FÍSICA MECÁNICA I

CBF210
INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA

Profesora:
Dra. María Carolina Blanco
 BIBLIOGRAFÍA
Libros de recomendados:
1. Serway, J. (2018). Física para Ciencias e Ingeniería. Volumen 1. Décima Edición. Editorial
Thomson.

2. Giancoli, D. (2008). Física para Ciencias e Ingenierías. Volumen 1. Cuarta Edición). Editorial
Pearson Education

3. Sears, Zemansky. (2004) Física Universitaria. Volumen 1. Décimo Primera Edición. Editorial
Pearson Education
 UNIDAD 1
CINEMÁTICA

• Mediciones e Incertidumbres.
• Unidades Básicas.
• Análisis Dimensional.
• Sistemas de Coordenadas.
• Dimensiones.
• Trayectoria.
• Distancia.
• Posición.
• Desplazamiento.
• Velocidad.
• Rapidez.
• Aceleración
 OBJETIVOS DE LA UNIDAD
El objetivo principal de esta unidad es conocer los orígenes de la Física y
entender para qué sirve y sus límites de aplicación. Se pretende:

• Mostrar la importancia del método científico y de la necesidad de medir.

• Entender la diferencia entre magnitudes y unidades, conocer los sistemas de
unidades y saber convertirlas de un sistema a otro.
• Expresar magnitudes en notación científica y realizar cálculos con ellas.
• Identificar si una ecuación es dimensionalmente consistente.
• Aprender a hacer estimaciones basadas en suposiciones sencillas.
 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LA FÍSICA

• La física es la más básica de las ciencias y se divide en física clásica, que

incluye movimiento, fluidos, calor, sonido, luz, electricidad y magnetismo, y
física moderna, que incluye los temas de relatividad, estructura atómica,
materia condensada, física nuclear, partículas elementales, y cosmología y
astrofísica.

• La Física estudia el comportamiento del mundo que nos rodea y trata de

buscar explicaciones para así poder predecir y replicar su
comportamiento. Es difícil imaginar un producto que no suponga la aplicación
de algún principio físico.

• La física es una ciencia experimental, donde se observan los fenómenos

naturales e intentan encontrar los patrones y principios que los describen. Tales
patrones se denominan Teorías Físicas o, si están muy bien establecidos y se
usan ampliamente, Leyes o Principios Físicos.
 MÉTODO CIENTÍFICO

• La ciencia es la observación de los eventos, que incluye el diseño y realización de

experimentos.
• El método científico se basa en la deducción a partir de la observación. No existen
más certezas que las que son directamente comprobables de forma experimental.
• La observación requiere imaginación y en consecuencia, los científicos deben emitir
juicios acerca de lo que es relevante en sus observaciones y experimentos. La
observación, complementada con la experimentación y la medición, es una parte
del proceso científico. pero lo que puede ser medido depende en gran manera de la
tecnología disponible.

La Física trata de construir modelos que puedan ser

reproducibles y/o comprobables.
 LA TEORÍA CIENTÍFICA
• Los científicos desarrollan teorías que permiten explicar y darle un determinado
orden a las observaciones. Las teorías nunca se derivan directamente de las
observaciones.
• La ciencia requiere pruebas de sus teorías para ver si sus predicciones son
corroboradas por el experimento.
• Una Teoría es más amplia que el Modelo, más detallada y ofrece predicciones
cuantitativamente comprobables y más precisas.
• El Modelo proporciona un cuadro mental o visual en el cual nos basamos cuando no
se puede ver o entender lo que en realidad está sucediendo, ofrecen la analogía con
un sistema.
• Las Leyes Científicas son descriptivas: no dicen cómo se debe comportar la
naturaleza, sino más bien intentan describir cómo se comporta la naturaleza, se usan
cuando su validez se ha probado sobre un amplio rango de casos, y cuando están
claramente comprendidas algunas de sus limitaciones y su rango de validez.
 MEDICIONES / MAGNITUDES / UNIDADES DE MEDIDA

Una magnitud es algo susceptible de ser medido, mientras que las unidades son los patrones o referencias
utilizados para expresar los valores medidos de una determinada magnitud.
 INCERTIDUMBRE
Existe una incertidumbre asociada con toda medición. Entre las fuentes más importantes de
incertidumbre, distintas a los errores, están la exactitud limitada de todo instrumento de medición y la
incapacidad para leer un instrumento más allá de cierta fracción de la división más pequeña
mostrada. La distinción entre medir con una regla graduada en centímetros y un micrómetro radica en
su incertidumbre. La medida con micrómetro tiene menor incertidumbre y es más exacta. La
incertidumbre también se llama error, porque indica la máxima diferencia probable entre el
valor medido y el real. La incertidumbre o el error de un valor medido depende de la técnica
empleada.
Cuando se dan los resultados de una medición, es importante establecer la incertidumbre estimada
en la medición. Por ejemplo, el ancho de una tabla se puede escribir como 8.8 + 0.1 cm. El + 0.1 cm
(“más o menos 0.1 cm”) representa la incertidumbre estimada en la medición, de modo que el ancho
real se encontrará más probablemente entre 8.7 y 8.9 cm.
La incertidumbre porcentual es simplemente la razón entre la incertidumbre y el valor medido,
multiplicada por 100. Por ejemplo incertidumbre de aproximadamente 0.1 cm, la incertidumbre
porcentual es:

donde “es aproximadamente igual a”, en una calculadora da 1.136363636

 CIFRAS SIGNIFICATIVAS
A la cantidad de dígitos conocidos con certeza en un número se le denomina número de cifras
significativas. Así, en el número 23.21 cm existen cuatro cifras significativas, y en el número 0.062 cm
existen dos (los ceros en el último número son meros retenedores de espacio que muestran dónde va el
punto decimal), mejor escribir 62 x 10-3.
La Notación Científica permite que el número de cifras significativas se exprese con claridad. Con la
notación en potencias de 10 se evita la ambigüedad: si el número se conoce hasta una exactitud de tres
cifras significativas, se escribe 3.69 x 104 pero si se conoce a cuatro, se escribe 3.690 x 104 .
Los valores medidos se conocen sólo dentro de los límites de la incertidumbre experimental. El
valor de esta incertidumbre depende de varios factores, como la calidad del aparato, la habilidad del
experimentador y el número de mediciones realizadas. El número de cifras significativas en una
medición sirve para expresar algo acerca de la incertidumbre
En números que no contienen ceros,
5687, tiene cuatro cifras significativas
todas las cifras son significativas
Todos los ceros entre dígitos significativos
son significativos. 35026, tiene 5 cifras significativas

Los ceros a la izquierda del primer dígito

distinto de cero son no significativos 0,000025, tiene 2 cifras significativas

En un número con cifras decimales, los

ceros finales a la derecha del punto
1234,00, tiene 6 cifras significativas
decimal son significativos.

En un número sin cifras decimales, los Utilizaremos la notación científica para

ceros finales situados a la derecha indicar lo ceros significativos: la mantisa
pueden ser significativos o no, en función tendrá tantos dígitos como cifras
de la sensibilidad del instrumento de significativas.
medida.
 NOTACIÓN CIENTÍFICA
La notación científica es una forma abreviada de representar un número utilizando potencia de diez.
Se utiliza para poder expresar de forma compacta números muy grandes o muy pequeños, sin la
necesidad de utilizar un gran número de cifras, por lo general los enteros se escriben hasta las
decenas. En Notación Científica los ceros luego del punto decimal son consideradas cifras
significativas.

100 = 1 101 = 10 102 = 100 103 = 1 000

10-1 = 0.1 10-2 = 0.01 10-3 = 0.001 10-4 = 0.0001

La velocidad de la luz en el vacío es de unos 300 000 000 m/s, en notación científica se expresa
3 x 108 m/s.

Operaciones matemáticas con números expresados en notación científica:

Suma, resta, multiplicación, división, potenciación y radicación.
 SISTEMA INTERNACIONAL DE MEDIDAS (SI)
El Sistema Internacional de Unidades se creó en 1960 (abreviado SI, del francés Système
international d'unités) es un sistema constituido por siete unidades básicas: metro, kilogramo,
segundo, kelvin, amperio, mol y candela, que definen a las correspondientes magnitudes físicas
fundamentales y que han sido elegidas por convención. Por combinación de las unidades básicas se
obtienen las demás unidades, denominadas Unidades Derivadas del Sistema Internacional, y que
permiten definir a cualquier magnitud física. Es el sistema de unidades vigente en casi todos los
países del mundo
Las unidades del SI constituyen referencia internacional de las indicaciones de los instrumentos de
medición, a las cuales están referidas mediante una concatenación ininterrumpida de calibraciones o
comparaciones.
Una de las características trascendentales del SI es que sus unidades actualmente se basan en
fenómenos físicos fundamentales. Este permite lograr contrastar con instrumentos similares,
utilizados y calibrados en lugares distantes y, por ende, asegurar —sin necesidad de duplicación de
ensayos y mediciones— el cumplimiento de las características de los productos que son objeto de
transacciones en el comercio internacional, su intercambiabilidad.
 UNIDADES BÁSICAS

Símbolo Nombre Magnitud

s segundo tiempo
m metro longitud
kg kilogramo masa

A amperio corriente eléctrica

temperatura
K kelvin
termodinámica

mol mol cantidad de sustancia

cd candela intensidad luminosa

Unidad básica Magnitud física básica
Definición técnica
(símbolo) [Símbolo de la magnitud]

Se define al fijar el valor numérico de la frecuencia de

la transición hiperfina del estado fundamental no perturbado
segundo
tiempo [t] del átomo de cesio 133, ΔνCs, en 9 192 631 770, cuando se
(s)
expresa en la unidad Hz, igual a s-1
[ΔνCs=9 192 631 770 /s]

Se define al fijar el valor numérico de la velocidad de la luz en

el vacío, c, en 299 792 458, cuando se expresa en la
metro
longitud [l] unidad m·s-1, según la definición del segundo dada
(m)
anteriormente.
[c=299 792 458 m/s]

Se define al fijar el valor numérico de la constante de Planck, h,

en 6.626 070 15 × 10−34, cuando se expresa en la unidad J·s,
kilogramo
masa [m] igual a kg·m2·s–1, según las definiciones del metro y el segundo
(kg)
dadas anteriormente.
[h=6.626 070 15·10-34 kg·m²/s]
 DEFINICIONES DE MASA, TIEMPO Y DISTANCIA
• Tiempo: un segundo se define como 9 192 631 770 veces el periodo de vibración de la radiación
del átomo de cesio 133.
• Distancia: un metro se redefinió como la distancia recorrida por la luz en el vacío durante un
tiempo de 1/299 792 458 segundos.
• Masa: El 20 de mayo de 2019 se cambió la definición del kilogramo, pasó a estar ligada con
la constante de Planck, una constante natural que describe los paquetes de energía emitidos en
forma de radiación.

La balanza de Watt NIST-4, que midió la constante de

Planck con una precisión de 13 partes por millardo en
2017, lo cual fue lo suficientemente preciso para
ayudar con la redefinición del kilogramo.
 PREFIJOS
Para expresar magnitudes muy grandes o muy pequeñas en unidades del Sistema Internacional a menudo es necesario
usar múltiplos de diez de esa unidad. Los prefijos permiten nombrar múltiplos y submúltiplos de cualquier unidad del SI.

En el caso del metro

tendríamos por ejemplo:
1 mm = 1x10-3 m
1 µm = 1x10-6 m
1 Tm = 1x1012 m
 SISTEMA DE UNIDADES DE
REPÚBLICA DOMINICANA
En República Dominicana se establece el uso obligatorio
del sistema métrico en la derogada Ley N° 3925 de fecha
17 de Septiembre del 1954 sobre Pesas y Medidas y se
ratifica el uso de Sistema Internacional de unidades de
medida en la Ley 166-22 de 2012 que organiza el Sistema
Dominicano para la Calidad. La descripción detallada del
SI está documentado en la norma NORDOM 100.

A pesar de contar con un marco legal y normativo, las

unidades de medidas utilizadas en la República
Dominicana es una mezcla resultante de disposiciones
legales, las que exige el comercio internacional y
especialmente aquellas que se desprenden de la tradición,
muchas de ellas como parte de la herencia cultural
española.

https://indocal.gob.do/areas-tecnicas/metrologia/sistema-internacional-de-medidas-si/
 CONVERSIÓN DE UNIDADES
Existen otras unidades para representar las magnitudes más comunes. Esto implica que muy a
menudo necesitaremos convertir de unas unidades a otras. La forma más sencilla de hacer esto es
utilizar factores de conversión. Usaremos tantos factores como conversiones de unidades sean
necesarias. Para escribir los factores necesitamos conocer la equivalencia entre las dos unidades,
por ejemplo:

3 galones equivalen a cuantos litros?

3 metros por segundo equivalen a cuantos kilómetros por hora?

 ANÁLISIS DIMENSIONAL
Cuando se habla de las dimensiones de una cantidad, se hace referencia al tipo de unidades o
cantidades básicas que la constituyen. El análisis dimensional es una técnica sencilla que consiste en
verificar la validez de una expresión tratando sus dimensiones como cantidades algebraicas y
comprobando que éstas sean consistentes en ambos lados de la expresión.
El proceso consiste en sustituir las variables por sus dimensiones para determinar si la ecuación es
válida o para encontrar las dimensiones de alguna variable desconocida. No es necesario tener en
cuenta las constantes, ya que al ser adimensionales no van a afectar la validez de la ecuación.

Demostremos las unidades de ke

Despejamos ke

ke = F* r2 / q1 * q2

[ke ] = N* m2 / C*C = N*m2*C-2

 ORDEN DE MAGNITUD
El orden de magnitud es la potencia que acompaña a un número cuando se expresa en
notación científica. Por ejemplo, el número 259 se escribiría en notación científica como 2.59 x 102,
así que su orden de magnitud seria 102=100. Una definición informal de orden de magnitud
podría ser que es el conocer el más o menos de las cosas. Por ejemplo, el orden de magnitud de
la altura de un ser humano sería de 1 metro, el de un rascacielos seria de 100 metros, mientras que
el de una bacteria es de 1 micrómetro.

Conocer el orden de magnitud de las cosas es de gran importancia, muchas veces no necesitamos el
valor exacto de una magnitud, sino que para efectos prácticos es suficiente conocer su orden de
magnitud. En la imagen siguiente podemos ver el orden de magnitud en metros de algunos objetos.