Unidad_I_Introduccion_a_la_Fisica_Dawin

[Audio] Unidad I: Introducción a la Física Desarrollo académico detallado Objetivo general: introducir el lenguaje operativo de la Física (unidades, magnitudes, conversión, prefijos, vectores y lectura de gráficas) para que el estudiante pueda medir, modelar e interpretar fenómenos con rigor. 1. Sistemas de unidades 1.1. Concepto y propósito Un sistema de unidades es un conjunto coherente y estandarizado de unidades de medida para expresar magnitudes físicas. Su propósito es garantizar que una medición sea reproducible y comparable entre laboratorios, países e industrias. En Física, una ecuación solo describe el mundo si las unidades de ambos lados son consistentes. 1.2. Sistema Internacional de Unidades (SI) El Sistema Internacional (SI) es el estándar global en ciencia e ingeniería. Define siete unidades base (fundamentales) a partir de las cuales se construyen todas las unidades derivadas. Magnitud base Unidad Símbolo Longitud metro m Masa kilogramo kg Tiempo segundo s Corriente eléctrica ampere A Temperatura kelvin K Cantidad de sustancia mol mol Intensidad luminosa candela cd Convenciones de escritura (recomendación académica): (i) escribir un espacio entre el número y la unidad (por ejemplo, 5 m), (ii) no pluralizar símbolos (10 kg, no 10 kgs), (iii) respetar mayúsculas/minúsculas (N es newton; n es nano), (iv) evitar mezclar sistemas de unidades en una misma expresión sin conversión previa..

[Audio] 1.3. Otros sistemas y su relevancia CGS (centímetro-gramo-segundo): usado históricamente en algunos campos; aparece en literatura antigua. Sistema inglés/imperial: frecuente en industria y construcción; requiere especial cuidado para distinguir masa y fuerza (lbm vs lbf). 2. Magnitudes fundamentales y derivadas 2.1. Magnitud física y medición Una magnitud física es una propiedad medible de un sistema. Se expresa como: valor numérico × unidad. El valor sin unidad carece de significado físico completo. 2.2. Magnitudes fundamentales Son independientes y constituyen la base del SI. Ejemplos: longitud, masa y tiempo. 2.3. Magnitudes derivadas Se obtienen combinando magnitudes base mediante relaciones matemáticas. Cada magnitud derivada puede expresarse en unidades fundamentales (análisis dimensional). Magnitud derivada Definición/relación Unidad SI Velocidad v = Δx/Δt m/s Aceleración a = Δv/Δt m/s² Fuerza F = m·a N = kg·m/s² Presión P = F/A Pa = N/m² Energía/Trabajo W = F·d J = N·m Potencia P = W/t W = J/s Densidad ρ = m/V kg/m³ 2.4. Análisis dimensional (verificación) El análisis dimensional consiste en comprobar que ambos lados de una ecuación poseen las mismas dimensiones (L, M, T, etc.). Es una herramienta esencial para detectar errores en fórmulas y conversiones..

[Audio] Regla: si una expresión suma términos, todos los términos deben tener las mismas unidades. Si una ecuación describe una magnitud, el resultado debe tener las unidades esperadas. 3. Conversión de unidades 3.1. Principio del factor de conversión Convertir unidades es reescalar una misma cantidad física. Se hace multiplicando por factores equivalentes a 1 (fracciones de unidades) de manera que las unidades se cancelen algebraicamente. 3.2. Procedimiento sistemático 1. Escriba la magnitud con su unidad original. 2. Multiplique por factores de conversión equivalentes a 1, elegidos para cancelar la unidad original. 3. Cancele unidades y opere los números. 4. Verifique el orden de magnitud (si el resultado luce absurdo, revise el factor). 3.3. Ejemplos guiados Ejemplo 1: 72 km/h a m/s. 72 km/h × (1000 m/1 km) × (1 h/3600 s) = 20 m/s. Ejemplo 2 (con potencias): si 1 m = 100 cm, entonces 1 m² = 10⁴ cm² y 1 m³ = 10⁶ cm³. Nunca convierta áreas o volúmenes como si fueran longitudes. 3.4. Errores frecuentes Olvidar convertir todas las magnitudes involucradas (por ejemplo, convertir solo longitud y no tiempo). Confundir prefijos (M vs m) o escribir símbolos incorrectos. No elevar al cuadrado o al cubo el factor cuando la unidad está en potencia (m², m³). Mezclar sistemas (SI e inglés) sin conversión intermedia. 3.5. Ejercicios propuestos Convertir 250 cm a m..

[Audio] Convertir 3.6×10⁵ mm a km. Convertir 2.5 m² a cm². Convertir 90 km/h a m/s. Convertir 5.0 g/cm³ a kg/m³. 4. Prefijos de unidades comunes 4.1. Definición y uso Los prefijos indican potencias de 10 aplicadas a una unidad base para representar valores muy grandes o muy pequeños de forma compacta y legible. 4.2. Tabla de prefijos frecuentes Prefijo Símbolo Factor giga G 10⁹ mega M 10⁶ kilo k 10³ mili m 10⁻³ micro μ 10⁻⁶ nano n 10⁻⁹ pico p 10⁻¹² 4.3. Reglas y advertencias Mayúsculas y minúsculas importan: M (mega) no es lo mismo que m (mili). Evite ambigüedades: 'm' puede ser metro o mili- según el contexto (mV = milivolt; m = metro). En reportes, mantenga unidades consistentes dentro de una misma tabla o gráfica..

[Audio] 5. Vectores 5.1. Definición y clasificación Un vector es una magnitud que posee módulo (tamaño), dirección y sentido. En Física, fuerzas, velocidades, desplazamientos y aceleraciones son vectores. En contraste, masa, temperatura y tiempo son escalares. 5.2. Representación y notación Notación: A⃗, v⃗, F⃗ o en negrita (A, v, F). Módulo: |A⃗| o A. Un vector puede trasladarse paralelamente sin cambiar su significado físico (equivalencia por traslación). 5.3. Componentes cartesianas En el plano: A⃗ = Ax î + Ay ĵ. Si A tiene módulo A y forma un ángulo θ con el eje x: Ax = A cosθ, Ay = A sinθ. El módulo se recupera con A = √(Ax² + Ay²). 5.4. Suma, resta y multiplicación por escalar Método analítico: Rx = Ax + Bx, Ry = Ay + By. Luego R = √(Rx² + Ry²). Multiplicación por escalar: C⃗ = kA⃗. El módulo escala por |k|; si k es negativo, invierte el sentido. 5.5. Producto escalar (introducción) El producto escalar se define como A⃗·B⃗ = AB cosφ y también como AxBx + AyBy (+ AzBz). Aplicación típica: trabajo mecánico W = F⃗·d⃗. 5.6. Errores típicos en vectores Sumar módulos en lugar de sumar componentes. Confundir el ángulo de referencia (medir θ desde y y usar cos/sin como si fuera desde x). Ignorar signos (cuadrantes) al calcular componentes o ángulos..

[Audio] 6. Gráficas 6.1. Propósito de una gráfica en Física Las gráficas permiten representar relaciones entre variables, identificar tendencias, extraer parámetros (pendiente, intercepto, áreas) y validar modelos teóricos con datos experimentales. 6.2. Componentes obligatorios Ejes con nombre de variable y unidad (por ejemplo, v (m/s) vs t (s)). Escala adecuada (lineal o logarítmica) y rango que muestre el fenómeno sin distorsión. Puntos experimentales y, si aplica, curva teórica o ajuste. Leyenda cuando hay más de una serie de datos. 6.3. Interpretación física: pendiente, intercepto y área Pendiente: m = Δy/Δx. Suele representar una razón de cambio (por ejemplo, en x vs t, la pendiente es v). Intercepto: valor inicial u offset (por ejemplo, en x(t), el intercepto puede ser x0). Área bajo la curva: representa acumulación; por ejemplo, el área bajo v(t) entrega el desplazamiento. 6.4. Tipos de gráficas más frecuentes en Física Lineal (recta): y = mx + b. Ejemplos: Ley de Hooke (F vs x), Ley de Ohm (V vs I). Cuadrática (parabólica): y = ax² + bx + c. Ejemplo: x vs t en MRUA. Inversa (hiperbólica): y = k/x. Ejemplo: P vs V en procesos isotérmicos idealizados. Inversa cuadrática: y = k/x². Ejemplos: gravitación y ley de Coulomb (F vs r). Exponencial: y = A e^(kx). Ejemplos: decaimiento, carga/descarga en circuitos RC. Logarítmica: y = A ln(x) + B. Aparece en ciertos modelos de crecimiento lento. Senoidal/periódica: y = A sin(ωt + φ). Ejemplos: MAS, ondas, CA..

[Audio] Por tramos (piecewise): comportamiento con cambios de régimen (por ejemplo, v(t) con segmentos). Histograma y barras (en laboratorio): histogramas para distribución de medidas; barras para comparar condiciones. 6.5. Gráficas semilog y log-log (linealización) Muchas relaciones no lineales se linealizan para estimar parámetros: (i) exponenciales con semilog (graficar ln(y) vs x), (ii) leyes de potencia con log-log (graficar log(y) vs log(x); la pendiente representa el exponente). 6.6. Ejercicios de lectura de gráficas En x vs t, ¿qué significa una pendiente negativa? En v vs t, ¿qué significa que el área neta sea cero? En F vs x (Hooke), si la pendiente es 250 N/m, ¿cuál es k? En una gráfica log-log con pendiente 2, ¿qué tipo de relación y(x) sugiere? Fin de la Unidad I. Recomendación: antes de avanzar a cinemática, asegure dominio de (i) conversión, (ii) análisis dimensional y (iii) componentes vectoriales; estos tres temas explican la mayoría de errores en los primeros parciales..