BLOQUE I

Historia de la física

J de Dios de la Cruz Chávez

Introducción al conocimiento de la física

Te damos la mas cordial bienvenida al curso de Física 1. En esta primera unidad estudiaras los siguientes temas:

Generalidades.

Magnitudes Físicas y su medición.

Vectores

Estos temas serán primordiales para dar inicio al estudio de la asignatura, por lo cuales importante realizar la descripción que presenta cada uno de ellos.

En las Generalidades veremos la definición de la Física, su historia, clasificación y el impacto que tiene en la ciencia y la tecnología existente en la actualidad. Asimismo, consideraremos la importancia que tiene esta ciencia en los métodos de investigación.

Introducción al conocimiento de la física

Conoceremos y analizaremos el significado del método científico, así como los pasos que necesitamos aprender para obtener datos e interpretar lo que sucede con algún fenómeno y a partir de ello establecer nuestras propias hipótesis.

En el tema de las Magnitudes Físicas y su medición estudiaremos las magnitudes fundamentales y derivadas, aclarando las diferencias que existen entre unas y otras; veremos, además, los métodos directos e indirectos que se aplican para obtener una medición.

BLOQUE IComo en la Física se trabaja con unidades,

revisaremos en este tema tanto los del Sistema Internacional (SI) como los que utilizan otros sistemas, y efectuaremos conversiones entre las unidades de uno u otro sistema.

En el tema Vectores se describirá la diferencia que existe entre las magnitudes escalares y las vectoriales, así como las características de un vector y su representación grafica.

También estudiaremos la forma en la que se “descompone” grafica y analíticamente un vector, lo cual se ocupa con amplitud en el análisis de diversos fenómenos físicos, tal como lo veremos en su momento.

BLOQUE IDEFINICION DE LA FÍSICA:

Cuando iniciamos el estudio de la Física, podemos hacernos dos preguntas básicas:

¿Cual fue el origen de la palabra Física?

¿Cual será la definición de esta ciencia?

Las respuestas a ambas preguntas han sido múltiples y diversas, dependiendo del punto de vista que se tome como punto de partida.

Una primera definición de la Física nos dice que es la ciencia que se encarga de estudiar los fenómenos naturales, en los cuales no hay cambios en la composición de la materia.

BLOQUE ILa Física es una ciencia dinámica y actual. En virtud

de ello ha logrado cosechar avances extraordinarios, que se han traducido en aplicaciones tecnológicas de gran utilidad para la vida de la especie humana.

Por ello, estudiar Física es una oportunidad maravillosa de asomarnos al funcionamiento de la naturaleza, para entenderla lo mejor posible y, a partir de ese entendimiento, ayudarle a que siga funcionando para conservar la vida de todas las especies que habitamos nuestro planeta.

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La Física y su impacto en la ciencia y la tecnologíaLa sociedad moderna cuenta con un sinfín de artículos

que nos ayudan en nuestra vida diaria: las computadoras con pantalla plana y personales, los celulares, Internet vía satélite, los rayos laser, sistemas de frenado de rueda de automóvil con antibloqueo, entre otros; por lo que hoy por hoy, contamos con una variedad de aparatos que nos permiten comunicarnos, transportarnos mas rápidamente y hacer nuestra vida un poco mas cómoda.

Todo esto y mucho mas se lo debemos a la Ciencia llamada Física. El tener conocimiento científico y tecnológico es algo que todos debemos poseer, ya que nos ayudara a ser personas mas participativas y creativas en nuestra sociedad. Asimismo, podremos ser capaces de crear nuestros propios inventos y modificar de manera racional nuestro entorno inmediato.

BLOQUE IOtra definición, que toma en cuenta la etimología, afirma

que la palabra Física proviene del latín physicus, que a su vez se origina en la palabra griega physiké, cuyo significado literal es “lo relativo a la naturaleza”; esta definición nos anticipa el objeto de estudio de esta ciencia.

Cuando leemos estas dos definiciones podemos pensar que son diferentes, pero en realidad no lo son pues ambas coinciden en que la Física estudia los fenómenos que tenemos en la naturaleza.

Es importante mencionar que todo lo que se produce en la naturaleza es estudiado por la Física, la Química, la Biología y la Geografía Física, ciencias que se caracterizan por tratar los fenómenos o hechos que tienen una causa y provocan un efecto. Por ejemplo: al frotarnos las manos generamos calor que se disipa del medio ambiente, la frotación es la causa y la generación de calor es el efecto, esto lo estudia la Física.

BLOQUE IEn la actualidad podemos observar los grandes avances que

se han realizado gracias a la Física: construcciones de edificios, carreteras y puentes, que parecen desafiar a la gravedad.

Los aportes de esta ciencia se encuentran, asimismo, en la medicina que ha ayudado a la humanidad a incrementar su esperanza de vida y al cuidado de su salud, gracias a los instrumentos y aparatos utilizados entre los que se encuentran el rayo laser, que se utiliza como un bisturí electrónico para cirugías de ojos, el corazón g e hígado; mención aparte merece el estudio del Universo efectuado con la ayuda de las naves espaciales y de telescopios poderosos como el Hubble..

BLOQUE IPodríamos enumerar muchas otras aplicaciones de

la Física pero no debemos perder de vista que lo esencial de la comprensión del universo que brinda esta ciencia se orienta a encontrar las características de los fenómenos naturales, para acercarnos notablemente a la comprensión de los mismos y utilizar esos conocimientos con el propósito de mejorar el nivel de vida del ser humano.

BLOQUE ICLASIFICACION DE LA FISICA

El objetivo principal de la Física es el estudio de la materia y la energía; por lo cual podemos decir que estudia y define los aspectos esenciales de los fenómenos físicos y sus cambios, los hechos y sus consecuencias, así como todo aquello que perciben nuestros sentidos.

En este sentido, estudia el movimiento de los cuerpos, la luz, el sonido, el calor, el comportamiento y la composición de los átomos, entre otros fenómenos, y esto ha provocado que la Física se haya dividido para su estudio en: clásica y moderna, con sus respectivas ramas.

En la Física clásica se estudian los cuerpos de dimensiones medianas con velocidades normales.

BLOQUE IA continuación te mencionamos sus ramas:

La Mecánica: Se encarga de estudiar al movimiento de los cuerpos y las causas que lo producen. Por ejemplo: el movimiento de un proyectil, el movimiento de la Tierra, el del agua en un canal y las condiciones para que un puente no se caiga, son tratados por esta área, la cual se divide en:

Cinemática: estudia el movimiento de los cuerpos sin considerar las causas que los producen.

Dinámica: trata las causas del movimiento de los cuerpos.

Estática: estudia el estado de equilibrio de los cuerpos.

BLOQUE IElectromagnetismo: Se encarga de estudiar las cargas eléctricas

en reposo y movimiento, el magnetismo y las corrientes eléctricas.

Termodinámica: Estudia la temperatura, los mecanismos de la transferencia de calor, la transformación de calor en trabajo y viceversa.

La dilatación térmica de una barra, la fusión del hielo y el principio de funcionamiento de un refrigerador.

Hidráulica: Se encarga de estudiar el flujo de los fluidos.

Óptica: Estudia e investiga los fenómenos visibles relacionados con la luz, así como la propagación de esta ultima. La formación de imágenes en espejos, el arco iris y la fibra óptica.

Acústica. Estudia los fenómenos relacionados con la generación, transmisión y recepción de sonidos. Por ejemplo: el eco, la reverberación y la insonorización son aspectos relacionados con la audición.

Estadística. Se relaciona con sistemas que manejan gran cantidad de partículas.

BLOQUE ILa Física ha ido evolucionando hasta tal punto que en la

actualidad se ha ido delineando nítidamente la denominada Física moderna, la cual se encarga del estudio de la estructura y el comportamiento de los cuerpos microscópicos, que tienen velocidades cercanas a la de la luz.

A continuación se mencionan sus ramas:

Atómica y molecular. Estudia los átomos y las moléculas.

Nuclear. Cuyos trabajos implican la fusión y fisión atómica.

Mecánica cuántica. Se encamina a describir la geometría del movimiento de las partículas atómicas. Esta rama transformo nuestra visión acerca del funcionamiento de la naturaleza.

Esta división de la Física es artificial y únicamente para fines de estudio. En la realidad, todas las ramas se relacionan entre si y no son independientes unas de otras.

Los avances en cualquiera de las ramas provoca el crecimiento de todo el cuerpo teórico que constituye a la Física.

BLOQUE IHISTORIA DE LA FISICA

Cuando el ser humano empezó a desarrollar su inteligencia, sintió la necesidad de explicarse como era que sucedían los fenómenos que observamos en la naturaleza, por ejemplo:

¿Por que el día y la noche?

¿Por que el frio y el calor?

¿Por que llueve?

¿Que es el viento?, etc.

Cuestiones, todas ellas, que representaban un verdadero misterio.

BLOQUE IEn la actualidad nos planteamos preguntas

diferentes que también representan retos por solucionar:

¿Que es la materia?

¿Que es la luz?

¿Existe vida en otros planetas?

¿Qué somos?

¿De donde provenimos?

¿A donde vamos?

Confiamos en que los avances de la Física y de la ciencia en general le permitirán algún día al hombre responder satisfactoriamente a estas preguntas y otras mas que irán surgiendo.

BLOQUE ILa historia de la Física es, de alguna manera, un recuento de los

intentos del ser humano por responder a las preguntas reseñadas líneas anteriores.

A continuación relataremos sucintamente los hechos mas importantes:

El hombre construyo la rueda hace mas de 7000 anos (5000a.C.), los egipcios se encargaron de desarrollar la escritura con jeroglíficos, así como también la predicción de los eclipses de sol, entre otras.

Mas adelante surgió el Filosofo llamado Tales de Mileto (624-574 a.C.), considerado uno de los siete sabios de Grecia quien trato de dar una explicación del Universo.

Existieron personajes como Aristóteles quien sostenía que la materia era compacta y continua porque la naturaleza no acepta ningún vacío.

Arquímedes, quien nació y murió en Siracusa (287-212 a.C.) se encargo de estudiar los principios de la flotación de s cuerpos y la palanca.

BLOQUE IGalileo Galilei en el siglo XVI, fue pionero en el uso de los

experimentos y se intereso en el movimiento de los astros y de los cuerpos. Fue un hombre famoso, ya que descubrió la ley de la inercia de la dinámica y con el telescopio observo que Júpiter tenia satélites girando a su alrededor.

El físico ingles Isaac Newton (1642-1727) formulo las leyes clásicas dela dinámica (Leyes de Newton) y la Ley de la gravitación universal, proporcionándole así a la Física una base solida que le permitió su ulterior desarrollo.

En el siglo XVIII se produce el desarrollo de otras disciplinas tales como la termodinámica, la mecánica estadística y la mecánica de fluidos.

John Dalton en el siglo XIX, propuso que todas las cosas estaban formadas por pequeñas partículas llamadas átomos, idea que fue aceptada por otros científicos constituyéndose de esta manera la Teoría Atómica. Actualmente el descubrimiento de nuevas partículas de vida media muy corta ha originado la Física nuclear, cuyo objetivo es descubrir totalmente la constitución del núcleo atómico.

BLOQUE IEn 1954 Yang y Mills desarrollaron las bases del

Modelo estándar. Este modelo se completo en los años 1970 y con el fue posible predecir las propiedades de partículas no observadas previamente, pero que fueron descubiertas sucesivamente siendo la ultima de ellas el quark top.

En la actualidad el modelo estándar describe todas las partículas elementales observadas así como la naturaleza de su interacción.

En 1905, el físico y matemático alemán Albert Einstein formulo la Teoría especial de la relatividad, la cual coincide con las Leyes de Newton cuando los fenómenos se desarrollan a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz.

Planck, Einstein, Bohr y otros, desarrollaron la Teoría cuántica con el fin de explicar resultados experimentales anómalos sobre la radiación de los cuerpos.

BLOQUE ILos conocimientos de los aztecas y los mayas, cubrieron

muchos de sus requerimientos urbanísticos y arquitectónicos con herramientas básicas, sin animales de tiro, sin grandes conocimientos de metalurgia y con la aplicación continua de la física.

En ambas culturas, se utilizaron diferentes tipo de palancas y poleas para la transportación, ubicación precisa y construcción, con grandes piezas pétreas, de pesos extraordinarios y de imposible manejo a pura fuerza humana sin los recursos prácticos de la física.

Los mayas de Palenque, descubrieron una metodología para mantener su ciudad con un extraordinario sistema de drenaje hidráulico. También se ha estudiado arqueológicamente, el sistema de desagüe de las construcciones habitacionales con una tubería de barro cocido estratégica distribución y con un ángulo de inclinación calculado con exactitud.

El manejo de los mantos acuíferos subterráneos (cenotes) en la zona de lo que hoy es Yucatán, tuvo gran viabilidad práctica, gracias a sus conocimientos de física.

BLOQUE IDe igual manera que las observaciones astronómicas

mayas fueron tan exactas, que les permitieron hacer cálculos inusitados con respecto a los ciclos de Venus y el cálculo anterior y posterior de apariciones de eclipses, sin mencionar el extraordinario observatorio astronómico de Chichen Itzá, con una cúpula perfectamente calculada para cubrir sus propósitos científicos.

En la cultura mexica o azteca construyeron techumbres de casas habitación planas, pero con perfectos sistemas de drenaje.

Durante el apogeo del Imperio, se realizó una obra de ingeniería hidráulica monumental, que dividía las aguas salobres, de las dulces en el lago de Texcoco, cuyo diseño se atribuye al rey sabio, Nezahualcóyotl, de una complejidad sin paralelo en su época.

BLOQUE ILa ciudad de Tenochtitlan, se proveía de agua

potable, con un acueducto que iba desde Chapultepec hasta la isla.

Los Olmecas, cultura del Golfo de México, durante la etapa del preclásico, se sabe transportaban enormes rocas volcánicas, desde lo que hoy es la zona de los Tuxtla, por medio de la navegación, tracción y arrastre, ya que carecían en su territorio, de estos materiales volcánicos y puedes verlos hoy convertidos en esculturas monumentales llamadas Cabezas Olmecas.

En sus ciudades La Venta, Tres Zapotes, San Lorenzo, existieron sistemas de drenaje y construcción importantes fundamentados en sus conocimientos de la Física.

BLOQUE IEn la actualidad es importante mencionar que se

han realizado diferentes inventos como la luz eléctrica, las computadoras, los celulares, horno de microondas, los automóviles, los robots, entre otros, gracias a las aportaciones de los científicos que se ocupan de esta ciencia formidable que es la Física.

ACTIVIDAD BLOQUE IRealiza una línea de tiempo sobre la historia de la física

Requerimientos:

1. En un cuadrado de 20 cm x 16 cm. (cartón, papel cascaron, etc.)

2. Forrado de papel lustre color azul cielo.

3. Coloca la imagen, fotografía o dibujo del personaje investigado (nombre, f. nac -f. fallecido) nacionalidad y aportación a la física.

4. Enlazar cada cuadro con un listón color azul marino

5. Mínimo 15 personajes.

ACTIVIDAD BLOQUE I15 cm

20 cm

ACTIVIDAD BLOQUE I

Thales de miletoMileto, actual Turquía, 624 a.C.-?, 548 a.C.) Filosofó y

matemático griego

Desde el punto de vista de la electricidad, fue el primero en descubrir que si se frota un trozo de ámbar, este atrae objetos más livianos, y aunque no llego a definir que era debido a la distribución de cargas, si creía que la electricidad residía en el objeto frotado. De aquí se ha derivado el término electricidad, proveniente de la palabra elektron, que en griego significa ámbar.

Se le considera padre de la ciencia mecánica y el científico y matemático más importante de la edad antigua. Campo Matemáticas, física, ingeniería, astronomía, invención. Conocido por el Principio de Arquímedes, Tornillo de Arquímedes, hidrostática, palanca, El método de los teoremas mecánicos. PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES: Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado.

Arquímedes (287-212 a.C.)Matemático griego, físico, ingeniero, inventor y astrónomo, nacido en Siracusa, Sicilia

BLOQUE I• Bibliografía:

• Tippesn, Paul E. (2001) Física conceptos y aplicaciones, Ed. Mc Graw Hill

• A. Serway Raymond, S. Faughn Jerry (2008) Física para bachillerato general, Ed. Cengage Learning.

• Pérez, M. Héctor (2009) Física general, Ed. Grupo Editorial Patria.

• Cisneros, Montes de Oca, E. (1993) Problemas de física I, Ed. Impresora y editora baldés y estrada.

• Quezada, M. Carlos A. (2007) Física I, Ed. Global Educational Solutions.

• Cisneros, M. Moisés, Martínez, M. Eduardo J., Suarez, M. Alicia (2007) Física I Cuadernillo de procedimientos para el aprendizaje, Ed. Emsad