Este documento presenta la primera semana de un curso de física sobre unidades y cantidades físicas. Se introducen conceptos como la naturaleza de la física, estándares y unidades de medida, consistencia y conversión de unidades, incertidumbre y cifras significativas, y estimaciones y órdenes de magnitud. También se describen métodos para resolver problemas de física e incluye información sobre el sistema internacional de unidades y prefijos.

1. Semana 1
Unidades y Cantidades Físicas
 La Naturaleza de la Física
 Estándares y unidades
 Consistencia y conversión de unidades
 Incertidumbre y cifras significativas
 Estimaciones y órdenes de magnitud
UNIVERSIDAD CONTINENTAL DE CIENCIAS E INGENIERÍA
FISICA I
CURSO ACADÉMICO 2011 - II
PROF. ÁNGEL AQUINO FERNÁNDEZ
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2. 1.1 La Naturaleza de la Física
La Física es una ciencia que estudia las
propiedades de la naturaleza con la
asistencia del lenguaje matemático.
La Física se encarga de las propiedades
de la materia y energía, el espacio, el
tiempo, así como sus interacciones.
Está ciencia no sólo es teórica; también
es una ciencia experimental.
Sus conclusiones pueden ser verificadas
mediante experimentos.
Además sus teorías permiten realizar
predicciones acerca de los experimentos
futuros.
Busca develar los secretos de la materia
y su formación, y también cuál es el
destino que tiene la materia, cualquiera
sea su forma, presentación, estructura,
tamaño, etc
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3. Ciencias Naturales
Física
Química Astronomía
Geología Biología
....
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4. 1.2 Cómo resolver Problemas de Física
IDENTIFICAR los conceptos relevantes: Primero, decida qué ideas de la física son
relevantes para el problema. Aunque este paso no implica hacer cálculos, a veces es la parte más
difícil. Nunca lo omita; si desde el principio se escoge el enfoque equivocado, el problema se
dificultará innecesariamente, e incluso podría llevar a una respuesta errónea.
A estas altura también se debe identificar la incógnita del problema: la cantidad cuyo valor se
desea encontrar. Podría ser la rapidez con que un proyectil choca contra el suelo, la intensidad
del sonido producido por una sirena o la fuerza de un campo magnético generado por un
electroimán. (En ocasiones, la meta será hallar una expresión matemática para la incógnita, no un
valor numérico. Otras veces, el problema tendrá más de una incógnita). Esta variable es la meta
del proceso de la resolución de problemas; asegúrese de no perderla de vista durante los cálculos.
PLANTEAR el problema: Si resulta apropiado, dibuje la situación descrita en el problema.
Con base en los conceptos que escogió en el paso de Identificar, seleccione las ecuaciones que
usará para resolver el problema y decida cómo la usará.
EJECUTAR la solución: En este paso, se “hacen las cuentas”. Antes de meterse a los cálculos,
haga una lista de las cantidades conocidas y desconocidas, e indique cuál o cuales son las
variables meta. Después, despeje las incógnitas de las ecuaciones.
EVALUAR la respuesta: La meta de la resolución de problemas en Física no es sólo obtener
un número o una fórmula; es entender mejor. Ello implica examinar la respuesta para ver qué
nos dice. En particular, pregúntese: “¿Es lógica esta respuesta?” Si la incógnita era el radio de la
Tierra y la respuesta es 6,38 cm (¡o un número negativo!), hubo algún error en el proceso de
resolución de problemas. Revise su trabajo y modifique la solución según sea necesario.
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5. 1.3 Estándares y Unidades
 La Física es una ciencia experimental.
 Los experimentos requieren mediciones cuyos resultados suelen describirse
con números.
 Un número empleado para describir cuantitativamente un fenómeno físico es
una cantidad física. Dos cantidades físicas que describen a una persona son
su peso y estatura.
 Algunas cantidades físicas son tan básicas que sólo podemos definirlas
describiendo la forma de medirlas, es decir con una definición operativa.
Ejemplos de ello son medir una distancia con una regla, o un lapso de tiempo
con un cronómetro.
 En otros casos definimos una cantidad física describiendo la forma de
calcular a partir de otras cantidades medibles. Así, podríamos definir la
velocidad media de un objeto como la distancia recorrida (medida con una
regla) entre el tiempo de recorrido (medido con un cronómetro)
 Al medir una cantidad, siempre la comparamos con un estándar de referencia
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6. Las mediciones exactas y confiables exigen unidades inmutables
que los observadores puedan duplicar en distintos lugares.
El sistema de Unidades empleado por los científicos e
Ingenieros en todo el mundo se denomina comúnmente
“sistema métrico”, pero desde 1960 su nombre oficial es Sistema
Internacional, o SI.
Por último, mencionaremos el sistema británico de unidades que
se usa sólo en Estados Unidos y otros pocos países, aunque en
casi todos está siendo reemplazado por el SI.
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7. Sistema Internacional de unidades S.I.
Magnitud Unidad Símbolo
Longitud metro m
Masa kilogramo kg
Tiempo segundo s
Intensidad de ampere A
corriente Eléctrica
Temperatura kelvin K
Intensidad candela cd
luminosa
Cantidad de mol mol
sustancia
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8. Prefijos del Sistema Internacional (SI)
10n Prefijo Símbolo Nombre Equivalencia decimal
1024 yotta Y Cuatrillón 1 000 000 000 000 000 000 000 000
1021 zetta Z Mil trillones 1 000 000 000 000 000 000 000
1018 exa E Trillón 1 000 000 000 000 000 000
1015 peta P Mil billones 1 000 000 000 000 000
1012 tera T Billón 1 000 000 000 000
109 giga G Mil millones / Millardo 1 000 000 000
106 mega M Millón 1 000 000
103 kilo k Mil / Millar 1 000
102 hecto h Cien / Centena 100
101 deca da Diez / Decena 10
100 ninguno Uno / Unidad 1
10−1 deci d Décimo 0,1
10−2 centi c Centésimo 0,01
10−3 mili m Milésimo 0,001
10−6 micro µ Millonésimo 0,000 001
10−9 nano n Milmillonésimo 0,000 000 001
10−12 pico p Billonésimo 0,000 000 000 001
10−15 femto f Milbillonésimo 0,000 000 000 000 001
10−18 atto a Trillonésimo 0,000 000 000 000 000 001
10−21 zepto z Miltrillonésimo 0,000 000 000 000 000 000 001
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10−24 yocto y Cuatrillonésimo 0,000 000 000 000 000 000 000 001 8

9. Longitud:
pulgada (“) 1” = 2,54 cm
Fuerza:
libra (lb) 1lb = 4,448 N
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10. 1.4 Consistencia y Conversión de Unidades
Magnitud Sistema Ingles a SI SI a Sistema Ingles
Longitud 1 in = 25,40 mm 1 m = 39,37 in
1 ft = 0,3048 m 1 m = 3,281 ft
1 mi = 1,609 km 1 km = 0,6214 mi
Área 1 in2 = 645,2 mm2 1 m2 = 1550 in2
1 ft2 = 0,0929 m2 1 m2 = 10,76 ft2
Volumen 1 in3 = 16,39(103) mm3 1mm3 = 61,02(10-6) in3
1 ft3 = 0,02832 m3 1 m3 = 35,31 ft3
1 gal = 3,785 L 1 L = 0,2646 gal
Velocidad 1 in/s = 0,0254 m/s 1 m/s = 39,37 in/s
1 ft/s = 0,3048 m/s 1 m/s = 3,281 ft/s
1 mi/h = 1,609 km/h 1 km/h = 0,6214 mi/h
Aceleración 1 in/s2 = 0,0254 m/s2 1 m/s2 = 39,37 in/s2
1 ft/s2 = 0,3048 m/s2 1 m/s2 = 3,281 ft/s2
Masa 1 slug = 14,59 kg 1 kg = 0,06854 slug
Fuerza 1 lb = 4,448 N 1 N = 0,2248 lb
Carga distribuida 1 lb/ft = 14,59 N/m 1 kN/m = 68,54 lb/ft
Presión o esfuerzo 1 psi = 6,895 kPa 1 kPa = 0,1450 psi
1 ksi = 6,895 MPa 1 Mpa = 145,0 psi
Momento 1 ft.lb = 1,356 N.m 1 N.m = 0,7376 ft.lb
Trabajo o energía 1 ft.lb = 1,356 J 1 J = 0,7376 ft.lb
Potencia 1 ft.lb/s = 1,356 W 1 W = 0,7376 ft.lb/s
1 hp = 745,7 W 1 kW = 1,341 hp
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11. 1.5 Incertidumbre y Cifras Significativas
La exactitud de una medición puede indicarse con el
número de cifras significativas o dando una
incertidumbre. El resultado de un cálculo no suele
tener mas cifras significativas que los datos. Cuando
sólo disponemos de estimaciones burdas como datos,
podemos estimar el orden de magnitud del resultado.
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12. Las magnitudes físicas
constituyen el material fundamental
de la Física, en función de las cuales
se expresan las leyes de la misma.
longitud, tiempo
masa, fuerza
resistividad,
velocidad,
Intensidad de campo eléctrico,
Intensidad de campo magnético, etc.
temperatura,
densidad,
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13. Magnitudes
físicas
por su origen por su naturaleza
Fundamentales Escalares
Derivadas Vectoriales
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14. Magnitud
Es todo aquello que puede ser medido
Medición
Medir
Conjunto de una magnitud dada con
Es comparar actos experimentales
otra deel fin de determinarcual se
con su misma especie, la una
asume como unidad o patrón.
cantidad de magnitud física
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15. Medir
 Medir una magnitud física significa comparar el objeto que encarna dicha
propiedad con otro de la misma naturaleza que se toma como referencia y que
constituye el patrón.
 Antiguamente, las unidades de medida que se usaban correspondían a las
partes del cuerpo del soberano de turno.
pulgada pie palma o cuarto
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16. El proceso de medición
 ¿Con qué y cómo medimos la altura del  ¿Qué características tiene la regla?
Iphone?
5 5
4 4
3 3
2 2
1 1 LUPA
cm cm
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17. Mínima división
0,1 cm
•Regla en
centímetros
•Mínima división 0,1
cm
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18. 6
5
4
•L = 4,35 cm + 0,05 cm 3
•Dos decimales
2
•Los dígitos 4 y 3 son exactos
•El dígito 5 es dudoso
1
•Tres cifras significativas (4, 3 y 5)
cm
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19. Cifras significativas
 Son todas las cifras exactas que resultan de la medición más la última
cifra que es estimada.
4,35 cm
Cifras exactas Cifra estimada
Cifras significativas
La medida tiene 3 cifras significativas
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20.  El total de cifras significativas es independiente de la posición de la coma
decimal.
Mi estatura es 1,80 m = 18,0 dm = 180 cm (3 cifras significativas)
La masa de Juan es 50,51 kg = 5,051 x 10-3 g (4 cifras significativas)
 Los ceros a la izquierda de dígitos no nulos, nunca serán cifras significativas.
El botón tiene un diámetro de 28 mm = 0,028 m = 0,000 028 km (2 cifras significativas)
 Los ceros intermedios o al final de dígitos no nulos, siempre serán cifras
significativas.
 0,00 1050 m( 4 cifras significativas)
 20 066 m (5 cifras significativas)
 5,00 0 m (4 cifras significativas)
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21. OPERACIONES CON CIFRAS SIGNIFICATIVAS
Adición y sustracción
3 577,0 m + 1,3 m + 13,5 m + 105,6 m = 3 697,4 m
3 577,0 m + 1,2699 m + 13,455 m + 105,55 m = 3 697,3 m
351 cm + 200,78 cm = 552 cm
351 cm + 200,8 cm = 552 cm
350,5 g - 200,78 g = 149,7 g
Multiplicación y división
11,2 cm x 6,7 cm = 75 cm2 (2 cifras significativas)
1 600 m /58,0 s = 27,6 m/s (3 cifras significativas)
12,50 m x 20,8 m = 260 m2 (3 cifras significativas)
1 000,75 g/ 20,5 cm3 = 48,8 g/cm3 (3 cifras significativas)
12,75 m / 0,560 s = 22,8 m/s (3 cifras significativas)
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22. Hemos subrayado la importancia de conocer la exactitud de los
números que representan cantidades físicas, pero aun una
estimación burda de una cantidad puede darnos información
útil. A veces sabemos cómo calcular cierta cantidad pero
debemos estimar los datos necesarios para el cálculo. O bien, el
cálculo podría ser demasiado complicado para efectuarse con
exactitud, así que lo aproximamos. En ambos casos el resultado
es una estimación, pero puede servirnos incluso si tiene un
factor de incertidumbre de 2, 10 o más. Tales cálculos se
denominan estimaciones de orden de magnitud.
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