Antologia de fisica

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Antología

INC-1013

Física

Temario

1. Antecedentes históricos.

1. Antecedentes históricos de la mecánica.
2. Ubicación de la estática y la dinámica dentro de la mecánica.
3. El Sistema internacional de unidades y notación científica.

1. Conversiones de unidades y redondeo (cifras significativas).
2. Cantidades Vectoriales y Escalares.

1. Estática de la Partícula.

1. Conceptos básicos.
2. Resultante de fuerzas coplanares.
3. Descomposición de una fuerza en sus componentes rectangulares: en el plano y en el espacio.
4. Equilibrio de una partícula: en el plano y en el espacio.

1. Estática del cuerpo rígido.

1. Cuerpos rígidos y principio de transmisibilidad.
2. Momento de una fuerza.
3. Momento de una fuerza con respecto a un punto.
4. Teorema de Varignon.
5. Momento de una fuerza con respecto a un eje.
6. Reacciones en apoyos y conexiones.
7. Centroides de gravedad de líneas, áreas y volúmenes de cuadros compuestos utilizando tablas.

1. Resistencia de Materiales

1. Esfuerzos y deformaciones debido a cargas externas: esfuerzos mecánicos y térmicos y ley de Hooke.
2. Vigas con dos apoyos cargadas en puntos: vigas con cargas uniformes, vigas hiperestáticas y vigas en Cantiliver.
3. Clasificación de columnas.

1. Dinámica.

1. Movimiento rectilíneo: ecuaciones diferenciales del movimiento, movimiento rectilíneo uniformemente acelerado y caída libre de cuerpos.
2. Movimiento curvilíneo: movimiento parabólico, oscilatorio y circular.
3. Movimiento de cuerpo rígido: traslación y rotación.

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Unidad 1

1. Introducción.

1. Antecedentes históricos y filosofía de la física

Ciencia: Es el estudio racional, sistemático y organizado de fenómenos. Tiene por objetivo el estudio de la verdad absoluta. Ciencia (en latín scientia, de scire, “conocer”), término que en su sentido más amplio se emplea para referirse al conocimiento sistematizado en cualquier campo, pero que suele aplicarse sobre todo a la organización de la experiencia sensorial objetivamente verificable. La búsqueda de conocimiento en ese contexto se conoce como ‘ciencia pura’, para distinguirla de la “ciencia aplicada” la búsqueda de usos prácticos del conocimiento científico— y de la tecnología, a través de la cual se llevan a cabo las aplicaciones.

Toda ciencia se caracteriza por su objeto es decir, por su tema, por el tipo de elemento o situación de la realidad que es de su específico y particular interés o competencia. Y toda ciencia tiene, además, su método, que para el caso de la física, es el de todas las ciencias naturales o también llamadas Ciencias Físicas  

Física: La palabra física es de origen griego y significa naturaleza. Por lo tanto, la física debería ser la ciencia de todos los fenómenos naturales. Ciertamente así se entendió el concepto hasta principio del siglo XIX, sin embargo, durante ese siglo y hasta fechas relativamente recientes, física estuvo limitada al estudio de fenómenos físicos, que se definían como procesos en los cuales la naturaleza de las sustancias participantes no cambia, pero esta definición ha sido gradualmente descartada y se ha regresado de nuevo al concepto más amplio, y si se quiere primitivo. Física es la ciencia que tiene por objeto los componentes de la materia, la energía y sus interacciones. La física está estrechamente relacionada con las demás ciencias naturales, y en cierto modo las engloba a todas.

La historia de la física abarca dos amplios periodos en los que se desarrollaron la física clásica y la física moderna. La física clásica se desarrolló entre 1600 y 1900. Abarca áreas generales de la física conocidas como mecánica, termodinámica y electromagnetismo, y culmina con la relatividad. La física moderna comienza entre 1890, aproximadamente, y 1930, cuando se advirtió que la física clásica no podía explicar el comportamiento recientemente descubierto de la naturaleza en los niveles atómico y molecular. La física moderna incluye la relatividad y la mecánica cuántica, así como los subsecuentes descubrimientos que tuvieron lugar durante el siglo XX.

La física clásica y la física moderna constituyen la física contemporánea. Nos valemos de ambas para explicar fenómenos de interés. No debemos pensar que la física clásica ha muerto; la empleamos igual que hace un siglo. Gracias a la física clásica es posible describir el vuelo de una pelota de béisbol, el movimiento de un péndulo, el sonido bello de un instrumento o un viaje a la Luna. Por otra parte, la física moderna nos es útil para explicar la estructura de átomos y moléculas, el proceso de emisión y absorción de la luz, y el origen del universo.

Cuando escribimos temas de física, debemos ser tan precisos como cuando elaboramos un documento legal. Asimismo, al leer temas de física o leyes, debe hacerse con cuidado y reflexionando, y en un estado de ánimo adecuado, también.

Mecánica. La mecánica clásica hunde sus raíces en los trabajos de Johannes Kepler, quien, entre 1600 y 1619, llegó a ser el primero en describir cuantitativamente y con exactitud las órbitas elípticas de los planetas alrededor del Sol.

El problema de la forma de las órbitas planetarias no era fácil de resolver en virtud de que las observaciones a lo largo de la historia se habían hecho desde la Tierra, un planeta en movimiento. A pesar de que el astrónomo griego Aristarco había propuesto en el siglo III a.C. un rudimentario modelo heliocéntrico (con el Sol como centro) del sistema solar mediante órbitas circulares, que más tarde rescató Copérnico en 1 542 (véase la figura 1.1), las posiciones de los planetas predichas por Copérnico no eran tan precisas como las que se encontraron con el complicado modelo geocéntrico (con la Tierra como centro) de Ptolomeo, del siglo U d.C. (véase la figura 1.2).

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FIGURA 1.1 El modelo heliocéntrico copernicano del sistema solar utilizaba órbitas circulares.

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figura 1 .2 El antiguo modelo de Ptolomeo del sistema solar también empleaba círculos.

El modelo copernicano puro resultó inexacto en virtud de que Copérnico rehusó abandonar el concepto deficiente del pensamiento griego de que el recorrido natural de un objeto celeste "perfecto", como un planeta, tenía que poseer una forma geométrica "perfecta" —un círculo— en que el planeta se desplazara a velocidad constante. Resulta irónico el hecho de que un científico del tiempo de Copérnico que hubiera aplicado los criterios para una buena teoría física bosquejados en la sección anterior, se habría visto obligado a rechazar la teoría de Copérnico, que sostenía que los planetas se desplazaban en órbitas circulares, puesto que no explicaba los movimientos observados de los planetas con tanta precisión como la teoría, más complicada, de Ptolomeo.

El cambio del modelo geocéntrico del sistema más exacto aunque más complejo solar concebido por Ptolomeo, al preciso y sencillo modelo heliocéntrico de Kepler ilustra las características que ha de poseer una buena teoría. Con los trabajos de Kepler, la exactitud y sencillez brotaron simultáneamente de la hipótesis heliocéntrica, El modelo kepleriano y los métodos matemáticos dieron inicio al desarrollo de la física tal como la conocemos. Sus trabajos se convirtieron en fuente del pensamiento cuantitativo y de una nueva visión del mundo.

La observación de la naturaleza y los resultados experimentales normalmente preceden a las teorías que los explican. Las numerosas observaciones de los planetas por parte de Tycho Brahe inmediatamente antes de 1600 proporcionaron a Kepler los datos que necesitaba para formular el modelo del sistema solar con exactitud y precisión.

La mayoría de las ocasiones, los fenómenos naturales existen mucho antes de que los observemos con ojo crítico. Por ejemplo, Newton no descubrió la fuerza de gravedad en el siglo XVII; la describió cuantitativamente. La fuerza de gravedad se encontraba ahí desde el principio. Asimismo, los átomos existían mucho antes de que fuéramos capaces de describirlos.

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