José L. Trenzado Diepa
FÍSICA
2014
TRENZADO DIEPA, José L. Física / José L. Trenzado Diepa. – Las Palmas de Gran Canaria : Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, Servicio de Publicaciones y Difusión Científica, 2014 244 p. ; 23 cm. – (Manuales de acceso; 20) ISBN 978-84-9042-129-1 1. Física - Tratados, manuales, etc. I. Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, ed. II. Serie 53(035)
FÍSICA Colección Manuales de Acceso, nº 20 Curso preparatorio de acceso a la universidad para mayores de 25 años © de los contenidos: JOSÉ L. TRENZADO DIEPA © de la edición: UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA VICERRECTORADO DE ESTUDIANTES Y EMPLEABILIDAD SERVICIO DE PUBLICACIONES Y DIFUSIÓN CIENTÍFICA Dirección Técnico-Académica: NICANOR GUERRA QUINTANA Primera edición (impresa), 2014
Maquetación y diseño: Servicio de Publicaciones y Difusión Científica de la ULPGC www.ulpgc.es/publicaciones · serpubli@ulpgc.es ISBN: 978-84-9042-129-1 DEPÓSITO LEGAL: GC 782-2014 IBIC: PH/4GE Impresión: Servicio de Reprografía, Encuadernación y Autoedición de la ULPGC
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ÍNDICE PRESENTACIÓN ............................................................................................13 INTRODUCCIÓN ..........................................................................................15 BLOQUE 1. INTRODUCCIÓN. MAGNITUDES FÍSICAS ............................21 TEMA 1. MAGNITUDES FÍSICAS Y SU MEDIDA. EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES ........................................23 1.1. Introducción..........................................................................................25 1.2. Concepto de magnitud. Concepto de medida ................................25 1.3. Concepto de error................................................................................26 1.4. Sistemas de unidades. Magnitudes fundamentales y derivadas ....27 1.5. Múltiplos y submúltiplos decimales. Conversión de unidades......33 EJERCICIOS PROPUESTOS ..............................................................................39 TEMA 2. MAGNITUDES ESCALARES Y VECTORIALES. OPERACIONES CON VECTORES ................................................................45 2.1. Tipos de magnitudes: escalares y vectoriales ..................................47 2.2. Operaciones con vectores. Algebra vectorial ..................................53 EJERCICIOS PROPUESTOS ..............................................................................59
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BLOQUE 2. CINEMÁTICA ..........................................................................63 TEMA 3. CINEMÁTICA. DESCRIPCIÓN DEL MOVIMIENTO. DESPLAZAMIENTO, VELOCIDAD Y ACELERACIÓN ................................65 3.1. Introducción. Descripción del movimiento ....................................67 3.2. Vector de posición. Vector Desplazamiento. Trayectoria..............68 3.3. Ecuación del movimiento ..................................................................69 3.4. Velocidad media. Velocidad instantánea ..........................................69 3.5. Aceleración media. Aceleración instantánea ....................................71 EJERCICIOS PROPUESTOS ..............................................................................72 TEMA 4. MOVIMIENTOS RECTILÍNEOS. CAÍDA LIBRE ........................75 4.1. Tipos de movimientos ........................................................................77 4.2. Movimiento en una dimensión. Movimientos rectilíneos ............78 EJERCICIOS PROPUESTOS ..............................................................................85 TEMA 5. COMPOSICIÓN DE MOVIMIENTOS. TIRO PARABÓLICO ........89 5.1. Descripción del movimiento parabólico ..........................................91 5.2. Ecuaciones del movimiento parabólico............................................92 EJERCICIOS PROPUESTOS ............................................................................101 TEMA 6. MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME ....................................105 6.1. Descripción del movimiento circular..............................................107 6.2. Magnitudes lineales y magnitudes angulares..................................108 6.3. Movimiento circular uniforme. Periodo ........................................111 6.4. Movimiento circular uniformemente acelerado ............................112 6.5. El vector aceleración en los movimientos curvilíneos ................113 EJERCICIOS PROPUESTOS ............................................................................116
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ÍNDICE
BLOQUE 3. DINÁMICA..............................................................................119 TEMA 7. CONCEPTO DE INTERACCIÓN. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA DINÁMICA ................................121 7.1. Introducción........................................................................................123 7.2. Principios fundamentales de la Dinámica ......................................123 7.3. Diagrama de cuerpo libre ................................................................126 7.4. Resolución de problemas de dinámica de la partícula de forma sistemática ..........................................................................127 EJERCICIOS PROPUESTOS ............................................................................129 TEMA 8. APLICACIONES DE LAS LEYES DE NEWTON. PESO. NORMAL. FUERZA DE ROZAMIENTO. LEY DE HOOKE ....................131 8.1. Introducción........................................................................................133 → 8.2. El peso (P ) ..........................................................................................133 → 8.3. La normal (N ) ....................................................................................134 → 8.4. La fuerza de rozamiento (F R) ..........................................................139 → 8.5. La fuerza elástica. Ley de Hooke (F e ) ............................................144 EJERCICIOS PROPUESTOS ............................................................................146 TEMA 9. CONCEPTO DE TRABAJO Y ENERGÍA. ENERGÍA CINÉTICA ..................................................................................151 9.1. Introducción........................................................................................153 9.2. Concepto de trabajo ..........................................................................153 9.3. Concepto de energía ..........................................................................156 9.4. Teorema del trabajo y la energía cinética. Energía cinética de una partícula ....................................................157 9.5. Potencia................................................................................................160 EJERCICIOS PROPUESTOS ............................................................................161
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TEMA 10. FUERZAS CONSERVATIVAS. ENERGÍA POTENCIAL. PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA ..............163 10.1. Fuerzas Conservativas ....................................................................165 10.2. Energía Potencial de una Partícula. Variación de la Energía Potencial..................................................166 10.3. Principio de Conservación de la Energía Mecánica ..................169 EJERCICIOS PROPUESTOS ............................................................................174 BLOQUE 4. OSCILACIONES ......................................................................179 TEMA 11. MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE. ENERGÍA. PÉNDULO SIMPLE ..................................................................181 11.1. Introducción ....................................................................................183 11.2. Descripción del Movimiento Armónico Simple (M.A.S.) ........183 11.3. Ecuación del M.A.S. Relación con el Movimiento Circular......185 11.4. Energía de un Oscilador ................................................................189 11.5. Ejemplo de Sistemas Oscilantes: Péndulo Simple......................192 EJERCICIOS PROPUESTOS ............................................................................195 BLOQUE 5. INTERACCIONES Y CAMPOS ..............................................199 TEMA 12. CAMPO GRAVITATORIO. INTENSIDAD DE CAMPO GRAVITATORIO. ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA........................201 12.1. Introducción. Concepto de campo gravitatorio ........................203 12.2. Ley de gravitación universal ..........................................................204 12.3. Energía potencial gravitatoria. Potencial gravitatorio ................208 EJERCICIOS PROPUESTOS ............................................................................210
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Tema 13. Campo electrostático. Ley de Coulomb. Energía y potencial electrostáticos ..................................................213 13.1. Introducción. Carga eléctrica ........................................................215 13.2. Fuerza ejercida por un sistema de cargas. Ley de Coulomb ....216 → 13.3. Concepto de campo electrostático, E . Líneas de campo ..........221 13.4. Energía potencial electrostática ....................................................226 13.5. Potencial electrostático....................................................................226 EJERCICIOS PROPUESTOS ............................................................................229 APÉNDICES ................................................................................................233
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Presentación
La universidad española cuenta con un sistema de acceso a los estudios universitarios que pretende atender la casuística variada y diversa de los solicitantes de ingreso para cursar dichos estudios. Uno de los medios que cuenta con mayor número de solicitantes es el acceso para Mayores de 25 años que, sea por las razones que fuera, no cuentan con los requisitos necesarios para optar al ingreso en la universidad por la vía de haber culminado los estudios de Bachillerato y las, hasta ahora existentes, Pruebas de Acceso a la Universidad. Se trata de un sistema de acceso que tiene una especial importancia, –junto al resto de los denominados sistemas por criterios de edad: Mayores de 45 y Mayores de 40 años–, dado que son estudiantes con un profundo compromiso en culminar con éxito estos estudios que ahora solicitan iniciar. La Universidad de Las Palmas de Gran Canaria ha sido pionera en organizar y desarrollar este sistema de acceso y, además, ha querido siempre aportar el máximo de garantías para que los solicitantes se enfrenten con todo éxito a la tarea que se plantean. De esa apuesta nacen los materiales didácticos que tienen en estos momentos en sus manos. Cuando ya se han cumplido 25 años de la creación de la ULPGC, renovamos nuestro compromiso con la sociedad de nuestro entorno de poner todo nuestros esfuerzo y empeño en ofrecer una docencia, investigación y gestión de la mayor calidad y excelencia al servicio del desarrollo de Canarias y de los canarios, imbricados en un mundo global con el que mantenemos lazos de cooperación y colaboración.
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PRESENTACIÓN
Como Rector de la Institución, quiero agradecer al Vicerrectorado de Estudiantes y Empleabilidad, al Servicio de Publicaciones y Difusión Científica y a todos los que de algún modo han colaborado en la publicación de estos manuales preuniversitarios que, estoy seguro, será de gran utilidad para todos aquellos que se matriculen en el acceso para Mayores de 25 años. JOSÉ REGIDOR GARCÍA
Rector Octubre de 2014
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