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Timestamp: 2020-02-17 00:34:28+00:00

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Física General | Héctor Pérez Montiel | download
Main Física General
Edition: 1ra ed Ebook
ISBN 13: 978-607-744-063-5
File: PDF, 170.62 MB
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a cuarta edición revisada de Física general, de Héctor Pérez Montiel, es una obra
completa y totalmente renovada y corregida, que te brinda excelentes recursos
para el aprendizaje de los principales conceptos, teorías y leyes de la Física.
Todos los ejemplos presentados en el libro, te acercan al estudio de la Física a través de
situaciones y problemas cotidianos que enfrentas en la vida real, lo que te posibilitará
una mayor comprensión del mundo que te rodea. Además, el diseño de sus interiores a
todo color, incluye nuevas ilustraciones y fotografías que enriquecen la obra y la hacen
Cada una de las unidades que integran al libro se hace acompañar de una breve introducción, que te ayudará a valorar la importancia que tiene el estudio de cada uno de los
temas, presenta también numerosos ejercicios y actividades experimentales para reforzar
la teoría, un resumen orientado a destacar los aspectos más relevantes de la materia y
al final se incluye una autoevaluación, que proporciona, al resolverla correctamente, la
seguridad de haber asimilado el conocimiento.
Se pretende que esta obra se convierta en un apoyo fundamental y herramienta óptima
para los profesores de la asignatura y ofrezca a los alumnos un texto que cumpla con sus
Esperamos que este libro resulte una experiencia agradable y fructífera dentro de tu
Esta publicación cuenta con recursos académicos en línea
ISBN: 978-607-438-184-9
Supervisión de producción: Miguel Ángel Morales Verdugo
Diagramación: Juan Castro Salgado
Fotografías: Júpiter Images Unlimited
Ilustraciones: Jorge Antonio Jiménez / Gustavo Vargas Martínez / Carlos Enrique León Chávez
© 2014 Héctor Pérez Montiel
© 2014 GRUPO EDITORIAL PATRIA, S.A. DE C.V.
ISBN ebook: 978-607-744-063-5
ı Definición de la Física............................................. 4
ı Historia de la Física................................................. 5
ı División de la Física................................................. 6
ı Concepto de ciencia................................................7
ı Ciencias formales y ciencias factuales..................7
Ciencias formales ............................................... 7
Ciencias factuales . ............................................. 7
ı Juicios deductivos e inductivos . ...........................7
ı El método científico en la construcción
de la ciencia............................................................. 8
Características del método científico............... 8
Método científico experimental....................... 9
ı Actividad experimental 1:
Obtención de una ley física.............................10
ı Actividad experimental 2:
Caída libre de los cuerpos................................11
ı Resumen.................................................................12
ı Autoevaluación.......................................................12
ı Coevaluación..........................................................13
ı Glosario....................................................................13
ı Estadística elemental en el análisis
de mediciones ......................................................30
Actividad experimental 3:
Medición de longitudes con el vernier
y el palmer o tornillo micrométrico...................32
ı Resumen................................................................34
ı Autoevaluación......................................................35
ı Coevaluación.........................................................36
ı Glosario...................................................................36
ı Características de un vector................................40
 ómo establecer la escala de un vector............40
ı Vectores coplanares, no coplanares,
deslizantes y libres.................................................41
ı Sistema de vectores colineales............................41
ı Sistema de vectores concurrentes
o angulares..............................................................41
ı Resultante y equilibrante
de un sistema de vectores ..................................42
ı Propiedades de los vectores...............................42
340Igualdad de dos vectores...............................42
ı Definiciones de magnitud, medir
y unidad de medida................................................16
Magnitud ............................................................. 16
Medir .................................................................... 16
Unidad de medida ............................................. 16
ı Desarrollo histórico de las unidades de medida
y de los sistemas de unidades..............................16
Sistema Métrico Decimal................................ 17
Sistema Cegesimal o CGS .............................18
Sistema MKS ...................................................18
Sistema Internacional de Unidades (SI).......18
ı Magnitudes fundamentales y derivadas...............19
ı Sistemas de Unidades Absolutos .......................19
ı Sistemas de Unidades Técnicos
o Gravitacionales....................................................21
ı Transformación de unidades
de un sistema a otro..............................................22
ı Ecuaciones y análisis dimensionales.................26
ı Medición de diferentes magnitudes
con métodos directos e indirectos...................... 27
ı Análisis de errores en la medición...................... 27
Causas de error en las mediciones . ............28
Cuantificación del error
en las mediciones...........................................28
Adición..............................................................42
Negativo de un vector....................................42
Ley conmutativa de la adición
de vectores......................................................42
Propiedad de transmisibilidad
del punto de aplicación..................................42
Propiedad de los vectores libres...................43
ı Suma de vectores.................................................43
 omposición y descomposición rectangular
de vectores por métodos gráficos......................45
Solución por el método gráfico y analíticos......45
Solución por el método analítico...................46
ı Vectores unitarios.................................................49
ı Suma de dos vectores angulares
o concurrentes.......................................................50
Método gráfico................................................50
Método analítico..............................................50
ı Suma de más de dos vectores
concurrentes o angulares....................................53
Método gráfico del polígono..........................53
ı Método del triángulo ............................................55
ı Producto de un vector por un escalar.................56
ı Producto escalar de dos vectores . .................... 57
ı Producto vectorial de dos vectores.................... 57
ı Actividad experimental 4:
Equilibrio de fuerzas colineales y de
fuerzas angulares o concurrentes................ 58
ı Resumen................................................................60
ı Autoevaluación.......................................................61
ı Coevaluación.........................................................62
ı Glosario...................................................................63
ı Importancia del estudio de la cinemática...........66
ı Concepto de partícula material en movimiento
e interpretación de su trayectoria...........................66
ı Sistemas de referencia.........................................66
o coordenadas rectangulares ....................... 67
Localización de una partícula en el espacio
utilizando un vector de posición ................... 67
ı Distancia, desplazamiento, velocidad
y rapidez...........................................................68
Distancia y desplazamiento . ........................68
Velocidad y rapidez.........................................68
ı Movimiento rectilíneo uniforme (MRU)................ 70
ı Velocidad media . .................................................. 71
ı Velocidad instantánea ......................................... 73
ı Interpretación de gráficas de la magnitud
de desplazamiento-tiempo
y magnitud de la velocidad-tiempo..................... 74
ı Aceleración y movimiento rectilíneo
uniformemente acelerado (MRUA)..................... 78
Aceleración...................................................... 78
acelerado (MRUA).......................................... 79
Aceleración media.......................................... 79
Aceleración instantánea................................ 79
Gráficas de magnitud del
desplazamiento-tiempo, magnitud de
desplazamiento-tiempo al cuadrado, magnitud
de lavelocidad-tiempo y magnitud de la
aceleración-tiempo, para el MRUA............... 79
utilizadas en el MRUA......................................81
Caída libre de los cuerpos y tiro vertical.......86
Efectos ocasionados por la resistencia
del aire sobre los cuerpos durante
su caída............................................................ 87
ı Tiro parabólico.......................................................90
Tiro parabólico horizontal..............................90
Tiro parabólico oblicuo....................................91
ı Movimiento circular...............................................95
Ángulo..............................................................96
Radián..............................................................96
Vector de posición y desplazamiento
angular..............................................................96
Periodo y frecuencia.......................................96
Velocidad angular .......................................... 97
Velocidad angular media . ............................. 97
Movimiento circular uniforme (MCU) .......... 97
Interpretación de gráficas de la magnitud de
desplazamiento angular-tiempo y magnitud
de la velocidad angular-tiempo en el MCU .97
ı Movimiento circular uniformemente
acelerado (MCUA).............................................. 100
Velocidad angular instantánea.................... 100
Aceleración angular media.......................... 100
Aceleración angular instantánea................ 100
Gráficas de la magnitud del desplazamiento
angular-tiempo, magnitud de la velocidad
angular-tiempo y magnitud del
desplazamiento angular-tiempo al cuadrado,
para el MCUA................................................. 100
Ecuaciones utilizadas en el movimiento
(MCUA).......................................................... 102
Velocidad lineal o tangencial....................... 104
Aceleración lineal y radial............................. 105
Aceleración radial o centripeta.................... 105
 ovimiento armónico simple (MAS).................107
Elongación......................................................107
Amplitud..........................................................107
Velocidad de oscilación............................... 108
oscilante......................................................... 108
Gráficas sinusoidales del movimiento
armónico simple............................................ 109
Conclusiones de las gráficas del MAS..........111
Péndulo simple................................................112
Análisis de los experimentos de Galileo Galilei
y su relevancia en el trabajo científico..........113
ı Actividad experimental 5:
Distancia y desplazamiento...........................115
ı Actividad experimental 6:
Movimiento rectilíneo uniforme.....................116
ı Actividad experimental 7:
uniformemente acelerado..............................117
ı Actividad experimental 8:
La caída de los cuerpos.................................119
ı Actividad experimental 9:
Tiro parabólico............................................... 120
ı Actividad experimental 10:
Péndulo simple................................................121
ı Resumen...............................................................123
ı Autoevaluación.....................................................127
ı Coevaluación....................................................... 130
ı Glosario...................................................................131
ı Las fuerzas y sus efectos ...................................134
Resultante y equilibrante . ............................135
Clasificación de las fuerzas . ........................135
Degradacción de la energía..........................187
Nuevas teorías acerca de las fuerzas
Importancia de la energía, sus usos y
fundamentales de la naturaleza...................135
sus consecuencias........................................188
ı Potencia mecánica..............................................188
ı Leyes de la dinámica...........................................136
ı Impulso mecánico............................................... 194
Primera ley de Newton o ley de la inercia...136
 antidad de movimiento o momento lineal..... 194
 elación entre el impulso
de la proporcionalidad entre fuerzas
de movimiento.............................. 194
y aceleraciones...............................................137
elástico y choque inelástico................ 195
ı L ey de la conservación de la cantidad
de la acción y la reacción..............................139
de movimiento o del momento lineal.................. 195
ı Gravitación universal............................................146
Primera ley de Kepler....................................146
movimiento o del momento lineal
Segunda ley de Kepler..................................146
en dos dimensiones...................................... 196
Tercera ley de Kepler.....................................147
ı Ley de la conservación del
Isaac Newton y la ley de la gravitación
momento angular............................................... 200
universal..........................................................147
Momento de una fuerza.............................. 200
Relación entre la magnitud del peso
Desplazamiento angular, velocidad angular,
de un cuerpo y la magnitud de la fuerza
velocidad lineal, aceleración angular y
de gravedad....................................................148
aceleración lineal..........................................202
Campo gravitacional de los cuerpos
Inercia rotacional o momento
y su intensidad............................................... 149
de inercia...........................................................203
El cosmos....................................................... 149
Cantidad de movimiento angular y ley de la
Origen del Universo con base
en la teoría del Big Bang o
angular o del momento angular.....................203
de la gran explosión...................................... 150
Energía cinetica rotacional.............................204
Sistema Solar................................................ 150
Giroscopio.........................................................204
El Sol............................................................... 150
ı Máquinas simples y su eficiencia........................ 207
La Luna, satélite natural de la Tierra.................151
Cuantificación de la ventaja mecánica....... 207
El viaje del hombre a la Luna........................152
Palanca..............................................................208
Plano inclinado.................................................209
los viajes interplanetarios..............................153
ı Estática..................................................................156
Ruedas y poleas................................................210
Poleas ................................................................. 211
Relación de la estática
Polea fija . ........................................................... 211
con la dinámica..............................................156
Polea móvil.......................................................... 211
Fuerzas coplanares y no coplanares.
Combinaciones comunes de las máquinas
simples............................................................... 212
de las fuerzas..................................................156
Eficiencia de las máquinas simples............... 212
Sistema de fuerzas colineales......................156
Eficiencia del plano inclinado......................... 212
Eficiencia de una polea fija y de una móvil... 213
o angulares.....................................................157
Concepto de máquina mecánica................... 214
Fuerzas paralelas...........................................157
ı Actividad experimental 11:
Par de fuerzas . ..............................................158
Segunda ley de Newton................................216
ı Actividad experimental 12:
o momento de torsión...................................158
Equilibrio de fuerzas paralelas......................218
Centro de gravedad, centroide
ı Resumen..............................................................220
y centro de masa........................................... 159
ı Autoevaluación....................................................224
Condiciones de equilibrio............................. 160
ı Coevaluación.......................................................226
Glosario.................................................................227
de equilibrio de los cuerpos y
diagrama de cuerpo libre...............................161
ı Fricción..................................................................168
UNIDAD 6 Materia
Ventajas y desventajas de la fricción . ....... 169
340 mecánico.................................................174
ı Trabajo
ı Energía.................................................................. 180
Tipos de energía............................................ 180
ı Estructura de la materia......................................232
Definición de energía.....................................181
Ley de la conservación de la materia,
Energía potencial gravitacional (EPG).........181
teoría atómica de Dalton y leyes de las
proporciones definidas y múltiples.............232
y su degradación............................................185
Conceptos de cuerpo, sustancia,
elemento y compuesto.................................233
Mendeleiev y la tabla periódica...................234
Dimensiones moleculares y atómicas........234
Masas moleculares, número
de Avogadro y concepto de mol.................235
ı Estados de agregación.......................................236
Movimiento browniano y difusión...............236
 ropiedades generales o extensivas
de la materia.........................................................237
Extensión.......................................................237
Masa...............................................................238
Peso................................................................238
Inercia.............................................................238
Energía...........................................................239
 ropiedades características o
intensivas de la materia......................................239
Densidad o masa específica.......................239
Punto de fusión.............................................242
Punto de ebullición.......................................242
de una sustancia en otra..............................244
ı Actividad experimental 13:
o intensivas de la materia . ..........................245
ı Resumen..............................................................248
ı Autoevaluación................................................... 250
ı Coevaluación...................................................... 250
ı Glosario..................................................................251
ı Esfuerzo y deformación, tensión
y compresión unitarias........................................254
Esfuerzo de tensión......................................254
Esfuerzo de compresión..............................254
Esfuerzo de corte..........................................254
ı Ley de Hooke.......................................................255
ı Módulo de elasticidad.........................................255
ı Módulo de Young................................................256
ı Límite elástico......................................................256
ı Actividad experimental 14:..................................259
ı Resumen............................................................. 260
ı Autoevaluación.....................................................261
ı Coevaluación........................................................261
ı Glosario..................................................................261
Adherencia.....................................................265
Capilaridad.....................................................265
ı Densidad y peso específico...............................266
ı Presión..................................................................267
y paradoja hidrostática de Stevin................267
Presión atmosférica......................................268
Barómetro de mercurio,
experimento de Torricelli..............................269
y presión absoluta.........................................269
ı Principio de Pascal..............................................270
Tonel de Pascal..............................................271
ı Principio de Arquímedes
y flotación de los cuerpos..................................272
ı Actividad experimental 15:
y Principio de Arquímedes........................... 277
ı Resumen..............................................................278
ı Autoevaluación....................................................279
ı Coevaluación...................................................... 280
ı Glosario..................................................................281
ı Aplicaciones de la hidrodinámica.....................284
ı Gasto, flujo y ecuación de continuidad............284
Gasto..............................................................284
Flujo................................................................285
Ecuación de continuidad.............................285
ı Teorema de Bernoulli.........................................285
ı Aplicaciones del teorema de Bernoulli...............286
Teorema de Torricelli....................................287
Tubo de Pitot.................................................288
Tubo de Venturi.............................................288
ı Movimiento de los cuerpos sólidos
en los fluidos........................................................289
ı Actividad experimental 16:
Principio de Bernoulli...................................294
ı Resumen..............................................................296
ı Autoevaluación....................................................297
ı Coevaluación.......................................................297
ı Glosario.................................................................297
ı Características de los líquidos...........................264
Viscosidad......................................................264
Tensión superficial........................................264
Cohesión........................................................265
ı Ondas longitudinales y transversales.............. 300
Ondas longitudinales .................................. 300
Ondas transversales ................................... 300
Tren de ondas, frente de onda y
rayo o vector de propagación . ................... 301
Tren de ondas . ............................................. 301
Frente de onda ............................................. 301
Rayo o vector de propagación ................... 301
 ndas lineales, superficiales
y tridimensionales............................................... 301
Ondas lineales .............................................. 301
Ondas superficiales ..................................... 301
Ondas tridimensionales . ............................ 302
ı Características de las ondas............................. 302
Longitud de onda......................................... 302
Frecuencia.................................................... 302
Periodo.......................................................... 302
Nodo.............................................................. 302
Elongación.................................................... 302
Amplitud de onda......................................... 302
Rapidez de propagación............................. 303
ı Reflexión de las ondas...................................... 303
ı Principio de superposición de las ondas........ 303
ı Interferencia de ondas....................................... 304
Interferencia constructiva........................... 304
Interferencia destructiva............................. 304
ı Ondas estacionarias.......................................... 304
ı Refracción de ondas.......................................... 305
ı Difracción de ondas........................................... 305
ı Ondas sonoras................................................... 305
Rapidez de propagación del sonido.......... 306
Fenómenos acústicos: reflexión, eco,
resonancia y reverberación........................ 306
tono y timbre..................................................307
Efecto Doppler............................................. 308
ı Ondas sísmicas.................................................. 308
ı Ultrasonido .......................................................... 310
ı Actividad experimental 17:
Ondas superficiales.......................................314
ı Resumen...............................................................316
ı Autoevaluación.....................................................317
ı Coevaluación........................................................318
ı Glosario..................................................................319
ı Diferencia entre calor y temperatura................322
Potencial térmico y energía calorífica........323
ı Medida de la temperatura..................................323
 iferentes escalas termométricas:
Celsius, Kelvin y Fahrenheit...............................324
Transformación de temperaturas de
una escala a otra...........................................324
ı Dilatación de los cuerpos...................................325
Dilatación lineal y su coeficiente
de dilatación..................................................326
Coeficiente de dilatación lineal...................326
sobre la dilatación.........................................327
Dilatación de área y coeficiente de
dilatación de área..........................................327
Dilatación cúbica y su coeficiente
de dilatación..................................................329
Dilatación irregular del agua.........................331
ı Formas de propagación del calor......................331
Conducción.....................................................331
Convección....................................................332
Radiación.......................................................332
ı Energía solar, su medida y transformación......333
Intensidad de la radiación solar...................333
Transformación de la energía solar............333
ı Unidades para medir el calor ............................334
Caloría . ..........................................................334
Kilocaloría......................................................334
BTU.................................................................334
ı Capacidad calorífica...........................................334
ı Calor específico...................................................335
ı Calor latente.........................................................337
Calor latente de fusión y calor latente
de solidificación ...........................................337
y calor latente de condensación ................338
ı Calor cedido y absorbido por los cuerpos........339
Uso del calorímetro.......................................339
ı Los gases y sus leyes.........................................342
Concepto de gas ideal..................................342
Teoría cinética de los gases .......................342
Ley de Boyle .................................................343
Ley de Charles . ............................................344
Ley de Gay-Lussac ......................................345
Ley general del estado gaseoso ................346
Constante universal de los gases (R) . ......347
ı Termodinámica . .................................................348
Sistema termodinámico y paredes
diatérmicas y adiabáticas . ..........................348
adiabáticos y no adiabáticos.......................349
Equilibrio termodinámico.............................349
Punto triple de una sustancia.................... 350
Energía interna ............................................ 350
Ley cero de la termodinámica.................... 350
Equivalente mecánico del calor................. 350
Trabajo termodinámico ................................351
Primera ley de la termodinámica . ..............352
Segunda ley de la termodinámica...............354
Conclusiones de las leyes primera
y segunda de la termodinámica..................354
Entropía y tercera ley de la termodinámica ...354
Eficiencia de las máquinas térmicas..........356
El funcionamiento del refrigerador.............357
de las máquinas térmicas............................357
Fuentes de energía calorífica .................... 359
Poder calorífico de algunos combustibles.....360
Poder calorífico..............................................361
Degradación de la energía...........................362
ı Actividad experimental 18:
por los cuerpos. Uso del calorímetro..........362
ı Resumen .............................................................363
ı Autoevaluación ...................................................368
ı Coevaluación.......................................................370
ı Glosario..................................................................371
Carga eléctrica...............................................442
ı Actividad experimental 20:
Uso del multímetro........................................443
ı Actividad experimental 21:
ı Antecedentes históricos de la electricidad......374
Ley de Ohm....................................................446
 arga eléctrica y la ley de la conservación
ı Resumen .............................................................448
de la carga............................................................376
ı Autoevaluación.
....................................................451
ı Interacción en cargas de igual
ı Coevaluación.......................................................453
o diferente signo..................................................376
ı Glosario................................................................ 454
ı Formas de electrizar a los cuerpos ..................378
Frotamiento...................................................378
Contacto.........................................................378
Inducción.......................................................378
ı Electroscopio y jaula de Faraday . ....................378
ı Materiales conductores y aislantes . ................379
ı Unidades de carga eléctrica............................. 380
ı Ley de Coulomb................................................. 380
ı Campo eléctrico .................................................389
Intensidad del campo eléctrico ................. 390
ı Potencial eléctrico . ........................................... 395
Determinación del valor del potencial
eléctrico en un punto de una carga .......... 396
Diferencia de potencial ...............................398
Campo eléctrico uniforme............................398
ı Corriente eléctrica.............................................. 404
Intensidad de la corriente eléctrica............ 405
ı Fuerza electromotriz...........................................407
ı Conexión de pilas en serie y en paralelo.............. 408
ı Resistencia eléctrica.......................................... 409
Naturaleza del conductor............................ 409
Longitud del conductor .............................. 409
Sección o área transversal . ....................... 409
Temperatura................................................. 409
con la temperatura..........................................411
ı Ley de Ohm...........................................................412
ı Circuitos eléctricos y conexión de resistencias
en serie, en paralelo y mixtas..............................414
Conexión de resistencias en serie ..............415
Conexión de resistencias en paralelo . .......416
Conexión mixta de resistencias . .................417
Resistencia interna de una pila....................417
ı Potencia eléctrica y efecto Joule......................424
ı Efecto Joule.........................................................427
ı Leyes de Kirchhoff..............................................429
Primera ley de Kirchhoff...............................429
Segunda ley de Kirchhoff..............................431
ı Capacitores o condensadores eléctricos..........434
Uso de los capacitadores.............................436
y en paralelo...................................................436
ı E lectroquímica y ley de Faraday
de la electrólisis...................................................439
Ley de Faraday de la electrólisis................ 440
ı Actividad experimental 19:
ı Propiedades y características
de los diferentes tipos de imanes..................... 458
Imanes permanentes y temporales............458
ı Campo magnético . ........................................... 459
ı Densidad de flujo magnético............................ 460
e intensidad de campo magnético..............461
ı Magnetismo terrestre.........................................462
Declinación magnética . ..............................463
Inclinación magnética .................................463
ı Teorías del magnetismo ....................................464
ı Reluctancia ........................................................ 465
 ateriales ferromagnéticos,
paramagnéticos y diamagnéticos.................... 465
ı Actividad experimental 22:
Imanes y campo magnético....................... 466
ı Resumen..............................................................468
ı Autoevaluación................................................... 469
ı Coevaluación.......................................................470
ı Glosario..................................................................471
UNIDAD 14 Electromagnetismo
ı Desarrollo histórico del
electromagnetismo.............................................474
ı Campo magnético producido
por una corriente ................................................475
Campo magnético producido
por un conductor recto . ..............................476
por una espira . .............................................476
por un solenoide o bobina........................... 477
ı Fuerzas sobre cargas eléctricas en
de campos magnéticos......................................479
por el que circula una corriente....................481
Fuerza magnética entre
dos conductores paralelos
por los que circula una corriente..................481
ı Inducción electromagnética y
ley del electromagnetismo ................................484
Ley de Lenz...................................................485
Ley del electromagnetismo
o ley de inducción de Faraday.....................485
ı Inductancia . ........................................................488
Inductancia mutua .......................................489
ı Corriente alterna ................................................. 491
ı Circuitos de corriente alterna.............................492
Reactancia inductiva ...................................492
Reactancia capacitiva .................................493
Circuito RLC en serie e impedancia ..........493
Factor de potencia....................................... 494
ı Transformadores.................................................497
 obina de inducción o carrete
de Ruhmkorff...................................................... 499
ı Generador eléctrico........................................... 500
ı Motor eléctrico..................................................... 501
 íntesis de Maxwell
del electromagnetismo....................................... 501
ı Actividad experimental 23:
Electromagnetismo...................................... 503
ı Resumen ............................................................ 505
ı Autoevaluación .................................................. 509
ı Coevaluación ...................................................... 510
ı Glosario...................................................................511
ı Masa y carga del electrón...................................514
ı Emisión termoiónica............................................517
ı Semiconductores................................................ 519
Semiconductores de tipos N y P . ...............521
ı Diodo de cristal....................................................522
ı Transistor.............................................................523
ı Circuitos integrados y chips...............................524
ı Resumen .............................................................526
ı Autoevaluación ...................................................528
ı Coevaluación ......................................................528
ı Glosario.................................................................529
ı Comportamiento dual de la luz .........................532
ı Óptica geométrica...............................................533
Propagación rectilínea de la luz .................533
Métodos de Röemer y Michelson para
determinar la rapidez o magnitud de la
velocidad de la luz ........................................533
Intensidad luminosa y flujo luminoso ........534
Iluminación y ley de la iluminación . ...........534
Leyes de la reflexión de la luz .....................536
Espejos esféricos..........................................537
Refracción de la luz...................................... 539
Las lentes y sus características.................. 540
Potencia de una lente...................................543
El telescopio y el microscopio.................... 545
El ojo y la visión............................................ 546
ı Óptica física.........................................................547
Interferencia y anillos de Newton................547
Difracción de la luz........................................548
Polarización de la luz....................................548
Naturaleza del color..................................... 549
Descomposición o dispersión
de la luz blanca............................................. 549
Colores primarios o fundamentales........... 550
Colores binarios y características
de algunos colores....................................... 550
Daltonismo.................................................... 550
la luz y espectro electromagnético ........... 550
ı Actividad experimental 24:
Espejos planos y cóncavos.........................552
ı Resumen ............................................................ 556
ı Autoevaluación................................................... 559
ı Coevaluación...................................................... 560
ı Glosario..................................................................561
ı Teoría especial de la relatividad ...................... 564
ı Teoría general de la relatividad . ...................... 565
ı Radiación, emisión y absorción........................ 566
Mecánica ondulatoria.................................. 566
Espectros ópticos........................................ 566
Espectro óptico del hidrógeno ...................567
Radiación del cuerpo negro, ley de
Kirchhoff y ley de Stefan-Boltzman . ........... 569
ı Átomo cuántico...................................................570
Modelos atómicos de: Dalton,
Thomson y Rutherford ................................570
Teoría cuántica de Niels Bohr
sobre la estructura del átomo......................572
Modificaciones de Sommerfeld
a la teoría cuántica de Bohr
sobre la estructura del átomo .....................572
Números cuánticos y orbitales ...................572
de Heisenberg ..............................................574
ı Teoría cuántica de Planck..................................574
Constante de Planck....................................575
Efecto fotoeléctrico y su explicación
por Einstein de acuerdo
con la teoría cuántica . .................................576
Efecto Compton ........................................... 577
Rayos X..........................................................578
ı Partícula-onda (mecánica ondulatoria)............578
ı Partículas elementales, antipartículas
y antimateria.........................................................579
ı Radiactividad ......................................................579
Isótopos y radioisótopos ............................ 580
Vida media de un elemento radiactivo ........ 580
Aplicaciones prácticas y peligros
que presentan las radiaciones ....................581
Cámara de niebla de Wilson . .....................582
Contador Geiger y de centelleo . ................582
ı Rayo láser . ..........................................................583
ı Fusión nuclear ....................................................584
Fusión en frío, ¿mito o realidad? ................585
ı Fisión nuclear . ....................................................585
ı Actividad experimental 25:
Cámara de niebla .........................................587
ı Resumen
.............................................................588
ı Autoevaluación .................................................. 593
ı Coevaluación ..................................................... 594
ı Glosario................................................................ 595
ı Apéndice
ı Nociones de matemáticas................................ 598
 nexo 1. Tabla de equivalencias
entre las unidades de medida
de algunas magnitudes físicas......................... 605
ı Anexo 2. Alfabeto griego................................... 606
 nexo 3. Algunas constantes físicas
y sus valores........................................................ 606
 nexo 4. Tabla de funciones
trigonométricas naturales..................................607
ı Respuestas de los ejercicios propuestos....... 609
ı Índice alfabético ................................................. 619
Cada unidad inicia con una introducción, cuya lectura
orienta acerca de los contenidos que se abordarán, con
el propósito de despertar el interés por estudiar los contenidos respectivos. Asimismo, señala los temas que se
tratarán y el título de las actividades experimentales
que se proponen para lograr un aprendizaje significativo de la Física. Recomendamos su lectura en el salón
a parte de la Física encargada de estudiar al conjunto de fenó-
menos que resultan de las acciones mutuas entre las corrientes
eléctricas y el magnetismo, recibe el nombre de electromagnetismo. Oersted fue el primero en descubrir que una corriente eléctrica produce a su alrededor un campo magnético de propieda-
producido por una corriente
Fuerzas sobre cargas
dentro de campos
electromagnética…
des similares a las del campo creado por un imán. Por tanto, si un
conductor eléctrico es sometido a la acción de un campo magnético,
actuará sobre él una fuerza perpendicular al campo y a la corriente. Faraday descubrió las corrientes eléctricas inducidas al realizar
experimentos con una bobina y un imán. Además, demostró que se
producen cuando se mueve un conductor en sentido transversal (perpendicular) a las líneas de flujo de un campo magnético, este fenómeno recibe el nombre de inducción electromagnética. Actualmente,
casi toda la energía eléctrica consumida en nuestros hogares y en la
industria se obtiene gracias al fenómeno de la inducción electromagnética, pues en él se fundan las dinamos y los alternadores que transforman la energía mecánica en eléctrica. El efecto magnético de la
corriente eléctrica y la inducción electromagnética han revolucionado
la ciencia y han dado origen al electromagnetismo. La aplicación de
sus principios y leyes ha permitido la electrificación del mundo y con
ella, el progreso y un mejor nivel de vida para la humanidad.
tados Unidos en la ciudad de Nueva York, en 1882, bajo la dirección
o carrete de Ruhmkorff
23: Electromagnetismo
La primera planta generadora de energía eléctrica se construyó en Esde Tomás Alva Edison. Las antiguas sólo se usaban localmente, pues
producían corriente continua o directa, cuya transmisión a grandes
distancias no era rentable, ya que gran parte de energía se perdía en
forma de calor en los conductores.
En la actualidad, las plantas eléctricas productoras de corriente alterna prácticamente satisfacen las necesidades de energía en todo el
mundo. Existen, entre otros, tres principales tipos: hidroeléctricas, termoeléctricas y nucleoeléctricas. Éstas funcionan con base en grandes
generadores de voltaje alterno, también denominados, por lo mismo,
alternadores que producen energía eléctrica, misma que se distribuye
entre los consumidores por medio de redes de transmisión.
Los generadores o alternadores, generalmente, son accionados por
turbinas. Éstas giran por la energía que les proporciona el agua en
movimiento, como es el caso de una presa, o por energía del vapor a
En su tratamiento, se emplea un lenguaje claro y sencillo
y en el caso de palabras nuevas se escribe entre paréntesis su significado. Los ejemplos utilizados para que el
estudiante asimile, comprenda e interprete los conceptos, los principios, las teorías y las leyes de la Física, pretenden acercarlo a situaciones de la vida real con aplicación útil, lo cual le posibilitará una mayor comprensión
del mundo que lo rodea. El desarrollo claro de los temas,
posibilita que el alumno aprenda a aprender y a adquirir
confianza en sí mismo, fortaleciendo su autoestima. Por
tanto, estamos plenamente seguros de que el profesor
encontrará un importante apoyo en este texto. Por ello,
recomendamos que éste deje lecturas del libro para realizarse en el salón de clases, y también como actividad
extraclase, orientadas por un cuestionario hecho por el
docente, que los alumnos deberán responder. De esta
manera, el profesor puede propiciar la participación individual y grupal, para que se comenten y discutan las
respuestas que se dieron al cuestionario y se elaboren
esquemas didácticos o una síntesis de los resultados más
relevantes emergidos de la consulta. Esto evitará las
sesiones largas e improductivas de exposición magisterial, que desgastan inútilmente al profesor y cansan al
alumno. A la vez, contará con el tiempo necesario para la
participación activa de los integrantes del grupo, involucrándolos en la construcción de su conocimiento.
vueltas de alambre grueso, enrolladas en un núcleo de
hierro, así como una bobina de salida o carrete secundario con miles de vueltas (figura 14.30). Cuando se cierra
el interruptor del circuito el núcleo de hierro se imanta y
pasa un gran número de líneas de flujo magnético tanto
por la bobina primaria como por la secundaria. El vibrador, similar al de una campanilla de un timbre eléctrico, es
atraído por el núcleo de hierro y abre el circuito. Al abrir
el circuito, el núcleo de hierro se desimanta y las líneas
magnéticas salen de la bobina secundaria y se induce en
ésta una fem elevada. La intensidad del campo eléctrico
obtenida en el espacio señalado por la letra A, hace producir una descarga que se observa por la presencia de
una chispa. Así, el vibrador abre y cierra el circuito automáticamente, produciéndose chispas en las terminales
de salida A. El capacitor o condensador eléctrico sirve
como un depósito al que fluye la carga si el contacto del
vibrador se abre. Con ello el capacitor impide que salten
chispas entre las terminales de salida y que el metal con
el cual están hechas se funda.
Polos inductores
Bobina de inducción o carrete de Ruhmkorff. La corriente que proporciona
la batería imanta el núcleo de hierro, por lo cual éste atrae al vibrador y abre
el circuito intermitentemente. El flujo magnético variable que se produce,
induce una fem elevada en el carrete o bobina secundaria.
El generador eléctrico es un aparato que transforma
la energía mecánica en energía eléctrica. Está constituido por un inductor elaborado a base de electroimanes o
imanes permanentes que producen un campo magnético
y por un inducido que consta de un núcleo de hierro al
cual se le enrolla alambre conductor previamente aislado.
Cuando se le comunica al inducido un movimiento de rotación, los alambres conductores cortan las líneas de flujo
magnético, por tanto, se induce en ellas una fem alterna.
Para obtener una corriente continua o directa debe incorporarse un dispositivo conveniente llamado conmutador
(figura 14.31).
figura 14.32
En a) se observa un motor eléctrico; en b) se muestra el corte de un motor.
En la mayor parte de los generadores de la corriente
continua el inductor que produce el campo magnético es
fijo y el inducido móvil. En cambio, en los de corriente
alterna permanece fijo el inducido y el inductor gira. Sin
embargo, en cualquier generador eléctrico el origen de
la fem inducida es por el movimiento existente entre el
campo magnético creado por el inductor y los alambres
conductores del inducido, lo cual provoca un flujo magnético variable.
figura 14.31
Generador sencillo de corriente eléctrica. El conmutador invierte las conexiones
del circuito externo dos veces en cada vuelta. La corriente en el circuito externo
es en un solo sentido, aunque está pulsando.
SínteSiS de Maxwell del electroMaGnetiSMo
l desarrollo del electromagnetismo fue impulsado por
muchos investigadores, de los cuales uno de los más importantes fue Michael Faraday (1791-1867), pero correspondió a James Clerk Maxwell, establecer las leyes del
electromagnetismo en la forma en que las conocemos
actualmente. Estas leyes, llamadas a menudo ecuaciones de Maxwell, desempeñan en el electromagnetismo,
el mismo papel que las leyes de Newton del movimiento
y de la gravitación desempeñan en la mecánica.
Aun cuando la síntesis de Maxwell del electromagnetismo descansa fundamentalmente en el trabajo de sus
predecesores, su contribución personal es central y vital.
Se incluyen numerosas actividades experimentales cuyo propósito es lograr un aprendizaje significativo de la Física, al acercar al alumno de manera directa a los fenómenos
físicos en estudio. Dichas actividades se proponen para ser realizadas en el salón de
clases o en el laboratorio, de acuerdo con el criterio del profesor y las características del
equipo y material necesarios.
Maxwell dedujo que la luz es de naturaleza electromagnética y que la magnitud de su velocidad puede calcularse a partir de experimentos puramente eléctricos y magnéticos. Así, la ciencia de la óptica se ligó íntimamente
con las de la electricidad y el magnetismo. Es notable el
alcance de las ecuaciones de Maxwell, ya que incluye los
principios fundamentales de todos los dispositivos electromagnéticos y ópticos de grandes aplicaciones tales como
motores, ciclotrones, calculadoras electrónicas, radio, televisión, radar de microonda, microscopios, telescopios,
etcétera (figura 14.33).
Maxwell fue uno de los grandes sintetizadores de la
física, ya que tomó los resultados experimentales de
a) La magnitud de la fuerza que se requiere aplicar para levantar dicha carga.
trabajo de entrada de 75 J se obtiene un trabajo
de salida de 70 J.
b) El valor de la ventaja mecánica.
Calcular la eficiencia de una palanca si con un
Un plano inclinado tiene una eficiencia de 85%.
Calcular qué trabajo de salida se obtiene con él,
si el trabajo de entrada es de 435 J.
Comprobar experimentalmente los efectos de la fuerza y la masa sobre la aceleración de los cuerpos.
Un cambio en la velocidad de un cuerpo efectuado en
la unidad de tiempo recibe el nombre de aceleración.
Así, el efecto de una fuerza desequilibrada sobre un
cuerpo produce una aceleración. Cuanto mayor sea la
magnitud de la fuerza aplicada mayor será la aceleración; por tanto, podemos decir que la magnitud de la
aceleración de un cuerpo es directamente proporcioF
nal a la magnitud de la fuerza aplicada. La relación
es un valor constante para cada cuerpo en particular
y recibe el nombre de masa inercial, ya que es una
medida cuantitativa de la inercia. Cuando una fuerza
constante se aplica a un cuerpo se observa que la aceleración experimentada por dicho cuerpo es inversamente proporcional a su masa.
debido a la fuerza que hay entre los dos campos magnéticos. El motor de corriente alterna de inducción es
el más empleado gracias a su bajo costo de mantenimiento. En general, todo motor eléctrico consta de dos
partes principales: el electroimán, llamado inductor o
estator pues suele ser fijo, y el circuito eléctrico, que
puede girar alrededor de un eje y recibe el nombre de
inducido o rotor.
n motor eléctrico es un aparato que transforma la
energía eléctrica en energía mecánica (figura 14.32). Un
motor de corriente continua o directa está constituido
por una bobina suspendida entre los polos de un imán.
Al circular una corriente eléctrica en la bobina, ésta
adquiere un campo magnético y actúa como un imán,
por tanto, es desplazada en movimientos de rotación,
Un carro con espacio para colocarle masas, una balanza, pesas de diferente tamaño, una polea con su
soporte, un platillo hecho de cartón, una regla graduada, un cronómetro, arena fina o granulada e hilo
Primera parte: masa constante
1. Determine en kilogramos la masa del carro, utilizando la balanza.
2. Construya un dispositivo como el mostrado en la
figura 5.78. El platillo de cartón unido a uno de los
extremos del hilo que pasa por la polea debe ser
del tamaño y resistencia apropiados para poderle
colocar distintas pesas de magnitud conocida.
3. Cuando el platillo está vacío, el carro está en reposo, es decir, no se mueve, toda vez que la magnitud de la fuerza de fricción estática que hay entre sus ruedas y la superficie de la mesa es mayor
a la magnitud de la fuerza que, debido a su peso,
ejerce sobre el carro el platillo. Agregue poco a
figura 5.78
Dispositivo para analizar los cambios en la velocidad de un cuerpo en función de la fuerza que recibe y del valor de su masa.
lnductancia mutua
Cuenta con un importante número de problemas prácticos resueltos a manera de ejemplos, desarrollados paso a paso para que el estudiante comprenda cómo se resuelven
y ejercite sus habilidades matemáticas. Después, podrá resolver de manera satisfactoria
los ejercicios propuestos, de los cuales se da el resultado en el apéndice que se localiza
en las páginas finales del libro para que constaten que los resolvieron correctamente. Por
ello, recomendamos que el profesor propicie el desarrollo de la capacidad de razonamiento de sus alumnos, en la medida en que adquieren nuevos conocimientos y experiencias,
y al mismo tiempo, fomente que su autoestima y seguridad en sí mismos vaya en constante aumento. Esto se puede lograr por medio de la participación de los alumnos en la
resolución de los problemas en el pizarrón, brindando su apoyo para resolver dudas. Una
vez logrado lo anterior, el profesor puede proponerles, si así lo considera conveniente,
la resolución de problemas más complejos, pero siempre posibilitando su discusión y resultado en el salón de clases para disipar cualquier duda; de otra manera, sólo fomentará
la insatisfacción e inseguridad al hacer sentir incapaces a sus alumnos.
Cuando dos bobinas se colocan una cerca de la otra, al
pasar una corriente i por una de ellas, creará un campo
magnético cuyo flujo penetrará a través de la otra, de tal
manera que se puede inducir una fem en cada una por el
efecto de la otra. La bobina en la que circula la corriente en forma inicial recibe el nombre de bobina primaria,
y en la que se induce una fem, bobina secundaria. El valor
de la fem secundaria inducida es directamente proporcional a la rapidez con que cambia la corriente en la bobina
primaria Dip/t. Matemáticamente se expresa:
1. La dinámica estudia las causas que originan el
reposo o el movimiento de los cuerpos. La estática analiza las situaciones que permiten el equilibrio de los cuerpos. Queda comprendida dentro
del estudio de la dinámica.
2. Siempre que interviene una fuerza existe como
mínimo una interacción de dos cuerpos. Las fuerzas de contacto se producen cuando existe un
contacto físico entre el cuerpo que ejerce la fuerza y el que la recibe. Cuando dos cuerpos interaccionan sin que exista contacto entre ellos, se
presentan las llamadas fuerzas de acción a distancia. El efecto que una fuerza produce sobre
un cuerpo depende de su magnitud, así como de
su dirección y sentido, por tal motivo la fuerza es
una magnitud vectorial. La unidad de fuerza en
el Sistema Internacional es el newton (N).
M 5 es
M 5 constante que recibe el nombre de inducción mutua del sistema de dos bobinas.
Resolución de problemas de inductancia
Un alambre de cobre se enrolla en forma de solenoide sobre un núcleo de hierro de 5 cm de
diámetro y 25 cm de largo. Si la bobina tiene
220 vueltas y la permeabilidad magnética del
hierro es de 1.8 3 1023 Wb/Am. Calcular la inductancia de la bobina.
A 5 15 3 1024 m2
f 5 5 3 1022 m
A 5 pr 2
O 5 25 3 1022 m
N 5 220
m0 5 4p 3 1027 Wb/Am
a) Cálculo de la permeabilidad magnética del
mFe 5 1 3 104 3 4 3 3.14 3 1027 Wb/Am
5 12.56 3 1023 Wb/Am
mFe 5 1.8 3 1023 Wb/Am
Cálculo del área de la bobina
A 5 3.14 3 (2.5 3
5 1.96 3
b) Como la permeabilidad magnética del aire
es prácticamente igual a la del vacío tenemos que:
m 5 m0 5 4p 3 1027 Wb/A
1.8 3 1023 Wb /Am 3 2202 3 1.96 3 1023 m2
25 3 1022 m
5 6.83 3 1021
5 6.83 3 1021 H
a) Cuando la bobina tiene un núcleo de hierro
con una permeabilidad relativa de 1 3 104.
b) Si el núcleo de la bobina es el aire.
N 5 500
m 5 mrm0
O 5 20 3 1022 m
m 5 m0
4 3 3.14 3 1027 Wb /Am 3 5002 3 15 3 1024 m2
20 3 1022 m
5 2.35 3 1023 H 5 2.35 mH
Una bobina de 500 espiras tiene un núcleo de
20 cm de largo y un área de sección transversal
de 15 3 1024 m2. Calcular la inductancia de la
bobina en los siguientes casos:
12.56 3 1023 Wb /Am 3 5002 3 15 3 1024 m2
5 23.5 H
De manera práctica aún se usa el kilogramo fuerza (kgf), 1 kgf 5 9.8 N.
3. En términos generales, las fuerzas pueden clasificarse según su origen y características en: fuerzas
gravitacionales, cuya causa está en función de la
masa de los cuerpos y de la distancia que hay entre ellos; mientras mayor masa tenga un cuerpo
mayor será la fuerza gravitacional con que atraerá
a los demás cuerpos; es la más débil de todas las
fuerzas fundamentales. Fuerzas electromagnéticas, su origen se debe a las cargas eléctricas, las
cuales, cuando se encuentran en reposo, ejercen
entre ellas fuerzas electrostáticas, y cuando están
en movimiento producen fuerzas electromagnéticas. Fuerzas nucleares, se supone que son ocasionadas por medio de mesones entre las partículas del núcleo y son las que mantienen unidas
a las partículas que constituyen el núcleo atómico.
Fuerzas débiles, se caracterizan por provocar inestabilidad en determinados núcleos atómicos. Fueron detectadas en sustancias radiactivas naturales
y posteriormente, los cientificos comprobaron que
son determinantes en casi todas las reacciones de
4. Primera Ley de Newton o Ley de la Inercia: todo
cuerpo se mantiene en su estado de reposo o de
movimiento rectilíneo uniforme, si la resultante
de las fuerzas que actúan sobre él es cero.
5. La tendencia que presenta un cuerpo en reposo a
permanecer inmóvil, o la de un cuerpo en movimiento a tratar de no detenerse, recibe el nombre
de inercia. Toda la materia tiene inercia, y una medida cuantitativa de ella nos lleva al concepto de
masa, misma que podemos definir así: la masa
de un cuerpo es una medida de su inercia.
1 m2de las Interac7. La Tercera
F 5 Ley
g F 5G d
ciones, se genuncia en los siguientes
Cuando un cuerpo
una fuerza sobre un
F 5 G 1 F25 G dme 5
cuerpo B, éstedreacciona
N A ejerciendo una
fuerza de laFme
F y dirección, pero
me 5 sentido.
F observado
8. El hombre ha
muy remomd 5 d md 5 N ECT 5 my
tos a los astros
N y al Universo en general,
explicarse el porqué
de1 su origen,
ECT 5 m
y2 5 2Pm5y
Hiparco, astrónot
2 y su evolución.
mo griego (125
W hacer una lista con
T años
P 5 a.C.),
& 5 S 3 100
más dePmil
tSin embargo,
Tierra era W
plana y ocupaba
F centro del Universo.
5 S 3a100
& 5Ptolomeo,
3 &100
5 y[astrónomo
(siglo ii d.C.), suponía
la Tierra era inmóvil y
5ma [
plana ya que
detF ella
[ Fa5
m d3 5 k
m trayectorias
circulares. Nicolás Cot 2 polaco (1473-1543), propuso
t 2 astrónomo
pérnico,
5 k d3 5 k
era redonda y giraba sobre su propio
eje cada 24 horas además de dar una vuelta alrededor del Sol cada 365 días. Lo revolucionario de
sus ideas provocó que la Iglesia Católica prohibiera la publicación de su obra sobre las revoluciones
de las esferas celestes. Tycho Brahe, astrónomo
danés (1546-1601), logró descubrir algunas leyes
sobre el movimiento de la Luna, además calculó
la posición de 777 estrellas y obtuvo interesantes
datos sobre los cometas. Cuando se vio obligado a
marcharse a Praga debido a la muerte de su protector Federico II, rey de Dinamarca, tuvo en aquel
lugar como discípulo a Johannes Kepler.
9. Johannes Kepler, astrónomo alemán (1571-1650),
aprovechó todas las enseñanzas que le proporcionó Copérnico, mismas que aunadas a su gran
interés por encontrar cómo se movían los planetas
alrededor del Sol después de muchos años de estudio descubrió que los planetas no describen trayectorias circulares, sino elípticas (ovaladas). Sus
grandes estudios le permitieron formular las tres
siguientes leyes sobre el movimiento de los planetas, las cuales actualmente sirven de base a la
mrFe 5 1 3 104
Nota: La inductancia de la bobina es mucho mayor con el núcleo de hierro que sin él, pues
en éste su inductancia fue de 23.5 H y en el
aire fue de 2.35 mH.
Calcular la fuerza electromotriz inducida en
una bobina cuya inductancia es de 0.5 H, si la
corriente varía 80 mA cada segundo.
e 52L
Al final de cada unidad, se incluye un resumen
de los aspectos más importantes que se estudiaron. Por ello, recomendamos que el profesor propicie la lectura del mismo en el salón
de clases, y retroalimente con sus valiosos comentarios aquellos aspectos que considere más
6. Segunda Ley de Newton
t de la Proporciona2
lidad entre Fuerzas y Aceleraciones:
2d le produce una
resultante yaplicada
d 5 f t d 5 2 t yf 5
aceleración2 en la misma
2daceleración
es directamen2ddeydicha
te proporcional
a la tmagnitud
t de la fuerza aplit
cada e inversamente
a la masa del
Dy a 5 Dy proporcional
a 5 [ F 5 ma
5ma [m
a 5 [ Fa5
P m5 P
como m 5 tenemos:
g F5ga
de presión, humedad y temperatura del ambiente
sobre los instrumentos o al error de paralaje. Para
cuantificar los errores se tienen los siguientes tipos: absoluto, relativo y porcentual.
6. La precisión, incertidumbre o error de un instrumento de medición, es igual a la mitad de la unidad más pequeña que pueda medir.
7. Para hacer el análisis y la interpretación de los
datos numéricos obtenidos al efectuar mediciones de alguna magnitud, evento o fenómeno, se
emplean los métodos estadísticos que pueden ser
muy complejos o sencillos, en los cuales sólo se
requiere ordenar un conjunto de datos en tablas,
construir gráficas y calcular promedios. Algu-
nos de los términos más usados en la estadística son: universo o población, que es el conjunto
de datos o resultados obtenidos; muestra, es una
parte seleccionada de los datos; frecuencia, número de veces que se repite un dato; rango, diferencia entre el valor máximo y el valor mínimo
de los datos; media aritmética, valor promedio de
todos los datos o valores obtenidos; moda, dato
que se repite con mayor frecuencia; mediana, se
determina ordenando los datos de acuerdo con
su magnitud de mayor a menor o viceversa, es el
número que está a la mitad; histograma, gráfica
que resulta de presentar en forma organizada la
distribución de frecuencias en un sistema de coordenadas rectangulares.
Escriba en su cuaderno las respuestas a las siguientes preguntas. Si se le presentan dudas al responder
vuelva a leer la sección correspondiente del libro,
la cual viene señalada al final de cada pregunta
para su fácil localización.
Efectúe las siguientes transformaciones de unidades. (Sección 6)
a) 25 m a cm
b) 15 cm a m
c) 200 g a kg
Definir qué se entiende por magnitud, medir y
unidad de medida. (Sección 1)
¿Considera una ventaja o desventaja la existencia de varios sistemas de unidades? Justifique su
respuesta. (Sección 2)
Explique dos ventajas del Sistema Métrico Decimal. (Sección 2)
Escriba las unidades que utiliza el Sistema Internacional para medir las siguientes magnitudes:
longitud, masa, tiempo, área, volumen, velocidad,
aceleración y fuerza. (Sección 4)
Mencione cuáles son las reglas establecidas para
escribir los símbolos de las unidades de medida.
Explique cuáles son los sistemas de unidades
absolutos que aún se utilizan y por qué se les
llama así. (Sección 4)
¿Cuáles son los Sistemas de Unidades Técnicos
o Gravitacionales que se utilizan y en qué se diferencian de los absolutos? (Sección 5)
Escriba las siguientes magnitudes utilizando la
simbología correcta: 1 500 metros, 25 kilómetros,
30 megámetros, 2 micrómetros, 250 miligramos,
480 gramos, 3.5 kilogramos, 20 megagramos, 3 milisegundos, 20 microsegundos, 4 kilosegundos, 60
kilonewtons, 10 newtons, 160 decinewtons. (Sección 4)
j) 4.5 millas/h a m/s
k) 4 m3/s a cm3/s
l) 2 pies3/s a m3/s
d) 0.75 kg a g
m) 10 kgf a N
e) 2 h a min
n) 15 /bf a kgf
f) 15 min a h
o) 1500 N a kgf
g) 15 km/h a m/s
p) 120 ºC a ºF y K
h) 0.2 m/s a km/h
q) 200 ºF a ºC y K
i) 0.05 m2 a cm2
10 Para medir la distancia que hay entre la Tierra y
la Luna se envió desde nuestro planeta un rayo
láser que viaja con la misma magnitud de velocidad que la luz (300 000 km/s), se midió el tiempo
que tardó en ir a nuestro satélite y regresar a la
Tierra después de reflejarse, y la distancia se encontró con la expresión: d 5 vt. ¿Qué método se
empleó para conocer la distancia entre la Tierra
y la Luna, el directo o el indirecto? Justifique su
respuesta. (Sección 8)
11 Por medio de un ejemplo de su vida cotidiana,
describa el concepto de error de medición. (Sección 9)
12 Explique cómo reduciría al mínimo el error co-
metido en una medición. (Sección 9)
13 ¿Es posible lograr una medición exacta de algu-
na magnitud? Sí o no y por qué. (Sección 9)
14 ¿Cuáles son las causas de error en las medicio-
nes? (Sección 9)
15 ¿Qué se entiende por error absoluto, relativo y
porcentual? (Sección 9)
Se incluye al final de cada
una de las unidades de estudio, en él se definen los
términos y los conceptos
que el estudiante debe conocer y manejar como parte de su lenguaje científico.
en el salón de clases, como
Fuerza de atracción de dos sustancias diferentes en contacto. Comúnmente las sustancias líquidas se adhieren a
los cuerpos sólidos.
Se determina al dividir la magnitud del peso de una sustancia entre el volumen que ocupa.
Se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una
pared sólida, especialmente si son tubos muy delgados.
Indica la relación entre la magnitud de una fuerza aplicada y el área sobre la cual actúa.
Fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia.
Capa de aire que rodea a la Tierra y que por su peso ejerce una presión sobre todos los cuerpos que están en contacto con él.
Representa la masa de una sustancia contenida en la unidad de volumen.
Es la que origina todo líquido sobre todos los puntos del
líquido y las paredes del recipiente que lo contiene. Sólo
es nula en la superficie libre del líquido. Esto se debe a la
fuerza que el peso de las moléculas ejerce sobre un área
determinada; la presión aumenta conforme es mayor la
Nombre que se les da a los líquidos y gases que se caracterizan por estar constituidos por gran cantidad de moléculas,
éstas se deslizan unas sobre otras en los líquidos, y en los
gases se mueven sueltas, es decir, las moléculas se encuentran separadas unas de otras.
Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje ascendente cuya magnitud es igual a la magnitud del peso
del fluido desalojado.
Estudia a los líquidos en reposo.
Toda presión que se ejerce sobre un líquido encerrado en
un recipiente se transmite con la misma intensidad a todos los puntos del líquido y a las paredes del recipiente
Paradoja hidrostática de Stevin
La presión ejercida por un líquido en cualquier punto de un
recipiente no depende de la forma de éste ni de la cantidad
de líquido contenido, sino únicamente del peso específico
y de la altura que hay del punto considerado a la superficie
libre del líquido.
Es una medida de la resistencia que opone un líquido a
Al término de cada unidad, se sugiere una autoevaluación
con la finalidad de retroalimentar al estudiante en su
proceso de aprendizaje y para que el profesor tenga
evidencias claras de que sus alumnos han adquirido los
aprendizajes propuestos. Por tanto, proponemos que el
profesor deje como actividad extraclase la resolución de
dicha evaluación, ya sea toda o bien algunas preguntas
que considere más relevantes, para que después, en el
salón de clases, promueva la participación individual y
grupal, para discutir las respuestas que se dieron al
cuestionario y, en caso de dudas de carácter general,
rediseñe sus estrategias de enseñanza-aprendizaje, de
tal manera que el resultado sea un éxito. Si al finalizar
el curso sus alumnos no odian la Física, ¡muchas
felicidades, estimado(a) profesor(a) sus alumnos lo
recordarán siempre con afecto, reconocimiento y
gratitud por haberlos ayudado a aprender a aprender!
Esta cuarta edición de Física General se realizó con la finalidad de proporcionar un apoyo a los profesores que imparten la materia de
Física en el nivel de bachillerato, y para ofrecer a los alumnos un importante recurso auxiliar en el aprendizaje de esta ciencia.
Sin duda, el profesor observará mejores resultados en el aprovechamiento de sus estudiantes, si éstos poseen un texto en el cual puedan consultar los temas contemplados en el programa de estudios.
También se pretende propiciar el estudio independiente, de tal manera que con el auxilio de este texto, los estudiantes inscritos en
la modalidad escolarizada o en la abierta, puedan lograr el autoaprendizaje de los principales conceptos, principios, teorías y leyes
En esta cuarta edición, hemos agregado varios problemas para ser resueltos por el estudiante, los cuales le servirán para comprender mejor los conceptos físicos abordados, y cómo se aplican de manera práctica. Se ha puesto especial interés en indicar si estamos
hablando únicamente de la magnitud, intensidad o módulo de magnitudes físicas vectoriales, como es el caso de fuerzas, desplazamientos, velocidades, aceleraciones, intensidad del campo eléctrico, etc., o si nos referimos a ellas como vectores, en cuyo caso se
especifica también su dirección y sentido.
Varios aspectos se tomaron en cuenta para mejorar y hacer más didáctica esta edición: nueva portada más resistente, el diseño en
vistosos y llamativos colores de sus interiores, la elaboración de nuevas ilustraciones y la inclusión de más y mejores fotografías que enriquecen la obra. Cada unidad del libro inicia con una breve introducción, que posibilita al alumno valorar la importancia que tiene el
estudio de los temas. Presenta también un buen número de ejercicios y actividades experimentales para reforzar la teoría; un resumen
orientado hacia los aspectos más relevantes de la materia, incluye una autoevaluación que proporciona, al responderla correctamente,
la seguridad de haber asimilado el conocimiento. Se agregaron preguntas de coevaluación para ser comentadas y resueltas, favoreciendo el intercambio de ideas, conocimientos y experiencias; se ha incorporado también un glosario en el cual se definen los términos y
los conceptos más importantes que se abordaron durante el estudio de la unidad y que el estudiante debe conocer y manejar como
parte de su lenguaje científico. En el apéndice se localizan las respuestas a todos los ejercicios propuestos para ser realizados por el
En la actualidad existen muchos libros de Física, sin embargo, varios de ellos son traducciones y utilizan unidades de medida poco
comunes en nuestro país, lo cual en algunas ocasiones dificulta su comprensión. Otros, desarrollan ampliamente el aspecto teórico,
pero limitan los problemas resueltos a manera de ejemplo; o, por el contrario, tienen innumerables problemas, pero son breves en sus
comentarios teóricos. Con base en la experiencia adquirida durante muchos años de docencia, ha sido posible detectar los principales obstáculos que enfrenta el profesor en la enseñanza de la Física, así como las dificultades que tiene el alumno para la asimilación
de esta materia. En vista de lo anterior, en el presente libro, se ha dado especial atención a los siguientes aspectos:
a) Se buscó un equilibrio entre la teoría y los problemas, a fin de evitar el abuso o la carencia en alguno de ellos.
b) Los ejemplos utilizados para que el estudiante asimile y comprenda los conceptos, pretenden acercarlo a situaciones de la
vida real con aplicación útil, lo cual le posibilitará una mayor comprensión del mundo que le rodea.
c) El texto está escrito en un lenguaje claro y sencillo, se evitó el uso de palabras confusas o sofisticadas que en lugar de contribuir a la comprensión de los conceptos, lo complican.
d) Los problemas resueltos a manera de ejemplos son desarrollados paso a paso para que el estudiante comprenda cómo se resuelven. Este criterio no es compartido por algunos autores, quienes omiten pasos matemáticos importantes argumentando
que ello posibilita el que los alumnos aprendan a razonar. Por nuestra parte pensamos que con lo anterior se desvirtúa la intención y objetivos del proceso enseñanza–aprendizaje de la Física, ya que creemos que cualquier persona va desarrollando
su capacidad de razonamiento en la medida en que adquiere nuevos conocimientos y experiencias, y al mismo tiempo su
autoestima y seguridad en sí mismo va en constante aumento. Debemos recordar que el alumno de Nivel Medio Superior
aún se encuentra en una etapa importante de su formación, por ello debe ayudársele a subsanar sus deficiencias en el manejo de las matemáticas como una herramienta en el aprendizaje de la Física y orientarlo en la resolución de los problemas
numéricos. Una vez logrado lo anterior, el profesor puede proponerles la resolución de problemas más complejos si así lo
considera conveniente, pero posibilitará el que se discutan y resuelvan en el salón de clases para disipar cualquier duda.
e) La realización de actividades experimentales por parte del alumno es de primordial importancia en el aprendizaje de la Física, ya que así se acerca de manera directa al fenómeno en estudio, posibilitándole una clara interpretación del mismo y su
posible aplicación práctica. Debido a lo anterior, se han incluido, a lo largo de la obra, veinticinco actividades experimentales,
viables de ser desarrolladas durante el curso, que pueden ser aunadas a otras que el profesor considere convenientes, dependiendo del equipo y material disponible.
f ) Como los principios, teorías y leyes de la Física encuentran, en muchos de los casos, una aplicación práctica gracias al apoyo
que las matemáticas le proporcionan, al final del libro se incluye un apéndice con nociones matemáticas, tales como: suma
y resta de fracciones, multiplicación y división de enteros y fracciones, raíz cuadrada, despeje de incógnitas en una ecuación,
potencias de base 10 (notación científica), nociones básicas de trigonometría. Cuenta también con una tabla de equivalencias entre las unidades de medida de algunas magnitudes físicas y sus respectivos valores, así como el alfabeto griego, y
algunas constantes físicas y sus respectivos valores.
Por último, nos resultaría muy grato saber que este texto cumple con el objetivo para el cual fue escrito y sea bien recibido por nuestros
compañeros profesores que comparten la responsable y noble labor de la docencia. Como siempre estamos atentos a sus recomendaciones y comentarios con la finalidad de enriquecer esta obra.
La presente edición viene acompañada de material adicional que diseñamos especialmente para el libro, lo encontrarás en:
a Física es una de las Ciencias Naturales que más ha contribuido
al desarrollo y bienestar del hombre, porque gracias a su estudio
e investigación ha sido posible encontrar, en múltiples casos, una explicación clara y útil a los fenómenos que se presentan en nuestra vida
diaria. La palabra física proviene del vocablo griego physike, cuyo
significado es naturaleza. La Física es ante todo una ciencia experimental, pues sus principios y leyes se fundamentan en la experiencia
adquirida al reproducir intencionalmente muchos de los fenómenos.
Al aplicar el método científico experimental, el cual consiste en va-
riar en lo posible las circunstancias en que un fenómeno se reproduce
para obtener datos e interpretarlos, se pueden encontrar respuestas
Ciencias formales
y ciencias factuales
Juicios deductivos
El método científico en la
Actividad experimental 1:
Actividad experimental 2:
concretas y satisfactorias, a fin de comprender cada día más el mundo
donde vivimos. El estudio de la Física es importante para todo ser
humano interesado en conocer el medio en el cual vive y quiera explicarse el porqué de los múltiples fenómenos que se le presentan. Todo
fenómeno de la naturaleza, ya sea simple o complejo, tiene su fundamento y explicación en el campo de la Física; por tanto, en la medida
que esta ciencia se vaya desarrollando, se tendrán mejores posibilidades para que el hombre pueda avanzar hacia un mayor conocimiento
del Universo y un mejor nivel de vida.
conocimiento de la Física
Encontrar una definición clara y precisa acerca de qué
La Física ha tenido un gran desarrollo gracias al esfuerzo
de notables investigadores y científicos, quienes al inventar y perfeccionar instrumentos, aparatos y equipos
han logrado que el hombre agudice sus sentidos al detectar, observar y analizar muchos fenómenos y acontecimientos presentes en el Universo, mismos imposibles
de estudiar sin su ayuda.
Los cambios que se producen en la naturaleza son estudiados por las ciencias naturales como la Física, la Química, la Biología y la Geografía Física, que se caracterizan porque estudian hechos que tienen una causa y
provocan un efecto. Por ejemplo, al frotarnos las manos,
generamos calor que se disipa en el medio ambiente;
la frotación es la causa y la generación de calor es el
efecto, esto lo estudia la Física, ya que es un fenómeno
natural en el cual no hay ningún cambio en la composición de la materia (figura 1.1). La Química, por su parte,
estudiará los fenómenos en los cuales sí hay un cambio
en la constitución de la materia, tal es el caso de una
reacción química donde el producto obtenido es distinto
a los reactivos o sustancias iniciales que intervienen en
la reacción (figura 1.2). La Biología se ocupa de estudiar
los seres vivos y los cambios que se producen en ellos,
mientras que la Geografía Física nos permite comprender la naturaleza del medio que nos rodea, apoyándose en la Astronomía, la Meteorología, la Oceanografía
y la Geodesia, esta última estudia la forma de la Tierra y
la medición de su superficie.
Los telescopios, radiotelescopios, radares, microscopios
electrónicos, aceleradores de partículas y computadoras,
entre otros dispositivos, han permitido importantes aportaciones de la Física a otras ciencias, entre las cuales se
encuentran la Medicina, la Biología, la Química, la Astronomía y la Geografía, así como la tecnología.
es la Física no es sencillo, toda vez que abarca el estudio
de múltiples fenómenos naturales; sin embargo, podemos decir que es la ciencia que se encarga de estudiar
los fenómenos naturales, en los cuales no hay cambios
Las aportaciones de la Física han permitido la construcción de puentes, carreteras, edificios, complejos industriales, aparatos utilizados en la Medicina (como el
rayo láser que se utiliza como un bisturí electrónico para
cirugías de ojos, corazón e hígado), aparatos de radiotelecomunicación, computadoras y lo que actualmente
nos maravilla: la exploración del Universo mediante las
La Física es, por excelencia, la ciencia de la medición,
ya que su amplio desarrollo se debe fundamentalmente
a la posibilidad de cuantificar las variables involucradas
en un fenómeno. Cuando el hombre logra medir un fenómeno se acerca en forma notable a la comprensión del
mismo y tiene la posibilidad de utilizar esos conocimientos para mejorar su nivel de vida, facilitando la realización de pequeñas y grandes obras que de otra manera
La fricción es un ejemplo de fenómeno físico.
En toda reacción química, la materia se transforma y se producen nuevas
sustancias, dando origen a un fenómeno químico.
al conocimiento de la Física
A medida que el hombre primitivo desarrolló su inteli-
gencia, sintió la necesidad de explicarse el porqué de las
cosas que sucedían a su alrededor y encontrar respuestas
a las siguientes interrogantes: ¿Por qué el día y la noche?
¿Por qué el frío y el calor? ¿Por qué llueve? ¿Qué son los
truenos? ¿Qué es el viento? ¿Por qué vuelan los pájaros?
¿Qué es la Luna? ¿Qué es el Sol? ¿Por qué tiembla? ¿Qué
son los eclipses? ¿Qué son las estrellas? Estas y otras cuestiones eran un verdadero misterio antes de que la Física
contribuyera, gracias a su estudio, a dar respuesta a las
mismas. Sin embargo, no todo está resuelto, pues aún en
nuestros días no se tiene absoluta certeza sobre: ¿Qué es
la materia? ¿Qué es la luz? ¿Existe vida en otros planetas?
¿Qué somos? ¿De dónde provenimos? ¿A dónde vamos?
Pero confiamos que con los avances de la Física y de la
ciencia en general algún día el hombre podrá responder
satisfactoriamente estas preguntas.
Para comprender el desarrollo de la Física es necesario
mencionar brevemente algo de su historia:
La Física tiene sus orígenes con los antiguos griegos,
quienes trataron de explicarse el origen del Universo y
el movimiento de los planetas. Quinientos años antes de
la era cristiana, mientras Leucipo y Demócrito pensaban
que todas las cosas que nos rodean, es decir, la materia, estaban constituidas por pequeñas partículas, otros
explicaban que la materia estaba constituida por cuatro
elementos básicos: tierra, aire, fuego y agua.
Hacia el año 300 a. C., Aristarco ya consideraba el movimiento de la Tierra alrededor del Sol; sin embargo, durante cientos de años predominó la idea de que la Tierra,
carente de movimiento, era el centro del Universo con
todos los planetas y estrellas girando en torno a ella.
Hasta el año 1500 de nuestra era se desarrolló un gran
interés por la ciencia. Galileo Galilei, científico italiano, llegó a comprobar que la Tierra giraba alrededor
del Sol tal como sostenía Copérnico, astrónomo polaco.
Además, Galileo construyó su propio telescopio y demostró que las estrellas estaban a distancias fabulosas
y debido a ello la mayoría resultaba invisible al ojo humano. También descubrió manchas en el Sol, las cuales, al desplazarse lentamente, demostraron el giro de
éste sobre su propio eje. Sin embargo, en Roma, la Santa
Inquisición obligó a Galileo a retractarse de estas afirmaciones, pues chocaban completamente con las ideas
religiosas contenidas en las Sagradas Escrituras. Galileo
pasó sus últimos días en el retiro y murió en 1642, año
del nacimiento de Isaac Newton.
Newton, científico inglés, describió el movimiento de los
cuerpos celestes por medio de su Ley de la Gravitación
Universal. Explicó que la fuerza de atracción llamada
gravedad, existente entre dos cuerpos cualesquiera, ocasiona la caída de las cosas al suelo y su permanencia so-
bre él, de la misma forma como el Sol retiene a los planetas girando a su alrededor en lugar de permitirles flotar
En el siglo xviii se inicia el desarrollo de la termodinámica, rama de la Física que se encarga del estudio
de la transformación del calor en trabajo, y viceversa.
Benjamín Thompson, conde de Rumford, propuso que
el calentamiento causado por la fricción se debía a la
conversión de la energía mecánica en térmica.
En 1820, el físico danés Hans Christian Oersted descubrió que cuando una corriente eléctrica circula por un
conductor a su alrededor se genera una fuerza parecida a
la de un imán, es decir, un campo magnético. Este hecho
dio nacimiento al electromagnetismo, mismo que estudia
las relaciones mutuas entre la electricidad y el magnetismo. En 1831, el físico y químico inglés Michael Faraday
descubrió las corrientes eléctricas inducidas, que son
aquellas que se producen cuando se mueve un conductor
en sentido transversal (perpendicular) a las líneas de flujo de un campo magnético. Faraday enunció el siguiente
principio: La inducción electromagnética es el fenómeno
que provoca la producción de una corriente eléctrica inducida, como resultado de la variación del flujo magnético debido al movimiento relativo entre un conductor y un
campo magnético. En la actualidad, casi toda la energía
que se consume en nuestros hogares, comercios, fábricas,
escuelas y oficinas, se obtiene debido al fenómeno de la
inducción electromagnética. En todo el mundo existen
generadores movidos por agua en estado líquido o en forma de vapor, en los cuales enormes bobinas giran entre
los polos de potentes imanes y generan grandes cantidades de energía eléctrica.
A principios del siglo xix, John Dalton consideró que
todas las cosas estaban formadas por pequeñas partículas llamadas átomos, idea que fue aceptada por
otros científicos, constituyéndose la teoría atómica;
consideraron también que los átomos se combinan
A mediados del siglo xix, el inglés James Prescott Joule,
industrial cervecero, después de continuar los estudios
de Thompson, comprobó que siempre que se realiza
cierta cantidad de trabajo se produce una cantidad equivalente de calor. Joule estableció el principio llamado
equivalente mecánico del calor, en el cual se demuestra
que por cada joule de trabajo se producen 0.24 calorías,
y que cuando una caloría de energía térmica se convierte en trabajo se obtienen 4.2 joules. Este principio
hizo posible establecer la Ley de la Conservación de la
Energía, misma que señala que la energía existente en
el Universo es una cantidad constante que no se puede
crear ni destruir, sólo se puede transformar.
También a mediados del siglo xix, el físico escocés James Clerk Maxwell fue el primero en proponer que
la luz está formada por ondas electromagnéticas, las cuales se pueden propagar aun en el vacío sin necesidad
de un medio material. Él consideró lo siguiente: así como
un campo magnético variable genera un campo eléctrico,
también es posible que un campo eléctrico variable produzca uno magnético. De tal manera que una sucesión
repetida de ellos produzca una perturbación electromagnética, siendo uno generador del otro. Hoy sabemos que
la diferencia básica entre los diferentes tipos de radiación
que constituyen el llamado espectro electromagnético se
debe a su frecuencia y a su longitud de onda.
A finales del siglo xix, el físico francés Enrique
Becquerel descubrió, en 1896, la radiactividad, al observar que los átomos del elemento uranio desprendían
partículas más pequeñas, por lo cual se pensó que el
átomo no era la partícula más pequeña, sino que estaba constituido por otras partículas. Esto motivó la
realización de más experimentos atómicos, como los de
Thomson, Rutherford y Bohr, quienes concluyeron en
describir al átomo como un pequeño Sistema Solar. Así
como los planetas giran alrededor del Sol, en el átomo
los electrones de carga negativa giran alrededor del
núcleo, el cual está compuesto de protones con carga
positiva y de neutrones sin carga eléctrica (figura 1.3).
Los descubrimientos de la radiactividad abrieron un
nuevo campo: la Física Atómica, encargada de estudiar la constitución del átomo. Aparecieron las teorías: Cuántica de Planck, de la Relatividad de Einstein
El átomo es la unidad más pequeña posible de un elemento químico.
y de la Mecánica Ondulatoria de De Broglie. Actualmente, el descubrimiento de nuevas partículas de vida
media muy corta ha originado la Física Nuclear, cuyo
objetivo es descubrir totalmente la constitución del núcleo atómico.
La Física, para su estudio, se divide en dos grandes gru-
pos: Física Clásica y Física Moderna. La primera estudia
todos aquellos fenómenos en los cuales la magnitud de
la velocidad es muy pequeña comparada con la magnitud de la velocidad de propagación de la luz; la segunda se encarga de todos aquellos fenómenos producidos a
la magnitud de la velocidad de la luz o con magnitudes
cercanas a ella, y con los fénomenos relacionados con el
comportamiento y estructura del núcleo atómico. Pero,
¿qué entendemos por magnitud de la velocidad muy pequeña comparada con la magnitud de la velocidad de la
luz? La magnitud de la velocidad de la luz en el vacío es
de aproximadamente 300 mil km/s, esto quiere decir que
si un rayo de luz emitido por una fuente luminosa viajara
alrededor de la Tierra, cuya circunferencia es equivalente
a una longitud de 40 mil kilómetros, el rayo de luz sería
capaz de dar ¡siete vueltas y media alrededor de ella en un
solo segundo! Comparando la magnitud de la velocidad
de la luz con la de un automóvil de carreras que alcanza
magnitudes de velocidades en línea recta de aproximadamente 320 km/h o la de un avión que vuele a 1 000 km/h,
podremos comprender fácilmente que estas magnitudes
de velocidades, para nosotros altas, en realidad son muy
pequeñas al compararlas con la de la luz. En general, las
magnitudes de las velocidades alcanzadas por las motocicletas, automóviles y aviones, aunque sean muy altas,
siempre resultarán mínimas al compararlas con la de la
luz. En la figura 1.4 se observan las ramas de la Física Clásica y la Física Moderna.
La ciencia es un conjunto de conocimientos razona-
dos y sistematizados opuestos al conocimiento vulgar.
El hombre, en su afán de lograr el conocimiento de las
cosas con base en los principios y las causas que les dan
origen, ha logrado el desarrollo constante de la ciencia;
por ello, podemos afirmar que la ciencia es uno de los
productos más elaborados de la actividad del ser humano, pues a través de ella el hombre ha comprendido, profundizado, explicado y ejercido un control sobre muchos
de los procesos naturales y sociales.
1. Sistemática, ya que emplea el método científico para
sus investigaciones. Por medio de él obtiene un conjunto de conocimientos ordenados y relacionados entre sí, evitando dejar al azar la posibilidad de explicar
2. Comprobable, porque puede verificar si es falso o
verdadero lo que se propone como conocimiento.
3. Perfectible, es decir, sus enunciados de ninguna manera deben considerarse como verdades absolutas, sino
por el contrario, constantemente sufren modificaciones
e incluso correcciones a medida que el hombre incrementa sus conocimientos y mejora la calidad y precisión de sus instrumentos de medición y observación.
La ciencia se divide para su estudio en dos grandes
observación y la experimentación sus hipótesis, teorías
Son aquellas que estudian ideas, como es el caso de la
Lógica y las Matemáticas. La característica principal de
estas ciencias es que demuestran o prueban sus enunciados con base en principios lógicos o matemáticos,
pero no los confirman experimentalmente.
Se encargan de estudiar hechos, ya sean naturales (figura 1.5), como es el caso de la Física, Química, Biología y
Geografía Física, que se caracterizan porque estudian
hechos debidos a una causa y que provocan un efecto.
O bien, estudian hechos humanos o sociales, como es el
caso de la Historia, Sociología, Psicología Social y Economía, cuya característica es que estudian hechos de imputación debido a que las teorías e hipótesis son atribuibles
a los investigadores que han realizado los estudios. En
general, las ciencias factuales comprueban mediante la
Los rayos son un fenómeno natural y lo estudian las ciencias factuales.
a ciencia, ya sea formal o factual, formula juicios en forma permanente, es decir, afirma o niega con base en la
observación y el razonamiento. Las ciencias formales ge-
neralmente emplean juicios deductivos, los cuales se realizan cuando, a partir de una generalidad o ley, se analiza un
caso particular. Las ciencias factuales por lo general usan
juicios inductivos que se llevan a cabo cuando, gracias al
estudio de un caso o hecho particular, se llega al enunciado
de una generalidad o ley (figura 1.6).
Ejemplo de juicio deductivo: todos los metales son buenos conductores del calor; la plata es un metal por tanto,
es buen conductor del calor.
Ejemplo de juicio inductivo: el cobre es un buen conductor de la electricidad y es un metal; si el cobre es un metal
y es buen conductor de la electricidad, entonces todos los
metales son buenos conductores de la electricidad.
Las ciencias factuales también utilizan juicios deductivos
cuando al estudiar un hecho se formulan hipótesis con
base en leyes o principios previamente establecidos.
Formulación de juicios inductivos y deductivos.
meno, lo que contribuirá a resolver el problema en estudio.
El conocimiento científico está íntimamente relacionado
con todo lo que existe en el Universo. En ocasiones, el
punto de partida de una investigación científica es la curiosidad del ser humano.
Para que una conjetura sea una buena hipótesis debe
cumplir dos requisitos: estar libre de contradicciones y
poder someterse a comprobación. Se denomina contrastar la hipótesis al proceso de comprobar la validez de la
La especie humana se caracteriza por su continua búsqueda de respuestas a la gran cantidad de preguntas
que se han hecho a medida que su inteligencia se ha ido
desarrollando. En esa búsqueda, la ciencia representa
un papel fundamental. Por ello, podemos decir que todo
conocimiento es una respuesta a una pregunta. Las preguntas surgen de la acción de los individuos en su entorno, y su progreso se debe a la observación científica de
los fenómenos que ocurren en la naturaleza.
A los científicos les interesa descubrir cómo y por qué
ocurren las cosas, buscan explicación a los fenómenos
del mundo. Pero esto es sólo una parte de la historia, ya
que los objetivos de la ciencia son ir más allá de lo inmediato, al averiguar cómo está constituido el Universo y
comprender las r

References: resolución 
 resolución 

Resolución 
 resolución 
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