Tipos de magnitudes físicas. Magnitudes de base o fundamentales

Transcripción

1 Magnitudes físicas - unidades y clasificación Una magnitud física es un valor asociado a una propiedad física o cualidad medible de un sistema físico, es decir, a la que se le pueden asignar distintos valores como resultado de una medición o una relación de medidas. 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. Existen magnitudes básicas y derivadas, que 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 o sistemas que puede ser medida. De lo dicho se desprende la importancia fundamental del instrumento de medición en la definición de la magnitud. 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. Tipos de magnitudes físicas La Oficina Internacional de Pesas y Medidas, por medio del Vocabulario Internacional de Metrología (International Vocabulary of Metrology, VIM), define a una magnitud como un atributo de un fenómeno, un cuerpo o sustancia que puede ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente. Existen 2 grandes grupos de magnitudes en el sistema SIMELA (Sistema métrico legal argentino) y en el Sistema Internacional de Unidades, magnitudes de base o fundamentales y las magnitudes derivadas Las que utilizaremos en el curso de Fisicoquímica son: Magnitudes de base o fundamentales Además de la temperatura termodinámica T utilizada en la Física cuya unidad es el K, se utiliza comúnmente la temperatura Celsius ( t ) cuya unidad es C definida por la ecuación: Para expresar la temperatura en la escala Celsius o Centígrados el símbolo es C. El intervalo o una diferencia de temperatura Celsius puede expresarse tanto en grados Celsius como en Kelvin.

2 Magnitudes utilizadas en Astronomía Símbolo: a. l. Un año luz es una unidad de distancia. Equivale aproximadamente a 9, km ( ,8 km para ser más precisos). Es calculado como la longitud que recorre la luz en un año. Más formalmente, un año luz es la distancia que recorrería un fotón en el vacío durante un año juliano (365,25 días de s) a la velocidad de la luz ( m/s), a una distancia infinita de cualquier campo gravitacional o campo magnético. Un año luz es una unidad de longitud (es una medida de la longitud del espacio-tiempo absoluto einsteniano). En campos especializados y científicos, se prefiere el pársec (unos 3,26 años luz) y sus múltiplos para las distancias astronómicas, mientras que el año luz sigue siendo habitual en ciencia popular y divulgación. También hay unidades de longitud basadas en otros períodos, como el segundo luz y el minuto luz, utilizadas especialmente para describir distancias dentro del Sistema Solar; pero también se suelen restringir a trabajos de divulgación, ya que en contextos especializados se prefiere la unidad astronómica (unos 8,32 minutos luz). Magnitudes derivadas Las magnitudes fundamentales y las derivadas que utilizó el hombre desde la antigüedad fueron la longitud, la masa, el tiempo, la capacidad o volumen y el área. Correcta expresión de las unidades, símbolos y números para la expresión de las magnitudes. Las unidades del Sistema Internacional tienen sus reglas y normas de escritura: Norma de escritura: Si el valor se expresa en letras, la unidad también. Correcto: Cien metros Incorrecto: Cien m Las unidades derivadas de nombres propios, se escriben igual que el nombre propio pero en minúscula. Correcto: newton Incorrecto: Newton Los nombres de las unidades terminarán en "s" en el plural, a excepción que terminen en s, x ó z Correcto: segundos Incorrecto: segundo

3 Los símbolos del Sistema Internacional tienen sus reglas y normas de escritura: Norma de los símbolos: Se escriben con caracteres rectos. Correcto: kg Incorrecto: kg Se usan letras minúsculas a excepción de las unidades fundamentales y derivadas de nombres propios. Correcto: s Incorrecto: S Correcto: N Incorrecto: n Correcto: K Incorrecto: k Los símbolos no van seguidos de punto, ni coma y ni s para el plural. Correcto: kg Incorrecto kg. Correcto: m Incorrecto ms Los símbolos de los múltiplos superiores al mega (M) incluyéndolo, se escriben con mayúscula, Correcto: M (mega), G (giga), T (tera), etcétera. No se debe dejar espacio entre el prefijo y la unidad: Correcto GHz Incorrecto G Hz Correcto: kw Incorrecto: k W El producto (multiplicación) de 2 símbolos, se indica por medio de un punto: Correcto N.m Incorrecto Nm El signo decimal debe ser una coma porque el punto representa multiplicación. Correcto: 234,03 Incorrecto Correcto: 0,98 Clasificación de las tipos de magnitudes físicas Una magnitud física es una propiedad medible de nuestro sistema a analizar. A la materia en estudio se le pueden asignar distintos valores como resultado de la medición o una relación de medidas. Las magnitudes físicas se miden utilizando un patrón o referencia que tenga bien definida y de forma objetiva esa magnitud. La cantidad medida de esa propiedad se la compara con patrón, por ejemplo, en el Sistema Métrico Legal Argentino o en el Sistema Internacional de Unidades. Las principales magnitudes definidas están relacionadas con la medición de longitudes, áreas, volúmenes, masas y la duración de periodos de tiempo. Tipos de magnitudes físicas Las magnitudes físicas pueden ser clasificadas de acuerdo a varios criterios, en este curso nos referiremos a dos clasificaciones: Magnitudes escalares y vectoriales. Magnitudes extensivas e intensivas. Existen magnitudes básicas y magnitudes derivadas, por ejemplo las magnitudes físicas como la masa, la temperatura, la longitud y el tiempo son magnitudes básicas, en cambio la densidad, la velocidad, la

4 aceleración y la energía entre otras, son magnitudes derivadas y son la resultante del cociente o el producto de dos magnitudes básicas. En términos generales, todas las propiedades de los cuerpos o sistemas materiales pueden ser medidas y es de fundamental importancia el correcto instrumento de medición utilizado. La Oficina Internacional de Pesas y Medidas, por medio del Vocabulario Internacional de Metrología (International Vocabulary of Metrology, VIM), define a una magnitud como un atributo de un fenómeno, un cuerpo o sustancia que puede ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente. A diferencia de las unidades empleadas para expresar su valor, los símbolos de las magnitudes físicas se expresan en letra cursiva: así, por ejemplo, el símbolo de la «masa» se indica con m, y el símbolo de la unidad en letra recta, quedando «una masa de tres kilogramos o una masa de 3 kg» la expresaremos como m = 3 kg Magnitudes escalares y vectoriales. Las magnitudes escalares son aquellas están representadas por la unidad matemática más simple: un número y las unidades utilizadas, por ejemplo medir una longitud, la estatura de un alumno: 1,75 m o su equivalente en centímetros: 175 cm. Su valor va a ser independiente del observador, por ejemplo la masa, la longitud, la temperatura, la densidad y la rapidez, entre otras. Las magnitudes escalares poseen un valor pero carecen de dirección. Las magnitudes vectoriales son aquellas que quedan caracterizadas por una cantidad (intensidad o módulo), una dirección y un sentido. Un vector se representa mediante un segmento orientado. Los ejemplos más comunes de estas magnitudes son: el peso, la velocidad, el peso específico, la aceleración, la fuerza, el campo eléctrico y la intensidad luminosa entre otras. Magnitudes extensivas e intensivas Una magnitud extensiva es una medida que DEPENDE de la cantidad de materia que posee un cuerpo o sistema. Las magnitudes extensivas son aditivas es decir, se pueden sumar. Si consideramos un sistema físico formado por dos o más partes o subsistemas, el valor total de una magnitud extensiva (masa, volumen y capacidad) resulta ser la suma de los valores de cada una de las partes. Ejemplos: la masa y el volumen, entre otras, de un sistema material. Ejemplos: 1 kg de peras + 1 kg de peras = 2 kg de peras 1 kg de manzanas + 1 kg de naranjas + 2 kg de pomelos = 4 kg de frutas. En el caso de las magnitudes extensivas volumen y la capacidad, se pueden sumar pero deben pertenecer al mismo sistema material. Ejemplos: Un litro de agua + un litro de agua = dos litros de agua Un litro de alcohol + un litro de alcohol = dos litros de alcohol Un litro de alcohol + un litro de agua, NO es equivalente a dos litros de la mezcla. Una magnitud intensiva es aquella cuyo valor NO depende de la cantidad de materia del cuerpo o sistema. Las magnitudes intensivas tiene el mismo valor para cantidades grandes o pequeñas de materia. Ejemplo: la densidad, viscosidad y la temperatura entre muchas otras magnitudes. En general, el cociente entre dos magnitudes extensivas, da como resultado una magnitud intensiva. Un ejemplo de las magnitudes extensivas con es que trabajaremos en este curso es la Densidad y representa a la masa de una porción de materia dividida por el volumen que ocupa y representa la densidad de esa materia en particular. La magnitud física Densidad será desarrollada en detalle en otro apunte. En muchos casos, ciertas magnitudes físicas que se utilizan en el lenguaje cotidiano y no son correctas para las ciencias, por ejemplo en peso, la velocidad y el calor, para citar algunos ejemplos que serán desarrollados en el diálogo entre el profesor y el alumno. En este curso nos limitaremos a utilizar de forma práctica las magnitudes físicas, masa, la longitud, ta temperatura, el volumen y la capacidad que pueden ser contenidos.

5 Magnitudes físicas - la unidad, los múltiplos y los submúltiplos, en el sistema decimal aplicados a las magnitudes físicas del SI y SIMELA. La observación de cualquier fenómeno es en general incompleta para plantear una teoría y llegar a expresar conclusiones, a menos que proporcione de una información cuantitativa. Para obtener dicha información, se requiere la medición de la propiedad física. Así, la medición constituye una buena parte de la rutina diaria del físico experimental como de cualquier persona. La medición es la técnica por medio de la cual asignamos un número a una propiedad física de la materia, cuerpo o sistema material en general, como resultado de una comparación de dicha propiedad con otra similar tomada como patrón y se ha adoptado como unidad. Figura 1 Supongamos que el suelo de una habitación está cubierto de baldosas como se ve en el gráfico del lado derecho de la figura 1, tomando una baldosa como unidad, y contando el número de baldosas, medimos la superficie de la habitación en 30 unidades de baldosas. En el gráfico de la figura 1 del lado izquierdo, la medida de la misma superficie obtenemos una cantidad diferente, 15 baldosas. La medida de una misma magnitud física como es la superficie, da lugar a pensar que existen dos cantidades diferentes, debido a que se emplearon distintas unidades de medida. Este ejemplo, puso de manifiesto la necesidad de establecer una única unidad de medida para una magnitud dada, de modo que la información sea comprendida y poder ser comparada por todas las personas. Por ello se adoptó mundialmente patrones internacionales de medidas, y por otro lado, no es lo mismo medir la superficie de la Tierra, de un país, de una habitación, de una mesa o de una bacteria y es por esa causa que se establecieron los múltiplos y submúltiplos de las unidades de medida, como puede observarse en la figura 2. Figura 2 Autor: Profesor Eduardo Castellani