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Física I

Curso 2020

Primer semestre - Turno B

Prof: Dr. Diego RosalesJTP: Dra. Martina GambaAyudantesdiplomados: Ing. Gastón Santoiani

Ing. Fernando Ruíz DíazAyudante alumno: Paula López

Docentes del curso

Organización de la cátedra

El desarrollo del curso está estructurado en:

Página de la cátedra:http://www.ing.unlp.edu.ar/catedras/F0303

Página personal con las teorías:https://diegorosalesphys.wordpress.com/

● Módulos teórico-prácticos

● Trabajos de laboratorio

Organización de la cátedra

Laboratorios:

● la realización de los laboratorios es requisito para aprobar la materia.

● cada grupo debe concurrir al laboratorio de acuerdo a un cronograma, en el horario y en el día fijado para dicho grupo.

● para poder realizar los laboratorios al inicio del mismo se deben aprobar unas preguntas sobre el desarrollo de la experiencia.

● se deben realizar informes grupales que se entregarán para su corrección y visado a los docentes encargados de los laboratorios.

Organización de la cátedraMódulos teórico prácticos:

Se desarrollan los contenidos conceptuales de la materia y se realiza ejercitación.El contenido de la materia abarca:

Módulo I Dinámica y cinemática de la partículaDinámica de los sistemas de partículasTrabajo y energía y Principios de conservaciónMecánica de los cuerpos rígidos (Momento de inercia y rotación con respecto a un eje fijo)Principios de conservación

Módulo IIMecánica de los cuerpos rígidos (Rototraslación) Principios de conservación Cuerpos deformables, mecánica de los fluidos, Ondas. Introducción a la termodinámica.

● Los módulos teórico-prácticos se desarrollan en dos clases semanales.

● Las clases consisten en la aclaración y profundización de los conceptos fundamentales.

● Los alumnos deben leer previamente el tema en la bibliografía entregada por la cátedra.

● La guía de las clases contiene experiencias, análisis de situaciones y problemas orientados a

facilitar la adquisición de conceptos específicos y a su manejo en distintos contextos.

Sistema de evaluación

El sistema de evaluaciones responde al siguiente esquema:

● Completado el módulo I, hay un período de tres semanas en el que se tomará la correspondiente evaluación y su recuperación.

● Completado el módulo II, en las siguientes tres semanas se tomará la correspondiente evaluación y su recuperación .

● La aprobación requiere para cada módulo la obtención de al menos un cuatro (4).

● Les alumnes que hayan desaprobado sólo uno de los módulos podrán presentarse a la fecha especial de recuperación (flotante) que se fija al final del curso y antes de cerrar las actas.

● La nota de cada módulo que se empleará para determinar la promoción, aprobación del curso o desaprobación del mismo será la obtenida para cada módulo en la última de las fechas a la que se hayan presentado.

Sistema de evaluación

Evaluaciones, calificaciones, aprobación de la cursada y promoción

● Para presentarse a las evaluaciones tiene que estar inscripto en el correspondiente turno en el SIU.

● Las evaluaciones consistirán en la presentación de una serie de situaciones que el alumno/a deberá analizar indicando claramente los conceptos físicos subyacentes. En las evaluaciones todo resultado que no esté sustentado por el fundamento teórico correspondiente (justificación) será considerado con la mitad del puntaje que el profesor/ra hubiese asignado a dicha situación.

● PROMOCIÓN*: Les alumnes que al finalizar el curso estén en condiciones administrativas reglamentarias, que hayan aprobado ambos módulos con un promedio de seis puntos o más y aprobado los trabajos de laboratorio aprueban la materia por promoción.

● APROBACIÓN*: Les alumnes que hayan aprobado los trabajos de laboratorio, aprobado ámbos módulos pero menor que seis puntos como calificación final (y los que hayan obtenido seis o más puntos pero no estén en condiciones reglamentarias de promocionar la materia) aprueban la cursada y deberán rendir un examen final.

Sistema de evaluación

● Fecha evaluación módulo I: 30 de Abril

● Fecha recuperación módulo I: 14 de Mayo

● Fecha evaluación módulo II: 2 de Julio

● Fecha recuperación módulo II: 16 de Julio

● Fecha especial de recuperación: 6 de Agosto

Fechas de evaluaciones parciales

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Clase 1

BILBIOGRAFÍA:

Resnick R., Halliday D. & Krane K.:1993, Física, Vol. 1 (cuarta edición)

Alonso M. & Finn E., Física, (1995)

Tipler, P. A.: 1993, Física (tercera edición)

Temas a desarrollar:

● Modelo de partícula

● Sistemas de referencia

● Sistemas de coordenadas

● Velocidad y aceleración

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¿Qué es la Física?

Al principio para el hombre sus únicas fuentes de información fueron sus SENTIDOS

● La luz (visión)

● El sonido (audición)

● El calor (sensación física)

● Experiencias con electricidad

y magnetismo

● El movimiento de los objetos

(más común)

Óptica

Acústica

Termodinámica

Electromagnetismo

Primera en desarrollarse: Movimiento de planetas

Mecánica Clásica

Mecánica

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¿Qué es la Mecánica Clásica?

El estudio matemático del movimiento de los objetos macroscópicos y las fuerzas que los afectan se denomina mecánica clásica. La mecánica clásica también es conocida como mecánica newtoniana porque casi todo el estudio se basa en el trabajo de Isaac Newton.

Aunque es la rama más antigua de la física, el término "mecánica clásica" es relativamente nuevo. Poco después de 1900, una serie de revoluciones en el pensamiento matemático dieron origen a nuevos campos de investigación: la mecánica relativista para los fenómenos que ocurren a velocidades muy grandes(?), y la mecánica cuántica para los fenómenos relacionados con los muy pequeños(?).

Galileo Galilei (1564-1642) Aristóteles (384-322)a.c.

Tycho Brahe (1546-1601) Johannes Kepler (1571-1630)

Sir Isaac Newton (1642-1727)

Fundó las bases de la mecánica clásica

“Philosophiæ naturalis principia mathematica”

El problema del movimiento de los objetos...

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¿Qué es la Mecánica Clásica?

La Mecánica Clásica se desarrolla a partir de tres premisas que resultan bastante “intuitivas”, y que serían cuestionadas después por la cuántica y la relatividad:

● Existe un espacio tridimensional, independiente del observador y de los objetos que lo ocupan, que cumple la geometría euclidiana.

● Existe un tiempo, independiente del observador y los objetos que sufren su paso, que transcurre de manera idéntica en todos los puntos del Universo.

● Es posible medir las magnitudes anteriores con una precisión arbitrariamente alta.

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Definiremos los siguientes conceptos:

1) Sistema bajo estudio

2) Sistema de referencia

3) Sistema de coordenadas

4) Sistema de unidades

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Porción del universo que aislaremos para su estudio (1 o más partes)

1- Sistema de estudio

Frontera

Las interacciones entre dos porciones del

universo se producen a través de la frontera

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Porción del universo que aislaremos para su estudio (1 o más partes)

1- Sistema de estudio

Las interacciones entre dos porciones del

universo se producen a través de la frontera

Frontera

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Modelo de partícula “masa puntual”, cuerpo concentrado en un único punto

La elección del modelo debe adecuarse a los objetivos delanálisis de una situación particular.

● La tierra● Un mosquito● Una silla● Una avión● Una ciudad● Una galaxia

Es aplicable al caso en el que el desplazamiento o velocidad de un punto del móvil representa completamente a la totalidad del mismo.

Modelos

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Sistemas de partículas: dij variables en el tiempo

Modelos

Cuerpo rígido: dij constantes en el tiempo, en traslación o

rotación

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Dado que nuestro objetivo es describir el movimiento y sus causas, lo primero que es esencial comprender es el hecho de que el movimiento es relativo.

¿estás ahora mismo moviéndote, o en reposo?

2- Sistema de referencia11

Dado que nuestro objetivo es describir el movimiento y sus causas, lo primero que es esencial comprender es el hecho de que el movimiento es relativo.

¿estás ahora mismo moviéndote, o en reposo?

Nos movemos a 1600 km/h alrededor del eje de nuestro planeta (en el ecuador).

Nos movemos alrededor del Sol dando una vuelta cada año a una velocidad de 100 000 km/h.

Nos movemos junto con el sistema solar alrededor del centro de la Vía Láctea dando una vuelta más o menos cada 225 millones de años a una velocidad de unos 800 000 km/h.

2- Sistema de referencia12

Entonces siempre tendremos que elegir un marco de observación o sistema de referencia desde el que describiremos las situaciones estudiadas.

Un sistema de referencia es un marco de observación concreto respecto al que

describimos el movimiento de las cosas.

Veremos más adelante que hay algunos en los que las leyes de la Física toman una forma más simple que en otros.

Cualquier descripción del movimiento se hace respecto a un sistema de referencia concreto y que, antes de empezar a estudiar cualquier movimiento, debemos tener claro cuál es el sistema de referencia que estamos usando.

2- Sistema de referencia13

¿Desde dónde se observa un fenómeno?

Los sistemas de referencia están condicionados al marco teórico elegido

Dentro del tren ...

Desde la estación

2- Sistema de referencia14

2- Sistema de referencia15

3- Sistema de coordenadas

En un sistema de referencia dado, hacemos medidas de la posición y de los desplazamientos creando un sistema de coordenadas de alguna clase. El sistema de coordenadas es una herramienta matemática para realizar mediciones.

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Un sistema de coordenadas no es más que la elección arbitraria de un conjunto de variables matemáticas que describen el movimiento.

Un mismo sistema de referencia puede describir un movimiento utilizando varios conjuntos de coordenadas diferentes:

● coordenadas cartesianas ( )● coordenadas polares ( )● cualquier otro tipo de coordenadas

punto

punto

3- Sistema de coordenadas17

4- Sistema de unidades¿Qué busca la ciencia? describir la naturaleza

Método científico:

Observación Postulados de teorías contrastación de predicciones

Esencial MEDIR y comparar resultados.

Pero, ¿qué es medir?: técnica por medio de la cual asignamos un “NÚMERO“ a una “PROPIEDAD” física como resultado de una COMPARACIÓN.

Antes de medir debemos seleccionar una UNIDAD para cada cantidad a medir

Cantidades: tiempo, longitud, masa,corriente eléctrica, temperatura, cantidad de materia, intensidad lumínica.

Sistema internacional (SI):

Longitud: [L]=m; masa: [M]= Kg, tiempo [t]=s

Otras cantidades:[A]=[L]²; [p]=[M]/[L]³, [v]=[L]/[t]

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En resumen:

¿cuáles son los pasos a seguir?

1) Identificar el sistema de estudio

Ej1: Caída del borrador

Ej2: Borrador sobre la mesa

2) Modelizar/realizar aproximaciones

(por ahora modelo de partícula)

Ej1: caída del borrador (gira?, aire?)

3) Describir el movimiento de la “partícula”

a) Elegir sistema de referencia: ¿Dónde estamos parados?

b) Elegir sistema de coordenadas: podemos definir vectores posición

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Vector posición

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Vector desplazamiento

Vector desplazamiento

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Magnitudes cinemáticas: Velocidad

Vector desplazamiento

Velocidad media

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Magnitudes cinemáticas:Velocidad instantánea

La dirección de la velocidad instantánea ( ) en el instante t1 coincide con la

tangente a la curva en el punto P1, apuntando en la dirección del movimiento de

la partícula.

P1

P2

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Magnitudes cinemáticas:Aceleración media

Aceleración instantánea

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Variables cinématicas en diferentes sistemas de referencia

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Variables cinématicas en diferentes sistemas de referencia

S

S’

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Velocidad relativa

SS’

Velocidad del punto P según “S”

Velocidad relativa entre S y S’

Ley de transformación de velocidades de Galileo

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Ejemplo

S

x

y

O

S’

O’

Si el movimiento es sólo en el eje “x”:

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Calculamos la aceleración en los sistemas O y O’

Aceleración:

pero

Velocidad:

Las aceleraciones observadas desde marcos de referencia que se mueven con velocidad relativa constante tanto en modulo como en dirección

¡son iguales!

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Definidas las magnitudes cinemáticas (posición, velocidad y aceleración) estudiaremos las leyes que reacionan estas cantidades con los conceptos de masa y fuerza

● Veremos que la aceleración es fundamental en el comportamiento dinámico de un objeto (leyes de Newton).

● En los marcos de referencia S y S’ se mueven a una velocidad relativa constante (módulo y dirección) todos los observadores hallan la misma aceleración de una partícula:

marcos de referencia INERCIALES

Dinámica: estudio de las causas del movimiento

Hasta ahora sólo presentamos las variables cinemáticas

Ahora estudiaremos la ...

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