solución:

UNIDAD 2.

Cinemática

La mecánica es la rama de la física que trata del movimiento de los cuerpos incluyendo el reposo como un caso particular de movimiento.

Cinemática. Analiza el movimiento de los cuerpos atendiendo solo a sus características, sin considera las causas que coproducen. Al estudiar cinemática se consideran las siguientes magnitudes con sus unidades respectivas:

Distancia Tiempo Velocidad Aceleración

m s m/s m/s2

km h Km/h Km/h2

ft s ft/s ft/s2

mi h mi/h mi/h2

2.1 Movimiento Rectilíneo

- Movimiento. Es el cambio de posición de un cuerpo con respecto a un punto de referencia en el espacio y en tiempo.

- Trayectoria. Es la ruta o camino a seguir por un determinado cuerpo en movimiento.

- Distancia. Es la separación lineal que existe entre dos lugares en cuestión, por lo que se considera una cantidad escalar.

- Desplazamiento. Es el cambio de posición de una partícula en determinada dirección, por lo tanto es una cantidad vectorial.

- Velocidad media. Representa el cociente entre el desplazamiento total hecho por un objeto (móvil) y el tiempo en efectuarlo.

Movimiento Rectilíneo Uniforme (M.R.U.)

Un objeto se mueve con movimiento rectilíneo uniforme cuando recorre distancias iguales en tiempos iguales es decir su velocidad es constante. Y lo hace a largo de un recta.

donde: d = distancia total ( m, km, ft )

t = tiempo total ( s, min, hr )

v = velocidad media ( m/s , km/hr , ft/s )

Ejemplos:

a) Un automóvil recorrió 450 Km en 5 horas para ir de la Ciudad de México a la Playa de Acapulco. ¿Cuál fue la velocidad media del recorrido?

Datos Fórmula Sustitución Resultado

d = 450 km

t = 5 h v= 90 km/h

b) Un venado se mueve sobre una carretera recta con una velocidad de 72 Km / hr, durante 5 minutos ¿Qué distancia recorre en este tiempo?

Hay que hacer conversiones para que las unidades sean homogéneas

Tiempo:

Velocidad:

Datos Fórmula Sustitución Resultado

v = 20 m/s

t = 300 s d = vt d = 20 * 300 d = 6000 m

c) Realizar una gráfica d-t del comportamiento de un automóvil que partiendo del reposo, se mueve con una velocidad constante de 3 m/s.

Movimiento Uniformemente Acelerado (M.U.A)

El movimiento acelerado incluye a la caída libre y al tiro vertical cambiando ciertas variables.

M.U.A. Caída libre y Tiro vertical

Distancia (d) Altura (h)

Aceleración (a) Aceleración de la gravedad (g)

g = 9.81m/ s2 ≈ (10 m/ s2)

La aceleración es la relación de cambio de la velocidad en el tiempo transcurrido y se representar con la siguiente ecuación:

a = aceleración (m/ s2)

Vf = velocidad final (m/s)

Vi = velocidad inicial (m/s)

t = tiempo (s)

Al analizar la ecuación anterior se obtienen las siguientes conclusiones:

• Si la velocidad final es mayor que la velocidad inicial entonces la aceleración es positiva y por lo tanto el móvil acelera.

• Si la velocidad final es menor que la velocidad inicial entonces la aceleración es negativa y por lo tanto el móvil desacelera (frena).

I. II. III. IV.

donde: vf = velocidad final (m/s) d = desplazamiento (m) vi = velocidad inicial (m/s)

a = aceleración (m/s2) t = tiempo (s)

Existen otras fórmulas aplicadas al M.U.A. De estas relaciones surgen más, pero solamente si son despejadas.

Análisis del M.U.A.

• Si el móvil parte del reposo, entonces su velocidad inicial (vi) es igual a cero.

• Si el móvil se detiene (frena), entonces su velocidad final (vf) es igual a cero.

Gráficas de Movimietos

Ejemplos:

a) Un vehículo se mueve a razón de 10 m/s, al transcurrir 20 s, su velocidad es de 40 m/s. ¿Cuál es su aceleración?

Datos Fórmula Sustitución Resultado

vi = 10 m/s

vf = 40 m/s

t = 20 s a = 1.5 m/s2

b) Un motociclista parte del reposo y experimenta una aceleración de 2 m/ s2 ¿Qué distancia habrá recorrido después de 4 s?

Datos Fórmula Sustitución Resultado

vi = 0

a = 2 m/s2

t = 4 s d = 16 m

c) Del gráfico siguiente realiza una descripción del movimiento y hallar la aceleración del móvil.

El móvil parte del reposo y acelera hasta alcanzar una velocidadde 15 m/s.

De los 10 s a los 25 s, se desplaza a velocidad constante de 15 m/s.

A partir del segundo 25 empieza a desacelerar y se detiene a los 40 s.

La aceleración

de 0s a 10s: m/s2

de 10s a 25s: m/s2

de 25s a 40s: m/s2,

el signo es negativo porque la gráfica no sube baja y

por lo tanto es una desaceleración.

2.2 Caída libre

Todo cuerpo que cae desde el reposo o libremente al vacío, su velocidad inicial valdrá cero y su aceleración será de g = 9.81 m/s2.

I. II. III. IV.

donde: v = velocidad (m/s) h = altura (m) t = tiempo (s)

Ejemplos:

a) Un niño deja caer una pelota desde una ventana de un edifico y tarda 3s en llegar al suelo, ¿Cuál es la altura del edificio?. Considerar g = 10 m/s2

Datos Fórmula Sustitución Resultado

t = 3 s

g = 10 m/s2 h = 45 m

b) Se deja caer un objeto desde un puente que esta a 80 m del suelo ¿Con qué velocidad el objeto se estrella contra el suelo?. Considerar g = 10 m/s2

Datos Fórmula Sustitución Resultado

h = 80 m

g = 10 m/s2 d = 40 m/s

2.3 Tiro vertical

Si un cuerpo se lanza verticalmente hacia arriba, su velocidad disminuirá uniformemente hasta llegar a un punto en le cual queda momentáneamente en reposo y luego regresa nuevamente al punto de partida. Se ha demostrado, que el tiempo que tarda un cuerpo en llegar al punto mas alto de su trayectoria, es igual que tarda en regresar al punto de partida, esto indica que ambos movimientos son iguales y para su estudio se usan las mismas ecuaciones que en la caída libre, solo hay que definir el signo que tendrá "g".

I. II. III. IV. V.

donde: vf = velocidad final (m/s) h = altura (m) vi = velocidad inicial (m/s)

ts = tiempo de subida (s) hmax = altura máxima (m) t = tiempo (s)

Ejemplos:

a) Se lanza un proyectil verticalmente hacia arriba con una velocidad de 60 m/s, ¿Cuál es la altura máxima alcanzará?. Considerar g = 10 m/s2

Datos Fórmula Sustitución Resultado

vi = 60 m/s

g = 10 m/s2 hmax = 180 m

b) Un cuerpo es lanzado verticalmente hacia arriba con una velocidad de 30 m/s, ¿Cuánto tiempo le tomará alcanzar su altura máxima?. Considerar g = 10 m/s2

Datos Fórmula Sustitución Resultado

vi = 30 m/s

g = 10 m/s2 d = 3s

2.4 Tiro parabólico

Es un movimiento que está compuesto por los movimientos: M.R.U. y M.U.A. y además forma un ángulo de elevación con el eje horizontal (x). El procedimiento para resolver problemas y sus fórmulas principales son:

Descompónganse la velocidad inicial Vi en sus componentes:

Vix = Vi cos α Viy = Vi sen α

Las componentes horizontal y vertical de posición (altura), en cualquier instante estarán dadas por:

x = Vix y = Viy*t + ½ g*t2

Las componentes horizontal y vertical de la velocidad en cualquier instante estarán dadas por:

Vx = Vix Vy = Viy + g*t

La posición y velocidad finales se pueden calcular a partir de sus componentes.

Altura máxima:

Tiempo de Altura máxima:

Tiempo en el Aire:

...