la fisica y su impacto en la ciencia y tecnologia

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RECONOCES EL LENGUAJE BASICO DE LA FISICA

La física y su impacto en la ciencia y la tecnología

La física es la ciencia que estudia las interacciones entre la materia y la energía con el fin de encontrar leyes generales. Estas leyes generales nos sirven para entender como ocurren los fenómenos naturales en las diferentes escalas del universo. El objeto fundamental es la naturaleza, los físicos estudian estos cambios utilizando el método científico para explicar objetivamente como ocurren los fenómenos.

En nuestra vida vamos acumulando conocimientos acerca del entorno; algunos de ellos son empíricos, el conocimiento científico permite introducir cambios internacionales en la naturaleza.

Los avances científicos y los procesos tecnológicos han surgido a partir de la necesidad del hombre.la ciencia y la tecnología son campos que cresen continuamente impulsados por nuevas inquietudes, curiosidades y problemas por resolver.

El geocentrismo es el modelo teórico que sitúa a la tierra en el centro del universo y los planetas , incluido el sol, el modelo geocéntrico fue el paradigma dominante desde la antigüedad hasta el renacimiento. En 1543, enfrento su primer cuestionamiento serio con la publicación del libro de Copérnico, considerado como el inicio de la Astronomía moderna.

Galileo se apoyo en la ¨observación experimental¨, Copérnico se vio obligado a declarar que estaba proponiendo ¨una manera más sencilla de predecir las posiciones der los planetas¨, galileo tuvo que proclamar que abandonaba las teorías copernicas y fue obligado a pasar el resto de su vida en el campo.

      Las ramas de la física y su relación con otras ciencias y técnicas

La física se ha especializado en diversos campos, agrupados en tres grandes categorías: física clásica, física moderna, física aplicada cada una de ellas dividiéndose en teórica y experimental.

La física clásica: tuvo su inicio durante el periodo renacentista; su nacimiento se asocia con los trabajos de galileo y Newton. Las ramas de la física clásica incluyen a la mecánica, la óptica, la acústica, la termodinámica y el electromagnetismo. La física moderna surgió a principios del siglo XX, con el desarrollo de la teoría cuántica de Max Planck y la teoría de la relatividad de Albert Einstein, gran parte está conformada a partir de la física clásica, es más precisa incorporando  la teoría cuántica y electrodinámica cuántica.la física puede ser aplicada al estudio especifico en diferentes escalas y manifestaciones energéticas.

La interrelación de la física con otras ciencias, o cuando esta aplicada a campos particulares, origina tanto el desarrollo de disciplinas intermedias (biofísica, fisicoquímica, astrofísica, geofísica, física medica, etc.).

El estudio de la física es importante tanto por sus desarrollos conceptuales  como por sus aplicaciones tecnológicas y repercusiones sociales. Los avances científicos y tecnológicos son el resultado de la tecnología son el resultado de la colaboración intelectual de muchas personas a lo largo de la historia.

La aplicación de los conocimientos  científicos  a la solución de problemas comunes, a la generación de satisfactorios y al logro de beneficios para la salud humana

los metodos de investigacion y su reelevancia en el desarrollo en la ciencia

El conocimiento científico base de la conformación de nuestra realidad social, económica, tecnológica y ambiental. La actividad científica requiere de ciertos procesos  del pensamiento que, en mayor o medida, siempre han estado presentes   en la búsqueda de los saberes: observación, razonamiento, inducción, deducción, análisis, síntesis, exploración, creatividad, intuición, y memoria. Los métodos de investigación más utilizados en la ciencia  contemporánea son el inductivo, el deductivo, el analítico, y el sintético, correspondiéndose con la forma de razonamiento que sigue durante el desarrollo de la investigación.

Para obtener una conclusión es necesario utilizar el pensamiento; si lo que se busca  son conocimientos científicos, pero para el final de razonamiento  debe de usarcé el razonamiento. El razonamiento lógico es el razonamiento no verbal , el que se capta a través de la observación de la realidad su desarrollo habilita a los sujetos para analizar proporciones  o situaciones complejas, entender las relaciones de los hechos, encontrar las causas que lo produjeron, prever consecuencias y así poder resolver el problema de una manera coherente, tal vez como lo hacen lo científico .los antiguos griegos sistematizaron la lógica de tal manera que a partir de afirmaciones previas –llamadas proposiciones o premisas- se consiguiera una conclusión valida. En distintos momentos el método científico, la forma en que adquieren conocimientos los científicos, ha sido concebido de diferentes maneras.

Los pensadores de la antigua Grecia fueros los primeros en dar explicaciones naturales, no sobrenaturales, dando inicio a un forma  de razonamiento que podríamos llamar pre-científico. Permeados por este tipo de planteamientos, los así llamados ¨filósofos naturales¨ o ¨naturalistas¨ del primer periodo de apogeo del pensamiento griego establecieren los fundamentos de la ciencia durante este periodo denominado presocrático que duro aproximadamente 200 años se privilegia un método deductivo como medio para la búsqueda de conocimientos. El método deductivo es la primera de las posturas asumidas respecto ala forma de llevar a cabo la investigación científica. En este método de investigación de razonamiento va de lo general a lo particular.

 El segundo periodo de apogeo del pensamiento helénico llamado socrático va del 400 al 300 antes de nuestra era; en el destacan las figuras de Sócrates, platón y Aristóteles. Estos pensadores proporcionaron la búsqueda  del conocimiento a partir del método dialectico. La refutación es en este método la forma de validar la veracidad de los conocimientos.

video: métodos de investigación

las herramientas de la fisica

LAS HERRAMIENTAS DE LA FISICA

La física es una ciencia experimental que tiene como propósito descubrir las leyes fundamentales del universo a partir del estudio cuantitativo de los fenómenos naturales, se orienta a la  proposición de modelos matemáticos y a la actividad experimental  como un medio de investigación, usan diferentes auxiliares como herramientas, la fundamental y pensamiento asi como sus sentidos y los instrumentos.

video: las herramientas de la fisica

magnitudes fisicas y du medicion

Magnitudes físicas y su medición

      Magnitudes fundamentales y derivadas:

La física explica los fenómenos que aun no son comprendidos  a partir de modelos de la realidad que correspondan con resultados experimentales. La obtención del modelo matemático que describe un fenómeno en particular tiene como punto de partida un estudio cuantitativo del fenómeno de cuestión. Se denomina magnitud física a cualquier concepto físico que puede ser cuantificado y, por lo tanto, es susceptible de aumentar o disminuir. Se clasifica en magnitudes fundamentales y magnitudes derivadas. Las magnitudes fundamentales son llamadas asi por que apartir de ellas es posible definir a las derivadas. Son siente las magnitudes físicas y fundamentales.

·         Longitud

·         Masa

·         Tiempo

·         Intensidad de correspondiente Eléctrica

·         Temperatura

·         Cantidad de sustancia

·         Intensidad luminosa

Es posible obtener todas las magnitudes derivadas que hacen falta para describir científicamente casi cualquier fenómeno natural conocido en el universo. Dimensión de la cantidad a la combinación especifica de las magnitudes fundamentales.

      Medida directa e indirecta de magnitudes:

Todas las leyes experimentales conllevan, para su comprobación la medida de diferentes magnitudes se realizan dos acciones separadas: el establecimiento de un patrón, unidad y una comparación. Llamamos medición al proceso de asignar un número a una magnitud física como resultado de comprobar las veces que cabe esta propiedad en otra similar tomada como patrón y adaptar como unidad.

      Unidades fundaméntales y derivadas en el sistema internacional

Según el Buro internacional de pesos y medidas, el sistema internacional de unidades detiene las unidades fundamentales necesarias para expresar las medidas en todos los niveles de precisión en todas las aéreas de la ciencia, la tecnología y el entorno humano.

·         Unidades fundaméntales: son aquellas que para definirse necesitan de un patrón estandarizado e invariable

·         Unidades derivadas: son aquellas que se definen por medio de las relaciones matemáticas a partir de las unidades fundamentales y se utilizan para medir magnitudes derivadas.

video:Magnitudes Físicas y su Medicion

interpretacion y reprecentacion de magnitudes fisicas en forma grafica

INTERPRETACION Y REPRECENTACION GRAFICA DE LAS MAGNITUDES FISICAS EN FORMA GRAFICA

La física interpreta los resultados de las medidas de los fenómenos estudiados a partir de la búsqueda de correlaciones experimentales. Si los resultados experimentales correlacionan con las predicciones teóricas, se considera que la teoría es válida.

En un experimento suele variarse una magnitud con la finalidad de observar el efecto que se produce  sobre otra. En el metodología experimental se le llama variable independiente a factor que es cambiado o manipulado durante el experimento. En la actividad de inicio, como la elongación del resorte depende de la masa suspendida. A partir del experimento podemos encontrar la relación matemática entre dos variables, apoyándonos en el análisis, grafico.          Para construir una grafica es necesario contar con una serie de datos obtenidos a partir del experimento.

En un sistema de coordenadas, los datos correspondientes a la variable independiente se grafican en el eje horizontal o eje de las abscisas: eje de la X. los datos correspondientes a la variable  se grafican en el eje vertical o eje de las ordenadas: el eje y. A la recta que mejor  se  ajusta al conjunto de puntos experimentales se le denomina recta de regresión o ajuste. Cuando la línea de mejor ajuste es una recta existe una relación lineal entre las dos variables.

A partir del análisis grafico existe una relación  directamente proporcional entre las variables: a mayor masa suspendidas, mayor longitud de resorte. El análisis grafico es otra herramienta muy utilizada por los físicos para obtener medidas indirectas de magnitudes físicas.

Las matemáticas son el lenguaje de la física. Desde tiempos de Galileo de acostumbra expresar las leyes físicas no en forma verbal, sino como relaciones matemáticas. Galileo llego a la conclusión de que ¨las distancias que recorre un cuerpo en caída  libre son proporcionales a los cuadrados  en los tiempos que emplean en recorrerlas¨ .

Una relación de proporcionalidad es el primer paso hacia la obtención de ecuaciones como las que utilizamos actualmente en el estudio de la caída libre.

video: interpretacion y reprecentacion de magnitudes fisicas en forma grafica

tratamiento de errores experimentales

TRATAMIENTO DE ERRORES EXPERIMENTALES

Clases de errores de las mediciones

Cuando medimos una magnitud física, los resultados por diversas causas se presentan errores , debido a que los errores no pueden eliminarse totalmente, lo importante en el proceso de medición es encontrar tanto el número aproximado como la estimación del error que se comete al realizar mediciones.. es tarea del experimentador tratar. En lo posible, de minimizar los errores para obtener mediciones exactas y precisas.

Los errores e las mediciones surgen en diferentes fuentes, se debe a los malos hábitos, descuidos o faltas por el observador. Con objeto de caracterizarlos, atendiendo ala fuente del error, clasificaremos a los errores 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 también son llamados estocásticos, fortuitos o azarosos; son productos del azar o de causas que no podemos controlar.

Los valores sistemáticos son constantes son a través de un conjunto de lecturas y afectan el resultado siempre de la misma forma, no pueden eliminarse totalmente, pero su identificación  es un buen punto de partida para su eliminación y/o disminución.

Los errores aleatorios no son constantes a través de un conjunto de medidas y tiene igual posibilidad de ser positivos o negativos; es decir, si realizamos varias mediciones de una misma cantidad esta tenderán a disminuirse alrededor de un valor central que puede ser calculado: el promedio aritmético. El promedio o medida aritmética es la mejor estimación de la medida cuando, bajo las mismas condiciones, se obtienen N medidas de la magnitud X. su valor se calcula mediante la relación. siempre están presentes, no podemos eliminarlos, lo que podemos hacer es utilizar la teoría de probabilidad para establecer el grado de confianza que se tienen una medida en particular, del error promedio de las medida se calcula utilizando la fórmula para la desviación estándar. La desviación estándar es útil para describir cuando se apartan del promedio de la distribución lo elementos individuales del conjunto de N medidas es el valor de la dispersión de las mediciones respecto del promedio y también se conoce como error estadístico.

Precisión y exactitud de la medida.

Sin importar cuál sea la magnitud física o el instrumento con el que hayamos hecho una medición, cuando se efectúa una medida el resultado final no es un número exacto, si no un intervalo dentro del cual tenemos confianza de que se encuentra el valor medido. La exactitud es la descripción de que tan cerca se encuentra una medida de algún valor aceptado, de modo que un resultado será más exacto mientras menor sea el intervalo de incertidumbre de la medida, asi , toda medida debe expresarse indicando:

·         Su valor numérico

·         Su incertidumbre

·         Sus unidades

La precisión se refiere a cuan constantes son las mediciones. Dado que tus valores son constantes, tu medición es más precisa que la obediencia por su compañero. Pero esto no garantiza que el resultado sea exacto. Precisión no implica exactitud, un instrumento muy preciso puede ser inexacto.

En relación con los instrumentos de medida la mayor presión  posible se obtiene cuando se utilizan instrumentos cuya división en la escala sea la menor se llama sensibilidad de un instrumento de medida a la menor división de la escala, es la unidad de la menor de las lecturas que puede ser realizada sin estimaciones impone un límite en el numero de cifras significativas que podemos reportar en una medida determinada pues no tiene sentido reportar cifras que impliquen valores menores que  la sensibilidad del instrumento.  

Presión también se refiere  a la figura con que pueden darse los resultados, esto es, al número de cifras significativas que tenemos certeza de una medición. El número de cifras significativas es el número de dígitos que se reportan para el valor de una cantidad; sus reglas:

      I.        Todos los dígitos son significativos excepto los nueros al principio y posiblemente los ceros terminales.

    II.        Los ceros terminales a la derecha del punto decimal son significativos

   III.        Los ceros terminales a la izquierda del punto decimal pueden o no ser significativos.

Cuando es calculado, el valor de la incertidumbre debe ser redondeado de los resultados finales que solo queden sus cifras significativas,.

                COMPARACION DE LOS RESULTADOS EXPERIMETALES CON ALGUN VALOS ACEPTADO.

Si se encuentra con una estimación del “valor real”, con un valor aceptado de la magnitud física, basta con tomarla como referente para determinar el valor de la incertidumbre de la medida,. El error absoluto asociado de una medida (E_A)  se obtiene a partir de la diferencia de los valor del medio (V_m) y el valor aceptado (V_a) y de la respectiva magnitud:    E_A=V_m- V_a

En la formula  de la desviación estándar (X_n – (X)) corresponde al error absoluto de cada medida respecto del valor que en este caso se a aceptado como “verdadero”, el promedio de las mediciones.

El error absoluto experimental no proporciona una idea clara de la bondad de la medición efectuada.

Matemáticamente, el error relativo se expresa como el consiente del error absoluto  y el valor que ha sido aceptado como verdadero.

Para expresar el error relativo como un porcentaje, el valor del error relativo, se multiplica por 100 para obtener de esta manera el error relativo porcentual.

Cuando se realiza una medición es muy probable que el resultado no coincida con el “valor verdadero” de la magnitud, el resultado puede ser un poco mayor o menor que la medida real,  el llamado “valor verdadero”  es  en realidad un concepto absolutamente inaccesible, en el proceso de medición únicamente pretendemos estimar de forma aproximada el valor de la magnitud medida, después del resultado es cualquier medida y es siempre incierto y a lo más que podemos aspirar es a estimar su grado de incertidumbre.

video: tratamiento de errores experimentales

magnitudes vectoriales y escalares

MAGNITUDES Y VECTORES ESCALARES

A través de un modelo los físicos expresan como piensan que se comporta la naturaleza, es posible obtener modelos matemáticos a partir de los cuales podemos descubrir y predecir lo que ocurre con un resorte cuando se suspende de el una mesa o cuando un cuerpo se deja a partir de los modelos se obtienen conclusiones cuantitativas, lo que permite que las relaciones matemáticas puedan ser validadas corroborando el grado en el que las magnitudes medibles se ajustan a los plantados en ellas, para obtener un modelo y aplicarlo en otra magnitud del mismo tipo y contrastarlo con lo observado, los físicos se elevan en las magnitudes físicas.

Se conoce  como magnitud a todo concepto que se puede comparar y sumarse, las magnitudes se pueden clasificar en magnitudes escalares y magnitudes vectoriales, las magnitudes físicas son herramientas construidas y aceptadas por los científicos que utilizan para planear, modelar y solucionar problemas; las distintas magnitudes físicas s e dividen en físicas escalares y físicas vectoriales,.

 Las magnitudes físicas escalares se caracterizan por que quedan perfectamente determinadas cuando se expresa su cantidad mediante un numero, su unidad correspondiente, los resultados de mediciones realizadas con un instrumento de medida, como lo es la cinta métrica, son las magnitudes físicas escalares, pues se expresan con un numero y con una unida,.

 Los escalares  y la magnitudes físicas escalares pueden operarse siguiendo las reglas de la aritmética y algebra respectivamente, las magnitudes físicas escalares solo pueden sumarse o restarse entre si, cuando tienen las mismas unidades podemos multiplicar o dividir las magnitudes físicas iguales  diferentes, algunas magnitudes físicas, además de un numero requieren de la especificación de una dirección y un sentido para quedar completamente definidas, este tipo de magnitudes se les denomina magnitudes físicas vectoriales,.

 Una magnitud vectorial , es una magnitud que para especificar completamente requiere,:

        I.            Un escalar o magnitud (también se llama modulo).

      II.            Una dirección y

    III.            Un sentido

Una magnitud física vectorial es una magnitud física que además de magnitud, dirección y sentido requiere de una unidad.

 La diferencia entre magnitudes escalares y vectoriales se encuentran en la manera en que se lleva a cabo la suma en caso de operaciones con vectores es necesario tener en cuenta a demás de la magnitud, la dirección y el sentido.

 LOS VECTORES COMO HERRAMIENTA PARA LA MODELIZACION DE LOS FENOMENOS FISICOS.

 Un vector  es un segmento de recta dirigido que caracteriza por:

        I.            Un origen  o punto de aplicación: A.

      II.            Un extremo: B.

    III.            Una dirección: de la recta que lo contiene.

    IV.             Un sentido: indicado por la punta de flecha en  B.

      V.            Un modulo indicativo de la longitud del segmento: A b.

Los vectores son idealizaciones que nos permite descubrir la interacción entre los objetos y plantear algebraicamente situaciones diversas de la vida cotidiana y de las actividades científicas y tecnológicas, se ha convertido en colocar una flecha sobre el símbolo que caracteriza al vector.

La fuerza es una magnitud física vectorial, por lo que cualquier peso, empuje, carga, tensión, podemos asociarle un vector, fuerza.

Representación grafica de magnitudes físicas vectoriales

·         La resolución de problemas con vectores depende de lograr representarlos y poder cambiar de representación con la finalidad de realiza operaciones. Podemos diferenciar básicamente dos tipos de representación para los vectoriales, representación grafica y representación analítica

La representación grafica se refiere a una representación intuitiva que asocia las magnitudes vectoriales flechas de tamaños e inclinaciones convenientes, para establecer así la magnitud, la dirección y el sentido, representar una fuerza con una flecha cuyo tamaño indique su magnitud. Para representar una magnitud vectorial gráficamente primero debemos escoger una escala adecuada para representar su longitud y, posteriormente indicar, mediante un ángulo, su dirección.

La representación analística se refiere a representación de vectores mediante un numero que nos indique las propiedades del vector, de manera general, podemos decir que si trabajamos con vectores el plano para entender cómo se representan los vectores. El vector puede ser representado de las siguientes maneras:

·         Representación grafica : un vector V queda especificado dibujado una flecha de tamaño V (o una escala de la magnitud V), con la punta en el sentido adecuado.

·         Representación analítica, coordenadas polares: un vector V queda especificado mediante un ángulo.

·         Representación analítica, coordenada cartesianas: un vector V queda especificado mediante las cordenadas en el plano X , Y, la representación grafica de este punto en el plano cartesiano nos permite asociar de manera directa una flecha con la dirección y el tamaño adecuados.

Cuando el vector no inicia en el origen, necesario proporcionar las coordenadas donde se empiezan y a donde termina el vector.

Equivalencia entre las representaciones

Dependiendo del problema, la equivalencia entre las representaciones es sencilla y se lleva a cabo utilizando conocimientos que ya tenemos: el teorema de Pitágoras; el plano cartesiano y las funciones trigonométricas

     Cambio de coordenadas polares a coordenadas cartesianas:

La representación en coordenada cartesianas partir de las polares requiere que, conociendo la magnitud V y el ángulo, encontremos las coordenadas, en el plano cartesiano. En el caso de las funciones trigonométricas, al referirnos al cateto adyacente indicamos el cateto que se encuentran junto al ángulo considerado o que esta partiendo de él.

     Cambio de coordenada cartesiana a coordenadas polares:

Convertir de coordenadas cartesianas a coordenadas polares es igualmente sencillo, dadas las coordenadas necesitamos encontrar a la magnitud V, del vector y el Angulo que hace con la horizontal.

    Operaciones con vectores:

Operando las magnitudes vectoriales es posible descubrir el resultado de las interacciones, interpreta situaciones reales a partir de los conocimientos matemáticos y expresar soluciones a problemas planteados . las operaciones que realizamos con vectores con las siguientes:

·         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 a un que su dirección nunca podrá ser cambiada por un escalar.

·         Suma de vectores: la suma de vectores nos proporciona resultado, por ejemple, aplicar dos fuerzas un mismo cuerpo, a diferencia de los escalares que solo tienen una magnitud, la suma de dos vectores debe tomar en cuenta la magnitud, dirección y sentido de cada uno de ellos.

El comportamiento global del conjunto de vectores que conforman un sistema puede ser conocido mediante la suma de las contribuciones de los vectores individuales, la suma o composición de vectore es una operación que nos permite encontrar un vector único, llamado resultante.

El cambio neto de posición de esta persona (llamado desplazamiento) se representa mediante un solo vector que va del punto de partida al punto de llegada.

     Método del polígono:

El procedimiento grafico para sumar vectores que hemos presentado es el método del polígono aplicando la dirección de dos vectores únicamente, sin embargo, es posible extender la mitología, para sumar cualquier numero de vectores.

Sin importar el número de vectores a sumar, en este método de vectores resultantes se encuentra trazado un vector que valla del origen del primer vector sumado, a la punta del último vector, midiendo con regla y transportador del vector resultante es posible determinar tanto su magnitud como su dirección.

    Método del paralelogramo:

El sistema de vectores concurrentes formados únicamente por dos vectores, la resultante puede obtener gráficamente sumando los vectores mediante el método del paralelogramo.

Suma de vectores por el método de las componentes rectangulares

Cuando se requiere determinar con presión la resultante, en vez del método grafico se utiliza el método analítico, la suma de dos o más vectores pueden ser calculados convenientemente en términos de sus componentes.

video: Magnitudes escalares y vectoriales