Física Biológica (Lic. Cs. Biológicas)

Física (Lic. Cs.Tec. Alimentos)

Grupo Docente • • • •

Octavio Furlong Raúl López Paulo Centres Gustavo Iglesias (Laboratorios)

Régimen de Aprobación Regularidad: 1- Aprobar dos exámenes parciales (con el 60% o más). 2- Aprobar el 100% de los Trabajos Prácticos de Laboratorio. 3- Una asistencia del 70% a las clases teórico/prácticas. Aprobación: Aprobar un examen final en las mesas dispuestas por la FQByF.

Horarios de Cursada Lunes

Martes

Miércoles

Jueves

12-13

11:00-13:00 Teórico- Práctico Aula 57 do 2 Bloque, P. Baja

11:00-13:00 Teórico- Práctico Aula 54 do 2 Bloque, P. Baja

13-14

ALMUERZO

9-10 10-11 11-12

14-15

15-16

16-17

17-18

14:00-16:00 Física Teórico- Práctico Aula 34 (2do Piso, 2do Bloque)

14:00-17:00 Laboratorio do (2 Piso, 2do Bloque) 14:00-16:00 Práctica Aula 34 do (2 Piso, 2do Bloque)

Viernes

Laboratorios • Nos dividiremos en dos comisiones A y B. • Aproximadamente 1 laboratorio cada dos semanas (una comisión por semana). Modalidad de aprobación: • Aprobar un cuestionario sobre la correspondiente guía de laboratorio. • Completar todas las tareas asignadas durante el laboratorio. • Todos los laboratorios son obligatorios.

6 Laboratorios • Errores • Cinemática y Dinámica • Trabajo y Energía • Fluidos • Ondas • Magnetismo Página web

https://sites.google.com/site/laboratoriosdefisica/

Contenido de la Materia UNIDAD 1: SISTEMAS DE MEDICIÓN. MAGNITUDES FÍSICAS. UNIDADES.

UNIDAD 2: CINEMÁTICA UNIDAD 3: DINÁMICA UNIDAD 4: TRABAJO Y ENERGÍA

Parcial 1

UNIDAD 5: FLUIDOS

_______________________________________ UNIDAD 6: MOVIMIENTO ONDULATORIO UNIDAD 7: ELECTRICIDAD UNIDAD 8: MAGNETISMO UNIDAD 9: ÓPTICA GEOMÉTRICA UNIDAD 10: TERMODINÁMICA (CALOR)

Parcial 2

Página Web

http://www.fisicabiologicaunsl.ecaths.com

Bibliografía FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA, 4º EDICIÓN DOUGLAS C. GIANCOLI

La naturaleza de la ciencia  En general, el objetivo principal de todas las ciencias es encontrar una explicación y un orden a nuestras observaciones del mundo que nos rodea (comprender el universo). Es una actividad creativa como tantas otras de la mente humana. ¿Como trabaja? • Observación de eventos • Imaginación • Experimentación y medición • Razonamiento • Creación de Teorías y Leyes para explicar las observaciones

Física ¿Qué es la Física? • Física es un término que proviene del griego phisis y significa “naturaleza”. • Es la más básica y fundamental de las ciencias, y se encarga del estudio de la energía, la materia, el tiempo y el espacio, así como las interacciones de estos cuatro conceptos entre sí, estableciendo, con el apoyo de la matemática, las leyes que explican los fenómenos naturales.

¿Por qué es importante estudiarla?

• • •

Comprender la física es indispensable para cualquiera que esté estudiando una carrera científica o tecnológica. No solo aplica al ámbito académico sino a la compresión del mundo y los fenómenos que nos rodean día a día. A partir de nuestras observaciones, nos permite hacernos preguntas y llegar a una respuesta que podemos entender, adquiriendo conocimientos.

El campo de la física se puede dividir principalmente en:

FÍSICA CLÁSICA

FÍSICA MODERNA

Movimiento, Fluidos, Calor, Sonido, Luz, Electricidad y Magnetismo

Relatividad, Estructura Atómica, Materia Condensada, Física Nuclear, Partículas Elementales, Cosmología y Astrofísica

Unidad 1: Magnitudes Físicas. Mediciones. Errores.

Magnitudes Físicas • Una magnitud física es una propiedad medible de un sistema físico, es decir, a la que se le pueden asignar distintos valores como resultado de una medición o una relación de medidas. • En términos generales, es toda propiedad de los cuerpos o sistemas que puede ser medida. Ejemplos:

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Medidas e Incertezas - Para poder establecer cantidades físicas y relaciones entre ellas, es necesario que podamos medirlas. - Debemos entender que es imposible realizar una medida en forma exacta, ya que siempre hay una incerteza asociada con cada medida.

Ejemplo: supongamos que queremos determinar la longitud de un objeto con una regla.

¿Cual es el valor medido? Fuentes principales de incertidumbre: precisión limitada del instrumento, incapacidad de medir más allá de alguna fracción de la división más pequeña que permite el instrumento.

Precisión versus Exactitud Precisión: se refiere a la dispersión del conjunto de valores obtenidos de mediciones repetidas de una magnitud. Cuanto menor es la dispersión mayor es la precisión. Exactitud: se refiere a cuan cerca del valor real se encuentra el valor medido.

Tipos de Medidas (Directas e Indirectas) Medidas directas: comparar una cantidad desconocida con una cantidad conocida (patrón) de la misma naturaleza. Por lo general, el instrumento de medición indica directamente el valor de la magnitud medida. Ejemplos: • Longitud de un objeto con una regla o cinta métrica. • La masa de un objeto con una balanza. • Cuanto demora un proceso con un cronómetro.

No siempre es posible realizar una medida directa, ya sea debido a variables que no se pueden medir por comparación directa, o porque el valor a medir es muy grande o muy pequeño y depende de obstáculos de otra naturaleza, etc.

Medidas indirectas: establecer una cantidad desconocida mediante cálculos matemáticos en base a medidas directas. Ejemplo: • El volumen de un cuerpo. Volumen de un cubo = longitud × profundidad × altura

Errores en Medidas Directas Debido a que siempre hay una incerteza asociada con cada medida, es necesario conocerla.

Ejemplo:

En principio podríamos decir que la medida está cerca de los 7.6 cm. Pero para asegurar que nuestro resultado es correcto:

𝒙 = 𝟕. 𝟔𝟓 𝒄𝒎 ± 𝟎. 𝟎𝟓 𝒄𝒎 Donde 0.05 cm es el error absoluto de la medida (en este caso igual al error de escala, definido como la mitad de la división mas pequeña de la escala del instrumento).

De manera general el resultado de una medida es

𝒙 ± Δ𝒙

Tipos de Errores

 El Error Absoluto es el resultado de dos tipos de errores principales:

𝒙 ± Δ𝒙

• Errores sistemáticos: se repiten constantemente en el transcurso de un experimento

y afecta a todas las medidas por igual. Las causas probables pueden ser: errores instrumentales (de aparatos), errores personales, error de la elección del método, etc. • Errores azarosos: son variaciones que aparecen entre observaciones sucesivas realizadas por un mismo observador. No existe una causa predeterminada. El origen puede ser el cambio durante el experimento de las condiciones en el entorno, errores de apreciación del observador, etc.

Es de gran importancia determinar cuan grande es el error absoluto con respecto a la magnitud que se esta midiendo, es decir, cuan precisa es nuestra medición.  Error Relativo  Error Relativo Porcentual

Δ𝒙 𝜺= 𝒙

𝜺% = 𝜺 × 𝟏𝟎𝟎

Medidas Indirectas (Propagación de errores) Las medidas indirectas se obtienen mediante la aplicación de una fórmula matemática a un conjunto de medidas directas (cada una con su error absoluto asociado). ¿Como se determina el error absoluto en estos casos? Suma o resta de dos medidas Supongamos que debemos sumar dos medidas de longitud:

𝐿1 = 10 ± 0.1 𝑚𝑚0

𝐿2 = 14 ± 0.5 𝑚𝑚

𝐿 𝑇 = 𝐿1 + 𝐿2 Si la primer medida está entre 9.9 y 10.1 mm, y la segunda entre 13.5 y 14.5 mm, es sencillo concluir que el valor mínimo de la suma es 9.9 + 13.5 = 23.4 mm, y el máximo 10.1 + 14.5 = 24.6 mm, por lo tanto, el resultado de la suma se encuentra entre 23.4 y 24.6. Es decir:

𝐿 𝑇 = 24 ± 0.6 𝑚𝑚

Propagación de errores Si la operación es una suma o resta de medidas, el error absoluto es la suma de los errores absolutos de cada medida.

𝐴 = 𝐿1 + 𝐿2 o

𝐴 = 𝐿1 − 𝐿2

Δ𝐴 = Δ𝐿1 + Δ𝐿2

Si la operación es una multiplicación o división, el error relativo es la suma de los errores relativos de cada medida.

𝐴 = 𝐿1 × 𝐿2 o

𝐿1 𝐴= 𝐿2

∆𝐴 ∆𝐿1 ∆𝐿2 = + 𝐴 𝐿1 𝐿2

Ejemplo: Área de un rectángulo

𝐴=𝑏×ℎ

𝐴 = 1500 𝑚2

Usando la relación de errores relativos:

𝐴

ℎ = 50 ± 1 𝑚𝑚

Medidas Indirectas (Propagación de errores)

𝑏 = 30 ± 1 𝑚𝑚

∆𝐴 ∆𝑏 ∆ℎ 1 𝑚𝑚 1 𝑚𝑚 = + = + = 0.0533 𝐴 𝑏 ℎ 30 𝑚𝑚 50 𝑚𝑚

Δ𝐴 = 0.0533 × 𝐴 = 0.0533 × 1500 𝑚2 Δ𝐴 = 80 𝑚2

𝐴 = 1500𝑚2 ± 80 𝑚2

Cifras Significativas Una forma más práctica de considerar la incertidumbre relacionada con un número o medida, es mediante el uso de cifras significativas, es decir, la cantidad de dígitos confiablemente conocidos. Por ejemplo: si se dice que un objeto mide 10,7 cm (3 cifras significativas), se puede considerar que el valor es confiable hasta los 0,1 cm, mientras que si el valor dado es de 10,73 cm (4 cifras significativas), se puede considerar que es confiable hasta 0,01 cm. Supongamos el valor de 10,73 cm (4 cifras significativas); el cual también puede ser expresado como: 1073 mm 1,073 dm 0,1073 m etc.

siempre 4 cifras significativas

Procedimiento en operaciones matemáticas básicas • En una suma o resta, el número de cifras significativas está determinado por la posición del menor dígito común de todos los números que se suman o se restan.

Ejemplo:

4,3 m + 0,030 m + 7,31 m = 11,64 m ≌ 11,6 m

• En una multiplicación o división, el resultado debe tener tantas cifras como el número de entrada con menor cifras significativas. Ejemplo: 2,8 m × 4,503 m = 12,6084 m2 ≌ 13 m2 Reglas para determinar el número de cifras significativas:

• • • • •

Cualquier dígito diferente de cero es significativo. Los ceros situados en medio de números diferentes de cero son significativos. Los ceros a la izquierda del primer número no son significativos. Los ceros escritos a la derecha de la coma decimal también cuentan como cifras significativas En los números enteros, los ceros situados después de un dígito distinto de cero, pueden ser o no cifras significativas. 21

Notación Científica • La notación científica representa un número utilizando potencias de base diez. • Se utiliza para poder expresar fácilmente números muy grandes o muy pequeños. • Solo se escriben en notación científica las cifras significativas. La cifra más significativa va en el lugar de las unidades, y todos los demás dígitos después del separador decimal multiplicado por el exponente respectivo.

Ejemplos: · Distancia media Tierra-Luna = 384.400.000 m = 3,844 × 10 8 m (4 cifras significativas)

· Radio del átomo de hidrógeno = 0,000000000053 m = 5,3 × 10 -11 m (2 cifras significativas) · Velocidad de la luz en el vacío = 299.792.458 m/s = 2,99792458 × 10 8 m/s (9 cifras significativas)

Unidades, Patrones y el Sistema Internacional (SI) • La medida de cualquier cantidad se realiza en relación a un estándar o unidad particular. • Para cualquier unidad es necesario establecer un estándar o patrón que defina exactamente a cuanto corresponde.  Longitud

• La unidad estándar de longitud es el metro (m) • 1790 – la diezmillonésima parte de la distancia entre el ecuador de la tierra a uno de sus polos. Se fabricó una barra de platino. • 1889 – la distancia entre dos marcas finamente grabadas sobre una barra particular de aleación platino-iridio. • 1960 – 1.650.763,73 longitudes de onda de la luz naranja emitida por el gas kriptón-86. • 1983 – la distancia que recorre la luz en el vacío durante 1/299.792.458 segundos.

 Tiempo • La unidad estándar del tiempo es el segundo (s) • Durante muchos años, el segundo se definió como 1/86.400 de un día solar medio. • 1970 – se definió en base a en un reloj atómico en términos de la frecuencia de radiación emitida por átomos de cesio entre dos estados energéticos particulares. Es el tiempo que tardan 9.192.631.770 ciclos de esta radiación.

 Masa • La unidad estándar de masa es el kilogramo (kg) • El patrón de masa (1 kg) fue establecido en 1889 y está definido como la masa de un cilindro de aleación platino-iridio que se conserva en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas en Sèvres, Francia.

Prefijos de las Unidades

En el sistema métrico, las unidades más grandes y más pequeñas se definen en múltiplos de 10 de la unidad estándar.

Sistema de Unidades Al tratar con las leyes y ecuaciones de la física es muy importante usar un conjunto consistente de unidades.

Sistema Internacional (SI) Actualmente el SI es el sistema de unidades más importante

• Un segundo sistema de unidades es el CGS (centímetro, gramo, segundo).

Importante

• • • • • • •

Medidas Directas e Indirectas. Precisión y Exactitud. Error Absoluto, Relativo y Relativo Porcentual. Propagación de Errores. Cifras significativas y notación científica. Sistema Internacional de unidades. Conversión de unidades.

Problemas Guía 1

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