miércoles, 30 de octubre de 2013

Fórmulas-Despejes

Despeje de fórmulas
Puede darse el caso en una fórmula que la variable que debe ser calculada no se encuentra “sola” a un lado de dicha fórmula sino que se encuentra “mezclada” o relacionada con las otras variables a través de las operaciones.

Ejemplo, supongamos que en la siguiente fórmula
v =
d
t

deseamos calcular el valor de la variable d conociendo los valores de las variables v, t.  En este caso debemos realizar un procedimiento que nos permita dejar a la letra d “sola” a un lado de la igualdad.  Tal procedimiento recibe el nombre de despeje.

PROCEDIMIENTO PARA DESPEJAR UNA VARIABLE EN UNA FÓRMULA DADA:

1)      Observe detenidamente la fórmula y determine cuáles son las operaciones que se realizan en ella y en qué orden.

2)      Comience a “retirar” las variables necesarias en orden inverso de las operaciones determinadas y colocarlas al otro lado.

3)      Una vez que la variable quede “sola” el despeje ha terminado.
Ejemplo, despejar la letra d en la siguiente fórmula:
v =
d
t

Apliquemos los pasos anteriores:

El paso 1 nos permite determinar que en la fórmula sólo se está realizando la operación “división” (d está siendo dividida entre t)
v =
d
La variable t divide a d
t

El paso 2 nos indica que la variable t debe ser retirada y llevada al otro lado y como ella estaba dividiendo pasará a multiplicar a la variable que se encuentre en ese otro lado (en este caso a la letra v)

t•v =
d
La variable t pasó a multiplicar a v

El paso 3 nos permite verificar que la letra d ya se encuentra sola y por tanto el despeje ha sido realizado.  Para mayor comodidad visual lo escribimos de la forma:

d =
v•t
Esto se debe a que v•t es igual a t•v

Supongamos que tenemos la siguiente fórmula:
P =
Q – S
L + M
y en ella queremos despejar la letra o variable S.  Apliquemos los pasos anteriores:

El paso 1 nos permite determinar que se realizan las siguientes operaciones: resta (entre la Q y la S), suma (entre la L y la M) y finalmente la división (entre los dos resultados anteriores)
P =
Q – S
L + M
Operaciones y orden:
Resta
Suma
División

El paso 2 nos indica que las variable L + M deben ser retirada y llevadas al otro lado ya que ellas estaban dividiendo han de pasar a multiplicar a la variable que se encuentre en ese otro lado (en este caso a la letra P).  Como entre ellas se efectúa una suma deben quedar entre paréntesis ya que dicha suma también está pasando al otro lado.
(L + M )P =

Q – S

Operaciones y orden:
Resta
Suma
División
observe que las operaciones de división y suma han sido tachadas ya que la división se trasladó al otro lado conjuntamente con la suma.

El paso 3 nos permite verificar que la letra S aún no se encuentra sola y por tanto se requiere retirar al otro lado la variable Q.  Como ésta se encuentra con signo positivo (se sobreentiende que lo posee) debe pasar al otro lado con signo negativo, por tanto queda:

(L + M )P – Q=

– S

Operaciones y orden:
Resta
Suma
División

Una vez más el paso 3 nos permite verificar que la letra S aún no se encuentra sola ya que está acompañada por el signo menos.  Para resolver esto debemos multiplicar ambos lados por el valor – 1, por tanto queda:

-(L + M)P + Q = 


S

Operaciones y orden:
Resta
Suma
División

que al escribirlo de una forma más cómoda visualmente nos queda:

S = Q – (L + M)P

y allí podemos verificar que la letra o variable S se encuentra sola a un lado de la igualdad.



Ejercicios: En las siguientes fórmulas despeje la variable indicada entre paréntesis.

Fórmulas

Fórmulas
La ciencia física realiza un estudio de la naturaleza y expresa sus resultados en términos matemáticos de una manera bastante resumida a través de fórmulas.  Por tanto las fórmulas vienen a ser la expresión de una ley que acontece o cumple la naturaleza.  En una fórmula los objetos o sucesos de la naturaleza se pueden representar con una letra que sugiera su significado y se relacionan entre sí con las operaciones matemáticas (suma, resta, multiplicación, división y potenciación).

Veamos lo anterior con un ejemplo, supongamos que un objeto realiza un movimiento siguiendo una línea recta y por ello recorre una distancia en un intervalo de tiempo determinado.  Usemos la letra “d” para representar esta distancia y la letra “t” para indicar el tiempo.  Si quisiéramos considerar la distancia recorrida por cada unidad de tiempo podemos dividir d entre t, podemos llamar a ese resultado velocidad y representarlo con la letra “v”, por tanto todo esto lo podemos escribir de la siguiente manera:

v =
d
t

Esa forma de relacionar los elementos a través de operaciones matemáticas es lo que se conoce como fórmula, y cada una de las letras que en ella participa se denomina variable.  En este caso tenemos tres variables que son: v, d, t.

Ejemplo: si d = 8 y t = 2, al hacer la división tendríamos que v = 4

Supongamos que tenemos la siguiente fórmula:
P =
Q – S
L + M

En ella nos podemos dar cuenta que existen 5 variables (P, Q, S, L, M).  Además están relacionadas con tres operaciones matemáticas. El valor que tome S se resta al valor que tome Q, el valor que tome L se suma al valor que tome M, y finalmente el resultado de la resta se divide con el resultado de la suma para obtener el valor de la letra o variable P.

Supongamos que Q = 2,4   S = 1,5   L = 0,25    M = 5,4  Determinar el valor de la variable P

En este caso primero hacemos la sustitución de los valores en la fórmula, es decir cambiamos las variables por el valor que se nos ha dado en el ejercicio.

P =
2,4  –  1,5
0,25 + 5,4

El resultado de la resta es 0,9  y de la suma es 5,65  por tanto escribiríamos nuevamente

P =
 0, 9
5,65

Y al hacer la división nos queda que: P = 0,159

Ejercicios: En las siguientes fórmulas determine el valor de la variable indicada entre paréntesis.










Ejercicios de Transformación

Transformación de unidades de medición
Ejercicios:
A)     Transformar:
1)      0,45cm a m
2)      250Km a m
3)      0,5Kg a g
4)      3/4Hg a mg
5)      23,65mm a cm
6)      430mg a Dg
7)      1,5h a seg
8)      40seg a h
9)      1834min a h
10)   0,000457Dm a mm
11)   730 000mg a Hg
12)   340 000seg a  días

B )      Resuelva las siguientes operaciones
1)      720seg + 45min + 3h =
2)      4,35Kg – 2700g + 485 000mg =
3)      240m – 75 000mm + 4,5cm =
4)      32,5 Km – 6000m + 73,45 Hm =

NOTA: En el caso del ejercicio B ud. deberá proceder a uniformar las unidades de medición en cada ejercicio.  Es decir, todas deben venir expresadas en una misma unidad de medición para luego realizar la operación (suma o resta) que se solicita.
Instrucciones:
a)      Conformar grupos de tres personas y resolver 6 ejercicios del apartado A y 2 ejercicios del apartado B.

b)      Debe resolver ejercicios tanto de unidades de longitud, como de masa y de tiempo.

Transformación de tiempo

Transformación de unidades de medición
En cuanto al tiempo podemos presentar la siguiente tabla
MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS DEL SEGUNDO
UNIDAD
EQUIVALE A
Milenio
1000 años
Siglo
100 años
Década
10 años
Lustro
5 años
Año
12 meses
Mes
30 días
Semana
7 días
Día
24 horas
Hora
60 minutos
Hora
3600 segundos
Minuto
60 segundos
Segundo

Milisegundo
0,001 seg

Pasos para transformaciones de unidades de tiempo
1)      Construimos el factor de equivalencia unitaria tomando en cuenta las unidades que se desean transformar.  En este caso no se puede hacer uso de la “escalera” ya que las equivalencias no son decimales.  Debemos recurrir a nuestra memoria para copiar la equivalencia.
Ejm 1: transformar 2,3días a segundos
Queremos ir desde días hasta segundos.  En este caso no conocemos la equivalencia entre 1día y segundos.  Por tanto debemos considerar alguna unidad intermedia entre estas dos cuya equivalencia unitaria nos sea conocida
Sabemos que 1día = 24horas
Por tanto primero transformamos días en horas.
Luego, como 1hora = 3600 seg realizaremos la transformación de horas a seg.

2)      Con el resultado anterior construimos la primera línea de la Regla de 3.
1día
----------à
24h



3)      A continuación construimos la segunda línea usando el ejercicio que deseamos resolver, para ello debemos tener en cuenta que las unidades similares deben ir en la misma columna
1día
------------à
24h
2,3días
------------à
X

4)      Finalmente calculamos el valor de la X tomando en cuenta que en este caso se ha de multiplicar la cantidad que se encuentra “sobre” la X  con la que se encuentra al lado de la X y además se dividirá entre la tercera cantidad
X =
2,3días • 24h
1día


X =
55,2h

1)      Con equivalencia unitaria (en este caso entre horas y segundos) construimos la primera línea de la Regla de 3.
1h
----------à
3600seg



2)      A continuación construimos la segunda línea usando el ejercicio que deseamos resolver, para ello debemos tener en cuenta que las unidades similares deben ir en la misma columna
1h
------------à
3600seg
55,2h
------------à
X

3)      Finalmente calculamos el valor de la X tomando en cuenta que en este caso se ha de multiplicar la cantidad que se encuentra “sobre” la X  con la que se encuentra al lado de la X y además se dividirá entre la tercera cantidad
X =
55,2h • 3600seg
1h


X =
198 720seg

4)      Observe que las unidades h fueron “eliminadas” o canceladas.  En conclusión diremos que 2,3 días equivale a 198 720seg.

Ejm 2: transformar 4200seg a min
Queremos ir desde seg hasta min.  En este caso conocemos la equivalencia unitaria, 1min equivale a 60seg.

1)      Con el resultado anterior construimos la primera línea de la Regla de 3.
1min
----------à
60seg



2)      A continuación construimos la segunda línea usando el ejercicio que deseamos resolver, para ello debemos tener en cuenta que las unidades similares deben ir en la misma columna
1min
------------à
60seg
X
------------à
4200seg

3)      Finalmente calculamos el valor de la X tomando en cuenta que en este caso se ha de multiplicar la cantidad que se encuentra “sobre” la X  con la que se encuentra al lado de la X y además se dividirá entre la tercera cantidad
X =
1min • 4200seg
60seg


X =
70min


Observe que las unidades seg fueron “eliminadas” o canceladas.  En conclusión diremos que 4200seg equivale a 70min.

Transformación de longitud y masa

Transformación de unidades de medición
Existen varios conceptos en física que son considerados como fundamentales y cada uno de ellos genera una propiedad equivalente.  Por ahora consideraremos solo 3 de tales conceptos y su respectiva propiedad.
CONCEPTO
PROPIEDAD
Espacio
Longitud
Materia
Masa
Tiempo
Intervalo de duración

Para medir cada una de estas propiedades se hace uso de un patrón.  Para la longitud usamos el metro.  El kilogramo corresponde a la masa y al intervalo de duración corresponde el segundo.  Cada uno de estos patrones posee múltiplos y submúltiplos.  En las siguientes tablas se presentan los mismos.
MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS DEL METRO
UNIDAD
ABREVIATURA
Kilómetro
Km
Hectómetro
Hm
Decámetro
Dm
metro
m
decímetro
dm
centímetro
cm
Milímetro
mm


SUBMÚLTIPLOS DEL KILOGRAMO
UNIDAD
ABREVIATURA
Kilogramo
Kg
Hectogramo
Hg
Decagramo
Dg
gramo
g
decigramo
dg
centigramo
cg
miligramo
mg


En cuanto al tiempo podemos presentar la siguiente tabla
MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS DEL SEGUNDO
UNIDAD
EQUIVALE A
Milenio
1000 años
Siglo
100 años
Década
10 años
Lustro
5 años
Año
12 meses
Mes
30 días
Semana
7 días
Día
24 horas
Hora
60 minutos
Hora
3600 segundos
Minuto
60 segundos
Segundo

Milisegundo
0,001 seg

En cada una de estas propiedades se puede expresar cualquier medición en función de un múltiplo o  submúltiplo  del  patrón  dado.   Por  ejemplo,  7 m equivale a 700 cm ó 2 minutos equivale a 120 segundos.  A continuación explicaremos el procedimiento para realizar transformaciones.  Usaremos el método llamado Regla de 3.
Pasos para transformaciones de unidades de longitud
1)      Construimos el factor de equivalencia unitaria tomando en cuenta las unidades que se desean transformar.  Para esto usamos la “escalera”.
Ejm 1: transformar 7,5Dm a dm
Queremos ir desde Dm hasta dm.  Colocamos un 1 en el “escalón mayor” y 0 (ceros) en cada “escalón” que baje.
Km

Hm

Dm
1
m
0
dm
0
cm

mm




2)      Con el resultado anterior construimos la primera línea de la Regla de 3.
1Dm
----------à
100dm



3)      A continuación construimos la segunda línea usando el ejercicio que deseamos resolver, para ello debemos tener en cuenta que las unidades similares deben ir en la misma columna
1Dm
------------à
100dm
7,5Dm
------------à
X

4)      Finalmente calculamos el valor de la X tomando en cuenta que en este caso se ha de multiplicar la cantidad que se encuentra “sobre” la X  con la que se encuentra al lado de la X y además se dividirá entre la tercera cantidad
X =
100dm • 7,5Dm
1Dm


X =
750dm

5)      Observe que las unidades Dm fueron “eliminadas” o canceladas.  Y la coma (,) que estaba en la cantidad original se “movió” hacia la derecha tantos lugares como ceros (0) había.

Ejm 2: transformar 4200mm a Hm
Queremos ir desde mm hasta Hm.  Colocamos un 1 en el “escalón mayor” y 0 (ceros) en cada “escalón” que “baje”.
Km

Hm
  1
Dm
0
m
0
dm
0
cm
  0
mm
  0



1)      Con el resultado anterior construimos la primera línea de la Regla de 3.
1Hm
----------à
100 000mm



2)      A continuación construimos la segunda línea usando el ejercicio que deseamos resolver, para ello debemos tener en cuenta que las unidades similares deben ir en la misma columna
1Hm
------------à
100 000mm
X
------------à
4 200mm

3)      Finalmente calculamos el valor de la X tomando en cuenta que en este caso se ha de multiplicar la cantidad que se encuentra “sobre” la X  con la que se encuentra al lado de la X y además se dividirá entre la tercera cantidad
X =
1Hm • 4200mm
100 000mm


X =
0,04200Hm


X =
0,042Hm

Observe que las unidades mm fueron “eliminadas” o canceladas.  Y la coma (,) que estaba en la cantidad original se “movió” hacia la izquierda tantos lugares como ceros (0) había.


Finalmente debemos recordar que los submúltiplos del patrón de medición de la masa se comporta de la misma manera que el de la longitud y por tanto el procedimiento es similar al ya explicado.