[V101] Introducción a la Cinemática

¿Con qué otra rama de la Mecánica se complementa la Cinemática?
¿Qué conceptos previos debemos conocer para comenzar a estudiar Cinemática?
¿Existen en la vida real movimientos que se puedan analizar desde la Cinemática y sin considerar las causas que los producen?
¿Qué significa para la Física conocer el movimiento de un cuerpo?

¿Cómo resolveremos desde la Cinemática problemáticas relacionadas con el movimiento de los cuerpos?

¿Qué divisiones hacemos en la Cinemática para estudiar la geometría de los movimientos?

Complementar con:

[A006] Mecánica Clásica
[A101] Cinemática

[A101] Cinemática

La Cinemática es la rama de la Mecánica Clásica que estudia las leyes del movimiento de los cuerpos sin tener en cuenta las causas que lo producen, limitándose esencialmente al estudio de la trayectoria en función del tiempo.

Ya habíamos comentado que la Cinemática era una rama de la Mecánica Clásica [A006], ahora nos vamos a dedicar a los otros términos que aparecen en la definición y que merecen una aclaración para comenzar ordenados.

De los 3 conceptos: movimiento, cuerpo y causa, el más sencillo para entender es el de cuerpo, que para nuestro curso será todo aquello que pueda cambiar de posición [A003] en el tiempo, puede ser una pequeña partícula [A004] o un cuerpo rígido que no rota [A004], como podría ser un auto, un tren, un avión, etc., o también una nube tóxica, la luz, el sonido (ya más relacionado con nuestra futura profesión).

Otro concepto es la causa que produce un movimiento. ¿Cómo inicia su derrotero una pelota de fútbol que está apoyada sobre el césped del estadio? Gracias a una patada (parte interna del pie, 3 dedos, etc.), o sea gracias a la fuerza que recibe, fuerza que le transmite el botín o la zapatilla, que no son más que cobertores del causante de la fuerza: el pie. Al llegar a este punto sería más que conveniente repasar el concepto de fuerza, ya que la hemos mencionado varias veces: toda acción capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo, o de provocarle una deformación. Esta es una definición que traemos como conocimiento previo de la escuela secundaria, y por ahora nos alcanza, en el segundo cuatrimestre ahondaremos un poco en este concepto cuando nos sumerjamos en la Dinámica.

Complementar con:

[A006] Mecánica Clásica
[V101] Introducción a la Cinemática

El último concepto del que vamos a hablar es el de movimiento, tal vez sea el que incorpora cierta complejidad para su entendimiento.

En Mecánica el movimiento es un cambio de la posición de un cuerpo a lo largo del tiempo respecto de un sistema de referencia.

También podríamos decir que para la física conocer el movimiento de un cuerpo, significa conocer para cada instante de tiempo los parámetros de posición [A003], velocidad (todavía no la definimos) y cambio de velocidad (luego de definir velocidad veremos que el cambio de la misma es lo que determina una aceleración).

Recordemos que tanto la posición de un objeto como también su cambio de posición (desplazamiento) [A003] se pueden expresar como una ecuación en función del tiempo (ecuación horaria), y que según los casos puede ser que necesitemos un solo eje de coordenadas (ej. una herramienta que cae de una cierta altura), dos ejes de coordenadas (ej. para colgar un cuadro en una pared), o tres ejes de coordenadas (ej. ubicación de una luminaria suspendida del techo) para determinar con exactitud la posición de cualquier objeto.

Como estamos utilizando un sistema de referencia arbitrario, que elegimos a nuestro antojo (obviamente una elección inteligente será aquella que nos permita efectuar la mayor cantidad de simplificaciones), puede ocurrir que se generen posiciones negativas. Pensemos en un eje positivo hacia la derecha, entonces una posición de un auto a la izquierda del cero sería matemáticamente negativa (ej. – 3 m), pero desde el punto de vista físico necesita una interpretación. Para interpretarla supongamos que habíamos asignado el cero a la posición de un semáforo en una avenida, entonces la posición negativa del auto (desde el punto de vista matemático) tendría que expresarse físicamente como 3 m antes del semáforo. Ver otras aclaraciones en [A103].

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[V] Sistema de Referencia

Como los estudios de los movimientos se hacen en un determinado lapso de tiempo y en un determinado tramo de la trayectoria [A003], es necesario determinar donde comienza y donde terminan ese lapso y ese tramo. Para ello se establece lo que llamaremos estado inicial (posición inicial y tiempo de inicio) y estado final (posición final y tiempo final). A la diferencia de posición (final menos inicial) le llamaremos variación de la posición y la simbolizaremos con la letra griega Δ (delta mayúscula), y lo mismo haremos con el tiempo [M11:26].

Para ir armando nuestra biblioteca podemos descargar:
[Libro]  Iparraguirre, L. (2009). Mecánica básica: fuerza y movimiento

Fuentes:

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[A006] Mecánica Clásica

La Mecánica Clásica o newtoniana es la parte de la Física que estudia la relación entre el movimiento de los cuerpos y las fuerzas que actúan sobre ellos. Esta parte de la física desarrollada por Newton tuvo más de 2 siglos de vigencia, hasta que Einstein formuló la teoría de la relatividad en 1905, y a posteriori otros científicos desarrollaron la Física Cuántica.
A partir de estos hechos muchos dijeron que se produjo un cambio total de paradigmas y que había que descartar las teorías de Newton. Si bien Einstein resolvió la inconsistencia que tenía la Mecánica Clásica, también dejó otras preguntas sin resolver

Por eso parece más adecuado decir que gracias a los aportes de la Relatividad y de la Física Cuántica no se niega la validez de la Mecánica Clásica, sino que se deja circunscripta a un dominio limitado (donde la velocidad de los objetos es muy baja comparada con la velocidad de la luz, que es de aproximadamente 300.000 km/seg). Tal validez tiene que sigue siendo la base de toda la ingeniería mundial actual (exceptuando las relacionadas con los viajes espaciales).

El aporte de Newton fue realmente significativo, y el desarrollo y tratamiento matemático tan preciso, que a pesar de haberlos publicado en 1687, hoy en día se siguen utilizando en los actuales libros de Mecánica Clásica. Aunque la Mecánica se apoye fuertemente en la Matemática, no es una ciencia abstracta, sino aplicada. Además también guarda relación con ramas propias de la ingeniería como Resistencia de Materiales, Cálculo de Estructuras, etc.

Los conceptos básicos empleados en la Mecánica newtoniana son: posición, tiempo, masa y fuerza, siendo esta última de suma importancia. Como cuerpo de estudio se subdivide en distintas ramas: estática (se centra en los objetos en equilibrio), cinemática (movimiento de los cuerpos sin considerar las causas que lo provocan, también llamada geometría del movimiento) y dinámica (justamente el estudio de las causas o el origen de los movimientos).

Podríamos decir que la Mecánica Clásica reduce su estudio al dominio de la experiencia diaria, o sea a los hechos que observamos con los sentidos. Además es de fácil comprensión y puede expresarse matemáticamente con cierta facilidad, lo que permite su aplicación en una gran variedad de hechos, y en nuestro caso concreto a todas los hechos donde intervengan situaciones de higiene o seguridad laboral. También es compatible con otras ramas de la física, como la mecánica de los fluidos y la termodinámica (algunos temas veremos en Física II).

La Mecánica no solo se utiliza para describir el reposo o movimiento de los cuerpos, sino para predecir como serán, para poder evaluar sus consecuencias, y llegado el caso anticiparnos generando las medidas de prevención más adecuadas.

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[A] Concepto de Mecánica en Física

Estudio de la Mecánica en las tecnicaturas

Como se trata de una ciencia aplicada la atención tiene que centrarse no solo en la formulación matemática, sino también y fuertemente en la interpretación de los resultados, analizando las variantes y distintos efectos que podrían ocurrir. En todos los casos interesará el resultado numérico, pero también, y mucho, los procedimientos o metodologías empleados.

Los temas se deben introducir gradualmente y de forma espiralada, de manera de ir cimentando de manera efectiva los conocimientos. Al mismo tiempo los alumnos deben contar con nociones sólidas de Álgebra, Geometría, Trigonometría y Representación Gráfica, para que el aprendizaje surja de manera fluida, y los temas matemáticos no sean la causa que les hagan perder de vista el objetivo al que pretenden llegar o los desanimen en el intento.

Para esta instancia de estudio, los libros de texto son el instrumento adecuado para avanzar en el conocimiento, no pasaron de moda, siguen siendo una compilación muy bien organizada y podríamos comentar muchas razones que lo justifican. Las ediciones actuales de libros de Física también vienen conectadas a la red, presentando enlaces a videos o ejercitaciones dinámicas en la web. En la Bibliografía de Física I (que encontramos en este blog) se lista una importante cantidad de textos de uso mundial, tanto en formato papel como digitales.

Para terminar también nos referiremos a la ayuda que presentan ciertas herramientas informáticas a la hora de entender lo que estamos calculando, como ejemplo podemos citar el uso de simuladores gráficos (en la materia veremos varios creados con planillas de cálculo).
Resumiendo, se aprende Mecánica leyendo libros, resolviendo ejercicios y problemas, estudiando y reflexionando (con la guía de un profesor o tutor, o de manera independiente).

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[A]  8 razones fundamentales para estudiar de los libros

Fuentes:

Covián Regales, E. (2004). El proceso de enseñanza aprendizaje de la Mecánica de Newton en las carreras técnicas. Tesis doctoral. Universidad de León. España.

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[A005] Física en Higiene y Seguridad

La Tecnicatura Superior en Higiene y Seguridad en el Trabajo habilita a los futuros egresados para colaborar con los profesionales de grado –Licenciados o Ingenieros especializados- y aplicar las recomendaciones de Higiene y Seguridad Laboral que resulten necesarias para resguardar la salud e integridad de los trabajadores en el ámbito laboral, conociendo las exigencias legales que en materia de Higiene y Seguridad corresponden aplicarse en los distintos ambientes de trabajo. El Técnico también podrá integrar grupos interdisciplinarios para la prevención de emergencias y realizar investigaciones técnicas (peritajes) sobre las causales que podrían haber motivado un accidente de trabajo o una enfermedad profesional.
Sin lugar a dudas la profesión tiene una impronta social humanista, pero también una fuerte base técnica, es por ello que el estudio de materias como Física I, Física II, Química y Medios de Representación constituye una de las patas fundamentales de la carrera. Esto sin olvidarnos que el conocimiento general de la física se ha logrado gracias al desarrollo de las Matemáticas, por lo que podríamos considerarla como el “lenguaje” de la física, ya que el conocimiento cuantitativo de los fenómenos se describe a través de ecuaciones o generando modelos de la realidad para anticiparnos a los hechos y mejorar nuestra calidad de vida.
En el plan de estudios de la tecnicatura se extraña bastante el refuerzo matemático necesario para trabajar con más soltura en las otras áreas técnicas. En nuestro caso con cada nuevo tema de física tendremos que dedicar una parte del tiempo al repaso (o estudio) de las herramientas matemáticas que se van a utilizar.

El estudio desde la mirada de la física cobra real importancia ya que para conocer y mejorar las condiciones de trabajo, y por ende el cuidado del trabajador, necesitamos analizar o simular diversas situaciones donde irán apareciendo factores como la temperatura, humedad, iluminación, ruido, y otras. Este conocimiento implicará, entre otras cosas, mediciones y cálculos.

Pero también las condiciones en las que se realiza un trabajo repercuten en la motivación y destreza de los operarios, y si no son confortables la producción mermará, aunque se hayan seleccionado los candidatos más idóneos y tengan los mejores supervisores, tanto se trate de una tarea con la computadora o en una línea de montaje de una automotriz. Por lo tanto ese ambiente tendrá una influencia directa en la productividad, tema que será de sumo interés para los empresarios, y un argumento de mejora para los higienistas (física y economía mediante).

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[V] ¿Por qué estudiar Física?

En nuestro caso la enseñanza de la física debe generar un espacio para que la cultura científica y tecnológica posibilite las actividades propias de la profesión, favoreciendo el análisis, la creatividad y la convivencia. Debemos facilitar un ambiente de trabajo confortable y sumamente seguro para el trabajador, pero dentro de un ambiente productivo, de otra manera no tendría sentido nuestra profesión.

La materia Física I tiene sus raíces en la Mecánica Clásica, donde veremos los distintos movimientos y las causas que los provocan. En este espacio los conceptos bajarán hacia situaciones cotidianas que el futuro egresado encontrará en su trabajo diario. Para ello la práctica de la materia tendrá una doble contextualización, primero desde hechos cotidianos o familiares que el alumno trae consigo (por ejemplo el conocimiento previo basado en el movimiento de los vehículos) hasta afianzar los principios físicos, tal como se hace en instituciones educativas de cualquier parte del mundo, para finalmente contextualizar con situaciones problemáticas propias de la profesión, como en nuestro caso podría ser la caída de una pieza desde determinada altura sobre el casco de un operario, la eficacia del frenado de un auto en función del estado de los neumáticos y la calzada, etc. Para otras profesiones la primera contextualización es la misma, porque es la forma de introducir la física, pero la segunda contextualización será propia de las actividades que deba realizar, por ejemplo una enfermera deberá saber a que altura colocar la botella de suero, un ingeniero deberá calcular el tamaño de la base o zapata de un puente para que el terreno no ceda, etc.

Fuentes: 
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[A004] Partícula y cuerpo rígido

Partícula

Una partícula, un punto material, una masa puntual (o antiguamente corpúsculo) no es más que una idealización para trabajar en Física, ya que todos los objetos tienen determinadas dimensiones (microscópicas como las de un electrón, o más extensas como una partícula de polvo, humo o soldadura), por ende tiene un determinado volumen y una determinada masa.

El tema se suele simplificar pensando que una partícula es solo un objeto muy pequeño, donde se pueden despreciar sus dimensiones frente a las dimensiones del entorno.

Centro de masa (gravedad)

Anteriormente representamos la posición de un objeto mediante las coordenadas de un solo Punto [A003], pero debemos preguntarnos qué pasaría si queremos representar la posición de un auto (objeto de grandes dimensiones o también llamado objeto extenso) ¿podríamos decir que el auto está ubicado en X= 25 m? o sea que “todo” el auto está ubicado en ese punto. Todo dependerá de la aplicación que le demos, de hecho en una competencia de velocidad la posición de un auto se representa por la coordenada de la parte más frontal del vehículo, y cuando ese punto cruza la meta se decide el ganador de la carrera. De igual manera podemos analizar un gol en el fútbol, donde solo es válido si toda la pelota cruza la línea del arco, por lo que en este caso se consideran las coordenadas del punto de la parte más trasera del balón. Pero estos 2 ejemplos no dejan de ser casos muy particulares, para generalizar diremos que el punto que representa la posición de un objeto extenso es el llamado Centro de masa (Bauer; 247).

El centro de masa (CM) es el punto en el que podemos imaginar que está concentrada toda la masa de un objeto.

También debemos mencionar que si la densidad de masa de un objeto es constante, el centro de masa (o centro de gravedad) se ubica en el centro geométrico del objeto. Por lo tanto para la mayoría de objetos con los que trabajamos cotidianamente se cumple este requisito: el centro de gravedad está en el punto medio del objeto.

El centro de gravedad (CG) o centro de masa (CM) no es más que la posición promedio de la distribución del peso (Hewit; 139).  

También te puede interesar:

[M11] (González y ot.) Fisica ES.4 [2007] Cap2 (Material obligatorio)

[V] Centro de gravedad - Proyecto G

Sistema de partículas

En este caso la ubicación del centro de masa (CM) es un punto fijo relativo al sistema de objetos, y no depende de la ubicación del sistema de coordinadas que se use para describirlo.

Veamos un ejemplo para tratar de aclararlo: los contenedores de carga que se pueden transportar por camión, ferrocarril o barco, se fabrican en tamaños estándar (el más común es el ISO 20'), y para determinar el CM del sistema se deben calcular las componentes cartesianas individuales del CM de cada contenedor (conociendo las masas individuales de los 4 contenedores), y luego realizar los siguientes cálculos.

Cuerpo rígido

Es un cuerpo ideal en el que sus partículas tienen posiciones relativas fijas entre sí (no cambian en el tiempo). Esta idealización considera que los cuerpos no sufren deformaciones debido a la acción de fuerzas externas (cuando en realidad todos los cuerpos sufren deformaciones, aunque sean pequeñas o despreciables). A diferencia de lo que hacíamos en el caso de las partículas, en los cuerpos rígidos debemos considerar también sus dimensiones además de su masa. El concepto de cuerpo rígido se utiliza para realizar estudios de mecánica, sobre todo en la rotación de los cuerpos (cinemática rotacional), que no será objeto de este curso.

En futuros análisis de movimiento (variación de la posición del cuerpo en el espacio con el tiempo, sin efectuar rotaciones) será suficiente considerar a los objetos extendidos como partículas puntuales (Giancoli; 182).

Fuentes:
Bauer; Westfall (2011). Física para ingeniería y ciencias Vol 1. Ed. Mc Graw Hill. México.
Giancoli (2006). Física Vol. 1. Ed. 6°.
Hewit (2007). Física conceptual. Ed. 10°.

[A003] Distancia, trayectoria y desplazamiento

Comúnmente los términos distancia y desplazamiento se utilizan como sinónimos, aunque en realidad tienen significados diferentes, para tratar de aclararlo vamos a desarrollar una serie de conceptos.

Posición
Un objeto en movimiento ocupará una posición distinta en cada instante de tiempo. Si la posición del objeto o de la partícula se puede expresar como una ecuación en función del tiempo tendremos la llamada ecuación horaria de la partícula. Según los casos puede ser que se necesite un solo eje de coordenadas (ej. una herramienta que cae de una cierta altura), dos ejes de coordenadas (ej. para colgar un cuadro en una pared), o tres ejes de coordenadas (ej. ubicación de una luminaria suspendida del techo).

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La ecuación de posición o ecuación de trayectoria representa el vector de posición en función del tiempo.

Desplazamiento
El desplazamiento de una partícula en un intervalo de tiempo Δt es la diferencia (vectorial) entre la posición al final del intervalo y la posición inicial.
El vector que representa al desplazamiento tiene su origen en la posición inicial, su extremo en la posición final y su módulo es la distancia en línea recta entre la posición inicial y la final.

El desplazamiento es la distancia en línea recta entre la posición final y la posición inicial.

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Trayectoria

Durante el transcurso de un lapso de tiempo, una partícula en movimiento describe una curva en el espacio (curva desde el punto de vista geométrico, puede ser una recta). Esta curva se conoce como la trayectoria de la partícula.

La trayectoria es la línea que describe la partícula en su movimiento, o lo que es lo mismo, la línea formada por las distintas posiciones que va ocupando la partícula.

Leer también:

[M11] (González y ot.) Fisica ES.4 [2007] Cap2 (Material obligatorio)

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Algunas trayectorias tienen una formulación matemática muy conocida, como por ejemplo:

• Trayectoria lineal
• Trayectoria circular
• Trayectoria parabólica
• Trayectoria elíptica

Por supuesto que también existen trayectorias no tan fáciles de explicitar con ecuaciones matemáticas sencillas (ej. deambular de un borracho).

Distancia
Es la longitud recorrida según una trayectoria determinada, y se trata de una magnitud escalar.

Los valores de la distancia recorrida y el desplazamiento sólo coinciden cuando la trayectoria es una recta. En todos los otros casos la distancia siempre será mayor que el desplazamiento. Si el punto final del recorrido coincide con el punto inicial, el desplazamiento es cero o nulo, porque la partícula se encuentra en el mismo lugar del que partió, esto se llama curva o camino cerrado (ej.: una persona que da una vuelta completa a la manzana).

Por eso es importante distinguir desplazamiento y distancia recorrida, ya que si una partícula recorre una curva cerrada tendrá un desplazamiento nulo y distancia recorrida distinta de cero.

También te puede interesar:

[A]  Posición, trayectoria y ley horaria (GIE).

Fuentes:
Departamento de Física Aplicada III. Universidad de Sevilla. 

[A002] Operaciones con magnitudes físicas

Como ya sabemos la clasificación de magnitudes físicas según el sistema de unidades considera:

• Magnitudes fundamentales o básicas: se definen por sí mismas y son independientes de las demás (ej.: longitud, tiempo, temperatura, etc.).
• Magnitudes derivadas: se obtienen a partir de magnitudes fundamentales mediante expresiones matemáticas (ej.: velocidad, aceleración, trabajo, energía, etc.).

Mientras que las unidades son valores de referencia que permiten comparar las magnitudes físicas, podríamos decir que la unidad representa justamente el valor uno. De una medición siempre se obtiene como resultado una cantidad que va acompañada de su unidad de medida. Ese valor unitario de las unidades deben ser constante (independiente del tiempo y de las personas), fácil de reproducir y con vigencia universal (acuerdo científico). Además solemos utilizar múltiplos y submúltiplos de las unidades para interpretar la medición de manera más clara.

Es habitual convertir unidades de un sistema de medición a otro, ya sea para compatibilizar todo con las unidades del SI y poder comparar, o porque al realizar operaciones con distintas magnitudes físicas surja la necesidad de simplificar o agrupar las unidades, todo esto surgirá en nuestra carrera.

Otra de las clasificaciones que conocemos, precisamente la que considera la expresión matemática de las magnitudes físicas, identifica:

• Magnitudes escalares
• Magnitudes vectoriales
• Magnitudes tensoriales

Las magnitudes escalares se comportan como números reales y por tanto admiten las operaciones básicas entre números: suma y multiplicación (con sus respectivas inversas y combinaciones entre ellas).

Las operaciones que pueden efectuarse entre magnitudes vectoriales entre sí, o entre vectoriales y escalares, son más amplias y poseen propiedades específicas. En muchas ocasiones se recurre a una solución gráfica.

También te puede interesar:

[M11] (Gonzalez y ot.) Fisica ES.4 [2007] Cap2 (Material obligatorio).
[V] Magnitudes y Sistema Internacional de Unidades.

[V] 23. ESCALARES Y VECTORES.

[A] Vectores en física. Definiciones y operaciones.

.
Operaciones con magnitudes escalares

Suma: la suma de magnitudes escalares debe respetar el principio de homogeneidad dimensional, esto significa que las magnitudes sumadas deben poseer las mismas dimensiones (no se puede sumar una distancia a un tiempo), y obviamente el resultado también tendrá la misma dimensión (si sumamos Kg el resultado también estará expresado en Kg). La suma de magnitudes escalares posee las propiedades habituales: conmutativa, asociativa, elemento neutro y elemento simétrico.

Producto: en el producto de magnitudes escalares, el resultado tiene por dimensiones el producto de las dimensiones de los diferentes factores.

Si consideramos el trabajo mecánico tendremos: 

donde:   

L_F = trabajo mecánico de la fuerza F.

|F| = módulo de la fuerza que genera un desplazamiento, en el SI se mide en newton [N].

|∆x| = módulo del desplazamiento, en el SI se mide en metro [m]

α = ángulo entre F y  ∆x, el coseno es adimensional.

Por lo tanto la unidad de trabajo será el producto de la unidad de fuerza [N] por la unidad de longitud [m], o sea [N.m], que en el SI se conoce como joule [J].

Potencia: sería un caso particular del producto. Si consideramos el volumen de un ambiente, tendremos:

Vol=largo.ancho.alto

Por lo tanto la unidad de volumen será el producto de la unidad del largo del ambiente [m], por la unidad del ancho [m], por la unidad del alto [m], o sea [m.m.m] o lo que es lo mismo [m³].

Fuente:

Departamento de Física Aplicada III. Universidad de Sevilla.

[A001] Unidades de medida

Medir es importante para todos nosotros. Es una de las formas concretas en que intentamos entender el mundo, y en física este concepto resulta crucial, como también lo será en actividades relacionadas con la Higiene y la Seguridad. La medición es una de sus herramientas fundamentales de la Física.

Cuando hablamos del color de una casa o de una prenda de vestir, podemos identificarlo sin realizar una medición. Pero tenemos experiencia para reconocer que esa percepción del color es subjetiva (varía de una persona a otra), además existen patologías como el daltonismo (personas que no pueden distinguir los colores). La física soluciona esto, ya que la luz que percibimos puede describirse en términos de longitudes de onda y de frecuencias de onda. Las diferentes longitudes de onda están asociadas con diferentes colores (y esto no varía), y por supuesto cada longitud de onda puede medirse (Wilson; 2007:2). De esta manera la física acerca una solución para que la identificación de los colores sea objetiva gracias a la medición de un parámetro. Este ejemplo que comentamos será tema de estudio cuando en Higiene Laboral hablemos de la iluminación de los puestos de trabajo.

Lo que se mide son magnitudes cuantificables de objetos o fenómenos de la naturaleza (longitud, velocidad, energía, etc.). Para medir es necesaria una unidad, y una medición nos indica las veces que la unidad está contenida en lo que estamos mensurando (el ancho de una habitación será la cantidad de veces que la unidad patrón denominada metro está contenida en él, seguido de la unidad denominada metro, como por ejemplo 3,5 m).
Muchas de las magnitudes que se pueden medir están relacionadas entre sí por leyes físicas, y por ello las unidades de algunas magnitudes pueden ser expresadas como productos (o relación) de otras unidades (ej. la velocidad se mide en distancia dividida por tiempo).

Una magnitud física (escalar) está compuesta por una cantidad y por una unidad, algunas veces se utilizan como sinónimos unidad física y magnitud física, generando confusión, nosotros utilizaremos magnitud cuando hablemos de un aspecto cuantificable (ej. tiempo) y de unidad cuando tengamos una cantidad asociada (ej. 20 segundos).

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[V] Canal Encuentro: En su justa medida: ¿Qué es medir?

Antes que nada debemos definir cuales serán las unidades, y después como reproducirlas.
Un sistema de unidades es un conjunto de unidades de medida consistente, normalizado y uniforme, o dicho de otra manera, al conjunto de unidades fundamentales se lo denomina Sistema de Unidades.
Existen distintos tipos de sistemas de unidades, algunas de los cuales están en desuso. El Sistema Internacional de Unidades (SI) es el más usado en la actualidad. Sus unidades básicas son:

Toda magnitud que no se encuentre en esta tabla tendrá unidades derivadas, y podrá expresarse con una combinación matemática de una o más unidades fundamentales.
Ej. las fuerzas se medirán en newton, siendo N=Kg.m/seg²

Para cualquier unidad que utilicemos, metro para distancia o segundo para tiempo, tenemos que establecer un estándar que defina exactamente cuánto es un metro y cuánto es un segundo. Es importante que los estándares elegidos sean fácilmente reproducibles, de manera que cualquiera que necesite realizar una medición muy precisa pueda resolverlo en un laboratorio no demasiado complejo.

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[V] Sistema Internacional de Unidades
[A] INTI: Causas y consecuencias de la nueva definición del kilo y otras unidades de medida

Una de sus mayores ventajas del SI es que se trata de un sistema decimal, es decir de base 10. Esto implica que se pueden obtener unidades más grandes o más pequeñas solo multiplicando o dividiendo la base por potencias de 10. En la tabla siguiente se presenta una lista de algunos múltiplos de unidades métricas y sus prefijos correspondientes.

Tal vez resulte más familiar, por tenerlo incorporado, el uso de múltiplos de la unidad de almacenamiento de sistemas digitales (celular, disco rígido de PC, etc.), para lo cual pueden visualizar el siguiente video.

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[V] Unidades de medida de información

A lo largo de la carrera vamos a utilizar todas las unidades fundamentales y muchas derivadas, aunque en la materia Física I solo utilizaremos longitud, masa y tiempo.

Fuentes:
Wilson, J.; Buffa, A; Lou, B. (2007). Física. 6° Edición. Pearson Educación. México.
Imagen1; Imagen 2. Imagen 3.

[A451] Energía eléctrica

Cargas y corriente eléctrica

Cuando por un alambre conductor pasa electricidad durante cierto tiempo, diremos que por él circula una corriente eléctrica, o de otra manera, una corriente eléctrica es un flujo de electrones a través de un conductor. Esta corriente permite que se pueda transmitir energía eléctrica y luego transformarla en otras formas de energía o transformarla en trabajo, según nuestras necesidades. Por ejemplo podemos convertir en energía térmica, lumínica, magnética, química, etc.

Las cargas en los conductores pueden moverse con cierta libertad. La corriente eléctrica constituye un movimiento continuado de las cargas libres, que aunque no se vea puede determinarse por me-dio de experimentos.

Intensidad de corriente

Junto a la idea de movimiento de partículas, la noción de corriente eléctrica lleva asociada la de transporte de carga eléctrica de un punto a otro. La importancia de dicho transporte en términos de cantidad se expresa mediante la magnitud intensidad de corriente eléctrica que se define como la carga total que circula por el conductor en la unidad de tiempo. 

La cantidad de carga que circula por un conductor en la unidad de tiempo es la intensidad de corriente.

En forma de ecuación se puede escribir como:

    donde:   I = intensidad de corriente, se mide en Amperes [A]
q = carga eléctrica, se mide en Coulombios [C]
t = tiempo, se mide en segundos [seg]

La unidad de intensidad de corriente en el SI recibe el nombre de ampere (A) y equivale a un transporte de carga que atraviesa la sección de un conductor y que se produce a razón de 1 coulomb o coulombio (C) en cada segundo (seg), o sea: 1 A = 1 C/seg.

En un metal, en donde la corriente eléctrica es debida únicamente al movimiento de electrones, sólo el transporte de carga negativa contribuye al valor de la intensidad. 

La cantidad de carga puede expresarse en C o en cantidad de electrones:

1 C = aproximadamente a 6,241506 × 1018 veces la carga de un electrón (6,24 trillones de electrones)

[A403] Magnitudes físicas

Magnitud es toda propiedad física o química de los cuerpos que puede medirse, es decir, que puede establecerse de forma objetiva. Las propiedades que no pueden establecerse de forma objetiva, o sea las subjetivas, no son magnitudes físicas.

Ejemplos:

• La velocidad es una magnitud física porque se puede medir de forma objetiva.
• La belleza no es una magnitud física porque no se puede medir de forma objetiva, es una propiedad subjetiva, depende de cada persona.

Las magnitudes se pueden clasificar en magnitudes fundamentales y magnitudes derivadas.

1. Magnitudes fundamentales son aquellas escogidas para describir todas las demás magnitudes. Sólo siete magnitudes son necesarias para una descripción completa de la física y de la química: Longitud, Masa, Tiempo, Temperatura, Intensidad de corriente eléctrica, Intensidad luminosa y Cantidad de sustancia.
2. Magnitudes físicas derivadas son el resto de las magnitudes. Estas magnitudes se pueden expresar mediante fórmulas que relacionan magnitudes fundamentales.

La medida. Unidades

Medir una magnitud física es comparar cierta cantidad de esa magnitud con otra cantidad de la misma que previamente se ha escogido como unidad patrón. Por tanto, una unidad es una cantidad arbitraria que se ha escogido por convenio para comparar con ella cantidades de la misma magnitud.

Al igual que las magnitudes, tenemos unidades fundamentales y unidades derivadas. Unidades fundamentales son las correspondientes a las magnitudes fundamentales al igual que las unidades derivadas son aquellas con las que se miden las magnitudes derivadas.

Sistema Internacional de unidades

Cuanto más generalizado sea el uso de una unidad más útil será. El comercio y la comunicación imponen el uso de unidades universales fáciles de comprender por todos. Un sistema de unidades es aquel en el que cada magnitud física viene medida por una unidad determinada y no por otra. El sistema de unidades utilizado en gran parte el mundo es el Sistema Internacional de Unidades (S.I.). En España es el Centro Español de Metrología el organismo encargado de velar por la aplicación del Sistema Internacional de unidades. ¿Y en Argentina?

El Sistema Internacional consta de siete magnitudes y unidades fundamentales que son:

Magnitudes	Unidades del Sistema Internacional
	Nombre	Símbolo
Longitud	metro	m
Masa	kilogramo	kg
Tiempo	segundo	s
Temperatura	kelvin	K
Intensidad de corriente	amperio	A
Intensidad luminosa	candela	cd
Cantidad de sustancia	mol	mol

Sistema métrico decimal

El sistema métrico decimal fue adoptado originalmente en Francia a finales del siglo dieciocho para ser posteriormente adoptado por la mayoría de los países.

Los múltiplos y submúltiplos de las unidades del sistema métrico representan potencias de diez de la unidad básica. En principio, la representación de los múltiplos son prefijos griegos mientras que la de los submúltiplos son prefijos latinos. 

Créditos: http://platea.pntic.mec.es/pmarti1/educacion/3_eso_materiales/b_i/conceptos/conceptos_bloque_1_2.htm  

Consultado el 13/03/2013

[A949] Prefijos Sistema Internacional

Prefijos del Sistema Internacional
 

Prefijo	Símbolo	Factor
yotta	Y	1024 (un cuatrillón)
zetta	Z	1021 (mil trillones)
exa	E	1018 (un trillón)
peta	P	1015 (mil billones)
tera	T	1012 (un billón)
giga	G	109 (mil millones)
mega	M	106 (un millón)
miria	ma	104 (diez mil)
kilo	k	103 (mil)
hecto	h	102 (cien)
deca	da	101 (diez)
deci	d	10-1 (un décimo)
centi	c	10-2 (un centésimo)
mili	m	10-3 (un milésimo)
micro	µ	10-6 (un millonésimo)
nano	n	10-9 (un milmillonésimo)
pico	p	10-12 (un billonésimo)
femto	f	10-15 (un milbillonésimo)
atto	a	10-18 (un trillonésimo)
zepto	z	10-21 (un miltrillonésimo)
yocto	y	10-24 (un cuatrillonésimo)

En el caso de la informática (sistema binario) los prefijos estan referidos a potencias de 2:

k = 210 = 1.024 M = 220 = 1.048.576 G = 230 = 1.073.741.824 T = 240 = 1.099.511.627.776 P = 250 = 1.125.899.906.842.624 Créditos:  http://www.educaplus.org/formularios/prefijos_si.html

[T902] Fuerza de rozamiento

Recordemos que según las Leyes de Newton (Isaac Newton las enunció en 1687), en todo cuerpo que está en reposo o en movimiento uniforme (velocidad constante) la resultante de las fuerzas que actúan tiene valor nulo.

Empezamos nuestro planteo considerando un antiguo automóvil que se encuentra sobre una calle totalmente horizontal, y que tiene dificultades para arrancar.

Si dibujamos un diagrama de cuerpo libre, las fuerzas que consideramos son:

Peso: calculado según la expresión    P = m . g   (m: masa y g: aceleración de la gravedad).

Normal: tendrá la misma magnitud y dirección que la fuerza peso, pero sentido contrario.

Podemos pensar lo siguiente: necesariamente el auto tiene que estar en equilibrio, ya que si el "P" fuera mayor que "N" el auto se estaría hundiendo en el pavimento, e inversamente, si "N" fuera mayor que "P" el auto flotaría cual plato volador; entonces las dos únicas fuerzas que están actuando ahora (P y N) se contrarrestan, siendo nula la resultante (y de esta forma no contradecimos a Isaac, menos mal).

Bien, como no arranca, Raúl, joven propietario del vehículo, con 80 años cumplidos y carnet de conducir al día, pide ayuda a uno de sus vecinos para "empujar" a su "Nave".

En un primer intento, Franco (primer vecino en acercarse), no puede mover el auto. ¿Qué ha pasado? Si bien Franco hizo un esfuerzo (en consecuencia aplicó una fuerza) el auto no se inmutó. Raúl, con su humor característico, bajó de su asiento y miró la parte delantera, como buscando a alguien invisible que le hiciera la "contra" a Franco. A esta altura podemos pensar que Raúl sabe mucho de física, o tiene mucho sentido común.

Veamos, si se aplicó una fuerza y el auto no se desplazó, significa (nuevamente no queremos contradecir a Newton) que otra fuerza equilibró a la que ejerció Franco, fuerza que atribuiremos a alguien invisible (solo por ahora).

Franco decide buscar ayuda y llama a Lucas, entre los dos intentan, pero el auto no se mueve. Analicemos, entre los dos hicieron más fuerza que cuando estaba Franco solo, al no moverse significa que nuestro amigo invisible también hizo mayor fuerza para equilibrar el sistema.

Los dos vecinos, herido ya su orgullo, deciden esforzarse todo lo que pueden y felizmente mueven al clásico modelo '29, notando además que luego de sacarlo de su estado de reposo les cuesta un poco menos de esfuerzo mantenerlo (digamos) a velocidad constante.

Un simple análisis nos permite inferir que si el vehículo está cargado (personas o lo que quieras) nos costará más esfuerzo moverlo, y viceversa. Por lo tanto lo primero que podemos concluir es que hay alguna relación entre la fuerza que tenemos que aplicar y el peso del vehículo. También el fenómeno depende del tipo de superficie sobre la que se encuentre el auto, no es lo mismo que esté sobre pavimento (hormigón o asfalto) que sobre tierra suelta, arena, ripio, madera, acero, etc., y aquí tenemos otra conclusión, mientras más lisa y firme sea la superficie, más fácil será sacarlo del reposo.