MAGNITUDES FÍSICAS

MAGNITUDES FÍSICAS

Una magnitud física 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

La Oficina Internacional de Pesos y Medidas, por medio de l Vocabulario Internacional de Metrología (International Vocabulary of Metrology, VIM), define a la magnitud como un atributo de un fenómeno; un cuerpo o sustancia que puede ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente.2

A diferencia de las unidades empleadas para expresar su valor, las magnitudes físicas se expresan en cursiva: así, por ejemplo, la "masa" se indica con "m", y "una masa de 3 kilogramos" la expresaremos como m = 3 kg.

Magnitudes escalares, vectoriales y tensoriales

• Las magnitudes escalares son aquellas que quedan completamente definidas por un número y las unidades utilizadas para su medida. Esto es, las magnitudes escalares están representadas por el ente matemático más simple, por un número. Podemos decir que poseen un módulo, pero que carecen de dirección. Su valor puede ser independiente del observador (v.g.: la masa, la temperatura, la densidad, etc.) o depender de la posición o estado de movimiento del observador (v.g.: la energía cinética)

• Las magnitudes vectoriales s son aquellas que quedan caracterizadas por una cantidad

(Intensidad o módulo), y una dirección. En un espacio euclidiano, de no más de tres dimensiones, un vector se representa mediante un segmento orientado. Ejemplos de estas magnitudes son: la velocidad, la aceleración, la fuerza, el campo eléctrico, intensidad luminosa, etc.

• Además, al considerar otro sistema de coordenadas asociado a un observador con diferente estado de movimiento o de orientación, las magnitudes vectoriales no presentan invariancia de cada uno de los componentes del vector y, por tanto, para relacionar las medidas de diferentes observadores se necesitan relaciones de transformación vectorial. En mecánica clásica también el campo electrostático se considera un vector; sin embargo, de acuerdo con la teoría de la relatividad esta magnitud, al igual que el campo magnético, debe ser tratada como parte de una magnitud tensorial.

• Las magnitudes tensoriales son las que caracterizan propiedades o comportamientos físicos modelizables mediante un conjunto de números que cambian tensorialmente al elegir otro sistema de coordenadas asociado a un observador con diferente estado de movimiento o de orientación.

De acuerdo con el tipo de magnitud, debemos escoger leyes de transformación de las componentes físicas de las magnitudes medidas, para poder ver si diferentes observadores hicieron la misma medida o para saber qué medidas obtendrá un observador, conocidas las de otro cuya orientación y estado de movimiento respecto al primero sean conocidos.

Unidades básicas o fundamentales del SI

• Longitud: metro (m). El metro es la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299 792

458 segundos. Este patrón fue establecido en el año 1983.

• Tiempo: segundo (s). El segundo es la duración de 9 192 631 770 perío dos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del cesio-133. Este patrón fue establecido en el año 1967.

• Masa: kilogramo (kg). El kilogramo es la masa de un cilindro de aleación de Platino-Iridio

depositado en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas. Este patrón fue establecido en el año 1887.

• Intensidad de corriente eléctrica: amperio (A). El amperio o ampere es la intensidad de una corriente constante que, manteniéndose en dos conductores p aralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro, en el vacío, produciría una fuerza igual a 2×10-7 newton por metro de longitud.

• Temperatura: kelvin (K). El kelvin es la fracción 1/273,16 de la temperatura del punto triple del agua.

• Cantidad de sustancia: mol (mol). El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 12 gramos de carbono-12.

• Intensidad luminosa: candela (cd). La candela es la unidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540×1012 Hz y cuya intensidad energética en dicha dirección es 1/683 vatios por estereorradián.

CINEMATICA

Concepto:

Es parte de la mecánica que estudia las propiedades geográficas del movimiento mecánico que describen los cuerpos prescindiendo de su inercia (masa) y de la interacción con otros cuerpos (fuerzas aplicadas).

Elementos del movimiento mecánico:

1) Móvil: Se denomina así a todo cuerpo (o punto) en movimiento, respecto a un sistema de referencia.

2) Trayectoria: Es aquella línea continua que describe un punto material en movimiento respecto a un sistema de referencia. Si la trayectoria es una línea recta, el movimien to se llama rectilíneo y si es una curva, curvilínea.

3) Espacio recorrido (e): Es la longitud de la trayectoria entre dos puntos considerados.

4) Distancia: Es una magnitud escalar, que se define como el modulo o tamaño del vector desplazamiento. Su valor no depende de la trayectoria que sigue la partícula, sólo es necesario conocer su posición inicial y final.

Medidas del movimiento:

1) Velocidad: Es una magnitud física vectorial. Mide la rapidez del cambio de posición, que experimenta la partícula, respecto de un sistema de referencia.

2) Aceleración: Es una magnitud física vectorial. Mide la rapidez de cambio que experimenta el vector velocidad en modulo, dirección y sentido, respecto de un sistema de referencia.

MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORME M.R.U.

Concepto: Es aquel tipo de movimiento que tiene como trayectoria una línea recta, sobre el cual los espacios recorridos por el móvil son directamente proporcionales a los intervalos de tiempo empleados. Se caracteriza por mantener su velocidad constante (módulo, dirección y sentido) durante todo el movimiento.

LEY de KEPLER para el M.R.U.

Todo punto material que tiene movimiento rectilíneo uniforme, recorre espacios iguales en tiempos iguales, por consiguiente: “El vector posición describe áreas iguales en tiempos iguales”

Ejercicios de Movimiento Rectilíneo Uniforme ( M.R.U.)

1. Dos móviles parten de un punto A en direcciones perpendiculares con velocidades constantes de 6 m/s y 8 m/s respectivamente ¿Determinar al cabo de que tiempo se encontrarán separados 100 m?

2. Un móvil que va con M.R.U. inicia su movimiento en x=-12 m y luego de 8 s está en x=

+28m, hallar su velocidad.

3. Javier un joven estudiante, desea saber a qué distancia se encuentra el cerro más próximo, para lo cual emite un grito y cronometro en mano, comprueba que el eco lo escucha luego de 3 s. ¿Cuál es esa distancia e n metros? (Vwnjin=340 m/s)

4. Dos atletas parten juntos en la misma dirección y sentido con velocidades de 4 m/s y 6 m/s, después de 1 minuto ¿Qué distancia los separa?

5. Hallar el espacio que recorre una liebre en 10 s. Si en un quinto de minuto recorre 40 m más.

6. Una moto y un auto se encuentran a una distancia de 1000 m. Si parten simultáneamente en la misma dirección y con velocidades de 25 m/s y 15 m/s respectivamente. ¿En que tiempo se produce el encuentro?

7. Dos móviles con velocidades constantes de 40 y 25 m/s parten de un mismo punto, y se mueven en la misma recta alejándose el uno del otro. ¿Después de cuanto tiempo estarán separados 13 km?

8. Un móvil debe recorrer 300 km en 5 h, pero a la mitad del camino sufre una avería que lo detiene 1 h, ¿Con que velocidad debe continuar su viaje para llegar a tiempo a su destino?

9. Dos móviles se mueven en línea recta con velocidades constantes de 10 m/s y 20 m/s, inicialmente separados por 15 m. ¿Qué tiempo, transcurre para que el segundo después de alcanzar al primero se aleje 15 m?

10. Dos móviles con velocidades constantes parten simultáneamente y paralelamente de un mismo punto. La diferencia de sus velocidades es 108 k/h. Hallar la distancia que los separa después de 30 seg

11. Calcular el tiempo que emplea un tren expreso en recorrer una distancia de 540 Km. Si lleva una rapidez constante

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