UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería

Guía ABP unidad 1 Curso: Física General

Estudiante:

Juan Pablo Gutiérrez Marín

Jhonatan Andrés Pinzón

Darly Katerine Quiroga

Juan Guillermo silva

Grupo: 100413_380

Florencia-Caquetá 2014

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Actividad a realizar:

Tema 1: Física y medición (Problemas tomados del libro de (Serway & Jewett Jr., 2008)) realizado

por Jhonatan Andrés Pinzón

Física y dimensiones. En general, la física es la ciencia que se ocupa de los

componentes fundamentales del Universo, de las fuerzas que éstos ejercen entre

sí y de los efectos de dichas fuerzas. Estudia sistemáticamente los fenómenos

naturales, tratando de encontrar las leyes básicas que los rigen. Utiliza las

matemáticas como su lenguaje y combina estudios teóricos con experimentales

para obtener las leyes correctas.

MAGNITUDES Y UNIDADES

Las principales unidades de medida son la longitud, la masa y el tiempo.

Estas unidades han sido definidas a partir de estándares que ha fijado la

comunidad científica. Uno de los objetivos principales que se busca con la fijación

de estos estándares, es lograr una mayor precisión a la hora de realizar

experimentos y reproducirlos, y a la vez, proporcionar una definición acerca de

qué es una cantidad física determinada.

Ahora se ha tratado de adoptar el Sistema Internacional de Medidas ( S. I. ), el

cual se usa en la gran mayoría de países y sus unidades fundamentales son: el

metro, el kilogramo y el segundo. Se le conoce también como Sistema MKS por

las siglas de sus unidades.

CLASIFICACIÓN DE LAS MAGNITUDES FÍSICAS. Las normas internacionales de metrología suelen clasificar las magnitudes físicas como: básicas, suplementarias y derivadas [20]. Magnitudes básicas: Son la longitud, la masa y el tiempo. Magnitudes suplementarias: Son aquellas que poseen un carácter geométrico, como por ejemplo: el ángulo plano y el ángulo sólido. Magnitudes derivadas: Son aquellas que se pueden expresar como función de otras magnitudes. Por ejemplo la rapidez, la cual es definida como: distancia / tiempo.

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A manera de resumen, se presentan en la siguiente tabla las principales unidades

físicas del Sistema Internacional ( S. I. ), con su correspondiente símbolo.

UNIDADES DEL SISTEMA INTERNACIONAL

Magnitud Física Unidad Símbolo

Longitud metro m

Masa kilogramo Kg

Tiempo segundo s

Corriente eléctrica

Amperio A

Temperatura Kelvin K

Intensidad luminosa

candela cd

Cantidad de sustancia mol Mol

Ángulo plano radián Rad

Ángulo sólido sterradián Sr

Principales magnitudes y unidades derivadas.

Magnitud Física Unidad Símbolo

Rapidez metro / segundo

m/s

Fuerza Newton N

Trabajo, Energía Joule J

Potencia Vatio W

Frecuencia Hertz Hz

ERRORES EN LAS MEDICIONES

Al realizar un proceso de medida, se tienen dos tipos principales de errores: el

error sistemático y el error aleatorio o estadístico.

Error sistemático: son errores producidos por influencias permanentes en la medida. Estas generalmente ocasionadas por una mala calibración en los equipos. Por ejemplo, un termómetro que no tenga el punto de fusión del agua a cero grados centígrados sino a tres grados centígrados, va a tomar medidas corridas en tres grados cada vez que se utilice.

Error aleatorio o estadístico: este tipo de error se produce porque al realizar cada nueva medida el valor resultante fluctúa, o cambia, sin importar el resultado anterior.

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Tema 2: Movimiento en una dimensión (Problemas tomados del libro de(Serway & Jewett Jr.,

2008))

Subtema 3: Vectores (Problemas tomados del libro de (Serway & Jewett Jr., 2008)) realizado por

Darly Katerine kuiroga Sanchez

LOS VECTORES Utilizando los vectores, las leyes de la física pueden ser escritas en una forma

más compacta. Para ilustrar el anterior enunciado, vamos a utilizar la famosa “Segunda Ley de

Newton “.

En la notación corriente se puede escribir como,

En notación de vectores simplemente escribimos,

en donde las letras en negrilla simbolizan los vectores. La principal razón por la cual se introducen los vectores, es porque simplifican la notación y además poseen propiedades muy útiles para el manejo de magnitudes físicas. Recordemos que un vector es un ente matemático que posee magnitud y dirección. Además posee propiedades como la suma, la resta, la multiplicación por un escalar y dos tipos de producto: el escalar o producto punto y el vectorial o producto cruz. Un vector puede ser representado por un segmento de recta, o una flecha, en un

espacio. Por ejemplo, las flechas mostradas a continuación representan vectores.

Algo para destacar en la figura anterior, es que los vectores se han ubicado dentro de un sistema de coordenadas, esto nos permite identificar su magnitud y su dirección. Es usual notar los vectores o por letras en negrilla ( A ), o por la letra y encima un símbolo de flecha en este texto utilizaremos las negrillas para identificar vectores. Los vectores tienen en común ciertas propiedades con los números naturales, por ejemplo, en la suma. Sin embargo poseen más información, la cual permite describir ciertas características físicas. Cuando hablamos de los vectores como entes matemáticos nos referimos a que con ellos podemos efectuar operaciones. Por ejemplo la suma y la resta de vectores nos da otro vector, el producto escalar nos da por el contrario un número real, y el producto cruz nos da otro vector.

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Las dos características más importantes de un vector son su magnitud y su dirección.

Magnitud: es la longitud del vector, o la flecha. La magnitud de un vector A se indica por | A |. Si la magnitud de A es 3 unidades, entonces se dice que | A | = 3. La magnitud de un vector es un número real.

Dirección: se refiere hacia donde apunta la flecha del vector, norte-sur, oriente-occidente, 45°, etc. Es usual agregar otra característica denominada sentido, la cual se refiere a la línea recta sobre la cual se encuentra el vector. Sin embargo, desde el punto de vista físico sólo nos interesa la magnitud y la dirección. Si deseamos describir claramente una cantidad vectorial, debemos enunciar su magnitud y su dirección. Por ejemplo: la velocidad es una magnitud vectorial, y para describirla debemos mencionar su

magnitud ( 700 Km/h, por ejemplo ), y su dirección ( norte-sur, por ejemplo ); es

por ello que los aviones tiene un velocímetro, que indica la velocidad del avión

con respecto a la tierra y su dirección. Por el contrario lo carros no poseen

velocímetro, sólo poseen rapidómetro que es el que mide la rapidez, es decir, la

magnitud de la velocidad.

Operaciones entre vectores Dos vectores son iguales si tienen la misma magnitud y dirección. Esto se representa por, A = C Si la longitud de un vector es igual a la unidad (1), entonces se dice que este

vector es unitario. Un vector unitario se nota como Además se dice que para un

vector A existe un vector unitario paralelo, tal que,

es decir que se puede encontrar un vector unitario a partir de cualquier vector. Simplemente tenemos que dividirlo por su magnitud. De manera inversa todo vector A puede ser expresado como la multiplicación de su magnitud | A | por un vector unitario en la misma dirección

El tema de los vectores ha sido tratado con cierta profundidad en otros cursos del programa. Sin embargo, en el Apéndice C. Álgebra de Vectores, se resume gran parte de las principales operaciones con vectores. Tema 4: Movimiento en dos dimensiones (Problemas tomados del libro de(Serway & Jewett Jr., 2008))

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Tema 5: Leyes del movimiento (Problemas tomados del libro de (Serway & Jewett Jr., 2008))

realizado por Juan Pablo Gutiérrez Marín

En este punto cada estudiante escoge solo un problema de la lista que se le entrega al final de la

guía, no debe resolverlo, solo debe hacer un resumen de aquellos conceptos que necesita para

resolver este problema (conceptos, formulas, etc.).

RTA: en consecuencia a los requerimientos de la actividad, me permito asignarme el tema 5 que

hace referencia a las leyes del movimiento (Tema 5: Leyes del movimiento (Problemas tomados

del libro de (Serway & Jewett Jr., 2008))).

Para comenzar es importante definir primero, de que se está hablando. Las leyes del movimiento

o también nombradas leyes de Newton, hacen énfasis en tres principios. Estos principios abarcan

plenamente y explican él porque del movimiento no solo de los objetos en la tierra sino también

de los astros del universo.

1 Principio de inercia: me parece interesante citar las palabras dichas por el padre de esta le

Newton quien dijo “Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y

rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él”.

Este principio es simple trata en sí de que todos los cuerpos del universo no tiene movimiento por

si solos o que estos puedan variar esta velocidad sin que en ellos se haya ejercido una fuerza

externa. Los cuerpos que se encuentran en reposo (quietos) o con aceleración 0 siempre estarán

así a menos de que una fuente externa ejerza en ellos una fuerza de la misma manera es claro

afirmar que un cuerpo con un movimiento uniforme siempre se mantendrá a la misma velocidad

siempre y cuando ninguna fuente externa interrumpa el trayecto de este. Es muy difícil encontrar

un sitio donde se cumplan estas características donde no hallan fuerzas externas que impidan el

libre movimiento de un cuerpo más sin embargo podemos plantear un ejemplo claro de esta:

Un avión que se encuentra en la atmosfera de la tierra siempre depende de sus motores para

mantenerse en marcha y evitar caer. Mientras que un cohete espacial puede viajar a grandes

velocidades y cuando está en el espacio apagar sus motores y seguir a la misma velocidad esto

ocurre porque en el espacio si hay fuerzas que ejercen los demás cuerpos pero estas fuerzas son

muy débiles y no causan un efecto mayor en el cohete.

Cuando un cuerpo se encuentra en la tierra y este se encuentra en estado de reposo o aceleración

0 en él se ejercen dos fuerzas la fuerza de gravedad que lo empuja hacia abajo y la fuerza de

retorno que lo empuja hacia arriba. Cuando este objeto se pone en una ladera o colina comienza a

caer por que las fuerzas se anulas por la posición del objeto haciendo que en este solo se ejerza la

gravedad

En este link http://www.youtube.com/watch?v=g_-DTqag8dY pueden ver algunos ejemplos de

esta ley

Matemáticamente expresado podemos decir que la sumatoria de todas las fuerzas debe ser igual

a 0

∑F= 0

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De la misma manera cuando un cuerpo está en movimiento todas las fuerzas deben estar en

equilibrio queriendo decir que la sumatoria de todas las fuerzas es igual a 0

2 principio de fuerza: nuevamente citamos las palabras dichas por el padre de estas leyes Newton

“El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea

recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime”

El principio de la fuerza es en esencia la explicación de cuando un cuerpo de determinada masa es

afectado por una fuerza externa quien lo acelera en la misma dirección y sentido de esta fuerza.

Esta aceleración depende de diferentes factores. La aceleración es proporcional a las la fuerza

ejercida. Y por el contrario la aceleración depende de la masa. Para aclarar un poco esto voy a

plantear un ejemplo:

Si golpeo una pelota con un palo esta se acelerara y avanzara en el sentido hacia donde la golpee

esta tendrá una aceleración que depende de la fuerza con que la golpeo la masa del palo y la

pelota. De esta manera si duplico la masa del palo se duplicara la fuerza con que golpeo la pelota y

la aceleración también será el doble. Por el contrario si se mantiene la masa del palo y se

incrementa la masa de la pelota esta recibe la misma fuerza en el momento de ser golpeada pero

su aceleración será menor dejo este link con experimentos de esta ley para que todo quede

mucho más claro http://www.youtube.com/watch?v=m6kcFIgz2fE

En términos matemáticos esta ley es expresada de la siguiente manera

Fnet = dp/dt

Donde P es el momento lineal

F fuerza resultante

Si el problema planteado cumple con las características de que la masa nunca varía y la

velocidad es menor a la velocidad de la luz entonces podemos plantear la fórmula de la

siguiente manera.

Teniendo presente que P depende de la masa y la velocidad plantearíamos de la siguiente

manera.

Fnet = d(m.v)/dt

Si tenemos también presentes que .dv/dt= a podemos aplicar esta modificación a la

ecuación anterior que quedaría de esta manera.

F= m.a

De esta manera queda planteada la ecuación fundamental de la dinámica y de ella se

derivan muchas otras jugando con el orden de esta podemos identificar temimos y

conclusiones ya dichas como por ejemplo si despejamos m nos damos cuenta que la

masa determina la relación de F y a. es por eso que decimos que un cuerpo tiene mucha

inercia. Si nos resulta difícil darle movimiento.

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3 principio la acción y reacción: nuevamente citamos lo dicho por el padre de la ley “Con

toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: quiere decir que las acciones

mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto”.

Cabe recalcar que esta ley fue creada por Newton sin fundamentos en decir fue una idea

completamente original, ya que las dos anteriores si avían sido planteadas de diferente

forma por. Galileo, Hooke y Huygens. Esta ley es sencilla en el momento de ser

comprendida pues to que no plantea una estructura complicada es tan simple como decir

que si se ejerce una fuerza a un objeto se emite una fuerza igual pero en sentido contrario

un ejemplo claro de lo que estoy diciendo es:

Si empujamos un sillón por la sala este se corre debido a que la fricción que hago con el

suelo me da estabilidad y agarre pero si ahora me pongo unos patines e intento mover el

sillón el resultado va a ser diferente debido a que ya no cuento con el agarre del suelo y la

fuerza de reacción puede actuar en proporción a mi fuerza.

http://www.youtube.com/watch?v=vpQ3wyehyIc

Matemáticamente expresado seria de esta manera.

FAB = - FBA

De esta manera concluyo con la primera parte de él la guía de actividades y dejo este link

que me ayudó mucho a comprender de una manera más dinámica como funcionan estas

leyes gracias por la atención prestada.

Subtema 6: Movimiento circular (Problemas tomados del libro de(Serway & Jewett Jr., 2008))

realizado por Juan Guillermo Silva Loaiza.

MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME En física, el movimiento circular uniforme

(también denominado movimiento uniformemente circular) describe el movimiento

de un cuerpo atravesando, con rapidez constante, una trayectoria circular.

Aunque la rapidez del objeto es constante, su velocidad no lo es: La velocidad,

una magnitud vectorial, tangente a la trayectoria, en cada instante cambia de

dirección. Esta circunstancia implica la existencia de una aceleración que, si bien

en este caso no varía al módulo de la velocidad, sí varía su dirección.

Movimiento circular y movimiento armónico

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En dos dimensiones la composición de dos movimientos armónicos de la misma

frecuencia y amplitud, convenientemente desfasados, dan lugar a un movimiento

circular uniforme. Por ejemplo un movimiento bidimensional dado por las

ecuaciones:

( ) ( ⁄ ) ( ) ( )

El momento angular puede calcularse como:

( )

De hecho las órbitas planetarias circulares pueden entenderse como la

composición de dos movimientos armónicos según dos direcciones mutuamente

perpendiculares.

Período y frecuencia

El periodo representa el tiempo necesario para que el móvil complete una vuelta

y viene dado por:

La frecuencia mide el número de revoluciones o vueltas completadas por el móvil

en la unidad de tiempo y viene dada por:

Por consiguiente, la frecuencia es el recíproco del período:

Movimiento circular en mecánica relativista

Si bien la teoría especial de la relatividad permite que una partícula no cargada

esté en movimiento circular uniforme, esto en general no resulta posible para una

partícula cargada a la que no se le suministra energía adicional. Esto se debe a

que una partícula cargada acelerada emite radicación electromagnética perdiendo

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energía en ese proceso. Eso es precisamente lo que sucede en un sincrotrón que

es un tipo de acelerador de partículas (de hecho la radicación de sincrotón emitida

por partículas aceleradas en un anillo puede usarse con fines médicos).

Además, en la mecánica relativista el cociente entre la fuerza centrípeta y la

aceleración centrípeta, es diferente del cociente entre la fuerza tangencial y la

aceleración tangencial. Esto introduce una diferencia fundamental con el caso

newtoniano: la aceleración y la fuerza relativistas no son vectores necesariamente

paralelos:

(

√

)

[

]

⁄(

)

√

De la relación anterior, se deduce que la fuerza y la aceleración sólo son paralelas

en dos casos:

El primer caso se da cuando la aceleración y la velocidad son perpendiculares,

cosa que sucede en el movimiento circular uniforme. El segundo caso se da en un

movimiento rectilíneo. En cualquier otro tipo de movimiento en general la fuerza y

la aceleración no serán permanentemente paralelas.

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PUNTO i – TEMA 1

Ordene las siguientes cinco cantidades de la más

grande a la más pequeña:

a) 0,0045 kg, b) 34 g c) 6,5x106 mg d) 8,3 x 10-7 Gg e) 6,3 x 109 μg.

Para resolver este ejercicio, es necesario que cada

una de las cantidades a medir se encuentre en una misma medida. Para su efecto, usaremos el kg

como la unidad común.

a) 0,0045 kg

b) 34 g

1 kg = 1000 g X = 34 g

c) 6,5x106 mg

1 kg = 1.000.000 mg (106mg) X = 6,5x106 mg

d) 8,3 x 10-7 Gg =

1 Gg = 1.000.000 Kg (106 Kg) 8,3 x 10-7 Gg = X

e) 6,3 x 109 μg.

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107 μg = 1 Kg 6,3 x 109 μg = X

DE MAYOR A MENOR

e) 6,3 x 109 μg

c) 6,5x106 mg

d) 8,3 x 10-7 Gg

b) 34 g

a) 0,0045 kg

En el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno, la rapidez del electrón es

aproximadamente 2.20 x 10-6 m/s, encuentre:

a) La fuerza que actúa sobre el electrón mientras da vueltas en una órbita circular

de 0.530 x10-10 m de radio.

b) la aceleración centrípeta del electrón.

Masa = 9,11 * 10- 31 Kg. V = 2,2 * 106 m/seg. r = 0,53 * 10- 10 metros

( )

( )

F = 83,192 * 10- 9 Newton

b) la aceleración centrípeta del electrón.

( )

a = 9,132 * 1022 m/seg2