FISICA I. Teoria y Ejercicios

7/24/2019 FISICA I. Teoria y Ejercicios

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MANUAL DE FSICA I


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INTRODUCCINEl devenir del hombre desde los inicios de su existencia se ha visto marcado poderosamente

por el trabajo de personajes que trataron no solo de admirar a travs de sus sentidos lainconmensurable belleza de la naturaleza que se erigi a su alrededor, sino que trataron ylograron a travs de un sinnmero de esfuerzos y pruebas, explicar el funcionamiento decada eventos de los que eran espectadores, buscando en todo momento el porqu de cadafenmeno que se presentaba a cada instante.

oy podemos decir que pr!cticamente todo lo que pasa a nuestro alrededor tiene un bagajeterico que trata de explicarlo de la manera m!s razonable posible" as#, por ejemplo algo tancoloquial como prender la luz requiri del esfuerzo y estudio de muchos a$os de cient#ficosque llegaron a determinarla.

oy estamos tan acostumbrados a incontables aplicaciones de la f#sica y qu#mica que noatrae nuestra atencin la bsqueda del origen de los fenmenos, ya est!n ah#, no esnecesario hacer otra cosa m!s que utilizarlos, pero si nos adentr!ramos en el mundo de lacausa, nos maravillar#amos de encontrar tantas particularidades que existen, el mundo semueve como un engrane perfecto cayendo cada porcin en su lugar y generando fenmenostan maravillosos que de pronto se nos han tornado tan normales que nos parece aburridobuscar sus or#genes, situacin que debemos revertir porque la ciencia es la base deldesarrollo, y nuestra entidad requiere que t como estudiante te inculques el amor por encontrar los or#genes y potencialidades de los fenmenos, que permitan un desarrollocient#fico propio e impuse a nuestro pa#s a estadios mejores a los que hasta el momento sehan generado.

Este manual est! dirigido a alumnos de tercero de bachillerato para la materia de %#sica &. 'travs de estas p!ginas encontraras los temas propios de la materia, explicados de maneraen ocasiones tal vez extensa, pero tratando, espero lo logre, de retomar algunos detalles queconsidero son necesarios para la adecuada compresin de los contenidos en espec#fico.

En todos los temas se abordan al menos dos ejercicios muestra y se establecen por lomenos ( o m!s ejercicios para casa, recuerda que materias como matem!ticas, f#sica,qu#mica requieren el ejercicio constante de no solo procesos ya automatizados sino de poder observar y analizar los fenmenos desde diferentes componentes. Espero ante todo que estematerial sea de utilidad para ti, asimismo djame decirte en algunos temas encontraras

algunas ligas para

que en internet puedas observar algunos videos seleccionados o puedas acceder a algunosarchivos de aplicacin para temas que sean muy mec!nicos.


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FSICA

UN BREVE ACERCAMIENTO

)ara iniciar nuestro estudio de la %#sica djame decirte que esta ciencia, constituye la basede los adelantos tecnolgicos que usas diariamente" est! presente en pr!cticamente todastus actividades, pinsalo, al despertar lo haces en muchas ocasiones con la ayuda de undispositivo que hace sonar una alarma *estudio de las ondas sonoras+, te levantas de lacama usando la fuerza que propicia tu energ#a corprea *trabajo mec!nico+, caminas hacia elba$o para la ducha en virtud de la existencia de la friccin existente entre tus zapatos y elpiso, abres la regadera aplicando algo que se llama momento de una fuerza y generas unmovimiento circular" en la salida del l#quido entran en accin la leyes de la hidrost!tica yefectos de la fuerza gravitatoria.

e vistes y te diriges al -olegio en t veh#culo que consta de un motor a gasolina y cuyomovimiento responde a un an!lisis de velocidad y aceleracin, que estudia la cinem!tica, alfrenar el coche se utiliza el principio de los l#quidos encerrados, calculas el tiempo de llegadaa la escuela en base a la velocidad de recorrido promedio y distancia, observas lossem!foros cuya energ#a de funcionamiento procede del movimiento de los electrones de los!tomos de los materiales. En fin ser#a demasiado largo enumerar los eventos f#sicos que nosrodean en cada instante de nuestra existencia )/0- &-'1E2 E 343 E5 %&5&-'6.

72o crees entonces que es importante conocer y comprender la din!mica de lo que ocurrealrededor8 Espero pienses afirmativamente.

)or supuesto, debo se$alar que el conocer va aparejado con el an!lisis numrico de losfenmenos, por lo que la %#sica requiere en gran medida, como herramienta, de esa cienciaque no a pocos hacer perder la cabeza, las matem!ticas.


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)ero no te asustes, trataremos de la manera m!s eficiente posible de que esa herramientaresulte en sumo de f!cil aplicacin.

ACTIVIDAD 1.- &nvestiga el origen de la %#sica, sus principales precursores y la importanciade la misma en el devenir del ser humano. 9e el video del proyecto 'lice liga:https:;;


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El sistema &nternacional usualmente se conoce como sistema 1@5, haciendo referencia a lasunidades b!sicas se$aladas anteriormente. -uando trabajamos en el an!lisis numrico delos fenmenos f#sicos es importante que tengamos la posibilidad de expresar nuestrosresultados en las diferentes unidades de acuerdo a los diferentes sistemas. )ara ello esnecesario conocer las equivalencias entre sistemas. as principales son las siguientes:

CONVERSIN DE UNIDADES.

)ara realizar conversiones, debemos recordar lo que se denomina regla de tres oproporciones. )or ejemplo si quiero convertir F metros a pulgadas para hacer un cambio delsistema &nternacional al ingls, har#amos lo siguiente:4atos:

l= F m

Equivalencia: G pulgada *in+ = >.(H x GI?> m o .I>(Hm

Establezcamos nuestra proporcin:

1 .0254 m

= x6 m

o cual leemos de la siguiente manera, s# G pulgada equivale a .I>(H m, entonces xpulgadas equivalen a F m. 4espejando queda:


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(6 m )

Eliminamos las unidades metros y nos quedan pulgadas *in+, efectuamos las operaciones yel resultado ser#a igual a >JF.>> in.

3tra forma de hacerlo que en lo personal considero mejor ser#a:

l= Fm.1

0.0254 m

= >JF.>> in.

5i observas es exactamente lo mismo solo que en la segunda forma no establecer formalmente la proporcin sino que en forma de quebrado colocas la equivalencia dejando

como numerador o denominador la unidad que quieres eliminar.Ejemplo: cambiar HI Cm;h a m;s:

o vamos a realizar de la segunda manera.

5abemos las siguientes equivalencias:

G Cm = G,IIIm

G h = J,FII s, entonces

v = 40km

h . 1,000

m

1km

. 1h

3600s

o que nos da como resultado v =(40 ) (1,000 m )(1 )

(1)(3600 s ) con lo cual podremos expresar la

velocidad en las unidades solicitadas, quedando v= GG.GG m;s.

'- &9&4'4 J.? /ealiza las siguientes conversiones:


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M9TODO CIENTFICO

odos los conocimientos que el hombre posee deben estar basados en un proceso quesustente o proporcione una base para su afirmacin. a f#sica utiliza el denominado mtodocient#fico, que se constituye de una serie de pasos.

Este mtodo es el procedimiento intelectual y material que utiliza un sujeto para penetrar,comprender, analizar, transformar o construir un objeto de conocimiento.

El mtodo cient#fico se adquiere a partir de la experimentacin y el razonamiento" y sigue un

proceso espec#fico, se refiere a hechos objetivos y demostrables mediante la observacin yexperimentacin. El mtodo cient#fico tiene diversas caracter#sticas:

G. 4ebe ser verdadero o cierto>. 4ebe ser generalJ. Es metdico mutable, es decir puede cambiar.

+ASOS DEL M9TODO CIENTFICO


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oda investigacin se deriva de un problema observado que se desea solucionar. )ara elloes de suma relevancia el establecer un proceso, siendo este:

a+ 3bservacin. a investigacin nace de algn problema observado que se deseasolucionar. Kna vez detectado o elegido el problema surge el planteamiento deposibles soluciones *hiptesis+, las cuales deberemos verificar o comprobar a travsde la experimentacin.

b+ )lanteamiento del problema. En nuestra vida cotidiana y en el estudio del mtodocient#fico se nos presentan de sbito dificultades que no podemos resolver a simplevista, por simple observacin o recordando lo que hemos aprendido con anterioridad.En ese momento tenemos un problema para resolver, present!ndose estos en formade preguntas, lo que requiere tener algn conocimiento del tema. 'l plantear lapregunta debemos suponer con cierta certeza el resultado que esperamos obtener.

c+ %ormulacin de hiptesis. a hiptesis representa una o varias explicacionesanticipadas que nos permiten vislumbrar la solucin del problema. 5on suposicioneshechas en base a observacin y conocimiento. 2o todas las hiptesis son ciertas, paraque una de ellas se convierta en la solucin del problema debemos comprobarla.

d+ -omprobacin de la hiptesis. a observacin, la investigacin bibliogr!fica, laexperimentacin y la recoleccin de datos, nos permiten comprobar que nuestrassuposiciones son correctas o no.

e+ Deneralizacin y formulacin de leyes y teor#as. a comprobacin de la hiptesis nofinaliza la investigacin. 5e debe tratar de aplicar los resultados a situacionessimilares con el objeto de generalizar la solucin. %inalmente se llega con ello a laformulacin de leyes y teor#as.

'- &9&4'4 H. En virtud de que el mtodo cient#fico es aplicable en cualquier !mbito de lavida, toma un ejemplo cotidiano que refleje un problema y cmo encontrar#as una solucinempleando los pasos del mtodo cient#fico.

ANTECEDENTES MATEM:TICOS.

DES+E;ES

Kno de los temas recurrente en la f#sica lo constituyen los despejes de las literales querepresentan fenmenos f#sicos y que tienden a causar algunos problemas en el alumnado,por ejemplo: si tenemos la expresin de la fuerza de atraccin gravitacional:

% = C mG m>

d>

deseamos en este caso despejar la literal d6. Este despeje es sumamente f!cil. /ecuerdaque para hacer los despejes los elementos que saltan6 de un miembro de la ecuacin


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*igualdad+ a otro pasar!n realizando la 3)E/'-&L2 contraria. 'l observar la literal adespejar vemos que est! como denominador, esto debe cambiar de inicio, por lo que si dest! dividiendo al segundo miembro lo primero que haremos ser! moverlo al primeropasando con la operacin contraria es decir multiplicando:

d>% = C mG m> ahora la idea es dejar sola6 a la literal en el primer miembro, por lo tanto ser!necesario quitar aquello que est afectando a la misma, en este caso el siguiente paso ser!mover a %, % est! multiplicando por lo que pasar! dividiendo:

d> = C mG m> ; %

'hora solo falta quitarle el cuadrado a la %, esto se consigue pasando el exponente comoradical:

d= *C mG m> ; %+

la ra#z es de toda la operacin racional.

5i tienes problemas para hacer los despejes puedes hacerlo con nmeros para verificar que

ests procediendo correctamente:)or ejemplo:

( M H = N, si quisiramos despejar a (, consiste en dejar el nmero solo en uno de losmiembros, la cantidad que le afecta es el H y est! haciendo la operacin de suma con eld#gito que nos interesa, por lo que el H al cambiar de miembro pasar! con la accin contraria:

( = N O H

'l obtener el valor de la operacin se observa que la igualdad permanece por lo que nuestrodespeje es correcto.

'hora uno relativamente complejo6:

GF = *H+> *>+>; H si haces la operacin observas que la igualdad es real verdad8

4e esta expresin queremos despejar a >. 3bservamos el valor a despejar y encontramosque existe un denominador, este es el primero en quitarse si est! dividiendo pasa al otromiembro con la operacin contraria, multiplicando, as#:

GF x H = *H+>

*>+>

'hora el trmino *H+> est! multiplicando pasar! dividiendo:

GF x H; *H+> = *>+>

%inalmente solo le queda afectando al > el exponente, el cual para quitarlo pasa con laoperacin inversa que es el radical o ra#z:

GF x H; *H+> = >


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5i haces la operacin, la cantidad que est! dentro del radical es FH;GF = H y la ra#z de H esdos, que ser#a igual al dos del otro miembro, con lo que con seguimos un despeje correcto.

'ctividad (.? 4espeje x de las siguientes expresiones:

7)( )

=

2

153

72

4

x

8)

13

3 +=

+ m

r h

p

despejar para este caso h

9)( ) 3112 y y x =

despejar para este caso x

10)

13

4 =

x x

11)( ) 762 2 = x


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12)( ) 323 310325 r x =+

despejar para este caso x y luego r

Es decir dos ejercicios primero x y en otro a parte r

13)

( ) ( )4

214

2

8 x x +=+

1 )

75

216 =+m x

despejar x y luego a parte despejar m

1!)

x x y y =

2

3

4

32

despejar y

1") x x 5103 +=

17) x y

11

2

7

3

3

=+

despejar y

ER JJ=, si desarrollamos cada exponente tenemos *JxJ+R*JxJxJ+= JxJxJxJxJ= J(


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rata de observar detenidamente el proceso, la idea es que llegues a la siguiente conclusin-K'243 1K &) &-'135 435 3 105 2S1E/35 TKE E2D'2 ' 1&51' U'5E V

4&%E/E2 E EW)32E2 E, E /E5K '43 5E )KE4E EW)/E5'/ -32 ' 1&51' U'5EE E9'4' ' ' 5K1' 4E 35 EW)32E2 E5 4E 35 2S1E/35 3/&D&2' E56.

Es decir, en forma algebraica:

anR am= anMm

2o nos detendremos en las siguientes leyes en su demostracin numrica6, eso ser! unaactividad tuya, pero si las enunciamos y son las siguientes:

cuando tenemos dos trminos con la misma base los exponentes se suman

xX R xY = xX#Y cuando tenemos un cociente con trminos de la misma base de los exponentes se

resta

xX???=xX$YxY

cuando tenemos un trmino elevado a m!s de una potencia, las potencias semultiplican

*xX+Y = xXRY todo nmero elevado a la potencia ZceroZ es G

x = G% todo nmero elevado a potencia negativa se puede representar como su inverso

para cambiarla a positiva

1 x

n= x n

NOTACIN CIENTIFICA

/ecuerda que la notacin cient#fica se usa para expresar cantidades muy grandes o muy

peque$as a travs de la multiplicacin de un nmero por la base GI elevada a cualquier exponente, de tal manera que:

Empecemos con lo b!sico:

GIG = GI

GI>= GI x GI= GII

GIJ= GI x GI x GI= G,III


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GIH = GI x GI x GI x GI = GI,III

GI?G = G ;GI =I.G

GI?>= G ;GI>= G ; *GI x GI+= G ; GII= .IG

GI?J= G;GIJ = G ; *GI x GI x GI+= G ;G,III=I.IIGGI?H = G;GIH = G;*GI x GI x GI x GI+ = G;GI,III= I.IIIG

'hora ocupemos lo anterior para expresar nmeros en forma compacta *usando notacincient#fica+:

GNI = GN x GIG = GN x GI = GNI

GNII= GN cx GI> = GN x GII = GNII

GNIII= GN x GIJ= GN x GIII= GN,III

GNIIII= GN x GIH = GN x GI,III= GNI,III

5i observas detenidamente encontraras que cuando se tiene un expresin con notacincient#fica, y el exponente de la base GI es positivo lo que puedes hacer simplemente esrecorrer el punto decimal de la cantidad que multiplica a la base el nmero de espacios queindique el exponente, ejemplo:

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