Fisioterapia

Física I

Unidad I

Física

¿Qué es la Física?

• Es la ciencia que estudia la naturaleza fundamental de las cosas, investigando sistemas simples por medio de la experimentación y el análisis matemático1

• Es la ciencia que investiga los conceptos fundamentales de la materia, la energía y el espacio, así como las relaciones entre ellos2

1. Cromer, A.H. (2009), Física para Ciencias de la Vida, España, Barcelona: Editorial Reverté, p.3.2. Tippens, P.E. (2011), Física: Conceptos y aplicaciones. México, D.F.: McGraw-Hill. p.2.

Las Partes Clásicas de la Física

1. Mecánica clásica: estudia el movimiento de los objetos que son grandes con relación a los átomos y se mueven con una rapidez mucho más lenta que la luz.

2. Termodinámica: trata del calor, el trabajo, la temperatura y el comportamiento estadístico de los sistemas con un gran número de partículas

Serway, R.A. y Jewett, J.W. , (2008), Física para Ciencias e Ingeniería, México, D.F.: Cengage Learning. p.1.

Las Partes Clásicas de la Física

3. Electromagnetismo: le competen la electricidad, el magnetismo y los campos electromagnéticos.

4. Óptica: estudia el comportamiento de la luz y su interacción con los materiales.

.Partes de la Física Moderna (no-clásica):• Relatividad, teoría que describe los objetos que se mueven a cualquier

rapidez, incluso que se aproximan a la velocidad de la luz.• Mecánica cuántica, un conjunto de teorías que conectan el

comportamiento de la materia al nivel submicroscópico con lasobservaciones macroscópicas

Serway, R.A. y Jewett, J.W. , (2008), Física para Ciencias e Ingeniería, México, D.F.: Cengage Learning. p.1.

Relación de la Física con otras ramas del conocimiento

• La química, la ingeniería, la geología, la astronomía, la aeronáutica, etc. Y la física médica.

• La física médica se divide en dos grandes ramas: a) La física de la fisiología que es la que se ocupa de las funciones del cuerpo y b) la Instrumentación médica que es la física aplicada al desarrollo de instrumentos y aparatos médicos.

Unidad II

Sistemas de Medición

Unidades Básicas del SIOficina Internacional de Pesas y Medidas

Cantidad Unidad SI

Nombre Símbolo

Tiempo segundo s

Longitud metro m

Masa kilogramo kg

Cantidad de substancia mol mol

Temperatura kelvin K

Corriente eléctrica ampere A

Intensidad lumínica candela cd

Unidades derivadas de las unidades básicas

Cantidad derivada Unidad derivada

Nombre Símbolo

Velocidad metro por segundo m/s

Aceleración Metro por segundo al cuadrado

m/s2

Fuerza Newton N = kg·m/s2

Trabajo y Energía Joule J = N·m = kg·m2/s2

Momento Newton-metro N·m

Cantidad de movimiento Kilogramo-metro por segundo

Kg·m/s

Potencia watt W = J/s = kg·m2/s3

Aceleración angular Radián por segundo rad/s2

Tarea: hallar las cantidades físicas: Densidad, Resistencia eléctrica, Fuerza

electromotriz, Cantidad eléctrica, Capacitancia, Densidad de flujo magnético,

Entropía, Área, Inductancia, Calor específico.

Conversión de Unidades:Método del Factor Unitario

puedan eliminar.

Ejemplo de conversión simple

• Si una persona pesa 92 lb, ¿cuál es su equivalencia en kg?

1. Identificar la identidad que relacione libras con kilogramos con una tabla de equivalencias métricas:

1 𝑘𝑔 = 2.2 𝑙𝑏

2. Colocar el valor a convertir y el factor unitario de la identidad con unidades opuestas:

92 𝑙𝑏1 𝑘𝑔

2.2 𝑙𝑏=

(92)(1 𝑘𝑔)

2.2= 41.8 𝑘𝑔

Ejemplos de conversión anidada

• Un automóvil viaja a una velocidad de 85 km/h, halle ese valor en ft/s.

1. Identificar la identidad que relacione kilómetros con pies; y horas con segundos con una tabla de equivalencias métricas:

1 𝑘𝑚 = 3280.84 𝑓𝑡 1 𝑕 = 3600 𝑠

2. Colocar el valor a convertir y el factor unitario de cada una de las identidades con unidades opuestas:

85𝑘𝑚

𝑕

3280.84 𝑓𝑡

1 𝑘𝑚

1 𝑕

3600 𝑠=

(85)(3280.84 𝑓𝑡)

(1)(3600 𝑠)= 77.5 𝑓𝑡/𝑠

Porcentaje de Error

1. Una sustitución conveniente del número de segundos en un año es de ×107. Dentro de qué porcentaje de error es esto correcto?

Notación Científica

Factor Multiplicador Factor Multiplicador

10-18 0.000000000000000001 1018 10000000000000000000

10-15 0.000000000000001 1015 1000000000000000

10-12 0.000000000001 1012 1000000000000

10-9 0.000000001 109 1000000000

10-6 0.000001 106 1000000

10-3 0.001 103 1000

10-2 0.01 102 100

10-1 0.1 101 10

100 1 100 1

Sirve para representar un número con potencia de base diez.

Pasos para utilizar la notación científica con un dígito entero y el resto decimales: 1. Ubicar el punto decimal 2. Ahora colocar en la nueva posición a modo que quede sólo el número entero deseado 3. El número de espacios avanzados será el valor de la potencia. Si la nueva posición del

punto fue hacia la izquierda el signo de la potencia es positivo, en caso contrario negativo.

Ejemplos de Notación Científica

• Utilizar la notación científica para los valores con un número entero de 45000:

1. Ubicar posición del punto: 450000.

2. Ubicar el punto en la posición deseada: 4.50000.

3. Contar el número es espacios avanzados: 4.50000.

4.5 × 105

Nota: En general, si el punto se mueve hacia la izquierda la potencia de hace más grande y «más positiva» en caso contrario más pequeña y «más negativa»

Ejemplos de Notación Científica

• Convierta el número 85.3x104 con potencia 102 y con 105 :

Como la potencia 2 es menor que 4, el punto se debe mover hacia la derecha la diferencia entre 4 y 2 (dos posiciones). Así mismo, como 5 es mayor que 4, el punto se debe mover hacia la izquierda la diferencia entre 5 y 4 (una posición).

85.30. = 8530 × 102

85.3 = 8.53 × 105

Operaciones con Notación Científica

• Multiplicación: se multiplican normalmente los coeficientes y se suman algebraicamente las potencias. Ejemplo, multiplique las cantidades: 5x103, 6x106 y 3x102

5 × 6 × 3 × 10(3+6+2) = 90 × 1011

• División: se dividen normalmente los coeficientes y se restan algebraicamente las potencias. Ejemplo, divide las cantidades 5x106 y 2x104

5 × 106

2 × 104=

5

2× 10(6−4) = 2.5 × 102

Operaciones con Notación Científica

• Suma: La condición es que los números deben tener la misma potencia. Una vez corregida la potencia, se suman normalmente los coeficientes y la potencia se conserva. Ejemplo, sume las cantidades: 9.5x103 y 7.6x104:

Ojo: Se puede convertir la potencia 3 a 4 o viceversa.

0.95 × 104 + 7.6 × 104 = 0.95 + 7.6 × 104

= 8.55 × 104

La resta se procede de manera análoga.

Prefijos del SI

Factor Prefijo Símbolo Factor Prefijo Símbolo

10-18 atto- a 1018 exa- E

10-15 femto- f 1015 peta- P

10-12 pico- p 1012 tera- T

10-9 nano- n 109 giga- G

10-6 micro- µ 106 mega- M

10-3 mili- m 103 kilo- k

10-2 centi- c 102 hecto- h

10-1 deci- d 101 deca- da

CIFRAS SIGNIFICATIVAS

• Una cifra significativa es un dígito de 1 al 9 o de un cero no empleado para mostrar la posición del punto decimal. Ejemplos de tres cifras significativas: 259, 4.71, 0.00274, 2.60 y 507

• La cifra 58 000 no se puede determinar con precisión el número de cifras significativas. Para ello se utiliza la notación científica ya que permite indicar las cifras significativas adecuadas:

5.8x104 dos cifras significativas 5.80x104 tres cifras significativas 0.58x105 dos cifras significativas 58.00x103 cuatro cifras significativas 0.058x106 dos cifras significativas

Operaciones con Cifras Significativas

• Multiplicación y División: Para el resultado se ponen el mismo número de cifras que tenga el número con menor número de cifras en el cálculo. Ejemplo: represente el resultado con las cifras significativas adecuadas de multiplicar 7.69 con 1254.5

7.69 × 1254.5 = 9647.105 = 9650 = 9.65 × 103 • Adición y Resta: se encuentra hasta la última columna de dígitos

que tiene cifras significativas en todos los números que están sumando o restando. Ejemplo: sumar 142.56 +89.2

142.56

89.2231.76

231.8

+

El resultado se debe expresar como:

Reglas para redondeo

• Suponga que se redondea a tres cifras significativas:

a) El cuarto dígito es menor que 5: Los tres primeros dígitos de conservan. Ejemplos: 65.84 65.8 7.561 7.56 b) El cuarto dígito es mayor que 5: La tercer cifra aumenta en 1. Ejemplos: 48.86 48.9 1.259 1.26

Reglas para redondeo

c) El cuarto dígito es igual que 5: 1. Después del cuarto dígito hay números diferentes de cero. La tercer cifra aumenta en 1. Ejemplos: 59.852 59.9 3.5658 3.57 2. Después del cuarto dígito hay ceros y el tercer dígito es par. Los tres primeros dígitos de conservan. Ejemplos: 48.85 48.8 3.525 3.52 3. Después del cuarto dígito hay ceros y el tercer dígito es impar. La tercer cifra aumenta en 1. Ejemplos: 28.35 28.4 2.275 2.28

REFERENCIAS

Serway, R.A. y Jewett, J.W. , (2008), Física para Ciencias e Ingeniería, México, D.F.: Cengage Learning. p.1.