CEIT_04_PD_TL_FIS1

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Física I 
Programa desarrollado 
 
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 
 
 
 
Cuarto Cuatrimestre 
División: Ciencias Exactas Ingeniería y Tecnología 
 
 
 
 
Física I 
220920413/210920413 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Física I 
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SECRETARIA DE EDUCACIÓN PÚBLICA 
Alonso Lujambio Irazábal 
 
SECRETARIA DE EDUCACIÓN SUPERIOR 
Rodolfo Tuirán Gutiérrez 
 
PROGRAMA DE EDUCACIÓN SUPERIOR ABIERTA Y A DISTANCIA 
COORDINACIÓN GENERAL 
Manuel Quintero Quintero 
 
COORDINACIÓN ACADÉMICA 
Soila del Carmen López Cuevas 
 
DISEÑO INSTRUCCIONAL 
Alejandro Aguilar Rodríguez 
 
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN DE PROGRAMAS EDUCATIVOS 
Marlene Krauss Solano, Yhanga Rachel Rosas Sandoval 
AGRADECEMOS LA COLABORACIÓN EN EL DESARROLLO DE ESTE MATERIAL A: 
Mtro. José Inés Andrade Gandarilla 
 
Secretaría de Educación Pública, 2011 
Tabla de contenidos
Física I 
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I. INFORMACIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA 
a. Ficha de identificación 
b. Descripción 
c. Propósito 
II. COMPETENCIAS A DESARROLLAR 
III. TEMARIO 
IV. METODOLOGÍA DE TRABAJO 
V. EVALUACIÓN 
VI. MATERIAL DE APOYO 
VII. DESARROLLO DE CONTENIDOS POR UNIDAD 
a. UNIDAD 1 
b. UNIDAD 2 
c. UNIDAD 3 
d. UNIDAD 4 
 
 
 
 
 
 
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I. INFORMACIÓN GENERAL DE LA ASIGNATURA 
 
a. Ficha de identificación 
Nombre de la Licenciatura o 
Ingeniería: Ingeniería en Telemática 
Nombre del curso o asignatura Física I 
Clave de asignatura: 220920413/210920413 
Seriación: Sí 
Cuatrimestre: 4 
Horas contempladas: 72 
 
b. Descripción 
 
El presente curso pretende que comprendas los modelos y herramientas que usa la Física para 
explicar fenómenos físicos y la forma en que estos modelos y sus aplicaciones tecnológicas han 
ayudado al ser humano a interactuar con su medio, a transformarlo y aprovecharlo para mejorar 
su calidad de vida. El estudio de la Física se divide en dos grandes grupos: Física clásica y Física 
moderna; este curso se aboca principalmente a los fundamentos de la primera con algunos 
conceptos relevantes de la segunda. 
 
La Física clásica tiene importantes aplicaciones en diversas áreas del conocimiento de la 
biotecnología, la tecnología ambiental y las energías renovables, pues la base del desarrollo de 
dichas áreas es la comprensión de los fenómenos naturales. Al identificar los campos que la 
conforman: mecánica, electromagnetismo, fluidos y óptica, usarás las herramientas matemáticas 
necesarias para dominar conceptos y modelos que te permitan resolver problemas, explicar 
fenómenos naturales y el funcionamiento de dispositivos electrónicos, digitales y mecánicos. 
Argumentarás sobre las implicaciones éticas y morales que el uso de los conocimientos, 
descubrimientos y avances tecnológicos en el área de la ciencia tienen en la sociedad. Utilizarás las 
formas discursivas escritas propias de la física para presentar, divulgar y discutir resultados 
científicos. 
 
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Debido a sus métodos para recabar información, elaborar modelos, interpretar datos y su gran 
poder para predecir eventos, esta asignatura es fundamental en la formación integral del futuro 
profesionista de carreras científicas y las ingenierías. Es por este hecho que es parte del mosaico 
de asignaturas que se integran al módulo II de formación disciplinar de la familia de ingenierías. 
 
La asignatura de Física I se ubica en el cuarto cuatrimestre de la carrera de: Ingeniería en 
Telemática. Los conocimientos y capacidades que adquieras a lo largo del curso te serán útiles 
para el estudio de asignaturas afines en los siguientes cuatrimestres como Física II, electrónica 
básica, electrónica digital, comunicación en sistemas de control. 
 
c. Propósito 
 
Esta asignatura tiene la finalidad de proporcionarte los fundamentos básicos de la física que te 
ayuden a describir y explicar los fenómenos físicos y aplicaciones tecnológicas presentes en tu vida 
diaria. La construcción de modelos que te permita interpretar los datos obtenidos de situaciones o 
contextos de la vida cotidiana es una habilidad que te ayudará a resolver problemas y proponer 
soluciones a los retos que se te presenten en tu formación profesional. Contarás con una clara 
conceptualización del comportamiento físico de la materia, las leyes que la rigen, los modelos que 
interpretan y dan forma a los conocimientos encuadrados en la física. 
 
 
II. COMPETENCIA(S) A DESARROLLAR 
 
Competencia(s) general(es) 
 
Modelar fenómenos físicos mediante la aplicación de las leyes de la física para describir 
aplicaciones tecnológicas y resolver problemas físicos. 
 
Competencias específicas 
 Identificar el rango de acción de la física clásica y sus herramientas básicas (matemáticas) 
para describir su aplicación en las carreras de desarrollo tecnológico, mediante ejemplos 
de la vida cotidiana. 
 
 Modelar fenómenos físicos para describir situaciones que se presentan en la vida 
cotidiana mediante el uso de conceptos de cinemática, dinámica y las leyes de Newton. 
 
 Describir el funcionamiento de dispositivos electrónicos para la transmisión y recopilación 
de datos mediante el uso de los modelos electrostático y electromagnético. 
 
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 Describir el comportamiento de aplicaciones tecnológicas para el análisis, procesamiento 
de imágenes, producción de energía eléctrica mediante el uso del modelo corpuscular y 
ondulatorio de la luz. 
 
III. TEMARIO 
1. Introducción a la física 
1.1. ¿Qué es la física? 
1.1.1. Definición de física 
1.1.2. Física y su relación con otras disciplinas 
1.1.3. Ejemplos de aplicación de la física en ingeniería 
1.2. Unidades y magnitudes físicas 
1.2.1. Sistemas de medición 
1.2.2. Conversión de unidades 
1.2.3. Vectores y escalares 
1.3. Herramientas matemáticas 
1.3.1. Propiedades y operaciones con vectores 
2. Mecánica 
2.1. Cinemática 
2.1.1. Representación de datos y uso de modelos 
2.1.2. Desplazamiento, velocidad y aceleración 
2.1.3. Movimiento con aceleración constante 
2.1.4. Movimiento bidimensional: circular y tiro parabólico 
 
2.2. Leyes de Newton 
2.2.1. Primera ley de Newton o Ley de la inercia 
2.2.2. Segunda ley de Newton o Ley de la fuerza 
2.2.3. Tercera ley de Newton o Ley de acción y reacción 
2.2.4. Ley de la gravitación universal 
 
2.3. Dinámica 
2.3.1. Trabajo 
2.3.2. Energía cinética y potencial 
2.3.3. Fuerzas conservativas y no conservativas 
 
2.4. Mecánica de fluidos 
2.4.1. Estática de fluidos 
2.4.2. Dinámica de fluidos 
 
3. Electromagnetismo 
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3.1. Campos electromagnéticos 
3.1.1. Campo eléctrico 
3.1.2. Ley de Coulomb 
3.2. Leyes de Maxwell 
3.2.1. Ley de Gauss para el campo eléctrico 
3.2.2. Campo magnético 
3.2.3. Ley de Gauss para el magnetismo 
3.2.4. Ley de Ampere 
3.3. Circuitos 
3.3.1. Ley de Faraday 
3.3.2. Ondas electromagnéticas 
3.3.3. Resistores 
4. La Luz 
4.1. Modelo Ondulatorio de la Luz 
4.1.1. Ondas 
4.1.2. Reflexión 
4.1.3. Refracción 
4.1.4. Formación de imágenes 
4.1.5. Instrumentos ópticos 
4.1.6. Difracción, polarización e interferencia 
4.2. Modelo Corpuscular de la Luz 
4.2.1. Cuantización de la energía de una onda electromagnética 
4.2.2. Emisión, absorción y dispersión de la radiación electromagnética 
4.2.3. Líneas espectrales 
4.2.4. Efecto fotoeléctrico 
4.2.5. Rayos X 
4.2.6. Dualidad onda-partícula de la luz 
 
IV. METODOLOGÍA DETRABAJO 
 
La asignatura de física tiene un perfil experimental por lo que todas las teorías establecidas y todas 
las leyes enunciadas siempre tienen un apoyo práctico. Sus actividades se dividen en su mayoría 
en dos grandes grupos: ejercicios en el aula virtual y los ejercicios expuestos en el Cuaderno de 
prácticas. Las actividades son integradoras, por lo que las encontrarás al finalizar cada tema que 
integra las unidades de la asignatura, además son de trabajo individual y/o colaborativo. 
 
Las herramientas del aula virtual que utilizarás principalmente son: el foro y la base de datos. En el 
foro se fomenta la reflexión de ciertas teorías y la comunicación entre los alumnos. Por su parte, la 
base de datos propicia el aprendizaje colaborativo y valores éticos como el respeto; ésta se 
utilizará como una herramienta bidireccional mediante la cual los alumnos podrán 
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retroalimentarse los trabajos publicados. En las dos herramientas del aula virtual, el Facilitador es 
moderador del conocimiento, pues vigilará que se cumplan las reglas y orientará las 
participaciones. 
 
El Cuaderno de prácticas es la otra herramienta que utilizarás y será un documento descargable 
que deberás tener siempre a la mano. Los ejercicios que lo integran tienen como propósito poner 
en práctica operacionalmente tus conocimientos mediante el uso de software1 (el software es de 
libre acceso y se puede descargar, mediante éste se sustituye al laboratorio físico). Algunas 
prácticas son de trabajo individual, y otras, de trabajo colaborativo. Las primeras se entregan al 
Facilitador mediante la herramienta de Tareas y las de trabajo colaborativo se realizan en la base 
de datos. Conforme se vayan realizando las prácticas se integrará el proyecto final. 
El proyecto final de Física tiene por nombre “La puesta en órbita de un satélite geoestacionario 
de un kilogramo de peso”. Para llevarlo a cabo, se divide en tres etapas: la planificación, la 
implementación y la evaluación del proyecto. La evidencia por unidad que realices constituye un 
avance del proyecto o una etapa del mismo. 
 
A continuación se te describen las tres etapas del proyecto: 
Primera etapa: Planificación del proyecto 
 
Se elabora el plan de trabajo que consta de: 
 Objetivos 
 Tareas o actividades 
 Lecturas 
 Modelos que se emplean 
 Calendario de actividades 
 Responsable de actividades 
 
Segunda etapa: Implementación del proyecto 
 
Se realiza de la acción experimental. Se integra por tres reportes que parten de los resultados de 
los ejercicios del Cuaderno de prácticas. 
 
Primer reporte: Uso de las Leyes de Newton y la Ley de la Gravitación Universal 
 
Los criterios de elaboración son: 
 
1Se usan dos tipos de software, Tracker y EJS. Ambos permiten describir el movimiento de cuerpos reales; 
además, permiten modelar el comportamiento de partículas usando principios, leyes y teorías físicas. 
 
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 Describir el movimiento de un cuerpo en una órbita circular alrededor de la Tierra. 
 Describir el movimiento del satélite en órbita alrededor de la Tierra, supón que la 
Tierra es redonda y que la órbita es circular. 
 Modelar el movimiento del sistema Tierra-satélite usando las Leyes de Newton y 
la Ley de la Gravitación Universal. 
 Dispositivos mecánicos para el movimiento del satélite. 
 
Segundo reporte: Sistema de transmisión de señales 
 
Los criterios de elaboración son: 
 
 Describir la producción, almacenamiento y distribución de energía eléctrica. 
 Describir el tipo de antena y radar que se usará para la transmisión y recepción de 
señales. 
 Describir los elementos y características del circuito que se usará para transmitir 
señales sinusoidales. 
 Modelar la producción de las ondas electromagnéticas que se transmitirán. 
 Describir los dispositivos para la recopilación de datos. 
 
Tercer reporte: Sistema de comunicaciones del satélite 
 
 Modelar la onda que se usará para la transmisión de datos y la comunicación con 
el satélite 
 Describir la forma de evitar la interferencia y el ruido en las comunicaciones 
 Describir el sistema para la toma de imágenes 
 Describir los dispositivos para la toma y análisis de imágenes. 
 
Tercera etapa: Evaluación del proyecto 
 
Se informan los resultados totales. Se realiza bajo los siguientes criterios: 
 Título 
 Autores 
 Resumen 
 Introducción 
 Desarrollo 
o Modelos que se emplean en el diseño y funcionamiento del satélite 
o Dispositivos 
o Resultados 
o Análisis de los resultados 
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 Conclusiones 
 Fuentes de información (formato APA) 
Al finalizar la última unidad encontrarás una autoevaluación la cual también pondera para tu 
calificación final. Es importante que realices tus actividades y la entrega final de tu proyecto en los 
tiempos preestablecidos. 
 
V. EVALUACIÓN 
 
En el marco del Programa de la ESAD, la evaluación se conceptualiza como un proceso 
participativo, sistemático y ordenado que inicia desde el momento en que el estudiante ingresa al 
aula virtual. Por lo que se le considera desde un enfoque integral y continuo. 
 
Por lo anterior, para aprobar la asignatura, se espera tu participación responsable y activa así 
como una comunicación estrecha con tu Facilitador(a) para que pueda evaluar objetivamente tu 
desempeño. Para lo cual es necesaria la recolección de evidencias que permitan apreciar el 
proceso de aprendizaje de contenidos: declarativos, procedimentales y actitudinales. 
 
En este contexto la evaluación es parte del proceso de aprendizaje, en el que la retroalimentación 
permanente es fundamental para promover el aprendizaje significativo y reconocer el esfuerzo. Es 
requisito indispensable la entrega oportuna de cada una de las tareas, actividades y evidencias así 
como la participación en Foros y demás actividades programadas en cada una de las unidades, y 
conforme a las indicaciones dadas. La calificación se asignará de acuerdo con la rúbrica establecida 
para cada actividad, por lo que es importante que la revises antes realizarla. 
 
A continuación presentamos el esquema general de evaluación. 
ESQUEMA DE EVALUACIÓN 
Evaluación continua 
Interacciones individuales y 
colaborativas 
10% 
Tareas 30% 
E-portafolio. 50% 
Evidencias 40% 
Autorreflexiones 10% 
Examen 10% 
CALIFICACIÓN FINAL 100% 
Cabe señalar que para aprobar la asignatura, se debe de obtener la calificación mínima indicada 
por la ESAD. 
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UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA 
 
Propósito 
 
Identificarás el campo de acción de la física clásica y sus herramientas 
elementales de las que se vale para poder describir, explicar y predecir 
la naturaleza. 
 
Competencia específica 
 
Identificarás el rango de acción de la física clásica y sus herramientas básicas 
(matemáticas) para describir su aplicación en las carreras de desarrollo 
tecnológico, mediante ejemplos de la vida cotidiana. 
 
Presentación de la unidad 
 
Lo importante es no dejar de hacerse preguntas. 
Albert Einstein (1879-1955), científico alemán 
 
 La presente unidad te permitirá: Dimensionar la importancia de la 
física y su relación con diversas áreas de conocimiento, además 
del impacto que ejerce dentro de la ingeniería, recordar los conceptos básicos, así como las 
unidades, magnitudes físicas y herramientas matemáticas que son la base para poder resolver 
problemas (ya sea de la industria o bien de tu vida cotidiana) que te presentaremos en las 
siguientes unidades. 
 
1.1.¿Qué es la física? 
 
Te has preguntado ¿qué es la física? o ¿para qué sirve la física? 
 
Existen varios factores por los cuales puede o no atraernos la física. En esta unidad se pretende 
mostrar que la física es la ciencia que podemos tocar, mover, escuchar, etc. Al final, te darás 
cuenta que no es complicado, sólo es cuestión de observar nuestro alrededor e identificar los 
principios físicos que nos permiten construir explicaciones de nuestro mundo. 
 
Física I 
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La física, al igual que otras disciplinas, se inició en Grecia y a lo largo de la historia ha tenido gran 
evolución. Su estudio se divide en dos grandes etapas o períodos históricos: 
 
 
La clasificación de la física clásica puede variar dependiendo del autor que se consulte cada una de 
las clasificaciones se proporcionará los conocimientos necesarios para tu formación integral como 
ingeniero. Por ejemplo, podrás aplicar la física clásica en la optimización de la energía. 
 
En este momento no ahondaremos en dicha clasificación, podrás hacerlo de manera paulatina con 
el estudio de cada una de las diferentes unidades. 
 
La física moderna se encarga del estudio de la naturaleza y de la estructura de las partes últimas 
de la materia. Sin embargo, en cuanto más avanzan los conocimientos, los límites entre estas 
partes resultan más y más formales e incluso arbitrarios. Por esta razón, su estudio parece cuando 
no imposible, una tarea difícil y compleja. No obstante, resulta posible su descripción mediante 
una serie de conceptos que, si se eligen bien, no resultan tan numerosos para formar un esquema 
conceptual. 
 
Por el momento no ahondaremos más en el estudio de la física moderna ya que, por su grado 
requiere de otro curso para detenernos en sus particularidades. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.1.1. Definición de física 
 
De manera conceptual podemos decir que: 
 
Antes de continuar, ¿recuerdas qué es un fenómeno? 
 
Observa con atención las siguientes imágenes y reflexiona: 
 
¿Porqué las imágenes que se encuentran a la izquierda son acciones de consideradas como un 
fenómeno físico y las imágenes de la derecha son consideradas como un fenómeno químico? 
 
 
 
Los fenómenos físicos son los que se producen 
sin alterar la estructura molecular o íntima de la 
materia, por ejemplo en las imágenes pudiste 
observar una persona levantando un objeto, 
este acto, no modifica la estructura del objeto. 
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Los fenómenos químicos sí provocan un cambio en la estructura molecular de las substancias; la 
manzana mordida de la imagen, está oxidada, esta reacción sí altera la estructura de la manzana. 
 
Hay ocasiones en las que es difícil distinguir dichos fenómenos, ya que suelen mezclarse, por tales 
motivos es necesario que observes y recuerdes los principios y las leyes de la física que se 
presentarán a lo largo del curso. 
 
Actividad 1. Foro: La física inútil 
Descarga y lee el cuento La física inútil. 
1. Participa en el foro retomando los siguientes aspectos: 
 Preséntate con tus compañeros(as) mencionando tu localidad, pasatiempos, metas 
profesionales y demás temas que desees compartir. 
 Describe tu concepción de la física. 
 Menciona lo que más te haya gustado o desagradado del cuento. 
 Opina si estás de acuerdo con la conclusión del personaje y argumenta por qué. 
2. Consulta la rúbrica del foro para conocer cómo se evaluará tu participación. 
 
 
 
1.1.2. Física y su relación con otras disciplinas 
 
 
La física, al igual que otras disciplinas, se inició en 
Grecia. En esta época no se distinguía entre las 
actividades científicas y filosóficas ni mucho menos 
entre diferentes tipos de ciencias o distintas ramas 
de la filosofía, tal como se hace en la actualidad, 
sino que todo el conocimiento se engloba en el término genérico de “filosofía natural”. 
¿Alguna vez has estudiado o leído sobre el tema? Gracias al origen de las disciplinas, nos 
percatamos que están intrínsecamente relacionadas y es lo que nos permite comprender nuestro 
entorno. 
 
Las principales disciplinas con las que tiene una relación directa la física son: 
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A lo largo de tu formación te percatarás de la importancia de la relación de la física con otras 
disciplinas. Dicha relación es la base para la ingeniería que se encarga de generar tecnología, que 
por lo regular es para el uso cotidiano, por ejemplo la computadora que estas utilizando en este 
momento. 
1.1.3. Ejemplos de aplicación de la física en ingeniería 
 
Prensa hidráulica 
 
La respuesta, sin duda alguna, se encuentra en la física y para ser más específicos, en la 
hidrostática. El principio físico del que se obtiene la prensa hidráulica se llama Principio de Pascal 
y enuncia lo siguiente: 
 
 
El concepto fundamental del Principio de Pascal es el de presión. Para que tengas una idea más 
clara de lo que significa, lee el siguiente ejemplo: 
 
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A todos nos han pisado alguna vez, sin embargo algunos pisotones duelen más que otros. Estas 
diferencias pueden ser establecidas por dos factores: 
 
 El peso de la persona 
No es lo mismo que nos pise una persona que pesa 50 kg, usando un tenis 
de cierta medida, a que nos pise otra que pesa 100 kg, usando los mismos 
tenis y calzando lo mismo, en efecto duele más que nos pise el que pesa 
100 kg. 
 
 La clase de zapato utilizado. 
Duele más que nos pise una mujer que usa un tacón de aguja, que nos pise la misma muchacha 
con tenis para correr. 
 
En el ejemplo del pisotón existen factores que marcan la diferencia en el dolor que sientes: 
 
 
A continuación se presenta un ejemplo del Principio de Pascal para que estudies la aplicación de la 
física. 
 
Una primera aproximación a la idea de presión podría ser 𝑝 =
𝐹
𝑆
, donde 𝑝 es la presión ejercida por 
la fuerza 𝐹 sobre el área 𝑆. 
Ahora imaginemos un dispositivo 
como se muestra en la figura. 
 
Supongamos ahora que aplicamos una 
fuerza 𝐹𝐴sobre el líquido del lado 
izquierdo del contenedor de agua. Si la 
misma fuerza es aplicada del lado derecho 
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de la presión𝑝𝐴 será menor. Esto se debe a queel lado izquierdo del contenedor es más angosto 
que el lado derecho. 
 
Al aplicar una fuerza 𝐹𝐴del lado izquierdo 
del contenedor, la presión𝑝𝐴 según el 
principio de Pascal, se transmite 
íntegramente (solo en caso de 
imprimírsela a un líquido) a todo el fluido 
que se quiere levantar (en particular el 
lado derecho que sostiene el peso del 
automóvil). 
 
Por el principio de Pascal, la presión del lado derecho 𝑝𝐵es igual a la presión del lado izquierdo 𝑝𝐴, 
es decir: 
𝑝𝐴 =
𝐹𝐴
𝑆𝐴
=
𝐹𝐵
𝑆𝐵
= 𝑝𝐵 
 
Despejando la fuerza que se ejerce sobre el fluido del lado derecho se obtiene: 
 
𝐹𝐵 = 𝐹𝐴
𝑆𝐵
𝑆𝐴
 
 
La fuerza resultante 𝐹𝐵de es mayor que la fuerza que se aplique del lado izquierdo 𝐹𝐴debido a que 
la razón de las áreas 
𝑆𝐵
𝑆𝐴
es mayor a uno. 
 
De esta forma se podría levantar una masa 𝑀 que tenga como 
máximo un peso 𝑊 = 𝐹𝐵 . Entre mayor sea la masa de lo que 
queremos levantar, más grande debe ser el cociente 
𝑆𝐵
𝑆𝐴
. 
 
De esta forma es como se levantan grandes masas (𝑀) con fuerzas no tan grandes (𝐹𝐴). 
 
 
Refrigerador 
 
Uno de los ejemplos más contundentes que muestran que la física está en todas partes, es el 
refrigerador doméstico. Sin la física, y en particularsin el desarrollo de la termodinámica, este gran 
invento nunca hubiera sido posible. 
 
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La idea del refrigerador surge de lo que se conoce como máquinas térmicas, que son dispositivos 
capaces de convertir calor en trabajo, que nos servirá para realizar alguna tarea, con ayuda de un 
fluido que trabaja en ciclos termodinámicos. 
 
Un ciclo termodinámico de un fluido es la consecución de un cierto número de procesos 
termodinámicos –es decir, alteraciones físicas realizadas a la sustancia, como aumentar su 
presión, disminuir su temperatura, cambiar su estado de agregación, etc– que tienen como 
resultado final, el estado en que se encontraba nuestro fluido inicialmente, de ahí la palabra 
ciclo. 
 
Gracias a la física –Segunda ley de la termodinámica–, se sabe que no se puede convertir todo el 
calor suministrado a una máquina térmica en trabajo, sino que siempre habrá un “desperdicio” o 
residuo que se manifiesta, por lo general, en forma de calor. 
 
 
 
El diagrama representa cómo el calor de entrada se divide en calor de salida (“desperdicio”) y 
trabajo (“ganancia” para realizar alguna tarea). 
 
Un refrigerador de uso doméstico funciona como una máquina térmica que invierte la dirección 
del flujo de calor y el trabajo. Esta clase de dispositivos térmicos recibe el nombre de “máquinas 
frigoríficas” y consisten en sacar calor de un reservorio a temperatura menor para introducirlo en 
el que tiene una temperatura más alta, con ayuda de trabajo externo aplicado al sistema. 
 
El fluido que hace posible el funcionamiento de esta máquina se llama “fluido refrigerante” y está 
en contacto con los dos reservorios térmicos. El ciclo termodinámico que se lleva a cabo se explica 
a continuación: 
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1. Se empieza con un fluido refrigerante en estado líquido a temperatura 𝑇, al que se 
le transfiere calor 𝑄𝐸estando en contacto con el reservorio a temperatura mayor 
𝑇𝐸 . En este paso se quiere que la temperatura del fluido se mantenga constante 
por lo que se compensa la transferencia de calor con un aumento en su volumen y 
una disminución en su presión, de tal forma que el resultado es que el líquido 
refrigerante se convierte en gas. 
2. Después se sube la temperatura del fluido mediante trabajo externo. Esto se 
realiza por lo general comprimiendo y aumentado la presión del ahora gas 
refrigerante. Ahora nuestro gas tiene una temperatura 𝑇′ . 
3. A continuación, el gas a temperatura 𝑇′entra en contacto con un reservorio a 
temperatura 𝑇𝑆mayor, por lo que ahora es el fluido el que cede una cantidad de 
calor 𝑄𝑠 hasta que vuelve a un estado líquido. Este paso es el inverso del primero, 
porque ahora se aumenta el volumen y se reduce la presión para mantener la 
temperatura 𝑇′ fija y regresar al fluido refrigerante al estado líquido. 
4. Ya que el fluido está en estado líquido, se le baja la temperatura hasta llegar a 𝑇, 
con ayuda de trabajo externo que se verá reflejado en nuestro fluido como una 
expansión de volumen y disminución de presión, obteniendo un líquido como en 
el estado inicial y completando el ciclo. 
 
1.2. Unidades y magnitudes físicas 
 
La medición surge de comparar objetos y, específicamente, propiedades que 
poseen esos objetos. El gran paso en la historia de la humanidad fue dado al 
notar que para comparar cierta propiedad en dos objetos, se podía utilizar 
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un tercero, objeto dereferencia, al que ahora se llama medida estándar o unidad de medida. Una 
característica importante de la medida estándar es que debe tener un valor bien definido y no 
debe cambiar bajo ninguna circunstancia. 
 
¿Por qué es importante la precisión de las medidas? 
¿Qué pasaría si un doctor prescribe una dosis de medicamento de 5mg y en la receta se escribiera 
una dosis de 5g? 
Existiría una sobredosis puesto que 5 mg = 0.005 g y 5 g = 5000 mg. Por lo tanto, las medidas, los 
instrumentos de medición y los sistemas métricos son muy importantes, ya que nos permiten 
tener mayor precisión en las determinaciones. 
La mayoría de los cálculos y mediciones en física se refieren a diferentes clases de cantidades, por 
ejemplo, longitud, masa, densidad, velocidad, etc., cada medida incluye tanto un número y una 
unidad. 
 
 
Sería muy complicado definir una unidad de medida cada vez que 
encontremos una propiedad nueva del objeto en cuestión, es por 
ello que se han definido ciertas propiedades físicas como 
combinación de otras más simples. De la misma forma se han 
definido unidades de medida en función de otras más simples. A 
las unidades de medida. 
 
 
 
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Definición de unidades y magnitudes físicas. 
Unidad 
Es el valor del patrón o valor de referencia de una cantidad 
física. Se utiliza para expresar otros valores de la misma 
cantidad, así como para medir o comparar objetos y 
substancias. 
Unidad básica o fundamental 
Es la base de los sistemas racionales de medidas. Reúne las 
características de invariabilidad y reproducción con exactitud. 
Unidad compuesta 
 
Se obtiene a partir de las unidades básicas o fundamentales que se combinan mediante 
definiciones, relaciones, fórmulas o ecuaciones para obtener dicha unidad. 
 
Magnitud física 
 
Se compone de un número y una unidad de medida. Ambos son necesarios porque por sí solos, 
tanto el número como la unidad, no tienen sentido. 
 
Se pueden utilizar distintas unidades de medida para referirse a la misma propiedad o cantidad 
física, cada parámetro físico queda definido indicando cómo se mide. Dependiendo del dispositivo 
de medición y del sistema de unidades utilizado, cada parámetro o cantidad puede expresarse en 
unidades diferentes. Por ejemplo: 
 
Sin embargo, siempre que se trate de la misma propiedad física, debe existir alguna relación o 
fórmula para poder pasar de una unidad de medida a otra. 
 
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1.2.1. Sistemas de medición 
 
Un sistema de unidades o sistema de medición es el conjunto de unidades básicas establecidas 
como unidades patrón más las unidades derivadas formadas a partir de las anteriores. 
En la actualidad se utilizan básicamente los sistemas de unidades siguientes: sistema métrico 
decimal, sistema internacional, sistema inglés. 
Los sistemas de unidades permiten trabajar con unidades coherentes y establecer un lenguaje 
universal. 
A continuación, se explican los sistemas de medición más utilizados. 
Sistema métrico decimal 
Fue implantado durante la Primera Conferencia de Pesos y Medidas realizada en París en 1889, 
con el propósito de establecer un sistema de unidades único para todo el mundo y así facilitar el 
intercambio científico, cultural, comercial. 
Se compone de tres magnitudes básicas: longitud, capacidad y masa. 
 
Sistema internacional (SI) o MKS 
 
Se compone fundamentalmente de tres unidades: el metro (m) para longitud, el kilogramo (kg) 
para masa y peso y el segundo (s) para tiempo. 
 
El sistema MKS (metro, kilogramo, segundo) es una extensión del Sistema métrico decimal, se 
utiliza más en ciencias y en la mayoría de los países del mundo que el sistema británico (FPS, por 
sus siglas en inglés). 
 
Sistema inglés F (foot) P (pound) S (second) o FPS 
 
Se compone de tres unidades básicas: el pie (ft) para longitud, la libra (lb) para masa y peso y el 
segundo (s) para el tiempo. 
Comparación entre dos de los sistemas de medición más utilizados. 
Unidades básicas de los sistemas SI (MKS) e inglés 
Magnitud SI. Nombre (símbolo) Inglés FPSNombre 
(símbolo) 
Longitud Metro (m) Pie (ft) 
Masa Kilogramo (kg) Libra (lb) 
Tiempo Segundo (s) Segundo (s) 
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Temperatura Kelvin (K) Grado Fahrenheit (°F) 
Cantidad de substancia Mol (mol) Mol (mol) 
Intensidad de corriente 
eléctrica 
Ampere (A) 
Ampere (A) 
 
Hoy en día aunque los países tengan sistemas de unidades propios, utilizan el Sistema 
internacional, sin embargo, en Reino Unido y Estados Unidos de Norteamérica se sigue utilizando 
el Sistema Inglés. 
 
Comparación entre las unidades compuestas del Sistema métrico decimal y del Sistema inglés. 
Unidades compuestas de los sistemas SI (MKS) e inglés 
Magnitud SI (MKS) Nombre (símbolo) Inglés Nombre (símbolo) 
Superficie Metro cuadrado (m2) Pie cuadrado (ft2) 
Volumen Metro cúbico (m3) Galón (Gal) 
Velocidad Metro por segundo (m/s) Pie por segundo (ft/s) 
Aceleración Metro por segundo al 
cuadrado (m/s2) 
Pie por segundo al cuadrado 
(ft/s2) 
Densidad Kilogramo por metro 
cúbico (kg/m3) 
Libra por galón (lb/gal) 
Peso Kilogramo por aceleración 
de la gravedad 
(kgx9.81m/s2) 
Slug por aceleración de la 
gravedad en pies/s2 (slug x 
32.2ft/s2) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.2.2. Conversión de unidades 
 
Observa con atención las siguientes imágenes y reflexiona. 
¿Qué representan? 
 
 
 
Las imágenes que viste antes, son ejemplos frecuentes de cómo se utiliza la conversión de 
unidades en la vida cotidiana. 
La conversión de unidades es una expresión matemática para: 
 
 Hacer cambios de unidades de la misma magnitud o cantidad física. 
 Calcular la equivalencia entre los múltiplos y submúltiplos de una determinada unidad de 
medida. 
 
Es decir, la conversión de unidades nos permite igualar dos unidades diferentes para llegar a una 
expresión que las engloba. 
 
Conversión de unidades 
 
Los siguientes ejemplos te ayudarán a recordar el procedimiento para la conversión de unidades. 
Pulgadas 
1. Convertir 15 pulgadas a centímetros 
2. Obtener el factor de conversión: 1 pulgada= 2.54 cm 
3. Por tanto, 15 pulgadas X 2.54 cm/ 1 pulgada = 15 X 2.54 = 38.1 cm 
Metros 
 
1. Convierte 25 pulgadas a centímetros 
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2. Obtener el factor de conversión: 1 pulgada= 2.54 cm 
3. Por tanto, 15 pulgadas X 2.54 cm/ 1 pulgada = 15 X 2.54 = 38.1 cm 
 
En cada una de las fracciones entre paréntesis se ha empleado la misma medida en unidades 
distintas de forma que al final sólo quedaba la unidad que se pedía. 
Actividad 2. Factor de conversión 
1. Busca una tabla de conversión de unidades y consérvala, ya que la utilizarás a lo largo del curso. 
2. Descarga el archivo Ejercicios de factor de conversión y resuelve lo que se te pide. 
3. Envía tu trabajo con la nomenclatura FIS_U1_A2_XXYZ. Sustituye las XX por las dos primeras letras 
de tu primer nombre, la Y por la inicial de tu apellido paterno y la Z por la inicial de tu apellido 
materno. 
Recuerda que tu archivo no debe pesar más de 4 MB. 
 
 
1.2.3. Vectores y escalares 
 
En la física hay dos clases principales de cantidades físicas, las cuales se explicaran con un ejemplo: 
 Un futbolista que va a ejecutar un tiro penal, necesita 
tomar en cuentas dos aspectos: 
1. La “potencia” con que va a ejecutar el tiro; sin 
embargo, esto no le asegurará meter el gol. 
2. Debe también tomar en cuenta que, si su tiro es lo 
suficientemente “angulado”, el portero no tiempo 
para reaccionar y detenerlo. 
 
La cantidad física asociada a este ejemplo se llama,fuerza. 
 
La fuerza es una de las cantidades físicas que, para ser determinadas, necesitan una magnitud:la 
“potencia” con la que el futbolista golpea al balón, y una dirección,para definir qué tan “angulado” 
resulta el tiro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Las cantidades físicas pueden ser: 
 
Ten en cuenta que está implícita una unidad, medida tanto para vectores como para escalares al 
tratarse de cantidades físicas. Por otro lado es importante observar que la dirección de un vector 
está dada por algún sistema de referencia, de tal forma que en el ejemplo de tiro penal, desde la 
perspectiva del cobrador, si su tiro tuvo como dirección el ángulo superior derecho, para el 
portero, tuvo una dirección al ángulo superior izquierdo. 
Una magnitud vectorialestá constituida por un número, una unidad y una dirección. 
 
Ejemplos: 
Magnitud vectorial Representación 
1) 50 kilómetros por segundo en dirección 
hacia el norte 
 
 
2) Un peso de 5kg que cuelga de una cuerda. 
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Al retomar los ejemplos de las imágenes anteriores, se tiene que: 
 
Para distinguir a un vector utilizaremos la siguiente notación: 
 
𝑨, 𝑨 ,𝑨 
 
Gráficamente se representa con una flecha que apunta en la dirección deseada y cuyo tamaño es 
proporcional a su magnitud. 
 
La magnitud o el tamaño de un vector es un número positivo que se representa geométricamente 
como longitud de la flecha y se denota 𝑨 . 
 
Ahora piensa en ejemplos de magnitudes vectoriales, tal vez se te ocurran aquellas magnitudes 
que implican un punto de partida y otro de llegada, así como una flecha que indica la dirección. 
 
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1.3. Herramientas matemáticas 
 
Las herramientas matemáticas que se utilizan en la física son, principalmente, el cálculo 
diferencial e integral y el cálculo vectorial (que se estudia dentro del álgebra lineal). Este curso se 
centrará en el cálculo de los vectores. 
 
Para el estudio de la física necesitarás saber qué operaciones existen entre los vectores, por lo que 
en este tema se describirán las más importantes. 
 
1.3.1. Propiedades y operaciones con vectores 
 
Multiplicación por un escalar 
Esta operación se denota 𝜆𝑨, en donde 𝜆 es un escalar y 𝑨 es un vector. Bajo esta operación el 
vector puede modificar su tamaño y/o invertir su dirección. 
Si el valor de 𝜆 es positivo, el vector sólo modificará su 
magnitud (o tamaño) por un factor 𝜆, es decir, si el 
vector tenía una magnitud 𝑨 , ahora tendrá una 
magnitud 𝜆𝑨 . Si el valor de 𝜆 es negativo, entonces la 
dirección del vector se invierte y su magnitud se modifica 
por un factor 𝜆 como ya se mostró. 
Suma de vectores 
Los siguientes métodos funcionan cuando se trata de la 
suma de dos vectores que no son paralelos. 
 
 
 
 
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Método del paralelogramo 
Dados los vectores A y B hacemos coincidir sus 
orígenes en el punto 𝑂. 
 
 
 
A partir de los extremos de los vectores A y B, se 
trazan líneas punteadas paralelas a los vectores A 
y B formando un paralelogramo. 
 
 
Por tanto la suma de los vectores𝑨 y 𝑩 es el vector 
resultante 𝐶 y es la diagonal mayor del 
paralelogramo. 
 
 
 
Método del triángulo 
Dados los vectores A y B hacemos coincidir sus puntos de 
origen en el punto 0. 
 
 
 
 
 
Se cambia la dirección del vector B hasta que el extremo b 
coincida con el origen del vector A. 
 
 
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La suma de A y B es el vector resultante C que va del origen 
del vector B al extremo a del vector A. 
 
 
 
 
Si se tienen más de dos vectores, estos se van colocando uno 
detrás otro. La suma de dichos vectores será el vector que va 
del origen del primero a la punta de flecha del último. 
 
Cuando se desee sumar vectoresparalelos o colineales se 
podrá aplicar el mismo método sin problemas. 
 
Resta de vectores 
Dados dos vectores 𝑨 y 𝑩: 
La resta 𝑨 − 𝑩es equivalente a hacer la suma 𝑨 + (−𝑩), de tal forma que lo único que se debe 
hacer, es encontrar el vector −𝑩. Recuerda que la multiplicación por un escalar es simplemente 
cambiar el tamaño del vector y/o invertir su dirección, de tal forma que si multiplicamos 𝑩 por-1, 
obtienes el vector −𝑩, que tiene la misma magnitud que 𝑩 pero la dirección inversa. 
Ahora, para obtener 𝑨 − 𝑩 sólo necesitamos sumar 𝑨 + (−𝑩) por el método del paralelogramo o 
del triángulo. 
 
Producto punto o producto escalar 
 
Dados dos vectores 𝑨 y 𝑩, el producto punto es una multiplicación entre vectores que da como 
resultado un escalar, que se denota 𝑨 ∙ 𝑩. 
 
Para encontrar el producto: 
 Se unen los orígenes de ambos vectores y se 
mide el ángulo (𝜃) que existe entre ellos. 
 El producto punto es el producto de la 
magnitud de 𝑨, la magnitud de 𝑩 y el cos θ, es 
decir,𝑨 ∙ 𝑩 = 𝑨 𝑩 cos 𝜃. 
Se puede notar, usando trigonometría, que el producto 
punto es la proyección del primer vector sobre el 
segundo por la magnitud del segundo. 
 
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Producto punto o producto escalar 
En el curso se verá y se caracterizará a los vectores según algún 
sistema de referencia, es decir, de acuerdo con cierto sistema 
coordenado. De manera general, en este curso vamos a utilizar el 
sistema cartesiano en dos y tres dimensiones. 
En un sistema de referencia (plano cartesiano) de dos dimensiones, 
se observa a cualquier vector 𝑨como la suma un vector 𝑨𝒙 (colineal 
al eje coordenado 𝑥) con otro 𝑨𝒚(colinealal eje coordenado 𝑦), que forman un rectángulo (es 
decir, un paralelogramo) cuya diagonal es el vector original 𝑨. 
 
Estos dos vectores reciben el nombre de componentes del vector𝑨 y se relacionan con él, 
mediante la expresión 𝑨 = 𝑨𝒙 + 𝑨𝒚. 
Hasta has trabajado con magnitudes y direcciones de vectores: 
 
Las magnitudes son una cantidad positiva siempre, ya que representan gráficamente la longitud 
del vector. 
 
Sin embargo, al introducir un sistema de coordenadas, un vector (en dos dimensiones) se puede 
ver como un par ordenado que se denota (𝐴𝑥 ,𝐴𝑦). 
 
Donde la primera entrada se refiere al valor de la coordenada 𝑥, y la segunda,al valor de la 
coordenada 𝑦. Nota que estas coordenadas sí pueden tomar valores negativos, ya que se pueden 
expresar como la proyección del vector 𝑨 sobre el eje 𝑥 y el eje 𝑦 respectivamente, por lo que es 
necesario conocer el ángulo que este vector forma con el eje 𝑥. 
 
Usando trigonometría 
𝐴𝑥 = 𝑨 cos𝜃 
𝐴𝑦 = 𝑨 sin 𝜃 
Notarás que las coordenadas así escritas, pueden tomar valores negativos, ya que las funciones 
trigonométricas pueden ser negativas dependiendo del valor de 𝜃. Ahora puedes entender la 
diferencia entre la magnitud de 𝑨𝒙y 𝑨𝒚y las coordenadas 𝐴𝑥 y 𝐴𝑦 en el sistema cartesiano y de 
hecho,te será posible relacionarlas diciendo que la magnitud de los vectores 𝑨𝒙y 𝑨𝒚es el valor 
absoluto de las coordenadas 𝐴𝑥 y 𝐴𝑦 , respectivamente: 
 
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 𝐴𝑥 = 𝑨𝒙 
 𝐴𝑦 = 𝑨𝒚 
Mediante el teorema de Pitágoras también se puede verificar que existe una relación entre las 
magnitudes de 𝑨, 𝑨𝒙y 𝑨𝒚: 
 𝑨𝒙 
𝟐 + 𝑨𝒚 
𝟐
= 𝑨 𝟐 
 
De acuerdo con este sistema cartesiano, la suma de dos vectores 𝑨y 𝑩 estaría dada por un vector: 
𝑪 = (𝑨𝒙 + 𝑩𝒙) + (𝑨𝒚 + 𝑩𝒚). 
En los sistemas cartesianos se definen vectores especiales llamados “vectores unitarios”, uno por 
cada eje coordenada y se denotan 𝒊, 𝒋, 𝒌, etc. Estos vectores tienen la característica de que su 
magnitud vale 1;que cada uno es colineal a uno y sólo un eje coordenado y que su dirección es la 
dirección positiva del eje coordenado que representan. De esta forma a las componentes de un 
vector 𝑨 se les puede ver como sigue: 
𝑨𝒙 = 𝐴𝑥𝒊 
𝑨𝒚 = 𝐴𝑦𝒋 
Donde 𝐴𝑥 y 𝐴𝑦 son las coordenadas de los vectores componentes𝑨𝒙y 𝑨𝒚, respectivamente, y no 
sus magnitudes. 
Ahora puedes observar que la suma de dos vectores es posible reescribirla en función de los 
vectores unitarios: 
𝑨 + 𝑩 = 𝐴𝑥 + 𝐵𝑥 𝒊 + 𝐴𝑦 + 𝐵𝑦 𝒋 
 
 
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Producto vectorial o producto cruz 
El producto cruz es una operación que sólo está definida en 3D, estudiemos su procedimiento. 
 
 
Dados dos vectores 𝑨 y 𝑩, el producto cruz es una multiplicación entre 
vectores que se denota 𝑨 × 𝑩. Esto da como resultado un vector (a 
diferencia del producto punto que daba como resultado un escalar). 
 
El vector que resulta es un vector 𝑪, que apunta en dirección 
perpendicular a 𝑨 y 𝑩 a la vez y cuya magnitud está dada por el 
producto 𝑪 = 𝑨 𝑩 𝑠𝑒𝑛𝜃 . Esta definición tiene un gran problema 
porque el vector 𝑪, al ser perpendicular a los vectores 𝑨 y 𝑩, puede 
apuntar en dos direcciones: “arriba” o “abajo”. 
 
Para resolver este problema se utiliza la siguiente regla: 
1. Si se quiere hacer el producto 𝑨 × 𝑩, imagínese que se gira el vector 𝑨 
hacia 𝑩 por el ángulo más corto. 
2. La dirección del producto cruz será la dirección que un tornillo tiene al 
girar en el mismo sentido de 𝑨. 
Nótese que, en el producto 𝑩 × 𝑨, es 𝑩 quien gira hacia 𝑨, por lo que el sentido del giro se 
invierte con respecto al sentido del giro de 𝑨 × 𝑩, y por lo tanto también se invierte su dirección. 
De esta forma tenemos que se obtienen resultados distintos al hacer los productos 𝑨 × 𝑩 y 𝑩 × 𝑨, 
pero se tiene que: 
𝑨 × 𝑩 = −(𝑩 × 𝑨) 
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Si dos vectores son paralelos, entonces su producto cruz es cero ya que el ángulo que hay entre 
ellos es 𝜃 = 0, de donde se obtiene que la magnitud del vector resultante es cero porque 
sin(𝜃 = 0) = 0. 
En un sistema cartesiano se puede demostrar que los productos vectoriales de los vectores 
unitarios tomados por pares, dan como resultado: 
𝒊 × 𝒋 = 𝒌 
𝒋 × 𝒌 = 𝒊 
𝒊 × 𝒌 = −𝒋 
Si los vectores 𝑨 y 𝑩 están escritos en forma cartesiana entonces se hace el producto cruz como si 
multiplicáramos polinomios: 
𝑨 = 𝐴𝑥𝒊 + 𝐴𝑦𝒋 + 𝐴𝑧𝒌 
𝑩 = 𝐵𝑥𝒊 + 𝐵𝑦 𝒋 + 𝐵𝑧𝒌 
𝑨 × 𝑩 = 𝐴𝑥𝒊 + 𝐴𝑦 𝒋 + 𝐴𝑧𝒌 × 𝐵𝑥𝒊 + 𝐵𝑦𝒋 + 𝐵𝑧𝒌 𝑥
 
= 𝐴𝑦𝐵𝑧 − 𝐵𝑧𝐴𝑦 𝒊 + 𝐴𝑧𝐵𝑥 − 𝐴𝑥𝐵𝑧 𝒋 + 𝐴𝑥𝐵𝑦 − 𝐴𝑥𝐵𝑦 𝒌 
Actividad 3. Operaciones con vectores 
 
1. Descarga el documento Operaciones con vectores y resuelve los ejercicios en el mismo archivo. 
2. Envía tu documento con la nomenclatura FIS_U1_A3_XXYZ. Sustituye las XX por las dos primeras 
letras de tu primer nombre, la Y por la inicial de tu apellido paterno y la Z por la inicial de tu 
apellido materno. Recuerda que el peso máximo del archivo es de 4MB. 
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Actividad 4. Observando mi alrededor 
 
En esta actividad el(la) Facilitador(a) organizará equipos y les asignará un tema sobre el que tendrán que 
investigar. Los temas son: movimiento, temperatura, electricidad, acústica y óptica 
1. De manera individual, investiga las características generales del tema que se le asignó a tu equipo. 
2. De manera grupal, integren un texto donde expliquen las características principales del tema. 
3. En el mismo texto, ejemplifiquen las aplicaciones de su tema con lo siguiente: 
 
o Una aplicación del tema en el ámbito del desarrollo tecnológico. 
o Una aplicación de uso cotidiano, por ejemplo, en el caso de la óptica: la elaboración de 
anteojos. 
o Explicación de un experimento en el que se muestre unprincipio físico del tema. 
 
4. Nombren un responsable del equipo, para que se encargue de publicar su texto en la wiki. No 
olviden incluir el nombre de todos los integrantes. 
 
 
Autoevaluación 
Es momento de que compruebes el dominio de tus conocimientos y tus habilidades para aplicar la teoría 
que estudiaste a lo largo de esta unidad. Realiza los ejercicios presentados en la Autoevaluación. 
 
 
Evidencia de la unidad: Aplicación de la física 
Esta unidad se evaluará mediante un reporte de investigación que consiste en un primer acercamiento 
sobre la aplicación de la física dentro de la ingeniería y será la base para las evidencias de aprendizaje de las 
próximas unidades. 
 
Instrucciones: 
1. Investiga en revistas de divulgación, libros y páginas web confiables alguna aplicación de la física 
en tu carrera. 
2. Da un ejemplo de aplicación de la física en tu carrera. 
3. Contextualiza tu ejemplo, es decir, menciona sus características, en qué consiste, dónde se 
presenta, etcétera. 
4. Indica y explica el principio físico en el que se basa, es decir, de movimiento, ondas, temperatura, 
etcétera. 
5. Explica cómo se adecúa el principio físico en el ejemplo que hayas encontrado. 
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 34 
6. Sustenta tu principio físico con alguna teoría que investigues. 
7. Diseña un diagrama o esquema que represente tu ejemplo y sustento teórico. 
8. Elabora tu reporte en formato Word con mínimo 2 cuartillas y recuerda cuidar la ortografía y 
redacción. 
9. Envía tu documento con la nomenclatura FIS_U1_EAAF_XXYZ. Sustituye las XX por las dos 
primeras letras de tu primer nombre, la Y por la inicial de tu apellido paterno y la Z por la inicial de 
tu apellido materno. Tu archivo no debe pesar más de 4 MB. 
10. Consulta la Escala de evaluación. 
 
 
Cierre de la unidad 
Has concluido la unidad. Recapitulemos lo que has estudiado: 
 Estudio de la física. 
 Aplicación de la física en la ingeniería. 
 Diferentes sistemas de unidades. 
 Importancia de la precisión de las medidas. 
 Propiedades y operaciones de magnitudes escalares y vectoriales. 
Esta unidad fue un repaso para activar tus conocimientos previos sobre los fundamentos de la 
física y es la base para las siguientes unidades, en las que realizarás problemas de ingeniería 
relacionados con tu área de estudio. 
 
Fuentes de consulta 
 
 Bennett, C. (2009). Física sin matemáticas. País: Patria. 
 Bueche I. F. &Hetch E. (1997). Física general (serie Shaum). País: McGraw-Hill 
Interamericana. 
 Giancoli D. C. (2009). Física, principios con aplicaciones. País: Pearson Educación. 
 Susan M. L. &Burke J. R. (1999), Física (vol. I, La naturaleza de las cosas). País: Editorial. 
 Tippens P. E. /2007). Física,conceptos y aplicaciones l. País: McGraw-Hill Interamericana. 
 Consultado el 3 de noviembre de 2010 desde: 
http://www.frasesypensamientos.com.ar/frases-de-fisica.html 
 Consultado el 3 de noviembre de 2010 desde: 
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/40/htm/sec_46.html 
 
 
http://www.frasesypensamientos.com.ar/frases-de-fisica.html
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/40/htm/sec_46.html
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UNIDAD 2: MECÁNICA 
 
Propósito 
En esta unidad aprenderás los conceptos para la descripción del 
movimiento de una partículay los usarás para modelar situaciones físicas 
presentes en tu vida diaria. Los temas presentados son básicos para 
dominar los modelos que se presentarán en unidades posteriores. 
 
 
Competencia específica 
 
Modelar fenómenos físicos para describir situaciones que se presentan en 
la vida cotidiana mediante el uso de conceptos de cinemática, dinámica y 
las leyes de Newton. 
 
Presentación de la unidad 
La naturaleza es verdaderamente coherente y confortable consigo misma. 
 
Isaac Newton 
 
 
Todo en el universo se encuentra en movimiento, no 
existe partícula (un punto con masa despreciable y un 
tamaño infinitesimal)alguna que se encuentre en reposo 
absoluto. Las galaxias se separan unas de otras a grandes 
velocidades, las estrellas giran unas en torno de otras, los 
planetas del sistema solar se trasladan y rotan en torno al 
Sol, los átomos que forman la materia están 
constantemente en movimiento y aun las partículas que los conforman se mueven a velocidades 
cercanas a la velocidad de la luz. 
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Entender la idea en conocimiento del movimiento es una de las hazañas del pensamiento humano 
que más han ayudado a comprender la naturaleza y ha concedido la viabilidad de aplicaciones 
tecnológicas de mucho impacto en la vida humana. El estudio experimental de este fenómeno 
inició hace más de 400 años dando inicio a una de las ramas de la física llamada cinemática, la cual 
se encarga de describir el movimiento de los cuerpos. El estudio de las causas que lo originan dio 
paso a la dinámica y a la síntesis realizada por Sir Isaac Newton en sus tres leyes, fundamentales 
para conocer y describir los movimientos de los cuerpos celestes y terrestres. 
 
 En esta unidad aprenderás las leyes querigen el movimiento de los cuerpos, los conceptos que te 
ayudarán a describir y modelar fenómenos físicos de la vida diaria, a resolver problemas 
relacionados con el tema y a explicar aplicaciones tecnológicas de la mecánica clásica. 
 
2.1. Cinemática 
 
El problema del movimiento es uno de los grandes obstáculos intelectuales que el ser humano ha 
enfrentado y superado satisfactoriamente. Ha sido el más sorprendente y estupendo en el alcance 
de sus consecuencias. Los griegos, con toda su sofisticación intelectual y habilidad matemática, 
fallaron en inventar los conceptos que lo 
resuelven. Es hasta el siglo XVII cuando se 
pueden construir los conceptos de 
velocidad, aceleración y cantidades 
instantáneas. 
 
En este subtema estudiaremos los 
conceptos relacionados con la descripción 
del movimiento, tales como su posición, 
velocidad, aceleración media e 
instantánea. Los aplicaremos para 
describir y modelar el movimiento de objetos de la vida cotidiana, en una y dos dimensiones, 
usando tablas, gráficas y las ecuaciones que los representen. 
Física I 
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2.1.1. Representación de datos y uso de modelos 
 
Para encontrar leyes que gobiernan los diferentes cambios que ocurren en los cuerpos conforme 
pasa el tiempo, debemos ser capaces de describir los cambios y una forma de registrarlos. 
Imaginemos uno de los casos más triviales pero que nos ayudará a tener un método de 
descripción y de representación de datos útil para crear modelos: un coche moviéndose en línea 
recta. 
 
 
Figura 1. Un automóvil que se mueve en línea recta 
 
 
Para determinar su posición debemos hacer lo siguiente: 
 
 
 
 
 
Vamos a suponer que el automóvil se mueve con una velocidad constante. Registremos la 
distancia que recorre el automóvil cada minuto, es decir, cada 60 segundos, iniciando desde que 
está en el lugar cero al minuto cero hasta el minuto 20. Representamos estos datos en la siguiente 
tabla: 
Tiempo (s) Distancia (m) 
60 20 
120 40 
180 60 
240 80 
300 100 
Medir la distancia desde el punto de inicio hasta el lugar al 
que llegó en diferentes intervalos de tiempo. 
 
Física I 
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Tabla 1. Registro del tiempo y la distancia del automóvil 
 
Sin embargo, estos datos en ocasiones no nos dicen mucho. No obstante hay otras alternativas de 
representarlos, una de ellas es graficarlos. Observa con atención la siguiente gráfica: 
 
Gráfica1. Datos del movimiento del automóvil en ciertos intervalos de tiempo. La línea representa el 
movimiento del automóvil en el intervalo de tiempo de 0 a 20 minutos. 
360 120 
420 140 
480 160 
540 180 
600 200 
660 220 
720 240 
780 260 
840 280 
900 300 
960 320 
1020 340 
1080 360 
1140 380 
1200 400 
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Con el uso de gráficas, como en este caso, podemos visualizar de manera sencilla un 
comportamiento regular de los datos. ¿De qué manera uniremos esos puntos? Los 
puntos pueden unirse por medio de una curva, una recta quebrada en zigzag, una 
curva muy caprichosa o una línea recta, y es precisamente aquí donde hacemos uso de 
nuestros conocimientos previos y la idea de que los fenómenos se comportan de una 
manera simple. Si elegimos trazar una recta, lo que realmente decimos es que 
nuestros datos se comportan de acuerdo con un modelo lineal, y que los puntos que 
faltan se encontrarán dentro de esa línea. Esto nos permite representar de manera 
matemática y muy sencilla, mediante una ecuación, el comportamiento del fenómeno. 
 
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Gráfica 2.Datos del movimiento del automóvil en ciertos intervalos de tiempo. La línea recta, nuestro 
modelo, representa el movimiento del automóvil en el intervalo de tiempo de 0 a 20 minutos. 
 
Éste es precisamente el modelo que usaremos para predecir a qué distancia se encontraba el 
automóvil a los 2 minutos 45 segundos o a qué distancia se encontrará a los 50 minutos con 10 
segundos. Ése es el gran poder de predicción que nos proporciona la física en el estudio de los 
fenómenos naturales. 
 
 
La ecuación de nuestro modelo lineal, la ecuación de una recta que pasa por el origen, en este 
caso, sería: 
 
 
 
Es necesario indicar las unidades de medida que empleamos. La distancia se mide en metros (m) y 
el tiempo en segundos (s) en el sistema internacional (SI) de medidas. 
 
Tu labor consiste en identificar los modelos que se aplican a los fenómenos que estudiamos y la 
manipulación de estos modelos, casi siempre en forma de ecuaciones, para saber lo que está 
sucediendo. La mayor parte de los fenómenos que estudiaremos en mecánica clásica tiene un 
comportamiento líneal y de segundo orden, de aquí la importancia de dominar el tema de 
ecuaciones de primer y segundo grado. 
 
 
Actividad 1. Foro: La importancia de los modelos 
Los modelos son la herramienta que usamos para construir significados e interpretar los fenómenos de la 
naturaleza. No son únicos ni acabados y constantemente se modifican o mejoran. 
 
Trabaja esta primera actividad con tus compañeros(as) de grupo. Para ello, realiza lo siguiente: 
 
1. Entra al foro: La importancia de los modelos, e intercambia opiniones con tus compañeros(as) de 
grupo acerca de: 
 La utilidad de construir modelos 
 La interpretación de datos a través de modelos 
 ¿Cómo se verifica la confiabilidad del modelo al describir un fenómeno físico o social? 
 ¿Cuál es la importancia de usar modelos para describir los fenómenos naturales y actividades 
de la vida diaria? 
d= 0.33t 
 
Física I 
Programa desarrollado 
 
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 41 
1. Descarga la Rúbrica de foro, para que conozcas los parámetros de evaluación. 
2. Participa al menos dos veces y recuerda ser respetuoso con tus compañeros(as).Tu Facilitador(a) 
retroalimentará tu participación. 
 
 
 
2.1.2. Desplazamiento, velocidad y aceleración 
 
El movimiento de una partícula se conoce si su posición en cada momento es conocida. La posición 
de una partícula es el lugar que ocupa con respecto a un punto de referencia seleccionado, que 
podemos considerar el origen de un sistema coordenado. 
 
Pero, antes de continuar con el modelo de partícula para comprender a partir de éste el estudio 
de la cinemática, es necesario primero definir los conceptos de desplazamiento, velocidad y 
aceleración. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gráficamente podemos visualizar la velocidad media como la pendiente de la recta que une los 
puntos P1 y P2 que se encuentran sobre la curva y que representa el movimiento de una partícula 
en dos posiciones distintas: 
 
Desplazamiento 
Parael caso del automóvil que se expuso anteriormente 
(Figura 1), si su posición en un tiempo t1 es x1 y, 
posteriormente, x2 en un tiempo t2, definimos el 
desplazamiento ∆x como: 
 
∆x=xf-xi 
 
Velocidad media 
Se define como el cociente del desplazamiento ∆x entre el 
intervalo de tiempo ∆t. 
 
Las unidades de la velocidad media serían m/s. 
 
Física I 
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Gráfica3. Velocidad media 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La velocidad instantánea como la pendiente de la tangente a la curva en el punto P se visualiza 
mediante la siguiente gráfica: 
 
Velocidad instantánea 
Se define como el límite de cuando se aproxima a cero. 
 
 
 
A esta cantidad se le llama la derivada de x con respecto a t. 
 
 
 
 
Los valores que toma la derivada pueden ser positivos, 
negativos o cero. 
 
Física I 
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Gráfica 4. Velocidad instantánea 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aceleración promedio 
La velocidad de una partícula puede cambiar con el tiempo; a 
este cambio en la velocidad le llamamos aceleración. 
 
De manera análoga a como se hizo con la velocidad, definimos 
aceleración promedio como el cambio de velocidad 
en un intervalo de tiempo . 
 
La aceleración tiene unidades de velocidad divididas entre el 
tiempo, es decir, metros sobre segundo o entre segundo, m/s2. 
 
 
Física I 
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2.1.3. Movimiento con aceleración constante 
 
Si la aceleración de una partícula es constante, entonces la aceleración promedio y la aceleración 
instantánea son iguales. Nótese cómo se representa en la siguiente gráfica: 
 
 
Gráfica 5 
 
Si la partícula inicialmente tiene velocidad en el tiempo y velocidad en un tiempo , la 
aceleración, de acuerdo con la definición de aceleración promedio, estaría dada por: 
 
 
 
Aceleración instantánea 
La aceleración instantánea, que nos permitirá saber la 
aceleración en cada punto del intervalo, la definimos como el 
límite del cociente de la aceleración promedio. 
 
 
 
O sea, 
 
 
 
Cuando hablemos de aceleración, nos referiremos a la 
aceleración instantánea de acuerdo con esta última relación. 
 
Física I 
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 45 
Si despejamos la velocidad de la relación anterior, obtenemos: 
 
 
 
La ecuación anterior representa una línea recta con pendiente a y ordenada al origen , como se 
visualiza en la siguiente gráfica: 
 
Gráfica 6 
 
Ahora, obtendremos una expresión para encontrar la posición de la partícula en cualquier tiempo. 
Recordando que la expresión para la velocidad promedio en el intervalo , cuando la gráfica es 
una línea recta, es el valor medio de las velocidades en el tiempo y : 
 
 = ( + ) 
 
Sustituimos el valor de v, usando la expresión: 
 + 
 
Obtenemos: 
 = + 
 
La velocidad promedio está dada por: 
 
 = = 
 
 
 
 
 
Física I 
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Cuando la partícula se encuentra en la posición x en el tiempo t, y en la posición x0 en el tiempo 0. 
Despejamos x 
 + 
 
Sustituimos el valor de la velocidad media 
 + + 
 
Reacomodando términos 
 
 
 
Para eliminar el tiempo, despejamosde la siguiente ecuación a t 
 
 + 
 
Obtenemos: 
 
 
De la velocidad media 
 
 = ) 
 
 
Multiplicamos por t y obtenemos: 
 
) 
 
Sustituimos el valor de 
) 
+ 
Física I 
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Reacomodando términos 
 
Como, la expresión anterior queda: 
 
= 
Despejando , obtenemos: 
 
 
 
 
Otra expresión bastante útil se obtiene al quitar la aceleración de las expresiones, de la velocidad 
media, cuando la velocidad de la partícula en t es v y en t=0 es v0. 
 
 = ) 
Sustituyendo 
 
 
 
Despejamos , y obtenemos: 
 
 
 
Resumiendo, las ecuaciones que nos permiten modelar un movimiento con aceleración constante 
son: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 = + ) 
 
 
 
Física I 
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Actividad 2. Práctica 1. Caída libre 
Esta actividad es colaborativa por lo que tu Facilitador (a) deberá dividir al grupo en equipos de 3 a 
5 estudiantes, asignará a cada equipo un número que lo identifique y por último dará el número 
de equipo a sus estudiantes. Una vez que sepas tu número de equipo, comienza la actividad 
haciendo lo siguiente: 
 
1. Descarga y guardael Cuaderno de Prácticas, lo utilizarás para realizar todas las prácticas que 
corresponden a la unidad. 
2. Lee las instrucciones que corresponden a la Práctica 1. 
3. Comienza a trabajar en equipo y realicen todo lo que se solicita. 
4. Para la primera versión del reporte guarden su documento con la siguiente nomenclatura 
FIS_U2_P1E1_XX. Sustituyan las XX por el número de su equipo. El representante del equipo es el 
encargado de subir el reporte de la práctica a la base de datos. Esperen los comentarios de sus 
compañeros. 
*Recuerden que su archivo no debe pesar más de 4 MB. 
5. Aunqueel trabajo de la práctica fue colaborativo, cada estudiante debe subir a la base de datos 
la segunda versión que hicieron en equipo para que pueda ser evaluado, con la siguiente 
nomenclatura FIS_U2_E2_XX. Sustituye las XX por el número de tu equipo. 
 
 
2.1.4. Movimiento bidimensional: circular y tiro parabólico 
 
En este subtema continuaremos con el estudio del movimiento, pero ahora será en dos 
dimensiones. La herramienta matemática que nos auxiliará son losvectores. Veremos que las 
ecuaciones para una dimensión se pueden utilizar de manera general al sustituir la variable 
unidimensional con el vector que le corresponde. Observa la siguiente gráfica: 
Física I 
Programa desarrollado 
 
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Gráfica 7 
¿Qué notaste? La posición de la partícula está representada por el vector r, la velocidad por el 
vector v y la aceleración por el vector a. Las componentes cartesianas del vector serían: 
 
 
 
Donde i, j y k son los vectores unitarios en la dirección x, yyz, respectivamente. 
 
Si la partícula se mueve de la posición r1 a la posición r2 en el tiempo t1 al t2, el desplazamiento 
será el vector ∆r=r2- r1. Visualízalo en la siguiente gráfica: 
 
Gráfica 8 
 
 
El intervalo de tiempo sería ∆t=t2-t1, la velocidad promedio en ese intervalo: 
Física I 
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La velocidad instantánea será el límite cuando el intervalo de tiempo ∆t se aproxime a cero de la 
velocidad promedio, 
 
 
La velocidad instantánea será tangencial en cualquier punto de la trayectoria del movimiento de la 
partícula y se representa como la derivada del vector r con respecto al tiempo: 
 
Las componentes del vector velocidad, serían: 
 
 j + 
 
 
De donde se obtiene, 
 
 
De igual forma definimos la aceleración promedio 
 
 
Y la aceleración instantánea, que es el límite de la aceleración promedio cuando el intervalo de 
tiempo ∆t tiende a cero, 
 
 
Que se representa como la derivada del vectorvcon respecto al tiempo 
 
 
Cuyas componentes serían 
Física I 
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Tanto la aceleración como la velocidad son magnitudes vectoriales porque tienen dirección y 
magnitud. Si una de estas características cambia, existirá un cambio en la velocidad o en la 
aceleración aunque su magnitud no lo haga. 
 
Cuando el movimiento de una partícula tiene aceleración constante, el vector aceleración a no 
cambia ni en dirección ni en magnitud, en este caso las componentes del vector son constantes, 
 
 
 
La partícula tendría entonces una posición y velocidad inicial dadas por los vectores 
 
 
 
La velocidad, para una aceleración constante, en analogía con el movimiento unidimensional, 
sería: 
 
 
Cuyas componentes escalares estarían dadas por: 
 
 
 
 
De la misma manera, las ecuaciones vectoriales que representan el movimiento con aceleración 
constante en dos o más dimensiones serían: 
 
 
 
Física I 
Programa desarrollado 
 
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 52 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tiro parabólico 
 
Observa con atención las siguientes imágenes y analiza la información que se te presenta. 
 
 
 
Figura 2.Se muestra la trayectoria, el sistema de 
coordenadas y la partícula. 
Estudiemos el movimiento de un proyectil que 
es lanzado con una velocidad inicial . En este 
caso, la aceleración debido a la gravedad es 
constante. 
 
Supongamos que la resistencia del aire es 
despreciable y no será considerada en nuestra 
descripción. 
 
 
 
Figura 3. Se agrega el vector v y sus componentes. La 
componente del vector en x es de tamaño constante; la 
 
La aceleración es g y está dirigida hacia abajo, 
de acuerdo a nuestro sistema de coordenadas. 
 
El vector de velocidad v, tendría dos 
componentes, vx y vy, ya que el movimiento 
está sobre el plano xy. 
 
 
 
+ 
 
 ( 
Física I 
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 53 
componente en y va disminuyendo conforme el proyectil 
sube, hasta llegar a desaparecer cuando está en la parte 
más elevada. Cuando inicia el descenso, la magnitud de 
la componente comienza a aumentar. 
 
 
 
 
Figura 4 
La velocidad inicial v0, en t=0, tiene las 
componentes: 
 
Vx0= 
Vy0= 
 
Como no hay una componente horizontal de la 
aceleración, la velocidad en x es constante 
durante todo el recorrido: 
 
x0 = 
 
La componente vertical cambia con el tiempo 
debido a la aceleración de la gravedad: 
 
 + 
 
Donde: 
 = y y0= 
 
 
 
La magnitud del vector velocidad en cualquier 
instante es : 
 
 
Física I 
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Figura 5 .Se muestra el valor de x y ydurante la 
trayectoria. 
y el ángulo en ese instante estaría dado por : 
 = 
 
La coordenada x, con x0=0 y ax=0, sería: 
 
La coordenada y, con y0=0 y a=-g, es: 
 
 
 
 
Figura 6. Se muestra la parábola que sigue la 
trayectoria y el alcance R. 
 
 
Si despejamos el tiempo t de las ecuaciones x 
y , e igualamos y despejamos , obtenemos: 
 
 
 
Que es la ecuación de una parábola. 
 
El alcance R horizontal del proyectil lo 
obtenemos cuando =0, 
 
 
 
Al resolver la ecuación de segundo grado para 
x, obtenemos el alcance: 
 
 
Y como 
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 55 
 
 
Entonces el alcance sería: 
 
 
Movimiento circular 
Observa con atención las siguientes las imágenes y analiza la información que se te presenta. 
 
 
Figura 7. Un planeta moviéndose en 
torno al Sol 
 
En el movimiento circular examinaremos el caso en el que una 
partícula se mueve en una trayectoria circular a “velocidad 
constante”. 
La velocidad y la aceleración son constantes en magnitud pero 
cambian en dirección continuamente. No existe una 
componente de la aceleraciónparalela a la trayectoria, de otra 
manera cambiaría la velocidad en magnitud; el vector 
aceleración es perpendicular a la trayectoria y apunta hacia el 
centro del movimiento circular. 
Ejemplos de este fenómeno: el movimiento de la Luna 
alrededor de la Tierra, los planetas girando en torno al 
Sol, el giro de los discos compactos, los ventiladores. 
 
 
Figura 8. Planeta alrededor del Sol. 
Se observa el vector posición r, el 
punto de identificación P1 y p2, el 
vector velocidad para cada punto, el 
ángulo que forman y el centro C en el 
Observemos que al pasar un planeta de la posición p1 en el 
tiempo t1 a la posición p2, en el tiempo t2=t1+∆t, forma un 
ángulo entre ambos vectores, la velocidad en p1 es v1 y en p2 
es v2, ambos vectores con magnitud igual pero dirección 
diferente. 
La longitud de la trayectoria entre p1 y p2 en el tiempo ∆t sería 
el arco descrito por rθ, pero también es igual a la v∆t, es decir: 
 
 
rθ= v∆t 
 
Física I 
Programa desarrollado 
 
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 56 
Sol 
 
 
Figura 9 
 
 
Figura 10 
Si colocamos los orígenes del vector velocidad de los puntos p1 
y p2 de tal manera que coincidan y conserven la misma 
dirección, tendríamos un triángulo semejante al que forman el 
vector r y los puntos p1 y p. Trazando una bisectriz en el 
triángulo formado por v1, v2 y O, obtenemos para uno de los 
triángulos rectángulos así formados: 
 
La velocidad promedio, usando los datos anteriores, sería: 
 
 
La aceleración instantánea sería: 
 
Como el cuando el ángulo θ es muy pequeño, lo 
que sucede al ser ∆t muy pequeño, el cociente es igual 
a 1, por lo que obtenemos: 
 
 
 La dirección del vector aceleración siempre es perpendicular al 
vector velocidad y apunta hacia el centro del círculo. Por esta 
razón se le llama aceleración radial o centrípeta. 
Aunque la magnitud de la velocidad no cambia, sí lo hace su 
 
 
Física I 
Programa desarrollado 
 
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 57 
 
Figura 11.El planeta gira alrededor 
del Sol, se muestran los vectores v y a. 
 
dirección debido a la aceleración centrípeta, por lo que el vector 
velocidad no es el mismo en cada punto de la trayectoria debido 
al cambio de dirección. 
Al tiempo T requerido para que la partícula dé una vuelta 
completa se le llama periodo, tiempo en el cual la partícula 
recorre una distancia 2πr, donde r es el radio de la 
circunferencia, la velocidad estaría dada por : 
 
 
 
Actividad 3: Práctica 2. Movimiento circular de un cuerpo 
Ahora realiza la segunda práctica de la unidad. 
 
1. Lee las instrucciones de la práctica 2 que se encuentran dentro del Cuaderno de prácticas y realiza 
todo lo que se te pide. 
2. Envía tu reporte de la práctica a tu Facilitador (a) mediante la sección tareas con el nombre 
FIS_U2_P2_XXYZ. Sustituye las XX por las dos primeras letras de tu primer nombre, la Y por la 
inicial de tu apellido paterno y la Z por la inicial de tu apellido materno. 
 
*Recuerda que tu documento no deberá pesar más de 4MB. 
 
 
2.2. Leyes de Newton 
 
En el estudio de la física, la ley de la inercia y el concepto de fuerza han sido uno de los grandes 
tropiezos para su comprensión. A la mente humana le tomó mucho tiempo develar los aspectos 
de este fenómeno natural. Los conceptos de fuerza y masa tienen concepciones particulares en la 
vida y la comunicación diaria, aunque en este tema usaremos las mismas palabras, el significado 
que tienen en física es muy preciso y alejado de muchos aspectos cotidianos. 
En este tema iniciaremos con una descripción cualitativa de las leyes de Newton, una 
interpretación operacional y su aplicación en la descripción de fenómenos físicos de la vida diaria. 
 
 
Física I 
Programa desarrollado 
 
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 58 
2.2.1. Primera ley de Newton o ley de la inercia 
 
La ley de la Inercia, o primera ley de Newton, no era nueva para Newton. Galileo casi la tenía, 
Descartes la tenía. Cuando Isaac Newton publicó PhilosophiæNaturalis Principia Mathematica, en 
1687, la primera ley ya había sido asimilada y comprendida por todos los filósofos naturales de la 
época. Él no se adjudica la autoría de esta ley, sino que agradece a quienes lo precedieron, pero se 
deslinda del pensamiento Aristoteliano y de las escuelas del ímpetu. Veamos la definición de 
fuerza de contacto que da Newton: Una fuerza de contacto es una acción que se ejerce sobre un 
cuerpo para cambiar su estado ya sea de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme. 
 
Entonces, como primera ley, tenemos: 
 
 
 
 
 
De acuerdo con esta ley, debemos aceptar el hecho de que el reposo y el movimiento rectilíneo 
uniforme son los estados naturales de los objetos y que las interacciones con otros objetos son 
necesarias para producir cambios en tal movimiento. Tenemos, entonces, una definición 
cualitativa de fuerza, es decir, es la acción de un agente externo hacia el cuerpo en movimiento 
que produce un cambio en la velocidad. El cambio incluye a la dirección y magnitud. A la tendencia 
de un cuerpo a mantenerse en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme se le 
llama inercia. 
 
La primera ley de Newton no se cumple en todas las situaciones, necesitamos un marco de 
referencia para describir el movimiento del cuerpo. Alos marcos de referencia en los que se 
cumple la primera ley se les denomina marcos de referencia inercial. Un marco de referencia 
inercial común es el planeta Tierra, donde la descripción de los fenómenos físicos puede explicarse 
con base en las leyes de Newton y ser aplicados a otros sistemas de referencia inerciales. 
Cualquier sistema que se mueva en movimiento rectilíneo uniforme con respecto a un sistema de 
Todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo 
uniforme, a menos que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas que actúan 
sobre él. 
 
Física I 
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Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 59 
referencia inercial, también es un sistema de referencia inercial. En todos los marcos de referencia 
inercial, un observador mediría el mismo valor de la aceleración. 
 
Una herramienta que te servirá para determinar las fuerzas que actúan en un cuerpo es el 
diagrama de cuerpo libre. Mediante la siguiente tabla se te mostrará cómo determinar la fuerza de 
un cuerpo en equilibrio utilizando el diagrama de cuerpo libre, mientras que en paralelo conocerás 
el sustento teórico para determinar la fuerza de un cuerpo en equilibrio. 
 
El diagrama de cuerpo libre 
Un diagrama de cuerpo libre es una 
representación gráfica donde se muestra al 
cuerpo como una partícula y se muestran 
todas las fuerzas, como vectores, que actúan 
sobre la partícula. 
 
Figura 12.Un cuerpo en equilibrio sobre una mesa 
 
 
Figura 13. Diagrama de cuerpo libre de la figura 12 
 
Las fuerzas que actúan sobre el cuerpo son la 
Cuerpos en equilibrio 
Cuando un cuerpo se encuentra en reposo, la 
suma de las fuerzas, la fuerza resultante, que 
actúa sobre el cuerpo es cero. 
 
La suma vectorial de tales fuerzas sería: 
 
+ 
 
Las componentes de la resultante, en dos 
dimensiones: 
 
 
 
 
Donde representa la suma de las 
componentes de la fuerza en la dirección 
respectiva. 
 
La magnitud de la fuerza resultante sería: 
 
Física I 
Programa desarrollado 
 
Ciencias Exactas, Ingeniería y Tecnología | Telemática 60 
fuerza de gravedad y la fuerza normal, que es 
la fuerza que ejerce la mesa sobre el cuerpo y 
es perpendicular a la superficie de la mesa. 
 
Como el cuerpo se encuentra en equilibrio, 
permanece en reposo, y la suma de las 
fuerzas, la resultante, tendrá que ser cero. 
 
 
 
Cuyas componentes 
 
 
 
 
 
 
 
Y la dirección es dada por el ángulo que forma la 
resultante R y la dirección positiva