INGENIERIA

Guia de Física I
por Rodrigo Medina A.
Centro de Física IVIC, Departamento de Física USB
Versión preliminar, mayo 2009

Reproducción libre
2

Prólogo
En esta guia pretendemos presentar la teoría correspondiente al curso de Física I de la
Universidad Simón Bolívar de una manera concisa pero completa. Esta guia no pretende ser
un texto completo; principalmente carece de ejemplos en losque se apliquen los principios
fundamentales. Esta falla deberá ser suplida por el profesor. Tampoco proponemos problemas ni ejercicios, pero para eso hay una amplia literatura disponible. Esperamos que esta
guia sea de alguna utilidad para los estudiantes.
Esta versión preliminar está seguramente plagada de errores por lo que apreciamos cualquier sugerencia, crítica o comentario.
RM

3Unidad 1
Introducción a la Física

La Física y las otras ciencias.
La Física estudia las leyes fundamentales de la Naturaleza, por eso está relacionada
estrechamente con las otra ciencias naturales y con la tecnología. El siguiente esquema nos
da una idea de la relación entre la diferentes ramas del saber o ciencias.

Filosofía

Ciencias humanas y sociales
Biología
Química
FísicaFilosofía de la Ciencia, Lógica y Matemática
Fig. 1.1. Relación entre las ciencias
En la base están la Filosofía de la Ciencia, la Lógica y la Matemática, que nos dicen como
se hace ciencia, como se razona correctamente (Lógica) y nos proporciona un potentísimo
método para hacer razonamientos muy complejos (Matemática). La Matemática, aunque
tiene características semejantes, no es una ciencianatural. El origen de sus conceptos no
es la naturaleza sino que es convencional. Una teoría matemática típica está formada por
conceptos primitivos y conceptos derivados, que se obtienen de los primitivos mediante
definiciones. Tenemos luego los axiomas, que son proposiciones que se asumen como
válidas a priori. Los axiomas deben ser consistentes. Mediante deducción se obtienen otrasproposiciones verdaderas que son los teoremas de la teoría. Algunas veces es posible un
nuevo axioma a una teoría preexistente, axioma que debe ser independiente y consistente
con los otros. De esa manera se obtiene una teoría particular de una más general. Sobre
la Matemática tenemos la Física que estudia los componentes básicos de la naturaleza y las
leyes que satisfacen. Las leyes físicas típicasse presentan como expresiones matemáticas,
y las teorías físicas principales tienen la forma de teorías matemáticas; por eso hay una
relación muy estrecha entre Física y Matemática. Grandes físicos fueron también grandes
matemáticos (Arquímides, Newton, Gauss). Ha sido frecuente que problemas planteados por
la Física hayan generado nuevas ramas de la Matemática y viceversa que nuevas ramas dela Matemática hayan encontrado su aplicación en Física.
4

Las leyes que determinan como se forman, que propiedades tienen y como reaccionan
átomos y moléculas (o sea las leyes fundamentales de la Química) tienen su explicación en la
Física. La estructura y el funcionamiento de los seres vivos tienen su explicación en la Física
y la Química. Por otra parte el Hombre es un ser vivo y por lotanto las ciencias humanas
y sociales (Psicología, Sociología, Antropología, etc.) se soportan en la Biología. Todas las
ciencias naturales y sociales se soportan en la Matemática, por ejemplo la Estadística es
fundamental en los estudios sociológicos. La Filosofía es una ciencia humana; por lo que en
esta discusión terminamos en donde empezamos.
El hecho de que las leyes fundamentales de laQuímica tengan su explicación en la Física
no significa que la Química se reduzca a la Física. En cada nivel de complejidad aparecen las
llamadas propiedades emergentes. Cada ciencia natural tiene sus propias leyes y su propio
cuerpo de conocimiento empírico. Es prácticamente imposible predecir en base a las leyes
físicas la inmensa variedad de la Química Orgánica, así como esta última no...