Estados De La Materia
La materia normalmente presenta tres estados o formas: sólida, líquida o gaseosa. Sin embargo, existe un cuarto estado, denominado estado plasma, el cual corresponde a un conjunto de partículas gaseosas eléctricamente cargadas (iones), con cantidades aproximadamente iguales de iones positivos y negativos, es decir, globalmente neutro.
Solido
Se caracteriza por su resistencia a cualquier cambio de forma, lo que se debe a la fuerte atracción que hay entre las moléculas que lo constituyen; es decir, las moléculas están muy cerca unas de otras.
No todos los sólidos son iguales, ya que poseen propiedades específicas que los hacen ser diferentes. Estas propiedades son:
- Elasticidad
- Dureza
- Fragilidad
Líquido
En el estado líquido, las moléculas pueden moverse libremente unas respecto de otras, ya que están un poco alejadas entre ellas. Los líquidos, sin embargo, todavía presentan una atracción molecular suficientemente firme como para resistirse a las fuerzas que tienden a cambiar su volumen.
No todos líquidos son iguales. Poseen propiedades específicas que los hacen ser diferentes.
- Volatilidad: nos referimos a la capacidad del líquido para evaporarse. Por ejemplo, si dejas un perfume abierto, podrás ver cómo con el paso del tiempo, disminuye el volumen del líquido.
- Viscosidad: nos referimos a la facilidad del líquido para esparcirse. No es lo mismo derramar aceite que agua, ésta última es menos viscosa, ya que fluye con mayor facilidad.
Gaseoso
En el estado gaseoso, las moléculas están muy dispersas y se mueven libremente, sin ofrecer ninguna oposición a las modificaciones en su forma y muy poca a los cambios de volumen. Como resultado, un gas que no está encerrado tiende a difundirse indefinidamente, aumentando su volumen y disminuyendo su densidad.
La mayoría de las sustancias son sólidas a temperaturas bajas, líquidas a temperaturas medias y gaseosas a temperaturas altas; pero los estados no siempre están claramente diferenciados. Puede ocurrir que se produzca una coexistencia de fases cuando una materia está cambiando de estado; es decir, en un momento determinado se pueden apreciar dos estados al mismo tiempo. Por ejemplo, cuando cierta cantidad de agua llega a los 100ºC (en estado líquido) se evapora, es decir, alcanza el estado gaseoso; pero aquellas moléculas que todavía están bajo los 100ºC, se mantienen en estado líquido.
Plasma
Existe un cuarto estado de la materia llamado plasma, que se forman bajo temperaturas y presiones extremadamente altas, haciendo que los impactos entre los electrones sean muy violentos, separándose del núcleo y dejando sólo átomos dispersos.
El plasma, es así, una mezcla de núcleos positivos y electrones libres, que tiene la capacidad de conducir electricidad.
Un ejemplo de plasma presente en nuestro universo es el Sol.
Bloque 2
Movimiento en una dimensión
Todos los objetos que vemos a nuestro alrededor se encuentran en constante movimiento.
Desde la antigüedad se han hecho estudios sobre el movimiento.
Aristóteles lo dividió en 2 tipos:
El natural, que es cuando un objeto se cae, y el forzado, que es cuando nosotros empujamos o arrojamos un objeto, se pensaba que los objetos más pesados caían más aprisa que los objetos más ligeros.
Cinemática, es la parte de la física que estudia los diferentes tipos de movimientos de un móvil.
El movimiento de un objeto, es el cambio de posición respecto a un punto de origen referencia en determinado tiempo.
La trayectoria es la curva descrita por el movimiento de un móvil.
Distancia es la longitud del camino recorrido por un objeto y que puede cambiar de dirección y/o sentido.
A distancia puede ser medida en centímetros (cm), metros (m), kilómetros (km)…
Desplazamiento es el cambio de posición representado por un vector que se traza desde el punto de inicio hasta el punto final.
El desplazamiento se expresa en las mismas unidades que la distancia pero, además, debe anotarse su dirección y sentido.
La rapidez es una cantidad escalar y esta dada por la trayectoria recorrida en un tiempo determinado: rapidez = trayectoria recorrida / tiempo
La rapidez media es la distancia total recorrida por el objeto, entre el tiempo total empleado para recorrerla:
Rapidez media = distancia total recorrida / tiempo total empleado
Cuando el objeto se desplaza en un solo sentido y en línea recta, las magnitudes de la rapidez y la velocidad son iguales, de forma similar a la distancia y el desplazamiento.
La velocidad es una cantidad vectorial dada por el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo: velocidad = desplazamiento / tiempo
La fórmula para obtener la magnitud de la velocidad es: v=d/t
La velocidad media del desplazamiento total empleado: velocidad media = desplazamiento total de todos los intervalos de tiempo / tiempo total
Las unidades son las mismas, y se pueden expresar en cm/s, km/h y en el sistema internacional (SI) en m/s.
La aceleración es el cambio de la velocidad por unidad de tiempo representada por la formula: aceleración = cambio de velocidad / intervalo de tiempo
La aceleración se mide en el sistema internacional en m/s
El caso de velocidad se puede dar el caso de que se mantenga constante la rapidez y aun así tiene aceleración, por cambiar de dirección o sentido el movimiento del objeto.
Sistemas de referencia relativo
El Sistema de referencia relativo es el sistema de coordenadas que emplearemos para realizar nuestras mediciones sobre un pinto determinado que puede estar en movimiento.
Movimiento rectilíneo uniforme
Se presenta cuando los objetos que se mueven de un tramo recto determinado alcanzan una aceleración de cero, es decir que mantienen una velocidad constante en la que recorre distancias iguales en tiempos iguales. En estos casos la magnitud de la velocidad es igual a la de su rapidez.
Movimiento rectilíneo uniforme acelerado
Este movimiento se presenta en un cambio uniforme en la velocidad del móvil, es decir que tiene una aceleración que como cantidad vectorial es positiva va aumentar y cuando es negativa va a disminuir.
Caída libre y tiro vertical
Este tipo de movimiento es común ciando los objetos se lanzan de forma vertical hacia arriba o abajo y se le llama caída libre. Cuando los móviles se dejan caer solo son afectados por la gravedad para acelerarse. Fue Galileo Galilei quien dedujo que todos los objetos caen con la misma aceleración hacia el centro de la Tierra.
La aceleración de la gravedad terrestre esta dirigida hacia el centro de planeta, por lo que de forma vectorial se expresa con un valor negativo en el eje de as “Y”.
Movimiento en dos dimensiones
Este tipo de movimiento se puede representar de forma rectilínea, curvilínea o en un desplazamiento variado, tener combinación de ambos.
El movimiento en dos dimensiones por lo general lo presentamos en un plano horizontal o inclinado.
Tiros parabólicos horizontal y oblicuo
El tiro parabólico también es conocido como el movimiento de proyectiles el que los objetos solo son acelerados por la gravedad. Consideramos el desplazamiento de un plano vertical, con un movimiento vertical afectado por la gravedad y otro horizontal con la velocidad constante y otro vertical.
Entre los movimientos parabólicos se encuentra el horizontal, el cual se presenta cuando un objeto es lanzado en un ángulo de 90° con respecto al eje de la aceleración gravitatoria.
Movimiento circular uniforme y uniformemente acelerado
Estos tipos de movimientos los podemos percibir, por ejemplo, al girar las ruedas de un coche, triciclo o patineta, en una rueda de la fortuna . . .
En estos tipos de movimientos se presentan un cambio angular en la posición del objeto que gira referido a un círculo. Los cambios angulares se miden en el sistema internacional en radianes.
En los movimientos circulares se tienen algunas medidas importantes como es la frecuencia del movimiento representada con la letra “f”.
Cuando un objeto rígido gira alrededor de un eje fijo, todas las partículas que lo componen giran a la misma velocidad angular.
Al girar un objeto, aunque su velocidad lineal no cambie de magnitud, si cambia constantemente de la dirección debido a que existe una aceleración llamada radial o centrípeta.
Bloque 1
Reconoces el lenguaje técnico básico de la física
La física y su impacto en la ciencia tecnológica
El objeto Fundamental del estudio de la física es la naturaleza, todo lo que nos rodea está formado por materia y energía en constante cambio.
En nuestra vida vamos acumulando conocimientos acerca de nuestro entorno, algunos conocimientos son empíricos, basados en nuestra experiencia, y el científico, que nos ha permitido introducir cambios intencionales en la naturaleza.
Los avances científicos los progresos tecnológicos han surgido a partir de la necesidad que tiene el hombre de resolver preguntas motivadas fundamental mente por curiosidad.
La ciencia y la tecnología son campos que crecen continuamente impulsados por nuevas inquietudes, curiosidades y problemas por resolver.
Con los avances tecnológicos hemos descubierto nuestro lugar en el universo.
Durante aproximadamente 1500 años, la civilización occidental acepto sin cuestionamiento la Teoría Geocéntrica, es un modelo teórico que sitúa a la Tierra en el centro del Universo y los planetas, incluido el sol, girando alrededor de ella.
El modelo Geocéntrico del Universo fue el paradigma dominante desde la Antigüedad hasta el Renacimiento, fue dado a conocer públicamente en el siglo XVI por Nicolás Copérnico, quien se dedico a hacer una serio de observaciones en el cielo e hizo saber a rodos que veía el Universo de manera diferente al proponer una de las ideas más revolucionarias de la historia humana: El Heliocentrismo (modelo de universo, que el sol se encontraba en el centro).
La idea de que la Tierra no era el centro del Universo era contraria a las creencias de muchas autoridades religiosas.
Se dice que la ciencia moderna nace con Galileo, formulo sus conclusiones utilizando el lenguaje matemático, lo que constituyo una gran aportación al desarrollo científico.
Isaac Newton, aniquila la visión aristotélica del mundo.
Newton logro una descripción matemática totalizadora y unificadora de las ideas que hasta el Renacimiento se tenían en relación con el Universo.
La visión actual de la ciencia difiere de las posturas antiguas en la suposición de la existencia de reglas que gobiernan el funcionamiento del universo.
Las ramas de la Física y su relación con otras ciencias y técnicas
La física se ha especializado en diversos campos, agrupados en tres grande categorías: Física Clásica, Física Moderna y Física Aplicada.
La Física clásica tuvo su inicio durante el periodo renacentista, las ramas de la física clásica incluyen a la mecánica, la óptica, la acústica, la termodinámica y el electromagnetismo.
La Física moderna surgió a principios del siglo XX, con el desarrollo de la Teoría cuántica de Max Planck y la teoría de la relatividad de Albert Einstein.
La Física puede ser aplicada al estudio específico de fenómenos en diferentes escalas y manifestaciones energéticas.
Los métodos de investigación y su relevancia en el desarrollo de la ciencia
En relación con el movimiento de los objetos que caen cerca de la superficie terrestre, Aristóteles pensaba que “Los objetos más pesados caen más aprisa que los ligeros”.
La ciencia trata de comprender y explicar la diversidad del mundo físico que nos rodea y que surge por el deseo de comprender, descubrir, ejercer un control y/o estar en armonía con la naturaleza.
El conocimiento científico, base de la conformación de nuestra realidad social, económica, tecnológica y ambiental, es el resultado de un modo de pensar que muchas veces es diferente del llamado “Sentido Común”.
El pensamiento científico no es un conjunto estático de ideas; es más bien un producto de los procesos mentales que realizan los sujetos.
La lógica, es una herramienta indispensable en el manejo de los procesos del pensamiento. El razonamiento lógico es el razonamiento no verbal, el que se capta a través de la observación de la realidad.
El método científico, la forma en que adquieren conocimientos los científicos, han sido concebido de diferentes maneras.
Los pensadores de la antigua Grecia fueron los primeros en dar explicaciones naturales, no sobrenaturales, dando inicio a una forma de razonamiento que podríamos llamar pre-científico.
El método deductivo es la primera de las posturas asumidas respecto a la forma de llevar a cabo la investigación científica.
El Renacimiento de los pensadores proporcionaron un nuevo método para investigar la naturaleza: El método inductivo.
La certeza y universalidad de este resultado que lo elaboraron a la categoría de ley de la naturaleza: la ley de la Gravitación Universal de Newton.
Las herramientas de la Física
La física es una ciencia experimental que tiene como propósito descubrir las leyes fundamentales del Universo a partir del estudio cuantitativo de los fenómenos naturales.
Magnitudes físicas y su medición
La física explica los fenómenos que aun no son comprendidos apartir de los modelos de la realidad que correspondan con resultados experimentales,
Magnitud física, concepto físico puede ser cuantificado, clasificarse en magnitudes fundamentales y magnitudes derivadas.
Las mediciones de los distintos fenómenos naturales estudiados por la física:
Longitud
Masa
Tiempo
Intensidad de corriente eléctrica
Temperatura
Cantidad de sustancia
Intensidad luminosa
Dimensión es la cantidad de combinación específica de las magnitudes fundamentales que se requiere para expresar alguna otra de las diversas cantidades que se utilizan en física.
Medida directa e indirecta de magnitudes
La medida, de diferentes magnitudes consiste en hacer mediciones que permitan establecer relaciones matemáticas entre las magnitudes físicas que invierten en el fenómeno de la investigación.
Se realizan dos acciones separadas: el establecimiento de un patrón, o unidad y comparación entre la unidad y la magnitud física a ser medida, medición.
La comparación inmediata de objetos corresponde a las llamadas medidas directas.
Los sistemas de medida
En la vida diaria utilizamos unidades muy diversas para realizar mediciones, podemos utilizar como unidad alguna pate de la regla más antigua de la que se tiene memoria: el cuerpo humano. Cuartas o Yardas, difícilmente coincidiremos en el valor numérico asociado a la medición.
Unidades fundamentales y derivadas en el sistema internacional
(SI) define las unidades fundamentales necesarias para expresar las medidas, en el SI hay dos clases de unidades:
Unidades Fundamentales
Unidades Derivadas
Se definieron siete unidades fundamentales que corresponden alas siete magnitudes fundamentales.
Ventajas y limitaciones del SI
Personas de todo el mundo se han visto beneficiadas por el uso del sistema internacional de unidades. El éxito de su implementación se debe sobre todo a las ventajas que este sistema presenta por encima de otros.
El Sistema Internacional de Unidades se usa prácticamente en todo el mundo para trabajos científicos.
Los beneficios del SI, hay quienes señalan que su punto débil esta en sus definiciones de maza y fuerza. La Comisión General de pesos y unidades definió como unidad de fuerza el kilogramo.
Para resolver esta ambigüedad, se recurrió a una unidad arbitraria que se definió como kilogramo-fuerza.
El kilogramo es una unidad de masa, no de peso.
Un kilogramo-fuerza es el peso en la superficie de la Tierra de un objeto de 1 kg de masa.
¿Para qué me sirve lo que aprendí? Diferencia entre peso y masa
El peso y la masa, nos podemos dar cuenta que el peso en el SI es el newton, mientras que los kilogramos son las unidades con las cuales se mide la masa.
Notacion cientifia y prefijos
En la vida diaria interactuamos con una gran variedad de objetos cuyo tamaño es mas o menos semejante al nuestro.
Los científicos utilizan una forma abreviada basada en potencias de 10 que recibe el nombre de notación científica.
El número de veces que 10 es multiplicado por si mismo aparece en el resultado como una superficie de 10.
Prefijos del SI
Un conjunto de prefijos que pueden ser utilizados con cualquiera de las unidades fundamentales y de las unidades derivadas con nombres especiales.
Los submúltiplos y los múltiplos del SI más utilizados se designan mediante prefijos y símbolos.
El sistema MKS
El sistema MKS es un subsistema del SI que se utiliza con mucha frecuencia en Física. Sus magnitudes fundamentales se definen de la misma manera que en el SI y sus unidades fundamentales correspondientes son: el metro (m), el kilogramo (kg) y el segundo.
Sistemas CGS e Ingles
El sistema CGS o cegesimal es la misma razón que el MKS debe su nombre a las iniciales de tres unidades fundamentales.
Transformación de Unidades
Las unidades de las cantidades asociadas a un problema de interés no están en el sistema mas conveniente para dar solución al problema dado.
Interpretación y representación de magnitudes físicas en forma grafica
La física interpreta los resultados de las mediciones de los fenómenos estudiados a partir de la búsqueda de correlaciones experimentales.
La Teoría General de la Relatividad de Einstein fue confirmada experimentalmente por observaciones astronómicas de casares y mediciones de satélites.
El experimento es un recurso muy utilizado en Física como medio para encontrar relaciones entre magnitudes físicas y expresarlas mediante una ecuación.
En un experimento suele variarse una magnitud con la finalidad de observar el efecto que se produce sobre otra para decidir si existe una relación entre ambas puede recurrirse a la graficación.
Tratamiento de errores experimentales
Clases de errores de mediciones
Debido a que los errores no pueden eliminarse totalmente, lo importante en el proceso de medición es encontrar tanto el número aproximado como la estimación del error que se comete al realizar medicines. Es posible minimizar los errores para obtener mediciones exactas y precisas.
Los errores sistemáticos son constantes atreves de un conjunto de lecturas y afectan el resultado siempre de la misma forma.
Los errores sistemáticos no pueden eliminarse totalmente, pero su identificación es un punto de partida para su eliminación y/o disminución.
Precisión y exactitud en la medida
La exactitud es la descripción de que tan cerca se encuentran una medida de algún valor aceptado, de modo que un resultado será más exacto mientras sea el intervalo de incertidumbre en la medida.
La presión se refiere a cuan constantes son las mediciones. Si se obtienen valores parecidos, podemos decir que nuestra medición ha sido precisa.
Precisión no implica exactitud, un instrumento muy preciso puede ser inexacto.
En relación se le llama sensibilidad de un instrumento de medida a la menor división de la escala; es la unidad de menor de las estructuras que puede ser realizada sin estimaciones.
Comparación de los resultados experimentales con algún valor aceptado
Si se cuenta con una estimación del “valor real”, con un valor aceptado de la magnitud física, basta con tomarla como referente para determinar el valor de la incertidumbre en la medida.
Magnitudes vectoriales y escalares
Los modelos se obtienen en conclusiones cuantitativas, lo que permite que las relaciones matemáticas puedan ser validas corroborando el grado en que las magnitudes medibles se ajustan a lo planteado en ellas.
De los modelos se obtienen conclusiones cuantitativas, lo que permite que las relaciones matemáticas puedan ser validadas corroborando el grado en que las magnitudes medibles se ajustan a lo planteado en ellas.
Se conoce magnitud a todo concepto que puede compararse sumarse. Las magnitudes se pueden clasificar en: magnitudes escalares y magnitudes vectoriales.
Las magnitudes físicas son herramientas construidas y aceptadas por lo científicos que se utilizan para plantear, modelar y solucionar problemas. Las distintas magnitudes físicas se dividen en: magnitudes físicas escalares y magnitudes físicas vectoriales.
Los vectores como herramienta para la modelización de fenómenos
Existen distintos problemas que pueden explicarse mejor aprovechando el hecho de que cualquier magnitud vectorial puede ser representada en forma grafica por medio de una flecha llamada vector.
Representación grafica de magnitudes físicas vectoriales
Magnitudes vectoriales, estas pueden ser de diversas maneras que son equivalentes entre sí.
Podemos diferenciar bás
icamente dos tipos de representación para los vectores: representación grafica y representación analítica, ambas representaciones son importantes y, debido a que son equivalentes, están íntimamente relacionadas.
Representación Analítica: se refiere a la representación de vectores mediante números que nos indiquen las propiedades de un vector.
Equivalencia entre las representaciones
La equivalencia entre las representaciones es sencilla y se lleva a cabo utilizando conocimientos que ya tenemos: el Teorema de Pitágoras; el plano cartesiano y las funciones trigonométricas.
Cambio de coordenadas polares a coordenadas cartesianas
Adyacente es lo que se encuentra junto o a un costado. En el caso de las funciones trigonométricas, al referirnos a un catete adyacente indicamos que el cateto se encuentra junto al ángulo con
siderado o que esta partiendo de él.
Operación con vectores
Ahora que ya están establecidas las condiciones para realizar operaciones con vectores. Operando las magnitudes vectoriales es posible describir el resultado de las interacciones, interpretar situaciones reales a partir de los conocimientos matemáticos y expresar soluciones de problemas planeados.
Los vectores pueden ser multiplicados por un escalar. Esto produce un “alargamiento” o “encogimiento” del vector, incluso puede invertir su sentido, aunque su dirección nunca podrá ser cambiada por un escalar.
Método del polígono
El procedimiento grafico para sumar vectores que hemos presentado al inicio de esta sección es el método del polígono aplicado a la adición de dos vectores únicamente, es posible extender la metodología para sumar cualquier número de vectores.
Método del paralelogramo
El sistema de vectores concurrentes formados únicamente por dos vectores, la resultante puede obtenerse gráficamente sumando los vectores mediante el método del paralelogramo.
Suma de vectores por el método de las componentes regulares
La suma de dos o más vectores puede ser calculado convenientemente en términos de sus componentes.