Tema i Leyes fÍsicas: Magnitudes y Constantes.
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TEMA I
LEYES FÍSICAS: MAGNITUDES Y CONSTANTES. SISTEMA DE UNIDADES.
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• Método científico= observación + razonamiento + experimentación
• Leyes físicas: Reglas cuantitativas que rigen los fenómenos naturales expresadas como relaciones matemáticas entre cualidades observables de los sistemas físicos.
• Estas cualidades de los sistemas físicos se denominan magnitudes
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Magnitudes fundamentales del Sistema Internacional
magnitud unidad símbolo
longitud metro m
masa kilogramo kg
tiempo segundo s
intensidad de corriente eléctrica amperio A
temperatura kelvin K
cantidad de materia mol mol
intensidad luminosa candela cd
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metro
•1/10.000.000 de la distancia del ecuador terrestre a los polos
•Longitud del patrón conservado en el Museo de Pesas y Medidas de Sèvres (Francia)
•1.650.763,73 veces la longitud de onda de la luz rojoanaranjada emitida por una lámpara especial de Criptón-86, correspondiente a la transición entre los niveles 2p10 y 5d5.
•Distancia que recorre la luz en 1/299.792.458 s
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kilogramo
•Masa de 0,001 m3 de agua destilada a 4º C.
•Masa del prototipo de Pt-Ir conservado en el Museo de Pesas y Medidas de Sèvres
•Masa de 1/1,99264824·1026 átomos de 12C.
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segundo
•Sesentava parte de un sesentavo de la venticuatroava parte del intervalo de un mediodía al siguiente.
•Tiempo que tardan 9.192.631.770 vibraciones de un átomo de Cesio-133.
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amperio: corriente constante que debe circular por dos hilos conductores infinitos, en el vacío, paralelos y separados un metro para que la fuerza que ejerce cada uno sobre un metro del otro sea 2·10-7 N.
kelvin: 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.
mol: cantidad de materia que contiene tantas unidades elementales como átomos hay en 12·10-3 kg de 12C.
candela: intensidad luminosa que emite 1/600.000 m2 de un cuerpo negro a la temperatura de fusión del Pt.
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Magnitudes derivadas en el Sistema Internacional
magnitud unidad símbolo
fuerza newton N
energía julio J
potencia watio W
presión pascal Pa
carga eléctrica culombio C
potencial eléctrico voltio V
campo magnético tesla T
frecuencia hertz Hz
Magnitudes suplementariasmagnitud unidad símbolo
ángulo radían rad
ángulo sólido estéreo-radián sr
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nombre símbolo potencia de diez
kilo k 3
mega M 6
giga G 9
tera T 12
peta P 15
exa E 18
nombre símbolo potencia de diez
mili m -3
micro -6
nano n -9
pico p -12
femto f -15
atto a -18
múltiplos submúltiplos
Múltiplos y submúltiplos en el S.I.
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Constantes universalesConstante de gravitación:
G = 6,670 (15) · 10-11 N m2 kg-2
Constante de Boltzmann:kB = 1,38054 (18) · 10-23 J K-1
Constante de Planck:h = 6,6256 (5) · 10-34 J s
Velocidad de la luz en el vacío:c = 2,99792458 · 108 m s-1
Permitividad eléctrica del vacío:0=8,854187 · 10-12 C2 N-1 m-2
Permeabilidad magnética en el vacío:
0=12,566370 · 10-7 N A-2
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Constantes específicas o características
•Módulo de Young•Constante elástica de un muelle•Coeficiente de rozamiento•Resistividad eléctrica•Resistencia eléctrica•Viscosidad de un fluido•…
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Dimensiones y análisis dimensional
•Todos los términos de una ley física deben ser dimensionalmente homogéneos.
•Los argumentos de las funciones trigonométricas, exponenciales y logarítmicas deben ser adimensionales.
•El análisis dimensional permite detectar expresiones erróneas.
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Semejanza geométrica
•Objetos semejantes: Longitudes
L/L’=
SuperficiesS/S’=2
VolúmenesV/V’=3
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Semejanza física
Longitudes L’/L=Fuerzas F’/F=Tiempos t’/t=Temperaturas T’/T=Cargas eléctricas Q’/Q=
¡No todas escalan libremente!
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Log(
TASA
MET
ABÓ
LICA
BAS
AL m
l O2 h
-1)
Relación entre la tasa metabólica basal y la masa corporal en los mamíferos Journal of Experimental Biology 208 (2005) 1611
-3 -2 -1 0 1 2 3Log(MASA CORPORAL, kg)
01
23
45