La física estudia la materia (los cuerpos) y lo que ocurre sobre ellos cuando al actuar sobre ellos estos no cambian, es decir siguen siendo los mismos. Por ejemplo si desplazo una hoja de papel esta no habrá cambiado, seguirá siendo una hoja, pero a sufrido un desplazamiento y esto es un fenómeno físico producido por una fuerza. Sin embargo si quemo la hoja, la hoja dejará de ser la hoja para convertirse en otros productos derivados de la combustión, esto no será física, sino química.

   La Física es una ciencia, es decir un conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observación y el razonamiento y de los cuales se deducen teorías y leyes.

   La física no es sólo una ciencia teórica, es también una ciencia experimental. Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teoría pueda realizar predicciones de experimentos futuros. 

MAGNITUDES FUNDAMENTALES

Magnitud: Es toda propiedad de los cuerpos que se puede medir. Por ejemplo: temperatura, velocidad, masa, peso, etc.

Medir: Es comparar la magnitud con otra similar, llamada unidad, para averiguar cuántas veces la contiene.

Unidad: Es una cantidad que se adopta como patrón para comparar con ella cantidades de la misma especie. Ejemplo: Cuando decimos que un objeto mide dos metros, estamos indicando que es dos veces mayor que la unidad tomada como patrón, en este caso el metro.

Sistema Internacional de unidades:

• En primer lugar, se eligieron las magnitudes fundamentales y la unidad correspondiente a cada magnitud fundamental. Una magnitud fundamental es aquella que se define por sí misma y es independiente de las demás (masa, tiempo, longitud, etc.).

• En segundo lugar, se definieron las magnitudes derivadas y la unidad correspondiente a cada magnitud derivada. Una magnitud derivada es aquella que se obtiene mediante expresiones matemáticas a partir de las magnitudes fundamentales (densidad, superficie, velocidad).

  En el cuadro siguiente puedes ver las magnitudes fundamentales del SI, la unidad de cada una de ellas y la abreviatura que se emplea para representarla:

MEDIDAS DE MASA Y PESO

Las medidas de Masa se emplean para medir la cantidad de materia que tienen los cuerpos. La unidad básica es el gramo. Aunque algunas medidas de Peso sean similares a las de Masa, los conceptos son distintos. 

¿Son lo mismo la masa y el peso?

Todos los cuerpos están hechos de materia. Algunos tienen más materia que otros. Por ejemplo, pensemos en dos pelotas de igual tamaño (igual volumen): una de golf (hecha de un material duro como el caucho) y otra de tenis (hecha de goma, más blanda).  Aunque se vean casi del mismo tamaño, una (la de golf) tiene más materia que la otra.

Como la masa es la cantidad de materia de los cuerpos, diremos que la pelota de golf tiene más masa que la de tenis.

Lo mismo ocurre con una pluma de acero y una pluma natural. Aunque sean iguales, la pluma de acero tiene más masa que la otra.

Ahora, un ejemplo con cuerpos que no sean del mismo tamaño (que tengan distinto volumen):

Un niño de 7 años comparado con su padre de 35 años. La diferencia es más clara. Es evidente que el pequeño tiene mucho menos masa que su padre.

Diferencia entre masa y peso

¿Peso o masa?

Q: ¿El "peso" y la "masa" no son lo mismo?

A: La verdad es que no.

Un objeto tiene masa (por ejemplo 100 kg). Esto hace que pese 100 kg

La gravedad causa el peso

El peso de un objeto es cuánto tira de él la gravedad. Nuestra experiencia es que no cambia... ¡porque todos vivimos en la superficie del planeta Tierra!

Pero si el objeto estuviera en el espacio, simplemente flotaría, sin hacer nada a la báscula.

La masa de un objeto no cambia (¡a menos que le quites un trozo!), pero su peso puede cambiar.

¿Entonces por qué decimos peso en vez de masa?

La gente suele decir "peso" cuando hablan de la "masa", y al revés.

Como la gravedad es más o menos la misma vayamos donde vayamos, no nos damos cuenta de la diferencia.

Pero recuerda... no significan lo mismo, 
y pueden tener valores diferentes.

Algunos casos en que cambia el peso son:

• en el espacio (¡no pesas nada!)
• en la Luna (100 kg de masa pesarían 16.6 kg)
• ¡hasta en la Tierra puede cambiar muy ligeramente el peso de unos sitios a otros!

El peso es una fuerza

Ahora que sabemos que el peso y la masa son distintos, ¿por qué se miden los dos en kilogramos?

Bueno, ¡en realidad el peso no son kilogramos!

He usado "kilogramo" hasta ahora porque es lo que marcan las básculas, pero es técnicamente incorrecto decir que el peso es en kilogramos ...

... así que a veces la gente dice "kilogramo-fuerza" (kgf) o "libra-fuerza" (lbf) para indicar que hablan de la fuerza a causa de la gravedad actuando sobre la masa.

Pero hay otra unidad mejor... los newtons

Newtons

La unidad correcta para la fuerza es el newton (1 kg·m/s²), que se abrevia N.

La gravedad hace que 1 kilogramo de masa ejerza unos 9.8 newtons de fuerza

Así que 100 kg de masa en realidad pesan 980 newtons.

Por qué las básculas muestran kilogramos o libras Pero las básculas muestran kilogramos o libras porque es lo que la gente entiende mejor... ... pero en realidad sólo es una estimación de la masa que tienen encima. Las básculas deberían usar newtons, ¡pero mucha gente se confundiría! Pregunta: ¿cuántos newtons marcaría una báscula cuando tú estás encima? (pista: multiplica los kg por 9.8)

Peso aparente

Pero se puede engañar a una báscula... ¡porque miden la "fuerza hacia abajo" y no saben si la fuerza es la gravedad u otra distinta!

Sólo salta (¡con cuidado¡) sobre la báscula para ver cómo cambia tu peso aparente, mientras tu masa es siempre la misma.

Así que tu masa es la misma, tu peso es el mismo (porque la gravedad no ha cambiado), pero tu peso "aparente" cambia. Lee más en peso aparente

Conclusión

• La masa es una medida de cuánta materia hay
• El peso es una medida de la fuerza con que la gravedad tira hacia abajo
• El peso aparente es una medida de fuerza hacia abajo
• La fuerza se mide en newtons, no en kilogramos o libras
• Cuando una báscula muestra "kg" o "lb" es sólo una estimación de la masa sobre ella

Conversión para unidades de masa

1 Tonelada métrica

La tonelada métrica se utiliza para medir masas muy grandes.

2 Quintal métrico

El quintal métrico es utilizado principalmente en la agricultura.

Observemos que

1 t = 1 000 Kg = 10 · 100 Kg = 10 q

Ejemplo: 

MEDIDAS DE TIEMPO

Las medidas de tiempo se emplean para medir períodos de duración de sucesos o eventos.

La unidad básica para medir el tiempo es el segundo (s).

Son muchas las medidas de tiempo que se pueden utilizar, así que vamos a distinguir en períodos de tiempo corto (hasta 1 día) y períodos de tiempo más largo (superiores a 1 día).

-PERÍODOS HASTA UN DÍA:

• Minuto (min): equivale a 60 segundos.
• Hora (h): equivale a 60 minutos = 3.600 segundos.
• Día: equivale a 24 horas.

¿Cómo podemos pasar de una unidad de tiempo a otra?

Para cambiar de unas unidades a otras hay que utilizar el sistema sexagesimal porque 60 segundos es 1 minuto y 60 minutos es 1 hora.

En la siguiente imagen se puede ver que para pasar de días a minutos horas a minutos hay que multiplicar por 60 y para pasar de minutos a segundos también hay que multiplicar por 60. Por otro lado, para pasar de segundos a minutos hay que dividir entre 60 y para pasar de minutos  a horas también hay que dividir entre 60.

• Vamos a hacer algunos ejercicios:

¿Cuántos minutos son 1000 segundos? Para pasar de segundos a minutos hay que dividir entre 60.

1000 : 60 = 16 y de resto se quedan 4.

Esto quiere decir que 1000 segundos es igual que 16 minutos y 4 segundos.

¿Cuántos minutos son 3 horas? Para pasar de horas a minutos tendremos que multiplicar por 60.

3 x 60 = 180         3 horas son 180 minutos

¿Cuántas horas son 250000 segundos? Para pasar de segundos a horas hay que dividir entre 60 dos veces.

250000 : 60 = 4166 y queda de resto 40.

Esto quiere decir que tenemos 4166 minutos y 40 segundos. Ahora volvemos a dividir entre 60 los minutos.

4166 : 60 = 69 y de resto queda 26.

Al final tendremos que 250000 segundos en lo mismo que 69 horas, 26 minutos y 40 segundos.

NOTACIÓN CIENTÍFICA

La notación científica es una manera rápida de representar un número utilizando potencias de base diez. Esta notación se utiliza para poder expresar muy fácilmente números muy grandes o muy pequeños. 

Se conoce también como Notación Exponencial y puede definirse como el Producto de un número que se encuentra en el intervalo comprendido del 1 al 10, multiplicándose por la potencia de 10.

Por ejemplo, tenemos la siguiente cantidad:

139000000000 cm.

Ahora lo llevamos a la mínima expresión y tenemos como respuesta:

¿Cómo lo llevamos a la mínima expresión?

1. Primero, empezaremos a contar los espacios que separan a cada número de derecha a izquierda, hasta llegar al último número entero.
2. Antes de llegar a dicho número, separamos la cantidad con un punto dejando como compañía dos decimales más, (en éste caso 3 y 9).
3. Por último, multiplicamos la cantidad (1.39) por 10 (que es la base) y lo elevamos a la potencia 11 (Ya que son 11 espacios que separan a cada número).

Veamos otro ejemplo, tenemos 0.000096784 cm.

En éste caso, el procedimiento será de la siguiente manera:

1. Partiremos desplazando el punto de derecha a izquierda, hasta llegar al primer número diferente de cero (en éste caso 9).
2. Separamos el número seguido por dos decimales (6 y 7) multiplicado por 10 como base constante.
3. La potencia, a diferencia del primer ejemplo, será negativa ya que contamos de izquierda a derecha, tomando en cuenta únicamente los números enteros.

Es decir, que tenemos como resultado:

OPERACIONES CON NOTACIÓN CIENTÍFICA

Suma y resta de números expresados en notación científica

En caso de que no tengan el mismo exponente hay que hacer una transformación previa para obtener el mismo exponente, para ello la mantisa se multiplica o divide por 10 tantas veces como sea necesario hasta conseguir el mismo exponente.

Ejemplos:

• a) 2×10⁵ + 3×10⁵ = 5×10⁵
• b) 3×10⁵ - 0.2×10⁵ = 2.8×10⁵
• c) 2×10⁴ + 3 ×10⁵ - 6 ×10³ = (tomamos el exponente 5 como referencia) = 0,2 × 10⁵ + 3 × 10⁵ - 0,06 ×10⁵ = 3,14 ×10⁵

Producto de números expresados en notación científica

Ejemplos:

• a) (4×10¹²)×(2×10⁵) = 8×10¹⁷
• b) (3×10¹²)×(2×10^-7) = 6×10⁵

División de números que están expresados en notación científica

Ejemplos:

• a) (4×10¹²)/(2×10⁵) = 2×10⁷ 
   
  
  
• b) (24×10¹²)/(8×10^-7) = 3×10¹⁹ 
   
   

VECTORES

FÍSICA MECÁNICA

En física, la mecánica es el estudio del movimiento de las partículas y fluidos. La mecánica que estudiamos aquí se conoce como mecánica clásica o mecánica newtoniana, porque las leyes de Newton constituyen la base de este estudio. La mecánica se puede dividir en tres partes para fines didácticos: Cinemática, Dinámica y Estática.

Cinemática

La cinemática describe el estudio de los cuerpos en movimiento, sin preocuparse por las causas de estos movimientos.

Es importante recordar que un cuerpo está en movimiento cuando, como pasa el tiempo, su posición varía en relación con un punto de referencia. La cinemática estudia dos tipos de movimiento: rectilíneo (movimiento uniforme y uniformemente) y movimiento circular, que también se puede dividir de la misma manera, el movimiento circular uniforme y el movimiento circular uniformemente variado.

Dinámica

La parte de la mecánica que estudia los movimientos y las causas que los producen o modificarlas, es la dinámica. Entonces, la dinámica se estudia los movimientos de los cuerpos y sus causas, también utilizando los conceptos de la cinemática.

Las ideas de Galileo Galilei sobre la dinámica, sus estudios sobre los movimientos de los cuerpos fueron precursores de las leyes de Newton. Isaac Newton podría representar un salto enorme en la ciencia. Al analizar el movimiento de la Luna llegó a una descripción perfecta de los movimientos, una descripción que puede ser utilizada tanto para las estrellas y objetos más pequeños en la Tierra.

Estática

En la estática se estudió la acción de las fuerzas en el equilibrio de un sistema. Utilizando las leyes de Newton se estudiará el equilibrio y las fuerzas en estos sistemas.

MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORME

Los movimientos rectilíneos, que siguen una línea recta,  son los movimientos más sencillos. Movimientos más complicados pueden ser estudiados como la composición de movimientos rectilíneos elementales. Tal es el caso, por ejemplo, de los movimientos de proyectiles.

El movimiento rectilíneo puede expresarse o presentarse como Movimiento rectilíneo uniforme, o como Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. Este último puede, a su vez, presentarse como de caída libre o de subida vertical.

MOVIMIENTO UNIFORME M.U

Es el movimiento de un móvil que recorre espacios iguales en tiempo iguales. La velocidad en este movimiento se define como el espacio recorrido en la unidad de tiempo.

MOVIMIENTO UNIFORMEMENTE ACELERADO O VARIADO

En física, el movimiento uniformemente acelerado (MUA) es aquel movimiento en el que la aceleración queexperimenta un cuerpo permanece constante (en magnitud y dirección) en el transcurso del tiempo.

Más rápido aumenta (o disminuye) la velocidad, mayor es la aceleración. Digamos que la aceleración vendría a ser una medida de la "brusquedad" del cambio de velocidad. Si lo piensas un rato, vas a llegar a la conclusión de que para tener algo que me indique qué tan rápido está cambiando la velocidad, tengo que dividir ese cambio de velocidad .

Supone un auto que tiene una velocidad vo en to y otra velocidad Vf al tiempo tf:

Una cosa. Fíjate por favor que cuando en física se habla de aceleración, hablamos de aumentar o disminuir la velocidad. Lo que importa es que la velocidad CAMBIE (Varíe). Para la física, un auto que está frenando tiene aceleración. Atención porque en la vida diaria no se usa así la palabra aceleración.Vamos a un ejemplo.

 

EJEMPLO DE MRUA

Un coche que se mueve con MRUV tiene en un determinado momento una velocidad de 30 m/s y 10 segundos después unavelocidad de 40 m/s. Calcular su aceleración.

Para calcular lo que me piden aplico la definición anterior :

Entonces :

Fíjate que el resultado dio en m/s². Estas son las unidades de la aceleración: " metro dividido segundo dividido segundo ". Siempre se suelen poner las unidades de la aceleración en m/s². Pero también se puede usar cualquier otra unidad de longitud dividida por una unidad de tiempo al cuadrado ( como Km/h² ).

Ahora, pregunta:

¿ Qué significa esto de " 1 m/s² " ?

Rta: Bueno, 1 m/s²  lo puedo escribir como:

Esto de " 1 m/seg dividido 1 segundo " se lee así: La aceleración de este coche es tal que su velocidad aumenta 1 metro por segundo, en cada segundo que pasa (Atención )

Un esquema de la situación sería éste:

De acá quiero que veas algo importante: Al tener una idea de lo que es la aceleración puedo decir esto ( Importante ) : La característica del movimiento uniformemente variado es justamente que tiene aceleración constante. Otra manera de decir lo mismo ( y esto se ve en el dibujo ) es decir que en el MRUV la velocidad aumenta todo el tiempo ( o disminuye todo el tiempo ). Y que ese aumento ( o disminución ) de velocidad es LINEAL CON EL TIEMPO

Fórmulas para el M.R.U.V

 

1.     Distancia en función del tiempo	si Vo no es 0    si el móvil parte de reposo
2.    Rapidez en función del tiempo
3.    Rapidez en función del desplazamiento
4.   Ecuación del tiempo máximo
5.Ecuación del desplazamiento máximo

• Primero observemos que no tenemos el valor de la aceleración, entonces: 
  

CAÍDA LIBRE

                                         

Ejercicios de Caida Libre Resueltos

   Ejercicio 1. Un cuerpo cae libremente desde el reposo durante 6 segundos hasta llegar al suelo. Calcular la distancia que ha recorrido, o lo que es lo mismo, la altura desde donde se soltó. 
   Datos que tenemos:
    Velocidad inicial ………. Vo = 0 (la soltamos y parte de velocidad cero)
   Tiempo de caída …….…... t = 6 s 
   Aceleración de caída …... g = 10 m/s2 (aproximamos en lugar de 9,8)
   Altura final será el suelo = 0 (Nota: aunque no fuera el suelo en caída libre la altura final siempre = 0)
   Parte de una altura inicial Yo = ??? es la que nos piden, también podemos llamarla altura o "h".
   Aplicaremos la segunda fórmula : 
   Y = vo t + Yo - 0.5 gt²  donde Yo será la altura inicial o altura desde la que cae (h).
    poniendo valores en la fórmula : 
   0 = Yo -0.5 ( 10 x 6²)  ==> despejando Yo
   -Yo = - 180  Los signos menos se nos marchan en los dos miembros de la ecuación y quedarán positivos.
    Yo = 180m Resuelto  h = 180 metros
   Ejercicio 2. Un tornillo cae accidentalmente desde la parte superior de un edificio. 4 segundos después está golpeando el suelo. ¿Cual será la altura del edificio?. 
    Datos iniciales: 
   Velocidad inicial ................... Vo = 0 
   tiempo de caída ...................... t = 4s 
   aceleración de caída ............... g = 10 m/s2 
   altura de caída (edificio ) .......... h = ?  (en la fórmula será Yo)
   Aplicamos la segundo fórmula Y = vo t + Yo - 0.5 gt² o lo que es lo mismo Y = Vo . t - 1/2 gt². En nuestro caso tenemos qué:
   0 = Yo - 1/2 ( 10 x 4²) = => 0 = Yo - 80 ;despejando Yo
   Yo = 80 metros Resuelto
   Ejercicio 3. Desde el techo de un edificio se deja caer una piedra hacia abajo y se oye el ruido del impacto contra el suelo 3 segundos después. Sin tomar en cuenta la resistencia del aire, ni el tiempo que tardó el sonido en llegar al oído, calcula:
   a) La altura del edificio.
   b) La velocidad de la piedra al llegar al suelo.
    Considerar g = 10 m/s²
   Primero calculamos el apartado

b). Aplicamos la primera fórmula: V = Vo +- gt, para calcular la velocidad a la que llega al suelo,  sabiendo que Vo = cero y que el signo es + por ir cada vez más rápido la piedra. La fórmula quedará V = gt
   V = 10 x 3 = 30 m/s Resuelto.
   Ahora para el apartado a) aplicamos la segundo fórmula sabiendo que Y (final) es cero por que acaba en el suelo y la Vo sigue siendo cero también. La fórmula quedará:
   Y = Yo - 0.5 gt²
   0 = Yo - (0.5 x 10 x 3²) = Yo - 35   Despejando Yo tenemos:
   Yo = 45 metros Resuelto.
   Ejercicio 4. ¿Con qué velocidad se debe lanzar hacia arriba, una piedra, para que logre una altura máxima de 3.2 m?
    Datos iniciales: 
   Velocidad inicial ............. Vo = ? 
   Velocidad final ................ Vf = 0 (cuando llega a la altura máxima y se para)
   altura máxima alcanzada .. Y = 3,2 m 
   altura inicial Yo = 0 (se lanza desde el suelo)
   aceleración actuante ....... g = 10 m/s2
   Aplicaremos la tercera fórmula ya que no nos dan el tiempo:
    Vf² = Vo² - 2g( Y – Yo)
   0 =  Vo² - 2 x 10 ( 3,2 - 0) = 
   0 =  Vo² - 64  despejamos la velocidad inicial del lanzamiento Vo ===>
   Vo = √ 64 m/s = 8m/s Resuelto
   Ejercicio 5. Hallar la velocidad con que fue lanzado un proyectil hacia arriba si ésta se reduce a la tercera parte cuando ha subido 40 m. (g = 10 m/s2)
   Datos iniciales
   La velocidad inicial es 3 veces mayor que la inicial, ya que se redujo 3 veces. La Yo se considera el suelo luego Yo = 0
   Velocidad final .............. Vf = Vo/3 de aquí despejamos Vo y tenemos ==>
   Velocidad inicial..............Vo = Vf x 3
   altura ............................. h = 40m 
   aceleración de subida ...... g = -- 10 m/s2 
   Aplicamos la tercera fórmula V² - Vo² =  - 2g( Y – Yo) y donde pone Vo ponemos = V x 3 ( 3 veces mayor como nos dice el problema)
    V² - Vo² =  - 2g( Y – Yo) ==> V² - (3V)² =  - 2 x 10( 40 – 0) quedará:
   V² - 9V² =  - 800 
   OJO (3V)² son 3V² x 3V² = 9V² (OJO NO puedes hacer  V² - 3Vo² = 2 V² estaría mal)
   -8V² = -800  ==> Podemos cambiar los signos menos por más ya que están a los dos lados de la ecuación.
    V² = 800/8 = 100 Luego...
   V = √100 = 10 m/s Resuelto
   Ejercicio 6. Hallar la aceleración de la gravedad en un planeta conociéndose que en éste, cuando un cuerpo es soltado desde una altura de 4m, tarda 1s para golpear en el suelo. 
   Datos iniciales:
   En este caso nos piden la gravedad "g" del planeta.
   Velocidad inicial ......... Vo = 0 
   altura de caída ............. h = 4m 
   aceleración de caída...... g = ? 
   tiempo de caída ............ t = 1s
   Aplicamos la segundo fórmula y despejaremos g.
   Y = Vo t + Yo - 0.5 gt²  ===> Ponemos datos:
   4 = 0 + 1/2  x g  x 1² ==>
   4 = 1/2g ==>
   despejando g:
   g = 4 x 2 = 8 m/s² Resuelto.
   Ejercicio 7. Se deja caer un cuerpo desde una altura de 10m. Calcular:
   a) El tiempo que tarda en caer.
   b) La velocidad con la que llega al suelo.
   Como la Y final es el suelo Y será 0. La gravedad será 9,8 y la velocidad inicial Vo será 0 también.
   Aplicando la segunda fórmula tenemos:
   Y = vo t + Yo - 0.5 gt² ==> 
   0 = 0 + 10 - 0,5 x 9,8 x t² ==> lo único que desconocemos de la ecuación es la t (tiempo). Pues a despejarlo.
   10 = 0,5 x 9,8 x t ²==>
   t² = 10 / (0,5 x 9,8) = 2,04.
  t será la raiz cuadrada de 2,04 = 1,43 segundos que tarda en caer. Caso a Resuelto.
   b) Aplicando la primera fórmula:V = Vo +- gt ; donde la Vo (inicial) será cero tenemos:
   V = 0 - 9,8 x 1,43; Recuerda ponemos el menos por que el objeto cae. La velocidad será negativa.
   V = -9,8 x 1, 43 = - 14,1 m/s seá la velocidad que tiene cuando llega al suelo. Caso B Resuelto.