El tiro parabólico es conocido también como movimiento de proyectiles en el cual, los objeto sólo se pueden acelerar por la gravedad.
Entre los movimientos parabólicos se encuentra el horizontal, el cual se presenta cuando un cuerpo es lanzado con un ángulo de 90º respecto al eje de la aceleración gravitatoria, o que mide 0º respecto a la horizontal. El otro tipo de tiro parabólico es el oblicuo, que se presenta cuando el objeto es lanzado con un ángulo de 0, 90 o 180 º respecto a la horizontal.
Las fórmulas del tiro parabólico son las mismas que las de caída libre y el MRU, con la diferencia de que cuando determinamos la velocidad del objeto en X momento, se determina también su magnitud con las velocidades obtenidas en cada eje con Teorema de Pitágoras, indicando la dirección y el sentido, al igual que el ángulo de inclinación de la velocidad resultante.
Movimiento circular uniforme y uniformemente acelerado
En los movimientos circulares, sean uniformes o acelerados, existe un cambio de ángulo con respecto a la posición del objeto que gira referido a un círculo. Para medir los cambios angulares, se utilizan, en el SI, los radianes. 360º equivalen a 2pi radianes, es decir, un giro circular completo. Entre las medidas importantes en los movimientos circulares se encuentran:
frecuencia: ciclos o vueltas que realiza un móvil en un tiempo determinado. se representa con la "f" y se mide en s-1, conocidos como Hertz (Hz).
periodo: el tiempo necesario para completar un ciclo. Se representa con la "T" y se mide en s.
vel. angular: cuando en un movimiento circular uniforme, el móvil recorre arcos iguales en tiempos iguales, se mide en el SI en rad/s, representado po la letra C.
Aparte de la velocidad angular, existe una de nombre velocidad lineal, conocida como tangencial, que depende de la distancia al centro del giro y es la velocidad que permite conocer cuánto avanzaría en forma lineal un objeto que avanza circularmente. Existe también una aceleración llamada radial o centrípeta que está dirigida hacia el centro del giro en el mismo plano que la velocidad lineal y perpendicular a ésta.
Otro movimiento circular es el circular uniformemente acelerado, que tiene una aceleración constante llamada aceleración angular, la cual ocasiona que la velocidad angular cambie.
En nuestro alrededor, todos los objetos están siempre en movimiento, aunque no siempre nos percatemos de eso. En ésta unidad se abarcará justamente el movimiento visto desde distintas situaciones y efectos, dentro de la parte de la mecánica que se conoce como cinemática.
Según la trayectoria que sigue un objeto al momento de moverse, se tienen movimientos rectos o curvos.
Distancia: longitud del camino recorrido por un objeto y que puede cambiar de dirección y/o sentido.
Desplazamiento: cambio de posición representado por un vector.
Rapidez: cantidad escalar que está dada por la trayectoria recorrida en un tiempo determinado.
Rapidez media: distancia total recorrida por un objeto, entre el tiempo total empleado.
Velocidad: cantidad vectorial dada por el desplazamiento de un cuerpo por unidad de tiempo.
Velocidad media: desplazamiento total de un objeto dividido por el tiempo total empleado.
Aceleración: cambio de velocidad por unidad de tiempo.
El sistema de referencia relativo es el sistema de coordenadas que empleamos para realizar mediciones sobre un punto determinado que puede estar en movimiento.
El sistema de referencia absoluto es el sistema de coordenadas que empleamos para realizar mediciones sobre un punto fijo determinado.
Por lo general, nosotros utilizamos los ejes cartesianos "X", "Y" para marcar los cambios de posición de un objeto, como coordenadas respecto a un punto de referencia al que se le asigna la coordenada X = 0 y Y = 0 o representado como (0,0). También es común emplear coordenadas geográficas.
Los movimientos se pueden presentar en una o más dimensiones.
El MRU es aquél que se presenta cuando un objeto se mueve en un tramo recto determinado, alcanzando una aceleración de cero, es decir, que su rapidez es constante, recorriendo distancias y tiempos iguales. Muchos movimientos de este tipo se presentan en la vida cotidiana. En el MRU, lo que se mide es la rapidez, es decir, la distancia recorrida en un intervalo de tiempo constante, y se representa con la V de velocidad, sólo que la velocidad es aquella que, además de obtener la rapidez, se señala la dirección y el sentido del movimiento.
Éste tipo de movimiento se caracteriza porque se presenta un cambio uniforme en la velocidad de un objeto. Es decir, que va a tener una aceleración, que, dependiendo de su dirección y sentido, puede ser positiva donde el objeto aumenta su velocidad, o negativa, cuando la disminuye. Se diferencia del MRU, porque hay un cambio de velocidad en el trayecto del movimiento en un intervalo de tiempo. Como ya se había mencionado, la aceleración puede ser positiva si, mientras transcurre el tiempo, la velocidad aumenta, y es negativa si la velocidad disminuye, aquí intervienen varios factores.
Tanto la caída libre como el tiro vertical, son dos tipos de movimiento parecidos, pues en ambos la fuerza de gravedad actúa de manera directa, pero no son lo mismo.
La caída libre es aquel movimiento que un cuerpo hace al dejarse caer desde una altura determinada para que la fuerza de gravedad actúe sobre él, siendo su velocidad inicial cero, en este movimiento, el desplazamiento es en una sola dirección que corresponde al eje vertical (eje "Y").
El tiro vertical corresponde al movimiento que se da en una partícula que es arrojada hacia arriba desde una determinada posición. Lo que la diferencia de la caída libre es que en el tiro vertical, la velocidad inicial nunca es igual a cero, y, al alcanzar su altura máxima, es cuando su velocidad es igual a cero. En éste movimiento, el desplazamiento es en dos direcciones, para arriba y para abajo.
Se conoce como magnitud a todo concepto que puede compararse y sumarse. Por la manera en que se realiza la suma en cada grupo, las magnitudes se dividen en: magnitudes escalares y magnitudes vectoriales. En cambio, las magnitudes físicas son herramientas construidas y aceptadas por los científicos que se utilizan para presentar, modelar y solucionar problemas.
Las magnitudes físicas escalares se caracterizan por quedar perfectamente determinadas cuando se expresa su cantidad mediante un número y su unidad correspondiente. Ejemplos de magnitudes escalares son la longitud, el volumen, la temperatura, la rapidez, el tiempo y la masa.
Los resultados de mediciones realizadas con un instrumento de medida son magnitudes escalares ya que se expresan con un número y una unidad.
Pero, algunas magnitudes física, además de un número, requieren de la especificación de una dirección y un sentido para quedar completamente definidas. A este tipo de magnitudes se les denomina magnitudes físicas vectoriales.
Una magnitud vectorial es una magnitud que para especificarse completamente requiere un escalar o magnitud, una dirección y un sentido.
La diferencia entre magnitudes escalares y vectoriales se encuentra en la manera que se lleva a cabo la suma.
Los vectores como herramienta para la modelización de fenómenos físicos
Existen distintos problemas que se pueden explicar mejor si se representan en forma gráfica por medio de una flecha denominada vector.
Un vector es un segmento de recta dirigido que se caracteriza por:
Un origen o punto de aplicación: A.
Un extremo: B.
Una dirección: la de la recta que lo contiene.
Un sentido: indicado por la punta de flecha en B.
Un módulo: indicativo de la longitud del segmento AB.
Los vectores son idealizaciones que nos permiten describir la interacción entre objetos y plantear algebraicamente situaciones diversas de la vida y de las actividades científicas y tecnológicas.
La fuerza es una magnitud física vectorial. La velocidad también lo es, y existen otras cómo la aceleración, o la fuerza en las palancas que se le denomina torque.
Representación gráfica de magnitudes físicas vectoriales
Se pueden diferencias básicamente dos tipos de representación para los vectores: representación gráfica y representación analítica.
La representación gráfica se refiere a una representación intuitiva que asocia flechas, a las magnitudes vectoriales, de tamaños e inclinaciones convenientes para establecer la magnitud, la dirección y el sentido.
Para representar una magnitud vectorial por medio de una gráfica, primero se debe exponer la escala con la cual se va a representar su longitud, y posteriormente, indicar su dirección mediante un ángulo.
La representación analítica hace referencia a la representación de vectores mediante números que puedan indicar las propiedades de un vector.
La equivalencia entre las representaciones es sencilla y se lleva a cabo utilizando conocimientos, como el Teorema de Pitágoras, el Plano Cartesiano y las Funciones Trigonométricas.
Cambio de coordenadas polares a coordenadas cartesianas
La representación en coordenadas cartesianas a partir de las polares que, conociendo la magnitud V y el ángulo a, encontremos las coordenadas (Vx, Vy) en el plano cartesiano.
Cambio de coordenadas cartesianas a coordenadas polares
Convertir de coordenadas cartesianas a coordenadas polares es sencillo. Dadas las coordenadas (Vx, Vy) necesitamos encontrar la magnitud V del vector y el ángulo a que hace con la horizontal. La magnitud V es precisamente la hipotenusa de un triángulo rectángulo que tiene catetos Vx y Vy:
La expresión anterior indica que la suma de los cuadrados de los catetos siempre es igual al cuadrado de la hipotenusa:
Operaciones con vectores
a) Multiplicación de un vector por un escalar:
Los vectores pueden ser multiplicados por un escalar. Esto produce un "alargamiento" o "encogimiento" del vector, incluso puede invertir su sentido.
b) Suma de vectores:
La suma de vectores nos proporciona el resultado, de, por ejemplo, aplicar dos fuerzas a un mismo cuerpo. La suma o composición de vectores es una operación que nos permite encontrar un vector único, llamado resultante.
Cuando se habla de vectores, la palabra "suma" no tiene un sentido aritmético. La suma de vectores se realiza utilizando métodos distintos a los que se emplean cuando se adicionan aritméticamente cantidades escalares, pues en este caso es necesario considerar su dirección y sentido, además de su magnitud. Por ejemplo, si alguien camina cierta distancia en una dirección y después cambia de dirección y camina otra distancia. El cambio neto de posición de esa persona, es decir, el desplazamiento, se representa mediante un solo vector que va del punto de partida al punto de llegada. Este vector resultante dependerá de las magnitudes y direcciones de los desplazamientos individuales.
Los métodos para sumar vectores pueden ser gráficos o analíticos:
MÉTODOS GRÁFICOS: Polígono y Paralelogramo
MÉTODOS ANALÍTICOS: componentes Rectangulares de un vector.
Método del polígono
En éste método el vector resultante se encuentra trazando un vector que vaya del origen (punto de partida) del primer vector sumado, a la punta del último vector (punto de llegada). http://letty220.tripod.com/id15.html
Método del paralelogramo
En sistemas de vectores concurrentes formados por dos vectores solamente, se puede obtener la resultante gráficamente, sumando los vectores mediante el método del paralelogramo. http://shibiz.tripod.com/id14.html
Suma de vectores por el método de las componentes rectangulares
Cuando se requiere determinar con precisión la resultante, en vez del método gráfico se utiliza el método analítico. La suma de dos o más vectores se puede hacer de la siguiente manera:
Se dibuja cada vector en un sistema de coordenadas cartesianas, respetando dirección y sentido.
Se descompone cada vector en sus componentes rectangulares y se calculan sus magnitudes.
Se suman las componentes de todos los vectores a lo largo del eje X.
Se suman las componentes de todos los vectores del sistema a lo largo del eje Y.
Se calcula la magnitud del vector resultante del sistema usando el Teorema de Pitágoras.
Se determina la dirección del vector resultante empleando la función tangente.
Cuando medimos una magnitud física, los resultados obtenidos son números que presentan errores, y por lo tanto, no son exactos, sino números aproximados.
Los errores en las mediciones, surgen por distintas maneras, quizá por fallas o descuidos. Los errores se clasifican en sistemáticos y aleatorios.
Los errores sistemáticos se deben a causas que pueden ser controladas o eliminadas. Siempre afectan la medida de la misma forma y en la misma magnitud.
Los errores aleatorios son llamados también estocásticos y son producto del azar o de causar que no se pueden controlar.
Los errores sistemáticos son constantes a través de un conjunto de lecturas y afectan el resultado siempre en la misma dirección. Éste tipo d errores no se pueden eliminar totalmente.
Los errores aleatorios no son constantes a través de un conjunto de medidas y tienen posibilidad de ser positivos o negativos. Si se realizan varias mediciones de una misma cantidad, se van a distribuir en un valor central denominado promedio aritmético. http://es.wikipedia.org/wiki/Error_sistem%C3%A1tico
La exactitud es la descripción de qué tan cerca se encuentra una medida de algún valor, de modo que un resultado será más exacto mientras el intervalo de incertidumbre en la medida sea menor.
La precisión se refiere a cuán constantes son las mediciones. Así, si se obtienen valores parecidos, se puede decir que la medición ha sido precisa. Pero no hay que confundir, precisión no implica exactitud, puesto que un instrumento preciso puede no ser exacto.
La sensibilidad de un instrumento de medida es aquella que es la menor división de la escala, es la unidad de la menor de las lecturas que puede ser realizada sin estimaciones.
Precisión también se refiere a la finura que se puede dar en los resultados, esto es, al número de cifras significativas de las que existe la certeza en una medición. El número de cifras significativas es el número de dígitos que se reportan para el valor de una cantidad.
COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES CON ALGÚN VALOR ACEPTADO
Cuando se produce un error en una medición, se le denomina incertidumbre. Existen varios tipos de errores o incertidumbres, como:
Error (incertidumbre) absoluto: (EA) Es aquel que se obtiene a partir de la diferencia entre el valor medido (Vm) y el valor aceptado (Va) de la respectiva magnitud.
Error (incertidumbre) relativo: (ER) Se expresa como el cociente entre el error absoluto y el valor que ha sido aceptado como verdadero.
Error (incertidumbre) relativo porcentual: (E%) Es aquel que se obtiene de multiplicar el error relativo por 100.
Cuando se realiza una medición es probable que es resultado no coincida con el "valor verdadero" de la magnitud, ya que el resultado puede ser mayor o menos que la medida real. Por lo tal, el "valor verdadero" sólo es calcular el grado de incertidumbre de una medición.
La física interpreta los resultados de las mediciones de los fenómenos estudiados a partir de la búsqueda de correlaciones experimentales.
El experimento es un recurso que nos permite:
Comprobar alguna teoría con el fin de validarla o desecharla.
Encontrar las relaciones entre las variables involucradas en un fenómeno determinado.
En un experimento suele variarse una magnitud (variable independiente) con la finalidad de observa el efecto producido sobre otra (variable dependiente). Para decidir si hay una relación entre ambas se recurre a la graficación. Muchas leyes de la física se expresan con una fórmula matemática:
Y = aX*
Donde:
Y es la variable dependiente
X representa a la variable independiente
a y * son constantes, es decir, su valor no cambia
Se puede representar, de muchas formas gráficas, las magnitudes físicas, como por ejemplo, un sistema de coordenadas. En un sistema como este, los datos correspondientes a la variable independiente se grafica en el eje horizontal o eje de las abscisas, es decir, el eje X. Los datos correspondientes a la variable dependiente se grafican en el eje vertical o eje de las coordenadas, es decir, el eje y.
Otra forma de graficar, puede ser por medio de una tabulación de los datos que conlleva el problema.
Las matemáticas son el lenguaje de la física. Desde los tiempos de Galileo se acostumbraba a representar y expresar las leyes físicas mediante las matemáticas y no de forma verbal. Un ejemplo muy importante, hablando de gráficas y magnitudes, es la caída libre, dónde Galileo expresó que "las distancias que recorre un cuerpo en caída libre son proporcionales a los cuadros de los tiempos que emplea en recorrerlas".
La física es una ciencia experimental que tiene como propósito descubrir leyes fundamentales del universo. El trabajo científico se orienta a la proposición de modelos matemáticos y a la actividad experimental como medio de investigación. Para lograr ésto, los físicos han utilizado sus sentidos e instrumentos o herramientas matemáticas para poder seguir los pasos del método científico, además de que usan principalmente el pensamiento.
Magnitudes Físicas y su medición
Magnitudes fundamentales y derivadas
Una magnitud física es un concepto físico que puede ser cuantificado, y por lo tanto, es susceptible de aumentar o disminuir. Las magnitudes físicas se pueden dividir o clasificarse en magnitudes fundamentales y derivadas. Las fundamentales son las que a partir de ellas es posible definir a las derivadas. Las siete magnitudes fundamentales son: Longitud-Masa-Tiempo-Intensidad de corriente eléctrica-Temperatura-Cantidad de sustancia e Intensidad luminosa. A partir de éstas, se obtienen todas las magnitudes derivadas.
Para la comprobación de las leyes experimentales se necesita la medida de diferentes magnitudes. Para medir algo se realizan dos cosas, establecer un patrón y una comparación entre la unidad y la magnitud física a ser medida. Una medición es el proceso de asignar un número a una magnitud física como el resultado de comparar las veces que cabe esta propiedad en otra similar.
Al medir o comparar dos objetos, no siempre se va a poder realizar a lo que llamamos medida directa, esta es aquella medición que se hace comparando los objetos de manera inmediata, por lo tanto, existe otro tipo de medición denominado medida indirecta, la cual, mediante la comparación de una variable, se puede calcular otra distinta, que es en la que se está interesado. http://es.wikipedia.org/wiki/Medici%C3%B3n
Los sistemas de medida
Nosotros, en nuestra vida diaria, utilizamos diversas unidades para realizar alguna medición. Con el fin de llevar acabo éstas mediciones, hoy en día conocemos distintos sistemas de medida, es decir, que mediante un sistema se han simplificado todas las medidas o mediciones que conocemos, desde el metro, el gramo, el litro, el tiempo, etc.
Todas las medidas, están clasificadas en lo que llamamos el Sistema Métrico Decimal. Éste sistema se desarrolló en Francia en el año de 1799 y gracias al éxito logrado por la simplificación de las medidas, se adoptó y extendió rápidamente en toda europa y el mundo. http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_M%C3%A9trico_Decimal
Unidades fundamentales y derivadas en el sistema internacional
En el sistema internacional de unidades (SI) hay dos clases de unidades:
FUNDAMENTALES.- son aquellas que necesitan de un patrón estandarizado.
DERIVADAS.- son aquellas que se definen por medio de procesos matemáticos a partir de unidades fundamentales.
Cuando hacemos operaciones, a veces, el resultado llega a ser un número muy grande o muy pequeño y por lo tal es difícil colocarlo, se utiliza a lo que llamamos notación científica, que es una forma abreviada basada en potencias de 10 y es llevada a cabo por una exponenciación basada en múltiplos y submúltiplos de 10. Algo básico en una notación científica es el uso de prefijos para simplificar el uso de expresiones matemáticas complejas.
Se ha adoptado un conjunto de prefijos que pueden ser utilizados con cualquiera de las unidades fundamentales y de las derivadas con nombres especiales. Estos prefijos permiten expresar múltiplos y submúltiplos de una unidad.
A parte del sistema CGS, el MKS y el SI, existe otro que sólo era utilizado por países de habla inglesa y ese el Sistema Inglés o anglosajón. Donde hay unidades parecidas a las del SI en el sentido que medían lo mismo, como longitud, pero con diferentes valores, como: Millas- Pulgadas-Pies-Libras-Galones.
En algunos problemas de carácter físico, se da que las unidades que se están empleando se tienen que cambiar en un múltiplo o submúltiplo de las mismas, es decir, se tiene que hacer una conversión de unidad.
Existen varios métodos de conversión, pero el más utilizado es el que recibe el nombre de factor unitario. Éste no es más que una multiplicación por uno.
A través de la física, nosotros podemos aprender el método que se sigue para llegar a un conocimiento. El conocimiento científico es el resultado de una forma de pensar que es distinto al sentido común, es decir, es un producto de los procesos mentales que realizamos los seres humanos. Para lograr un conocimiento de carácter científico, se requieren de ciertos procesos, tales cómo: observación, razonamiento, inducción, deducción, análisis, entre otros. Los métodos de investigación más comunes o más utilizados en la ciencia son el inductivo, el deductivo, el analítico y el sintético. Desde siempre, el conocimiento, ha tratado de resolver preguntas basadas en la curiosidad, y en cada época de la historia se ha hecho esto de distinta forma, es decir, con distintas formas de pensar y de actuar, para lograr despejar dichas preguntas. Por ejemplo, el primer periodo del pensamiento, en este caso de los griegos, que fueron los primeros en dar explicaciones mediante un razonamiento, fue dónde se desarrolló el método deductivo como medio para la búsqueda de conocimientos. http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9todo_hipot%C3%A9tico-deductivo El segundo periodo del pensamiento fue basado en el método dialéctico. http://es.wikipedia.org/wiki/Dial%C3%A9ctica#La_dial.C3.A9ctica_como_m.C3.A9todo_en_la_filosof.C3.ADa_griega Otro método, dónde se hace uso de la razón y el planteamiento de modelos matemáticos y que se dio en el siglo XII fue el método inductivo. http://definicion.de/metodo-inductivo/ Pero, aunque hayan varios métodos para obtener un conocimiento, el método donde se basan los demás, es el método científico y gracias a éste se ha dado lugar al establecimiento de teorías científicas. Las teorías científicas, hoy en día, son probadas por muchos científicos, por lo cual, cada teoría puede ser aceptada, rechazada o modificada dependiendo de las nuevas evidencias que se encuentren confirmen si las predicciones se cumplen o no. Si una teoría se comprueban varias veces mediante experimentos, puede ser descrita mediante una ley. Las leyes científicas son reglas que describen patrones de la naturaleza. Para llegar a una ley, hay que seguir los pasos de método científico, los cuales son:
LAS RAMAS DE LA FÍSICA Y SU RELACIÓN CON OTRAS CIENCIAS Y TÉCNIAS
Cómo ya sabemos, la física estudia la materia, la energía y los fenómenos naturales, pero para hacer esto se ha tenido que desarrollar en distintos campos, que se agrupan en 3 categorías: Física Clásica, Física Moderna y Física Aplicada.
La física moderna surgió a principios del siglo xx teniendo como representantes a Max Planck con el desarrollo de su Teoría Cuántica y a Albert Einstain con su Teoría de la Relatividad. http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica_moderna
La fisica puede ser aplicada o relacionada con otras ciencias, ya que ésta ciencia ha tenido un efecto importante en nuestra búsqueda del conocimiento por medio del método científico.
Entre las ciencias relacionadas con la Física se encuentran:
El estudio de la física es importante por sus aplicaciones tecnológicas y repercusiones hacia la sociedad a lo largo del tiempo y gracias a la colaboración de muchas personas se han podido obtener avances en la ciencia y la tecnología. Entre esas personas que han aportado conocimientos importantes dentro de la física, se encuentran: Aristóteles, Sócrates, Platón, que fueron filósofos de la antigua grecia; genios legendarios como Galileo Galilei e Isaac Newton; genios del siglo pasado (xx) como Albert Einstain y Stephen Hawking. Todos ellos han aportado cosas importantes para el desarrollo científico y técnologico de nuestra humanidad.
"LA FÍSICA Y SU IMPACTO EN LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA"
Para saber realmente qué es lo que ha contribuido la física en la ciencia y la tecnología desde el origen del universo hasta lo que conocemos ahora, primero hay que entender que es la física. Pues bien, la física "es la ciencia que estudia las interacciones entre la materia y la energía con el fin de encontrar leyes generales". Teniendo éste conocimiento, podemos decir que la física estudia la naturaleza, es otras palabras, se encarga de estudiar todo lo que nos rodea.
Si nosotros queremos hablar del impacto de la física en la ciencia y la tecnología, tendríamos que decir que los avances científicos y tecnológicos han surgido a partir de la necesidad del ser humano por resolver preguntas con el afán de conocer nuestro lugar en el universo. Gracias a la física, hoy sabemos que vivimos en una galaxia que, conjunta con millones, se forma el universo, también sabemos que el sol es el centro de nuestro sistema solar, pero no siempre hemos sabido esto, conocerlo nos ha tomado mucho tiempo, y, justamente el nacimiento de la física, como ciencia, tiene que ver con la evolución de las ideas acerca de nuestro lugar en el universo. Hablar de la física, es decir que ha sido el "pilar fundamental" de todas las otras ciencias, para el avance tecnológico que hoy tenemos, ya que gracias a la física se han desarrollado muchas teorías y leyes, que, como ya se había mencionado, son importantes para entender sobre nuestro origen y todo lo que nos rodea.
