1. MAGNITUDES 1.1. MAGNITUDES FÍSICAS Es todo aquello que se puede expresar cuantitativamente, dicho en otras palabras es susceptible a ser medido. ¿Para qué sirven las magnitudes físicas? sirven para traducir en números los resultados de las observaciones; así el lenguaje que se utiliza en la Física será claro, preciso y terminante. Magnitud: Es toda propiedad de los cuerpos que se puede medir. Por ejemplo: temperatura, velocidad, masa, peso, etc. Medir: Es comparar la magnitud con otra similar, llamada unidad, para averiguar cuántas veces la contiene. Unidad: Es una cantidad que se adopta como patrón para comparar con ella cantidades de la misma especie. Ejemplo: Cuando decimos que un objeto mide dos metros, estamos indicando que es dos veces mayor que la unidad tomada como patrón, en este caso el metro. 1.1.1. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI): Para resolver el problema que suponía la utilización de unidades diferentes en distintos lugares del mundo, en la XI Conferencia General de Pesos y Medidas (París, 1960) se estableció el Sistema Internacional de Unidades (SI). Para ello, se actuó de la siguiente forma: En primer lugar, se eligieron las magnitudes fundamentales y la unidad correspondiente a cada magnitud fundamental. Una magnitud fundamental es aquella que se define por sí misma y es independiente de las demás (masa, tiempo, longitud, etc.). En segundo lugar, se definieron las magnitudes derivadas y la unidad correspondiente a cada magnitud derivada. Una magnitud derivada es aquella que se obtiene mediante expresiones matemáticas a partir de las magnitudes fundamentales (densidad, superficie, velocidad). En el cuadro siguiente puedes ver las magnitudes fundamentales del SI, la unidad de cada una de ellas y la abreviatura que se emplea para representarla: Magnitud funDmental Unidad Abreviatura Longitud metro m Masa kilogramo kg Tiempo segundo s Temperatura kelvin K Intensidad de corriente amperio A Intensidad luminosa candela cd Cantidad de sustancia mol mol En las siguientes tablas aparecen algunas magnitudes derivadas junto a sus unidades: Magnitud Unidad Abreviatura Expresión SI Superficie metro cuadrado m2 m2 Volumen metro cúbico m3 m3 Velocidad metro por segundo m/s m/s Fuerza newton N Kg·m/s2 Energía, trabajo julio J Kg·m2/s2 Densidad kilogramo/metro cúbico Kg/m3 Kg/m3 Presión Fuerza / superficie F / m2 N / m2 MAGNITUD DERIVADA EXPRESADAS EN EXPRESADAS EN TERMINOS DE TERMINOS DE OTRAS UNIDADES LAS UNIDADES DEL SI BASE DEL SI NOMBRE SIMBOLO ángulo plano radián rad m.m-1=1 ángulo sólido estereorradián sr m ².m-2=1 hertz Hz s-1 pascal Pa N/m ² m-1.kg.s-2 watt W J/s m ².kg.s-³ carga eléctrica, cantidad de electricidad coulomb C diferencia de potencial eléctrico, fuerza electromotriz volt V W/A m ².kg.s-³.A-1 capacitancia farad F C/V m-2.kg-1.s4.A ² resistencia eléctrica ohm W V/A m ².kg.s-³.A-2 siemens S A/V m-2.kg-1.s³.A ² weber Wb V.s m ².kg.s-2.A-1 densidad de flujo magnético tesla T Wb/m ² kg.s-1.A-1 inductancia henry H Wb/A m ².kg.s-2.A-2 temperatura Celsius Celsius °C flujo luminoso lumen lm cd.sr m ².m ².cd=cd lux lx lm/m ² m ².m-4.cd=m2.cd becquerel Bq gray Gy J/kg m ².s-2 sievert Sv J/kg m ².s-2 frecuencia presión, esfuerzo potencia, flujo de energía conductancia eléctrica flujo magnético radiación luminosa actividad (radiación ionizante) dosis absorbida, energía específica (transmitida) dosis equivalente s.A K s-1 Para un mejor estudio de los fenómenos fiscos en sus medidas es necesario considerar los múltiplos y submúltiplos de las unidades del SI descritos en la siguiente tabla: Múltiplos y submúltiplos de las unidades del SI Múltiplos Submúltiplos Prefijo Símbolo Potencia Prefijo Símbolo Potencia giga G 109 deci d 10-1 mega M 106 centi c 10-2 kilo k 103 mili m 10-3 hecto h 102 micro µ 10-6 deca D 101 nano n 10-9 1.2. EQUIVALENCIAS ENTRE UNIDADES FUNDMENTALES Y SUS MÚLTIPLOS: Para un mejor estudio de los fenómenos físicos es necesario comprender y utilizar los múltiplos y submúltiplos de las unidades fundamentales que se relacionaron en la tabla anterior y para establecer su equivalencia debemos tener en cuenta su valor exponencial para convertir de una unidad a un múltiplo o submúltiplo y viceversa, así: Al convertir un múltiplo a una unidad o submúltiplo se debe multiplicar por la suma de los exponenciales (sin tener en cuenta los signos) que hay del múltiplo hasta la unidad o submúltiplo pedido: Ej 1: Al convertir kilo (103) a centi (10-2) se debe multiplicar por 105 3 kilogramos a centigramos = 3 x 105 = 3 x 100.000= 300.000 centigramos Ej. 2: Al convertir mega (106) a micro (10-6) se debe multiplicar por 1012 5,25 megámetros a micrómetros = 5,25 x 1012 = 5,25 x 1.000.000.000.000 = 5.250.000.000.000 micrómetros Al convertir un submúltiplo a una unidad o múltiplo se debe dividir por la suma de los exponenciales (sin tener en cuenta los signos) que hay del submúltiplo hasta la unidad o múltiplo pedido o multiplicarlo por ese exponencial pero negativo (cuando se trabaja con calculadora): Ej 1: Al convertir mili (10-3) a hecto (102) se debe dividir entre 105 o multiplicar por 10-5 6 milímetros a hectómetros = 6 x 10-5 = 6 / 100.000 = 0,00006 hectómetros Ej 2: Al convertir deci (10-1) a kilo (103) se debe dividir entre 104 o multiplicar por 10-4 2,4 decigramos a kilogramos = 2,4 x 10-4 = 2,4 / 10.000 = 0,0024 kilogramos Nota: también se pude utilizar la regla de tres para realizar las conversiones así por ejemplo Convierte a la menor unidad: 3 kg 5 hg 6 dag 2 g ACTIVIDAD 1 1. El milímetro en el sistema métrico, puede clasificarse como: ¿unidad fundamental o unidad variada? ¿Porque? 2. Determinar el valor numérico de los siguiente enunciados: ¿Qué distancia recorre la luz en ¾ de segundo? La luz del sol tarda en llegar a la tierra 8 minutos aproximadamente, ¿Cuál es la distancia que separa el sol de la tierra? La distancia de la tierra a la luna es de 384.000 kilómetros. ¿A qué velocidad debería viajar un cohete o nave espacial para hacer el viaje en 60 horas? 3. Escoge la respuesta correcta a los siguiente enunciados: Medir una magnitud, es un proceso que consiste en: a) Pesarla b) Calcular su valor numérico c) Encontrar la relación de su valor con otra que se ha escogido como unidad d) Buscar su longitud. Un patrón en física es: a) Una unidad física b) El jefe de trabajo c) Un cuerpo que materializa una unidad d) No existe tal concepto en física Tres personas A, B y C, al observar un avión en vuelo afirman respectivamente que el avión viaja a: 600, 650 y 800 metros de altura. Estará en lo cierto: a) La persona A b) La persona B c) La persona C d) Todas tiene razón 4. a) b) c) d) e) f) 5. a) b) c) d) Convierte: 12 km a metros. 7 000 mm a metros. 80 hm a kilómetros. 5 x 106 cm a kilómetros 1.2 x 1015 cm a kilómetros. 560.8 Dm a hectómetro. Convierte 8 cm 3 mm a metros. 15 m 78 cm a decámetros. 9 km 3 Dm a metros. 17 Dm 3 m 8 dm a centímetros. 6. Selecciona en cada caso la respuesta correcta: La cuarta parte en centímetros de 20 m es: a) ____ 40 cm b) ____ 400 cm c) ____ 4 m d) ____20 cm 1 700 m equivale a: a) ____ 1 km 7 m b) ____ 1 km 70 m c) ____ 170 Dm d) ____1 km 700 m 7. El perímetro del triángulo que se muestra en la figura es: a) ____ 141 cm b) ____ 14.1 cm c) ____ 1.41 cm d) ____14.1 dm 8. Completa la siguiente tabla realizando las conversiones indicadas: Cantidad Convertir en 8 kg g 8,561 dg Kg 7g kg 200 m km 2 cm m 20 km m 8 cc l 10 ml l 6,45 Mm mm 10 l cc 20 l ml 10 m3 dm3 10 ml dm3 20 cm3 ml 200 ml m3 980 g / cm kg / m 20 km / h m/s 20 m / s km / h Operación Respuesta(número y unidad) 20 cm / s km / h