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CANTIDADES FISICAS
Una magnitud o cantidad física es una característica de un
objeto o un fenómeno físico, que puede ser medida. Las
magnitudes físicas son numerosas y describen los
fenómenos físicos. Son magnitudes físicas: el tiempo, la
masa, la temperatura, la velocidad, el volumen, la presión,
la carga eléctrica, etc.
Analicemos como ejemplo, el movimiento vertical de un cuerpo que es lanzado
partiendo del reposo, como se ve en la figura. Las principales magnitudes de este
movimiento son: la altura, la velocidad, la aceleración y el tiempo transcurrido.
Caída libre de un cuerpo
Para hallar las leyes que gobiernan el movimiento vertical de los cuerpos,
deberíamos observar este fenómeno repetidamente y medir sus magnitudes,
tratando de encontrar alguna relación entre ellas, como la que existe entre la altura
(h) y el tiempo (t), expresada por la ecuación:
En esta expresión h y t son variables y Vo y a son constantes.
Las cantidades físicas se expresa mediante un número y la unidad
correspondiente. Por ejemplo: 15 m, 25 W , 20 Pa.
Las cantidades físicas 15 m. significa: (a) La longitud ha sido medida tomando
como unidad el metro y se ha establecido que 1 m está contenido 15 veces en
ella.
En el SI cada cantidad física tiene una sola unidad y nada más que una. Los
diversos valores numéricos que una cantidad puede tener pueden ser expresados
por un número de pocas cifras, seleccionado el adecuado múltiplo o submúltiplo
de la unidad. Además seleccionado un adecuado número de unidades de base,
todas las otras unidades del sistema pueden derivar de ellas.
Las magnitudes físicas se suelen clasificar de muchas formas, por ejemplo, según
su origen pueden ser:
Magnitudes fundamentales Magnitudes derivadas
Las magnitudes fundamentales son elementales e independientes, es decir, no
pueden ser expresadas en términos de otras magnitudes, ni tampoco pueden
expresarse entre sí.
Para medir estas magnitudes, se requiere de un patrón de medición el cual
determina una unidad de medida, de tal forma que la magnitud puede ser
expresada como un múltiplo o submúltiplo de dicha unidad. La unidad de medida
debe estar reproducida en las escalas de los instrumentos de medición.
La siguiente tabla muestra la relación completa de las magnitudes físicas
fundamentales y sus unidades en el Sistema Internacional. En la tabla también se
observa que a cada cantidad física se le asocia una dimensión.
Cantidad Física o Magnitud
Unidad SI Símbolo Dimensión
Longitud metro m L
Masa kilogramo kg M
Tiempo segundo s T
Temperatura kelvin K θ
Intensidad de Corriente ampere A I
Intensidad Luminosa candela cd J
Cantidad de Sustancia mole mol N
m V
ρ = (^3)
kg m
La unidad de medida de la intensidad luminosa es la candela, definida en 1979
como la intensidad luminosa de una fuente que emite una radiación
monocromática de frecuencia 540 × 10 12 Hz en una dirección dada, y cuya
intensidad energética en esa dirección es 1/683 vatios por estereorradián.
Las magnitudes derivadas son aquellas cuya definición está dada en términos
de otras magnitudes, por lo que para su medición no se requiere de ningún patrón.
Existen muchas magnitudes derivadas pero sólo 7 magnitudes fundamentales.
A partir de las definiciones fundamentales se definen magnitudes derivadas, como
el área por ejemplo, que medida en m^2 es el producto del largo por el ancho de
una superficie (ambos longitudes), o el volumen , que medido en m^3 es el producto
del largo por el ancho y por el alto de un cuerpo (tres longitudes). No es necesaria
la existencia de patrones de área ni de volumen.
Otras magnitudes derivadas son la aceleración, la fuerza, la presión, el volumen,
la densidad, etc. Así tenemos por ejemplo, que la densidad de un cuerpo ( ρ) está
definida como la razón de su masa entre el volumen que ocupa:
unidades:
La tabla 2 mostrada a continuación muestra las dimensiones de algunas magnitudes físicas comunes:
Magnitud Fórmula^ Unidad^ Símbolo^ Dimensión ()*
Área L x L m^2 A (^) L^2
Volumen L x L x L^ m^3 V (^) L^3
Velocidad media vM =^ ∆x/t m/s LT −^1
Aceleración media aM =^ ∆v/∆t m/s^2 LT −^2
Fuerza F = m.a Newton F MLT −^2
Trabajo W = F.d Joule W (^) ML 2 T−^2
Potencia P = W/∆t Watt P ML^2 T−^3
Presión p = F/A Pascal p ML− 1 T−^2
Velocidad angular media
ω M =∆ θ/∆t rad/s ω T−^1
Aceleración
angular media αM^ =∆^ ω/∆t
rad/s^2 α (^) T −^2
Cantidad de movimiento
p = m.v N.m p MLT−^1
Carga eléctrica q = I.∆t Coulomb q IT
Diferencia de potencial eléctrico
∆V =W/q Volt ∆V I −^1 ML^2 T−^3
Resistencia eléctrica
R = ∆V/I Ohm Ω (^) I −^2 ML^2 T−^3
SISTEMAS DE UNIDADES y EL SISTEMA INTERNACIONAL
Para medir una magnitud física se necesita un sistema de unidades, pero existen
muchos sistemas de unidades y la medición de una magnitud puede arrojar
diferentes resultados dependiendo del sistema que se use.
El desarrollo de la ciencia, la tecnología, y la economía, obligó a pensar en la
creación de un sistema único de medición con características que permitan su fácil
operación y unidades acordes con los valores requeridos por las aplicaciones
científicas y tecnológicas. Este sistema único, aceptado por la mayoría de países
del mundo, es el Sistema Internacional de Unidades (SI) creado en 1960 por la
Conferencia General de Pesas y Medidas. El Sistema Internacional de Unidades,
abreviado S I (en francés, Systeme Internacional d’Unités) es el sistema de
unidades más extensamente usado. Junto con el antiguo sistema métrico decimal,
que es su antecedente
El SI inicialmente definió seis unidades físicas básicas o fundamentales. En 1971
se añadió la séptima unidad básica, el mol.
El sistema legal de unidades que el Perú es el SLUMP creada por ley 23560
basado en el SI , que a través de INDECOPI se encarga de difundir y atender las
consultas que se presentan en el sector público y privado.
Tanto los múltiplos como los submúltiplos tienen su propio nombre que consiste en: El prefijo y el número de la unidad
Ejemplo: kilómetro = km; kilo = prefijo metro = unidad microampere = μA; micro = prefijo ampere = unidad
LA REGLA DE LOS MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS
Dado que la amplitud de las medidas que se pueden expresar con los prefijos es enorme (ver Tabla IV), para evitar recargar la memoria con muchos nombres y el interés de la simplicidad, se ha limitado el número de posibles múltiplos y submúltiplos con nombre propio. Es por ello que solo lo tienen en escalones de mil en mil. Así, tomamos la longitud, los múltiplos preferidos serán:
kilogramo 1 000 m megámetro 1 000 000 m gigámetro 1 000 000 000 m terámetro 1 000 000 000 000 m petámetro 1 000 000 000 000 000 m exámetro 1 000 000 000 000 000 000 m
y sus submúltiplos
milímetro 0,001 m micrómetro 0,000 001 m nanómetro 0,000 000 001 m picómetro 0,000 000 000 001 m femtómetro 0,000 000 000 000 001 m attómetro 0,000 000 000 000 000 001 m
- Cuando se emplea un prefijo para formar un múltiplo o un submúltiplo, el nombre de este se escribe como una sola palabra. Ejemplo: kilómetro; kilogramo; kilopascal; microampere
- Los símbolos de los prefijos no se pueden cambiar ni alterar de ninguna forma, ni siquiera agregar la ese (s) para el plural.
Así, milímetro se escribe, mm, no MM ni m.m. ni mms. Si en algún caso, se debiera escribir junto con una expresión toda escrita en letras mayúsculas (título de un capítulo) se debe, sin embargo, escribir en minúscula. Esto se aplica igualmente a todas las otras unidades.
- Al juntar el prefijo al símbolo de la unidad, se forma el símbolo de una nueva unidad. Ejemplo Juntar el prefijo kilo (símbolo k) al símbolo m (metro) forma la nueva unidad kilómetro (km)
- No se permite el uso de dobles prefijos. Por consiguiente, no es correcto
escribir milimicrómetro (mμn), milésima parte de un millonésimo de metro; lo correcto es nanómetro (nm)
Como ya hemos expresado, se recomienda el empleo de prefijos que se diferencian entre ellos en peldaños de 1 000. Por consiguiente, se debe dar preferencia a las unidades que se forman con los prefijos: exa, peta, giga, kilo, mili, micro, nano, pico, femto, y atto. Por ello, es preferible escribir:
12 000 m como 12 km 0,003 m como 3 mm
Siguiendo esta directiva, las longitudes hasta 999 mm se aconseja expresarlas en milímetros, evitándose el empleo de cm y dm; longitudes de 999 mm hasta 999 m, en metros y decimal de metro. Para longitudes mayores, se aconseja el kilómetro.
Ejemplos: 25 mm 23 m 5 340 km 105 mm 25,7 m 10 000 km 530 mm 453,
Esta misma directiva puede aplicarse al gramo, kilogramo y tonelada (recuerde que la tonelada t es el nombre comercial del megagramo Mg y al mililitro, litro y kilolitro). Ejemplo: 50 g 50 ml 1,5 kg 2 l 1,5 t 250 g 150 ml 250 kg 25 l 25 kl 750 g 900 ml 800 kg 120 l 75 kl
Escritura correcta de las unidades y símbolos:
- Cuando se escribe el nombre completo de cualquier unidad, ya sea de base, derivada, múltiplo o submúltiplos, siempre se debe emplear letra minúscula, aun cuando el símbolo que le corresponde se escribe con mayúscula.
Ejemplo: MN meganewton MPa megapascal μA microampere
Si el nombre está al comienzo de la frase o luego del punto, se emplea letra mayúscula, por regla gramatical.
- Cuando se escribe el símbolo de la unidad: a) Si deriva del nombre propio, se escribe con mayúscula: N(newton): Pa(pascal); A (ampere)
b) Si no deriva de nombre propio, se escribe con minúscula: m(metro); cd (candela); l (litro)
- Con excepción de los prefijos exa(E), peta(P), letra(T), giga(G) y mega(M), los símbolos de todos los otros se escriben con letra minúscula.
- Unidad derivada con nombre particular: watt (W) múltiplo : kilowatt (kW); megawat (MW) submúltiplo : miliwatt (nW); microwatt (μW)
- Unidad derivada con nombre compuesto: watt por metro Kelvin (W/m k) múltiplo : kilowatt por metro kelvin (kW/m.K) submúltiplo : miliwatt por metro kelvin (mW/m.K)
Los prefijos siempre se juntan al numerador de una unidad compuesta y jamás al denominador.
NOTA:
Es necesario tener presente el caso particular de la unidad kilogramo. Pese a que su nombre incluye el prefijo kilo, el kilogramo y no el gramo es la unidad de base de la masa. No es deseable que ninguna unidad de base contenga un prefijo, pero el nombre del kilogramo se ha enraizado tanto a nivel mundial, en todas las personas, que se ha considerado imposible el cambiar el nombre de esta unidad; es por ello que los múltiplos y submúltiplos de la cantidad física masa se obtiene juntando el prefijo respectivo a la palabra gramo.
UNIDADES QUE PUEDEN SER USADAS CON LAS UNIDADES DEL SI
Hay algunas unidades que no forman parte del SI y que sin embargo, debido a consideraciones de uso muy arraigado en ciertas áreas de las actividades humanas, se permite usar, al menos temporalmente (ver Tabla IV).
Se debe tener presente, sin embargo, que estas unidades no se pueden emplear en reemplazo de las unidades. SI respectivas y, particularmente, no se pueden usar al hacer cálculos en los que se involucre unidades del SI.
TABLA IV
CANTIDAD UNIDAD SÍMBOLO COMENTARIO
Intervalo de tiempo minuto mín. Como se viene usando
Intervalo de tiempo hora h Como se viene usando
Intervalo de tiempo día d Como se viene usando
Ángulo plano grado º Como se viene usando
Ángulo plano minuto ´ Como se viene usando
Ángulo plano segundo “ Como se viene usando
Masa tonelada (métrica t
En comercio, reemplaza al Mg
Energía electronvolt eV Solo en Física Nuclear
Masa unidad^ de^ masa atómica
u Solo en Física
Longitud unidad astronómica
UA Solo en Astronomía
Longitud pársec pc Solo en Astronomía
Longitud milla (náutica)
Solo en navegación marítima y aérea
Velocidad
kilómetro por hora km/h^
Solo para tráfico carretera
Velocidad nudo
Solo en navegación marítima y aérea
Superficie hectárea ha Solo en terrenos
Temperatura e intervalo de temperatura
grado celsius ºC
Solo cuando el kelvin no es imprescindible
Frecuencia de rotación
revoluciones por minuto
r/min(rpm) En motores
