MAGNITUDES Y UNIDADES FÍSICAS

MAGNITUDES

Se considera como una magnitud, todo aquello que es susceptible de medida, es decir una magnitud es todo aquello que se puede medir, así por ejemplo: son magnitudes la longitud, masa, volumen, densidad,  velocidad, fuerza y el tiempo. No se consideran magnitudes: la risa, el sueño, el amor, la amistad, la solidaridad ya que son valores inmedibles. 

En el lenguaje corriente son utilizadas expresiones como: "medir la pizarra". La pizarra no es una magnitud física, realmente es un objeto a ser medido y de ese objeto medimos es la magnitud "longitud" (Lado y ancho de la pizarra)

CLASIFICACIÓN DE LAS MAGNITUDES

Para su estudio las magnitudes se clasifican en:

• FUNDAMENTALES: son aquellas que no provienen de otras magnitudes o que no pueden definirse con respecto a otras magnitudes y con las cuales la física puede ser descrita

La física considera actualmente como magnitudes fundamentales:

• La Longitud
• La Masa
• El Tiempo
• La Intensidad de Corriente Eléctrica
• La Cantidad de Sustancia
• La Temperatura
• La Intensidad Luminosa.

• DERIVADAS: son aquellas que provienen de la combinación de las magnitudes fundamentales a  través de las relaciones matemáticas.

Suponga que hemos medido en un rectángulo dos dimensiones dos dimensiones: largo = 8m, ancho = 6m. Nótese que tenemos dos longitudes y cada una de ellas es una magnitud fundamental. Si calculamos el area del rectangulo usando la formula  (A=b.h) se tendra que:

A= 8m . 6m =48m2

Como puede notarse, hemos obtenido una nueva magnitud llamada SUPERFICIE, la cual es el producto de dos longitudes. A esta nueva magnitud se le dice que es una magnitud derivada.

^{Entre algunas magnitudes derivadas tenemos:}

• La Velocidad
• La Fuerza
• La Densidad
• La Aceleración
• La Rapidez
• La Presión 

UNIDADES

UNIDAD: cada una de las magnitudes tiene su correspondiente conjunto de unidades. Esto nos indica que para medir una magnitud se hace necesario el uso de unidades, entendiéndose por UNIDAD a una cantidad arbitraria a la cual se le asigna el valor 1, en otras palabras, la UNIDAD es lo que va a acompañar a la medida.

Ejemplo: si medimos con una regla el ancho (longitud) de un cuaderno obtenemos como medida 18 cm, en este caso la medida es 18 y lo que acompaña a esa medida en cm que es la UNIDAD y va a depender de la magnitud y del instrumento de medición.  

Entre las unidades tenemos: el metro (m), el segundo (s), el kilogramo (Kg), Grados Centígrados (°C), el kilometro (Km), el gramo (g) , entre otros.

CLASIFICACIÓN DE LAS UNIDADES

Las unidades se clasifican en:

• FUNDAMENTALES: son las unidades de las magnitudes fundamentales, que elegidas libremente se fijan como unidades del sistema. Ellas son:

MAGNITUD	UNIDAD	SÍMBOLO
Longitud	metro	m
Masa	kilogramo	Kg
Tiempo	segundo	s
Cantidad de Sustancia	mol	mol
Intensidad de Corriente	Ampere	A
Temperatura	grados Kelvin	°K
Intensidad Luminosa	candela	cd

A estas unidades se les dice que son las unidades básicas del Sistema Internacional. (S.I)

• DERIVADAS: son aquellas que provienen de la combinación de las unidades fundamentales.

Suponga que deseamos medir el área de un rectángulo usando la ecuación  A=b.h (área = base x altura), si ambas magnitudes (base y altura) están medidas en m (metro) se tendrá que el área sera:

A= m.m = m2  

Este m2  obtenido como producto de dos unidades fundamentales se dice que es una unidad derivada.

• SECUNDARIA: son los múltiplos y sub-múltiplos de las unidades fundamentales y derivadas

LA MEDICIÓN EN FÍSICA

LA MEDICIÓN

Desde las primeras civilizaciones se tiene conocimiento de la utilización de unidades de medición. Para poder intercambiar y comerciar, se tenía la tierra, la cantidad de artículos recolectados y aún el peso de las presas de casería. Todo parece indicar que las primeras magnitudes empleadas fueron: la longitud y la masa. Para la longitud se estableció como unidad de comparación el tamaño de los dedos y la longitud del pie entre otros; para la masa, se compararon las cantidades mediante piedras, granos etc. Este tipo de medición era cómoda porque cada persona, llevaba consigo su propio patrón de medida. Sin embargo, tenía el inconveniente que las medidas variaban de un individuo a otro. Al intercambiar productos se presento el problema de la diferencia de los patrones anatómicos de cada etnia, surgiendo de esta manera la necesidad de unificar las unidades de medida. 

En el mundo occidental el primer patrón de medida de la longitud lo estableció Enrique I de Inglaterra, quien llamó yarda a la distancia entre su nariz y el dedo pulgar. 

Sin embargo, la verdadera revolución en la metrología se dio en el siglo XVII cuando se crea en Francia la toesa que consistía en una barra de hierro con una longitud de aproximadamente dos metros. Posteriormente, con la revolución francesa se crea el sistema métrico decimal, lo cual permitió unificar las diferentes unidades. 

EL PROCESO DE 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. 

CLASES DE MEDIDAS

• Cuando se desea medir un objeto o magnitud determinada se realizar de dos maneras diferentes: Comparando la unidad patrón con el objeto o magnitud que se desea medir mediante un proceso visual. En este caso se dice que se está realizando una medida en forma DIRECTA. Por ejemplo: cuando se desea saber cuáles son las dimensiones de la cancha de fútbol, basta con establecer cuantas veces está contenida la unidad patrón (metro) en dicha longitud. 

• Otra forma de medir es obteniendo por medio del empleo de formulas matemáticas para realizar los cálculos que nos permitan llegar al conocimiento. Decimos que estamos realizando una medida en forma INDIRECTA. Así, cuando se desea saber el área del tablero del salón de clase, medimos el largo y el ancho; empleamos la formula del área de un rectángulo Área = Base x Altura. 

CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA FÍSICA

CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Dentro de la física existen ciertas nociones o conceptos físicos de los cuales tenemos una idea intuitiva. Los conceptos físicos fundamentales son aquellos que aparecen en toda teoría física, y por tanto son conceptos que aparecen en teorías físicas muy diferentes que van desde la mecánica clásica a la teoría cuántica de campos pasando por la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica no-relativista.

Se consideran fundamentales porque ante cualquier situación o hecho están presente al menos uno de ellos. Estos conceptos son: Espacio, Materia y Tiempo.

• Espacio 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.

• Materia
  Materia es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio.

• 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.

A estos conceptos fundamentales se les asigna una propiedad básica que los caracteriza:

CONCEPTOS	PROPIEDADES
Espacio	Longitud
Materia	Masa
Tiempo	Intervalo de duración de un fenómeno

LAS RAMAS DE LA FÍSICA

RAMAS DE LA FÍSICA

Para su estudio la física se divide en dos grandes ramas:

La Física Clásica: se encarga del estudio de aquellos fenómenos que ocurren a una velocidad relativamente pequeña comparada con la velocidad de la luz en el vacío y cuyas escalas espaciales son muy superiores al tamaño de átomos y moléculas. Dentro de la física clásica encontramos:

• La Mecánica
• La Termodinámica
• La Mecánica Ondulatoria
• Óptica

La Física Moderna: se encarga de los fenómenos que se producen a la velocidad de la luz o valores cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamaño del átomo o inferiores y fue desarrollada en los inicios del siglo XX. Dentro de la física moderna encontramos:

• La Relatividad
• Mecánica Cuántica: átomo, núcleo, física química, física del estado solido, física de partículas.

RELACIÓN DE LA FÍSICA CON OTRAS CIENCIAS

La Física y Otras áreas de Conocimientos

La Física, que es una ciencia fundamental proporciona la base conceptual y la estructura teórica sobre la cual se fundamentan las otras ciencias naturales:

Física con Astronomía :

Desde el principio del conocimiento, el hombre, siempre ha sentido curiosidad por los fenómenos que ocurren a su alrededor. Esta curiosidad, llevó a que surgiera el llamado método científico, que intentaba explicar de modo racional el porqué o como de las cosas.

Galileo Galilei, físico y astrónomo italiano nacido en Pisa en 1,564 efectuó grandes contribuciones al desarrollo de las ciencias. Como gran experimentador, logró construir el primer telescopio para sus observaciones, logrando con lentes amplificar las imágenes. Eran los pasos fundamentales para unir la Astronomía con la rama de la Física llamada ÓPTICA.

Física con Biología. 

Los aportes de la física a el estudio de los seres vivos, ha permitido desentrañar los misteriosos antiguos secretos, de la unidad fundamental de la vida : La célula. Por medio de los descubrimientos de la posibilidad de amplificar las imágenes de los cuerpos celestes, surgió en la rama de la Óptica un avance que permitió a los biólogos y médicos de la antigüedad, acceder a poder observar el mundo de lo diminuto.

Por medio de los microscopios oculares de lentes, fueron posibles los análisis de numerosas muestras de tejidos. Se aislaron y descubrieron organismos que no podían ser vistos de otra manera. 

Con los avances de la técnica fue posible poco a poco conseguir mayores aumentos y descubrir nuevos organismos tales como bacterias. 

Por medio de ondas de radio, la medicina ha logrado importantes avances. Los Rayos X descubiertos por la emisión de electrones en un tubo de vacío, ayudan hoy en día a la obtención de radiografías de nuestro esqueleto.

Es importantísimo para los médicos el poder observar a través de esas imágenes, las fracturas de los huesos y malformaciones.

También la RADIOTERAPIA y la QUIMIOTERAPIA son importantes aportes de los descubrimientos de los físicos. La radioterapia ayuda mediante ondas electromagnéticas de frecuencias bajas al alivio de las personas que sufren de artritis, o sea la inflamación de los tejidos que rodean las articulaciones.

Física con Química

La Química es una de las ciencias que mas afinidad tiene con la Física. En efecto, los fenómenos físicos ocurren generalmente en conjunción con los químicos. Basta ver las manifestaciones de nuestro entorno para poder aplicar esta situación.

Muchos físicos también contribuyeron a descubrir fenómenos químicos dado que en sus experimentos utilizaban reacciones químicas que originaban reacciones físicas.

Un claro ejemplo de ello ha sido la búsqueda de la estructura y funcionalidad del átomo.

Recordemos que de una reacción en cadena, cuando un átomo radiactivo inestable es bombardeado por un neutrón se produce un estallido del núcleo del mismo y sus componentes a su vez rompen otros núcleos generando más colisiones. Esto es una reacción química y su manifestación física es la generación de una inmensa cantidad de energía en forma de calor. Llamamos a esto reacción de fusión nuclear.

                                          Física con Geografía

La ciencia que estudia la superficie terrestre, las sociedades que la habitan, los territorios, paisajes, lugares o regiones, que la forman al relacionarse entre sí; esta ciencia hace uso de las diferentes leyes físicas para explicar cada uno de sus estudios.

Física con Ingeniería - Geología - Tecnología -Telecomunicaciones - Otras Ciencias.

Cuando un Ingeniero, analiza una estructura (Un puente, un edificio, una carretera, etc) lo hace bajo principios de la física, pero para garantizar que la estructura sea estable debe buscar otro elementos que estarán relacionados con el suelo, como es la densidad, capacidad de soporte, tipo de suelo, entre otras. Por otro lado deberá usar equipos tales como GPS, niveles, cintas métricas, brújulas, estaciometros, teodolitos, etc; que se basan en principios físicos y matemáticos para determinar así la forma del terreno que se logra a través de las curvas de nivel del mismo, y esto nos permite obtener un mapa detallado de un determinado lugar. 

Las telecomunicaciones, se basan en la física, pero para que una señal llegue con eficiencia deberá realizarse un estudio de la topografía del terreno para así lograr dicho fin. 

Las redes eléctricas también están basadas en principios físicos, pero para realizar un tendido eléctrico deberán conocerse las características del terreno por donde se definió la ruta del mismo, y así poder colocar las estructuras de soporte garantizando de esta forma, que los cables no toquen el piso; además de realizar un estudio previo sobre el impacto ambiental. 

La Sismología es una ciencia de la geografía que estudia el comportamiento de las capas tectónicas del suelo y ésta está basada en la física. 

La Geología es una ciencia de la geografía que estudia las cavernas y ésta también se apoya en la física, la biología, la química.

IMINDMAP - MAPAS MENTALES

IMINDMAP - MAPAS MENTALES

ImindMap es un editor de grafos de ideas, para realizar mapas mentales y conceptuales,  Desarrollado por Tony Buzan y/o Buzan Online.

Esta técnica permite organizar y representar información compleja de forma gráfica, y el mapa resultante utiliza palabras e imágenes para representar ideas y conceptos que se unen por medio de líneas.

Los mapas mentales fomentan la creatividad, la retención y el aprendizaje en general; ayudan a organizar ideas. Un mapa mental es un diagrama usado para representar las palabras, ideas, tareas y dibujos u otros conceptos ligados y dispuestos radialmente alrededor de una palabra clave o de una idea central. El gran difusor de la idea del mapa mental fue Tony Buzan en 1974 con su libro "Use Your Head".

Los mapas mentales son un método muy eficaz para extraer y memorizar información. Son una forma lógica y creativa de tomar notas y expresar ideas que consiste, literalmente, en cartografiar sus reflexiones sobre un tema.

Un mapa mental se obtiene y desarrolla alrededor de una palabra o texto, situado en el centro, para luego derivar ideas, palabras y conceptos, mediante líneas que se trazan hacia alrededor del título; el sentido de estas líneas puede ser horario o anti-horario; es un recurso muy efectivo para evaluar la relación entre distintas variables.

Ejemplo de Mapa Mental Realizado en ImindMap7

Para DESCARGAR ImindMap7:

LA FÍSICA

    La física es la ciencia natural que estudia las propiedades y el comportamiento de la energía y la materia como también cualquier cambio en ella que no altere la naturaleza de la misma, así como al tiempo, el espacio y las interacciones de estos cuatro conceptos entre sí.

La física no es sólo una ciencia teórica; es también una ciencia experimental. Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teoría pueda realizar predicciones de experimentos futuros. Dada la amplitud del campo de estudio de la física, así como su desarrollo histórico en relación a otras ciencias, se la puede considerar la ciencia fundamental o central, ya que incluye dentro de su campo de estudio a la química, la biología, la electrónica, entre otras; además de explicar sus fenómenos.

UN POCO DE HISTORIA

HISTORIA DE LA FÍSICA

Desde hace mucho tiempo las personas han tratado de entender el porque de la naturaleza y los fenómenos que en ella se observan: el paso de las estaciones, el movimiento de los cuerpos y de los astros, los fenómenos climáticos, las propiedades de los materiales, etc. Las primeras explicaciones aparecieron en la antigüedad y se basaban en consideraciones puramente filosóficas, sin verificarse experimentalmente. 

En el Siglo XVI Galileo fue pionero en el uso de experiencias para validar las teorías de la física. Se interesó en el movimiento de los astros y de los cuerpos. Usando instrumentos como el plano inclinado, descubrió la ley de la inercia de la dinámica, y con el uso de uno de los primeros telescopios observó que Júpiter tenía satélites girando a su alrededor y las manchas solares del Sol. En la misma época, las observaciones de TychoBrahe y los cálculos de Johannes Kepler permitieron establecer las leyes que gobiernan el movimiento de los planetas en el Sistema Solar.

En 1687 Newton publicó los Principios Matemáticos de la Naturaleza, una obra en la que se describen las leyes clásicas de la dinámica conocidas como: Leyes de Newton; y la ley de la gravitación universal de Newton.

El primer grupo de leyes permitía explicar la dinámica de los cuerpos y hacer predicciones del movimiento y equilibrio de cuerpos, la segunda ley permitía demostrar las leyes de Kepler del movimiento de los planetas y explicar la gravedad terrestre (de aquí el nombre de gravedad universal).

El desarrollo instrumental (telescopios, microscopios y otros instrumentos) y el desarrollo de experimentos cada vez más sofisticados permitieron obtener grandes éxitos como la medida de la masa de la Tierra en el experimento de la balanza de torsión. También aparecen las primeras sociedades científicas como la Royal Society en Londres en 1660 y la Académiedes sciences en París en 1666 como instrumentos de comunicación e intercambio científico, teniendo en los primeros tiempos de ambas sociedades un papel preeminente las ciencias físicas.

IMPORTANCIA DE LA FÍSICA

La física es  importante porque es la forma que encontró el hombre para estudiar la naturaleza, sosteniéndose en la base de las matemáticas. La importancia reside en intentar comprender como funciona la naturaleza. Mediante la física hemos logrado comprender que la misma fuerza que provoca la caída de una manzana de un árbol es la responsable de Que la luna gire alrededor de la tierra, y ésta alrededor del sol. Que la luz es un campo electromagnético, Que la materia está compuesta por ínfimas partículas elementales llamadas átomos, Que existen cuerpos con tanta masa concentrada que ni siquiera la luz escapa de ellos, Que el universo está en expansión etc.

Además, si no fuera por la física no existirían las computadoras, ni máquinas complejas gobernadas por computadoras en general. La industria no podría haberse desarrollado como lo está hoy en día. No existirían los aviones ni los satélites. Ni siquiera podrías llevar los pantalones que tienes puestos. La física es maravillosa, pero cuidado: la naturaleza no está escrita en un lenguaje matemático como dicen. Las teorías que propone el hombre no es lo que la naturaleza dicta. La naturaleza no se basa en funciones para evolucionar.