1. CANTIDADES FÍSICAS

Racso Editores 104/11/23

Dr. Félix Aucallanchi V.


Cuando podemos medir y expresar en números aquello de que hablamos, sabemos algo acerca del mismo; y cuando no

podemos medirlo, cuando no podemos expresarlo en números, nuestro conocimiento es insuficiente y poco satisfactorio.

Pudiera ser el comienzo de nuestro conocimiento, pero apenas habremos dado el primer paso dentro de la ciencia

Lord Kelvin

William Thomson1824- 1907

Belfast, IrlandaFísico y matemático


MEDICIONES

La medición es un proceso que exige establecer lo que vamos a medir y lo que emplearemos para medirlo. Lo primero se llama objeto de medición y lo segundo unidad de medida.

OBJETO DE MEDICIÓN(ATRIBUTO X)

UNIDAD DE MEDIDA(ATRIBUTO X)

MEDICIÓN

Entendemos por atributo a toda cualidad, propiedad o condición de la materia que permite caracterizarla e identificarla. Según este concepto la lista de atributos de los objetos es infinita

Medir es comparar un atributo común entre dos objetos distintos.


Ejemplo.- Las siguientes son mediciones:

El tiempoLa duración de una colección de canciones grabadas en un MP4

La duración de un viaje

Medimos la duración de un viaje

La masaLa masa de un libro de física

La masa de nuestro cuerpo

Medimos nuestra masa

La longitudEl largo de un cuaderno

El largo de una carpeta

Medimos el largo de una carpeta

ATRIBUTO COMÚN

UNIDAD DE MEDIDA

OBJETO DE MEDICIÓN

EXPERIENCIA DE MEDICIÓN

¿cómo se llama lo que vamos

a medir?

¿cómo se llama lo que usamos

para medir?

¿cómo se llama lo que hemos

medido?


INSTRUMENTOS DE MEDIDA

Se llama instrumento de medida a todo recurso del conocimiento cuya aplicación permite registrar datos de distinto género.

En física tenemos instrumentos de medición tan simples como una regla graduada y tan complejos como las cámaras de espuma que registran el trayecto de las partículas subatómicas.

La wincha La balanza El cronómetro


CANTIDAD FÍSICA

Una cantidad física es todo atributo de la materia cuya medida permite explicar un fenómeno físico determinado.

National Institute of Standars and Technologyhttp://www.nist.gov/

La longitud, el área, el volumen, la masa, la velocidad, la energía, la fuerza, la presión, la temperatura, la iluminación, . . . , etc.

Ejemplo.- Las siguientes son cantidades físicas comunes:

Toda cantidad física se define mediante un proceso de medición, por esta razón existen tantas cantidades físicas como procesos de medición se puedan establecer.

Física, Serway & Faughn, Ed. Thomson, 2005, México


MAGNITUD

El término magnitud se refiere a la medida de una cantidad física que se especifica completamente con un número, que incluye signo, y una unidad.

[Física, Tippens, 6ta edición. Mc Graw Hill, USA, 2001].

Recuérdese, en adelante, que la magnitud de una cantidad física está definida por un número y una unidad de medida.

Antiguamente se hablaba de magnitud física en lugar de cantidad física como es ahora.

Ejemplo.- Sean 4 m y 7 m las dimensiones de nuestro salón. Entonces si queremos calcular la medida de la superficie, o área,

del piso debemos multiplicar: 4 m x 7 m = 28 m2. Luego:

28 m2Área

MAGNITUDCANTIDAD FÍSICA


SISTEMA INTERNACIONAL DE MEDIDAS

El Sistema Internacional de Unidades, denotado por SI, es un conjunto de unidades coordinadas, determinadas por convenios científicos internacionales, que permiten expresar la medida de cualquier cantidad física.

El SI trabaja con siete cantidades físicas elegidas arbitrariamente llamadas cantidades físicas básicas y sus correspondientes unidades fundamentales. (Ver cuadro en la siguiente diapositiva)

El carácter básico de una cantidad física sugiere que no se define en función de otra u otras cantidades físicas.

CANTIDADES FÍSICAS BÁSICAS Y SUS UNIDADES


molN

cdJ

AI

K

sT

kgM

m

mol

candela

ampere

kelvin

segundo

kilogramo

metroL

CANTIDAD DE SUSTANCIA

INTENSIDAD LUMINOSA

INTENSIDAD DE CORRIENTE

TEMPERATURA TERMODINÁMICA

TIEMPO

MASA

LONGITUD

SÍMBOLOUNIDADDIMENSIÓNCANTIDAD FÍSICA BÁSICA


CANTIDADES FÍSICAS AUXILIARES Y SUS UNIDADES

El SI, además de las cantidades físicas básicas, distingue y establece un grupo llamado cantidades físicas derivadas, que se definen en función de las básicas, y un tercer tipo formado por aquellas que no están incluidas en ninguno de los dos anteriores, denominadas cantidades físicas auxiliares.

Las cantidades físicas auxiliares están referidas a medidas angulares conocidas como ángulo plano y ángulo sólido.

sr

rad

estereoradián

radián

ÁNGULO SÓLIDO

ÁNGULO PLANO

SÍMBOLOUNIDADCANTIDAD FÍSICA AUXILIAR


A MODO DE COMENTARIO

1ro. El término dimensión alude a la naturaleza de una cantidad física.

A toda cantidad física básica o derivada le corresponde una dimensión determinada.

Ejemplo.- La distancia entre dos puntos tiene como dimensión la longitud.

Fuente: Física, Serway & Faughn, Ed. Thomson, 2005, México


2do. Del grupo de unidades patrones, el metro, el kilogramo y el segundo se establecieron así:

a) El metro es la longitud de la trayectoria que viajó la luz en vacío durante un intervalo de tiempo de 1/299 792 458 de un segundo

b) El kilogramo se define como la masa de un cilindro de platino iridiado cuyo prototipo se conserva en Sevres, París.

c) El segundo corresponde a la duración de 9 192 631 770 períodos de la radiación que corresponde a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado natural del átomo del cesio 133.


CONVERSIÓN DE UNIDADES

Se llama Conversión de Unidades al proceso por medio del cual la magnitud de una cantidad física, dada en términos de una unidad, se expresa en otra unidad de la misma dimensión.

Ejemplo 1.- Si una pulgada equivale a 2,54 cm, se pide convertir 50 pulgadas en cm.

Si 1 pulg = 2,54 cm, entonces elaboramos nuestro factor de conversión así:

Reconociendo que el valor del factor de conversión es 1, multiplicamos la magnitud dada así:

= 127 cm.

2,54 cm1 pulg

50 pulg2,54 cm

×1 pulg


Ejemplo 2.- Si 1 rev equivale a 2 rad y 1 min equivale a 60 s, convirtamos 120 rev/min a rad/s.

Si 1 rev = 2 rad y 1 min = 60 s, entonces elaboramos dos factores de conversión:

Como cada factor de conversión vale 1, entonces multiplicamos la magnitud dada así:

2 rad 1 min;

1 rev 60 s

rad= 4s

rev120min

2 rad

1 rev1 min

60 s

Si la unidad que se desea eliminar está en el numerador o denominador de una expresión, entonces el factor de conversión lo ha de tener en el denominador o numerador respectivamente.

PARA NO OLVIDAR


Llamamos notación científica a la forma de expresar los números grandes o pequeños mediante el producto de un número, de valor absoluto menor que 10, y una potencia de 10.

NOTACIÓN CIENTÍFICA

Luego, si x es un número, entonces, expresarlo en notación científica consiste en hacer:

nx = N 10 donde: y 0 < N < 10 n

Ejemplo.- Expresar 150 000 000 000 m en notación científica.

150 000 000 000 m

11 cifras

Aquí el factor N está dado por: N = 1,5 y el exponente n está dado por la cantidad de cifras contadas, de derecha a izquierda, hasta la penúltima cifra, 5, luego: n = 11.

150 000 000 000 m = 1,5.1011 m (distancia de la Tierra al Sol)


b) 0,000 000 000 000 000 000 16 C, donde C es el símbolo de la unidad de carga llamada Coulomb.

Observación.- Cuando se cuenta cifras hacia la izquierda el exponente n es positivo y cuando se cuenta cifras hacia la derecha el exponente n es negativo.

0,000 000 000 000 000 000 16 C = 1,6.10-19 C (carga elemental)

Aquí el número N está dado por: N = 1,6. Luego el exponente n lo obtenemos contando las cifras, desde la coma, de izquierda a derecha, hasta la penúltima cifra decimal no nula 1, luego: n = -19.

0,000 000 000 000 000 000 16 C

19 cifras


Los prefijos para potencias de 10 son símbolos que se utilizan para representar una potencia de 10 y en el S.I se han aceptado los que se muestran en los siguientes cuadros:

PREFIJOS ACEPTADOS POR EL SI

PREFIJOS PARA MÚLTIPLOS

SÍMBOLO POTENCIA

yota Y 1024

zeta Z 1021

exa E 1018

peta P 1015

tera T 1012

giga G 109

mega M 106

kilo k 103

PREFIJOS PARA SUBMÚLTIPLOS

SÍMBOLO POTENCIA

yocto y 10-24

zepto z 10-21

atto a 10-18

femto f 10-15

pico p 10-12

nano n 10-9

micro 10-6

mili m 10-3


a) Los prefijos aceptados por el SI se utilizan anteponiéndose al símbolo de una unidad cualquier cantidad física.

OBSERVACIONES

b) Sólo se puede anteponer un solo prefijo a la unidad física.

c) El centi (c) es un prefijo poco usado y sólo se le sigue empleando

para el centímetro (1 cm = 10-2 m).

1 s:

Ejemplo.- Describamos las siguientes unidades formadas sobre la base del metro (m):

un kilómetro = 103 m,

un gigametro = 109 m,

un microsegundo= 10-6 s

1 km:

1 Gm:

(Error) (Error) (Correcto)Gkg mTcd g Zs (Correcto)

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