Conceptos Fundamentales de Física: Magnitudes, Vectores y Óptica

Fundamentos de la Medición y Magnitudes

Medición: Característica que se va a medir.

Unidad de medida: Es la forma en la que expresamos una magnitud.

Errores en la medición: Pueden ser del instrumento, del observador, errores aleatorios e incertidumbre.

Sistema Internacional de Unidades (SI)

Las unidades fundamentales incluyen: tiempo, longitud, masa, cantidad de sustancia, temperatura, corriente eléctrica e intensidad luminosa.

Magnitudes Fundamentales

• Longitud: Metro
• Tiempo: Segundo
• Masa: Kilogramo
• Temperatura: Grado centígrado (Celsius) / Kelvin

Vectores y Operaciones Matemáticas

Vector: Se define por su magnitud, dirección y sentido.

Magnitud del vector: Se calcula mediante la suma de los componentes (a y b) al cuadrado y su respectiva raíz cuadrada.

Suma de vectores: Se utiliza para casos donde intervienen funciones trigonométricas.

Cálculo de componentes (fix1 y fix2):

• Componente X: x = r · cos(θ)
• Componente Y: y = r · sen(θ)

Ejemplo: Para 50u con un ángulo de 70°, se calcula 50u · cos 70° y 50u · sen 70°. El resultado se suma junto con los otros valores obtenidos de la misma manera, se elevan al cuadrado, se les extrae la raíz y el ángulo theta (θ) se obtiene con la fórmula: θ = tan⁻¹(fy / fx).

Mecánica: Equilibrio, Trabajo y Energía

Equilibrio

Existe equilibrio cuando no hay movimiento y la suma de todas las fuerzas es igual a cero.

Fuerza equilibrante: Es la fuerza que permite equilibrar a todo el sistema mecánicamente; posee la misma magnitud que la fuerza resultante pero en sentido opuesto.

Momento de una fuerza: Es el producto de la fuerza aplicada por la distancia con respecto a un punto de giro o eje.

Equilibrio rotacional: Se presenta cuando la suma de todos los momentos es igual a cero.

Conceptos de Movimiento y Energía

• Partícula: Es el objeto de estudio de un análisis numérico.
• Trayectoria: Conjunto de todas las posiciones donde ha estado la partícula en un intervalo de tiempo.
• Trabajo: Es el esfuerzo realizado para mover un objeto y se expresa como el producto de la fuerza por el desplazamiento.
• Potencia: Trabajo realizado por una unidad de tiempo.
• Energía: Capacidad y propiedad de un cuerpo para realizar un movimiento.

Óptica y Fenómenos Luminosos

Óptica: Estudio enfocado principalmente en los fenómenos luminosos.

Clasificación de Espejos y Lentes

• Espejos: Pueden ser planos y esféricos (cóncavos y convexos). Un espejo es una superficie lisa y pulida que refleja la luz.
• Lente convergente: Son aquellos que son más gruesos en el centro que en los bordes.
• Lente divergente: Son aquellas que son más gruesas en los bordes que en el centro.

Propiedades de la Luz

• Cuerpo luminoso: Objeto que emite luz propia.
• Traslúcidos: Dejan pasar parte o la totalidad de la luz que incide sobre ellos.
• Opaco: No emite luz propia y no deja pasar la luz a través de él.
• Sombra: Resultado de la propagación de la luz en línea recta.
• Siembra: Perímetro de la sombra.
• Reflexión: Cambio de dirección de los rayos luminosos en el mismo medio de propagación a partir de un plano.
• Difracción: Fenómeno de movimiento ondulatorio en el que una onda de cualquier tipo se extiende después de pasar junto al borde de un objeto.
• Interferencia: Fenómeno que observa cómo se comportan las ondas de luz al presentarlas en diferentes situaciones.
• Ley de Snell: Permite hallar cualquiera de las cuatro incógnitas que intervienen en la fórmula para calcular el ángulo de refracción de la luz.

Física Moderna y Grandes Científicos

• Gauss: Aportaciones en física por modelos de ondas electromagnéticas.
• Faraday: Ley de inducción; observó dependencias eléctricas y magnéticas.
• Ampère: Observó la dependencia en el campo magnético y eléctrico.
• Planck: Mecánica cuántica y qubits.
• Michelson: Refutó la idea del éter.
• Einstein: Efecto fotoeléctrico; establece que toda energía que es absorbida por un sistema tiende a salir.
• Spin: Se refiere a una propiedad física de las partículas subatómicas por la cual toda partícula elemental tiene un momento angular intrínseco de valor físico.