Magnitudes Fisicas Fundamentales

MAGNITUDES FISICAS FUNDAMENTALES

Denominamos magnitudes físicas a todas aquellas propiedades de los cuerpos del Universo que se pueden medir, es decir, a aquellas a las cuales podemos otorgar un número o valor; se representan por un símbolo, que suele ser una letra. Gracias a su combinación, dan origen a las magnitudes derivadas. Tres de las magnitudes fundamentales más importantes son la masa, la longitud y el tiempo, pero en ocasiones en física también nos pone como agregadas a la temperatura, la intensidad luminosa, la cantidad de sustancia y la intensidad de corriente.

Las unidades usadas en el SI para estas magnitudes fundamentales son las siguientes:

• Para la masa se usa el kilogramo (kg)

• Para la longitud se usa el metro (m)

• Para el tiempo se usa el segundo (s)

• Para la temperatura el Kelvin (K)

• Para la Intensidad de corriente eléctrica el ampere (A)

• Para la cantidad de sustancia el mol (mol)

• Para la Intensidad luminosa la candela (cd)

EL ESPACIO

Significa todo lo que nos rodea y a diferentes conceptos en distintas disciplinas. Generalmente se refiere al espacio físico, el espacio geográfico o el espacio exterior

El espacio físico es el espacio donde se encuentran los objetos y en el que los eventos que ocurren tienen una posición y dirección relativas. El espacio físico es habitualmente concebido con tres dimensiones lineales, aunque los físicos modernos usualmente lo consideran, con el tiempo, como una parte de un infinito continuo de cuatro dimensiones conocido como espacio-tiempo, que en presencia de materia es curvo. El concepto de espacio es considerado de fundamental importancia para una comprensión del universo físico aunque haya continuos desacuerdos entre filósofos acerca de si es una entidad, una relación entre entidades, o parte de un marco conceptual.

El espacio en física clásica es un lugar que contiene la materia, a este lugar se le asigna referencias para poder ubicar los puntos en ese espacio, a estas referencias le llamamos coordenadas, que siempre son ortogonales, para que mediante un sistema de cuadricula, podamos fijar (determinar) cualquier punto con las referencias (magnitudes).

En relatividad, el espacio es algo que se deforma, estira y contrae, ya no contiene la materia sino que es la materia, cuando el espacio se deforma. Es decir, la materia es el espacio deformado.

MATERIA

Materia es todo aquello que tiene localización espacial, posee una cierta cantidad de energía, y está sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con aparatos de medida. En física y filosofía, materia es el término para referirse a los constituyentes de la realidad material objetiva, entendiendo por objetiva que pueda ser percibida de la misma forma por diversos sujetos. Se considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos perceptibles o detectables por medios físicos. Es decir es todo aquello que ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, se puede sentir, se puede medir, entre otros.

La materia másica está jerárquicamente organizada en varios niveles y subniveles. La materia másica puede ser estudiada desde los puntos de vista macroscópico y microscópico. Según el nivel de descripción adoptado debemos adoptar descripciones clásicas o descripciones cuánticas. Una parte de la materia másica, concretamente la que compone los astros sub-enfriados y las estrellas, está constituida por moléculas, átomos, e iones. Cuando las condiciones de temperatura lo permite la materia se encuentra condensada.

MASA

La masa, en física, es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. Es una propiedad intrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional. La unidad utilizada para medir la masa en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una magnitud escalar.

No debe confundirse con el peso, que es una magnitud vectorial que representa una fuerza. Tampoco debe confundirse con la cantidad de sustancia, cuya unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el mol.

En la teoría especial de la relatividad la "masa" se refiere a la masa inercial de un objeto medida en el sistema de referencia en el que está en reposo (conocido como "sistema de reposo"). El método anterior para obtener la masa inercial sigue siendo válido, siempre que la velocidad del objeto sea mucho menor que la velocidad de la luz, de forma que la mecánica clásica siga siendo válida.

TIEMPO

El tiempo es una magnitud física con la que medimos la duración o separación de acontecimientos, sujetos a cambio, de los sistemas sujetos a observación; esto es, el período que transcurre entre el estado del sistema cuando éste presentaba un estado X y el instante en el que X registra una variación perceptible para un observador (o aparato de medida).

El tiempo permite ordenar los sucesos en secuencias, estableciendo un pasado, un futuro y un tercer conjunto de eventos ni pasados ni futuros respecto a otro. En mecánica clásica esta tercera clase se llama "presente" y está formada por eventos simultáneos a uno dado.

En mecánica relativista el concepto de tiempo es más complejo: los hechos simultáneos ("presente") son relativos. No existe una noción de simultaneidad independiente del observador.

Su unidad básica en el Sistema Internacional es el segundo, cuyo símbolo es (debido a que es un símbolo y no una abreviatura, no se debe escribir con mayúscula, ni como "seg", ni agregando un punto posterior).

MEDICIÓN

La medición es un proceso básico de la ciencia que consiste en comparar un patrón seleccionado con el objeto o fenómeno cuya magnitud física se desea medir para ver cuántas veces el patrón está contenido en esa magnitud.

Los procesos de medición de magnitudes físicas que no son dimensiones geométricas entrañan algunas dificultades adicionales, relacionadas con la precisión y el efecto provocado sobre el sistema. Así cuando se mide alguna magnitud física se requiere en muchas ocasiones que el aparato de medida interfiera de alguna manera sobre el sistema físico en el que se debe medir algo o entre en contacto con dicho sistema. En esas situaciones se debe poner mucho cuidado, en evitar alterar seriamente el sistema observado. De acuerdo con la mecánica clásica no existe un límite teórico a la precisión o el grado de perturbación que dicha medida provocará sobre el sistema (esto contrasta seriamente con la mecánica cuántica o con ciertos experimentos en ciencias sociales donde el propio experimento de medición puede interferir en los sujetos participantes).

Por otro lado, no hemos de perder de vista que las medidas se realizan con algún tipo de error, debido a imperfecciones del instrumental o a limitaciones del medidor, errores experimentales, por eso, se ha de realizar la medida de forma que la alteración producida sea mucho menor que el error experimental que pueda cometerse. En mecánica clásica las restricciones para el grado de precisión son siempre de carácter tecnológico o práctico, sin embargo, en mecánica cuántica existen límites teóricos para el grado de precisión que puede alcanzarse.

MAGNITUDES

Una magnitud es una propiedad o cualidad medible de un sistema físico, es decir, a la que se le pueden asignar distintos valores como resultado de una medición. Las magnitudes físicas se miden usando un patrón que tenga bien definida esa magnitud, y tomando como unidad la cantidad de esa propiedad que posea el objeto patrón. Por ejemplo, se considera que el patrón principal de longitud es el metro en el Sistema Internacional de Unidades.

Las primeras magnitudes definidas estaban relacionadas con la medición de longitudes, áreas, volúmenes, masas patrón, y la duración de periodos de tiempo.

Existen magnitudes básicas y derivadas, y constituyen ejemplos de magnitudes físicas: la masa, la longitud, el tiempo, la carga eléctrica, la densidad, la temperatura, la velocidad, la aceleración, y la energía. En términos generales, es toda propiedad de los cuerpos que puede ser medida. De lo dicho se desprende la importancia fundamental del instrumento de medición en la definición de la magnitud.

MAGNITUDES DERIVADAS

Las magnitudes derivadas son aquellas que en la combinación de las magnitudes fundamentales se derivan y que se pueden determinar a partir de ellas utilizando las expresiones adecuadas. Pueden ser definidas o indefinidas.

Todas las magnitudes físicas restantes se definen como combinación de las magnitudes físicas definidas como fundamentales.

• S (Superficie) = L2

• V (Volumen) = V3

• D (Densidad) = M/L3

• A (Aceleración) = m/s2

• F (Fuerza) = kg• m/s2

• E (energía) =E/Y

SISTEMA INTTERNACIONAL DE UNIDADES

El Sistema Internacional de Unidades (abreviado SI, del francés: Le Système International d'Unités), también denominado Sistema Internacional de Medidas, es el nombre que recibe el sistema de unidades que se usa en casi todos los países.

Es el heredero del antiguo Sistema Métrico Decimal y es por ello por lo que también se lo conoce como «sistema métrico», especialmente en las personas de más edad y en pocas naciones donde aún no se ha implantado para uso cotidiano.

Se instauró en 1960, a partir de la Conferencia General de Pesos y Medidas, durante la cual inicialmente se reconocieron seis unidades físicas básicas. En 1971 se añadió la séptima unidad básica: el mol.

Una de las características trascendentales, que constituye la gran ventaja del Sistema Internacional, es que sus unidades se basan en fenómenos físicos fundamentales. Excepción única es la unidad de la magnitud masa, el kilogramo, definida como «la masa del prototipo internacional del kilogramo», un cilindro de platino e iridio almacenado en una caja fuerte de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas.

UNIDADES FISICAS

La Mecánica es la rama de la Física donde se desarrollan sus unidades básicas. La secuencia lógica va desde la descripción del movimiento pasando por las causas del movimiento (fuerzas y pares de fuerza) y las acciones de estas. Las unidades mecánicas básicas son aquellas de masa, longitud y tiempo.

Todas las demás unidades mecánicas se pueden expresar en función de estas tres cantidades. Las unidades estándares forman el Sistema Internacional o unidades SI. En Mecánica, las unidades SI primarias son el Kilogramo (masa), el metro (longitud) y el segundo (tiempo). Cualquier fórmula mecánica, puede representarse en función de estas tres unidades denotadas por las letras M, L y T.

UNIDADES BASICAS

Longitud

Un metro se define como la distancia que viaja la luz en el vacío en 1/299792458 segundos. Esta norma fue adoptada en 1983 cuando la velocidad de la luz en el vacío fue definida exactamente como 299 792 458 m/s.

Masa

Un kilogramo se define como la masa del Kilogramo Patrón, un cilindro compuesto de una aleación de platino-iridio, que se guarda en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas en Sèvres, cerca de París. Actualmente es la única que se define por un objeto patrón.

Tiempo

Un segundo (s) es el tiempo requerido por 9 192 631 770 ciclos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133. Esta definición fue adoptada en 1967.

Temperatura

El kelvin (K) se define como la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.

Cantidad de sustancia

Un mol (mol) es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0,012 kg de carbono 12, aproximadamente 6, 022 141 79 (30) × 1023

Cuando se usa el mol, las entidades elementales deben ser especificadas y pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones, otras partículas o grupos específicos de tales partículas.

Intensidad luminosa

Una candela (cd) es la intensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite radiación monocromática con frecuencia de 540 × 1012 Hz de forma que la intensidad de radiación emitida, en la dirección indicada, es de 1/683 W por estereorradián.

UNIDADES DERIVADAS

Las unidades derivadas son parte del Sistema Internacional de Unidades y se derivan de las unidades básicas que son:

• metro (m), unidad de longitud

• kilogramo (kg), unidad de masa

• Segundo (s), unidad de tiempo

• amperio (A), unidad de intensidad de corriente eléctrica

• kelvin (K), unidad de temperatura

• mol (mol), unidad de cantidad de sustancia

• candela (cd), unidad de intensidad luminosa

UNIDADES SUPLEMENTARIAS

Las unidades suplementarias no estaban clasificadas por la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) ni como unidades de base SI ni como unidades derivadas SI. Sin embargo, en los cálculos se las podía utilizar como unidades de base o como unidades derivadas.

En octubre de 1980, el Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) decidió interpretar las unidades SI, clasificadas con el nombre de suplementarias, como una clase de unidades de medida adimensionales. Para ello, la CGPM dejó abierta la posibilidad de utilizarlas en las expresiones de unidades derivadas SI. Este grupo no contiene más que dos unidades puramente geométricas: la unidad SI de ángulo plano –el radián– y la unidad SI de ángulo sólido –el estereorradián– [XI CGPM (1960). Resolución 12].

Sin embargo, durante la XX CGPM (1995) se decidió interpretar las unidades suplementarias radián y estereorradián como unidades derivadas adimensionales y, consecuentemente, eliminar la clase de unidades suplementarias como una clase separada del SI.

SISTEMA METRICO DECIMAL

En el pasado cada país y, en algunos casos, cada región seguían unidades de medidas diferentes. Esta diversidad dificultó las relaciones comerciales entre los pueblos. Para acabar con esas dificultades, en 1792, la Academia de Ciencias de París propuso el Sistema Métrico Decimal.

Progresivamente fue adoptado por todos los países, a excepción de los de habla inglesa, que se rigen por el Sistema Inglés o Sistema Imperial Británico.

En España su empleo es oficial desde 1849, aunque sobre todo en el ámbito agrario ha coexistido con las medidas tradicionales.

El Sistema Métrico Decimal es un sistema de unidades en el cual los múltiplos y submúltiplos de una unidad de medida están relacionadas entre sí por múltiplos o submúltiplos de 10.

El Sistema Métrico Decimal lo utilizamos en la medida de las siguientes magnitudes:

Longitud

• Masa

• Capacidad

• Superficie

• Volumen

Las unidades de tiempo no son del Sistema Métrico Decimal, ya que están relacionadas entre sí por múltiplos o submúltiplos de 60. El tiempo es una magnitud del Sistema Sexagesimal.

CAPACIDAD

Se denomina capacidad al conjunto de recursos y aptitudes que tiene un individuo para desempeñar una determinada tarea. En este sentido, esta noción se vincula con la de educación, siendo esta última un proceso de incorporación de nuevas herramientas para desenvolverse en el mundo. El término capacidad también puede hacer referencia a posibilidades positivas de cualquier elemento.

Cuando nos referimos a la capacidad que tiene un recipiente, hacemos mención a la cantidad de líquido que éste puede contener; el litro es su unidad de medida principal.

Entre las cosas que podemos medir en litros, encontramos la cantidad de agua que cabe en una botella, la bencina que cabe en un estanque de auto, o el agua que puede contener una piscina, entre otros.

UNIDADES DE VOLUMEN

Ahora bien, cuando nos referimos al volumen que ocupa un líquido, fluido, gas o sólido, hacemos mención al espacio que éstos utilizan.

El metro cúbico ( ) es la unidad principal del volumen, corresponde al volumen en un cubo que mide un metro en todos sus lados y, a diferencia de las demás unidades de medida, éstas aumentan o disminuyen de 1.000 en 1.000.

MASA

La masa es la cantidad de materia que poseen los cuerpos, la cual está constituida por átomos que se encuentran ubicados en el núcleo de éstos. La masa tiene como unidad estándar al kilogramo (kg), el cual se define como la masa de un cilindro de una aleación (mezcla) de los metales platino e iridio, antiguamente se definía como la masa que tiene un litro de agua a 4º C.

A partir del kilogramo se obtienen otras unidades más pequeñas (submúltiplos) o más grandes (múltiplos) en el Sistema Métrico Decimal.

Cuadro Unidades de masa

Equivalencia

miligramo (mg) 0,001 de gramo

centigramo (cg) 0,01 de gramo

decigramo (dg) 0,1 de gramo

Submúltiplos gramo (gr) 0,001 de kilogramo

decagramo (dag) 0,01 de kilogramo

hectogramo (hg) 0,1 de kilogramo

Unidad kilogramo (kg) 1.000 gramos

quintal métrico (qm) 100 kilogramos

Múltiplos tonelada métrica (tm) 1.000 kilogramos

El miligramo, el gramo y el kilogramo son las unidades de masa que se usan habitualmente en la vida diaria.

Ejemplos: 200 gramos de salame, 3 kilogramos de azúcar, 20 miligramos de bicarbonato, etc.

Estas unidades se ocupan de acuerdo a la cantidad de materia que tiene el cuerpo, es decir, para un cuerpo grande como un elefante, se usa el kilogramo; para uno más pequeño, el gramo, y cuando la masa es demasiado pequeña se utiliza el miligramo (por ejemplo, para expresar la composición química de un remedio).

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