Magnitudes físicas y su medición

MAGNITUDES FÍSICAS Y SU MEDICIÓN

Una magnitud física es una propiedad 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.

SISTEMA MÉTRICO DECIMAL

El sistema métrico decimal es un sistema de unidades que tiene por unidades básicas el metro y el kilogramo, en el cual los múltiplos o submúltiplos de las unidades de una misma naturaleza siguen una escala decimal. Este sistema, ampliado y reformado, es el antecesor del Sistema Internacional de Unidades.

El sistema métrico original

Objetivo y características

El objetivo del sistema métrico decimal es la unificación y racionalización de las unidades de medición, y de sus múltiplos y submúltiplos. Las características que deben poseer dichas unidades: neutralidad, universalidad, ser prácticas y fácilmente reproducirles.

En su origen, el metro se definió como la diezmillonésima parte del arco del meridianoterrestre que va del polo norte al ecuador.

Magnitudes básicas y derivadas

El sistema métrico original tenía dos magnitudes básicas y de ellas nacían otras magnitudes derivadas:

• Como unidad de medida de longitud se adoptó el metro (del griego: medida), definido como la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre, cuyo patrón se reprodujo en una barra de platino.
• Como medida de peso se adoptó el kilogramo,​ definido a partir del peso de un decímetro cúbico (dm³) de agua pura a su densidad máxima¹²​ (unos 4 °C) y materializado en un kilogramo patrón, de forma cilíndrica y también de platino.

De estas magnitudes básicas se derivaron otras, dependientes de las básicas:

• Unidad de volumen de líquidos: el litro, equivalente a un decímetro cúbico (1 dm³) .
• Unidad de volumen de sólidos: el estéreo, igual a un cubo de un metro de lado (1 m³).
• Unidad de superficie: el área, equivalente a un cuadrado de diez metros de lado (1 dam²).​
• Además, se introdujo en Francia una nueva moneda nacional, el franco, equivalente a 4,5 g de plata fina, que también era decimal (dividido en cien céntimos).

MAGNITUDES FUNDAMENTALES Y DERIVADAS

Las magnitudes fundamentales y derivadas son las magnitudes físicas que permiten expresar cualquier cantidad o medición de los cuerpos. La experimentación es un aspecto fundamental de la física y de otras ciencias físicas. Las teorías y otras hipótesis se verifican y establecen como verdad científica por medio de experimentos realizados.

La imagen superior muestra las unidades en las que se miden las magnitudes fundamentales y derivadas. El peso se mide en kilogramo, la distancia en metros, el tiempo en segundos, la corriente en amperios… En el siguiente apartado se explicará más detenidamente.
Las mediciones son una parte integral de los experimentos, donde las magnitudes y las relaciones entre diferentes cantidades físicas se utilizan para verificar la verdad de la teoría o hipótesis.

Tipos de magnitudes: fundamentales y derivadas

Magnitudes fundamentales

En cada sistema de unidades se define un conjunto de unidades fundamentales cuyas magnitudes físicas se denominan magnitudes fundamentales.
Las unidades fundamentales se definen independientemente y, a menudo, las cantidades son directamente medibles en un sistema físico.
En general, un sistema de unidades requiere tres unidades mecánicas (masa, longitud y tiempo). También se requiere una unidad eléctrica.
Las magnitudes que no dependen de ninguna otra magnitud física para su medición se conocen como magnitudes fundamentales, no dependen de ninguna otra cantidad que pueda expresarse. Hay un total de siete magnitudes fundamentales:

1- Masa: kilogramo (kg)

Está definida por la masa de un prototipo de cilindro de platino-iridio mantenido en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas en París, Francia. Copias de este cilindro son guardadas por muchos países que las utilizan para estandarizar y comparar pesos.

2- Longitud: metro (m)

Se define como la longitud del camino recorrido por la luz en un intervalo de exactamente 1/299792458 segundos.

3- Tiempo: segundo (s)

Según el Sistema Internacional de Unidades, es el tiempo de 192.631.770 períodos de oscilaciones de la luz emitida por un cesio -133 átomos corresponde a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental. Esto se determina mediante el uso de relojes atómicos de alta precisión.

4- Corriente eléctrica: amperio (A)

Mide la intensidad de corriente eléctrica. Se define por la corriente constante que si se fluye en dos conductores rectos paralelos de longitud infinita y despreciable sección circula, cuando está a 1 metro de distancia en el vacío, produce una fuerza igual a 2 × 10-7 Newton por metro de longitud entre estos conductores.

Mientras, puede parecer que la carga eléctrica se debe haber utilizado como unidad base, la medición de la corriente es mucho más fácil y por lo tanto se elige como la unidad base estándar.

5- Temperatura: kelvin (K)

Según el Sistema Internacional de Unidades, el kelvin es exactamente 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.

El punto triple del agua es una temperatura y una presión fija en la que pueden existir los estados sólido, líquido y gaseoso al mismo tiempo.

6- Intensidad luminosa: candela (cd)

Mide la intensidad de luz de una fuente que emite una radiación de una frecuencia constante de 540 × 1012 Hz con una intensidad radiante de 1/683 vatios por esteremano en cualquier dirección dada.

7- mol (mol)

El mol es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades como átomos en 0,012 kg de carbono-12.

Por ejemplo: la magnitud fundamental masa, se puede medir directamente usando una balanza y por lo tanto, no depende de otra magnitud.

Magnitudes derivadas

Las magnitudes derivadas están formadas por el producto de las potencias de las unidades fundamentales. En otras palabras, estas cantidades derivan del uso de las unidades fundamentales.

DEFINICIÓN DE MAGNITUD, MEDIR Y UNIDAD DE MEDIDA

Una magnitud física es un número o conjunto de números, resultado de una medición cuantitativa que asigna valores numéricos a algunas propiedades de un cuerpo o sistema físico, como la longitud o el área. Las magnitudes físicas pueden cuantificarse por comparación con un patrón o con partes de un patrón. 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 la propiedad de los cuerpos que puede ser medida.

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

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

SISTEMA DE UNIDADES CGS E INGLES

El sistema cegesimal de unidades, también llamado sistema CGS, es un sistema de unidades basado en el centímetro, el gramo y el segundo. Su nombre es el acrónimo de estas tres unidades.

El sistema CGS ha sido casi totalmente reemplazado por el Sistema Internacional de Unidades. Sin embargo aún perdura su utilización en algunos campos científicos y técnicos muy concretos, con resultados ventajosos en algunos contextos. Así, muchas de las fórmulas del electromagnetismo presentan una forma más sencillas cuando se las expresa en unidades CGS, resultando más simple la expansión de los términos en v/c.

La Oficina Internacional de Pesos y Medidas, reguladora del Sistema Internacional de Unidades, valora y reconoce estos hechos e incluye en sus boletines referencias y equivalencias de algunas unidades electromagnéticas del sistema CGS gaussiano, aunque desaconseja su uso.

 

Sistema ingles de Medida

 

El sistema inglés de unidades o sistema imperial, es aún usado ampliamente en los Estados Unidos de América y, cada vez en menor medida, en algunos países con tradición británica. Debido a la intensa relación comercial que tiene nuestro país con los EUA, existen aún en México muchos productos fabricados con especificaciones en este sistema. Ejemplos de ello son los productos de madera, tornillería, cables conductores y perfiles metálicos. Algunos instrumentos como los medidores de presión para neumáticos automotrices y otros tipos de manómetros frecuentemente emplean escalas en el sistema inglés.

El Sistema Inglés de unidades son las unidades no-métricas que se utilizan actualmente en los Estados Unidos y en muchos territorios de habla inglesa (como en el Reino Unido ), pero existen discrepancias entre los sistemas de Estados Unidos e Inglaterra. Este sistema se deriva de la evolución de las unidades locales a través de los siglos, y de los intentos de estandarización en Inglaterra . Las unidades mismas tienen sus orígenes en la antigua Roma. Hoy en día, estas unidades están siendo lentamente reemplazadas por el Sistema Internacional de Unidades , aunque en Estados Unidos la inercia del antiguo sistema y el alto costo de migración ha impedido en gran medida el cambio.

EQUIVALENCIAS DE LAS UNIDADES INGLESAS.

LONGITUD

1 milla = 1,609 m

1 yarda = 0.915 m

1 pie = 0.305 m

1 pulgada = 0.0254 m

MASA

1 libra = 0.454 Kg.

1 onza = 0.0283 Kg.

1 ton. inglesa = 907 Kg.

SUPERFICIE

1 pie 2 = 0.0929m^2

1 pulg 2 . = 0.000645m^2

1 yarda 2 = 0.836m^2

VOLUMEN Y CAPACIDAD

1 yarda 3 = 0.765 m^3

1 pie 3 = 0.0283 m^3

1 pulg 3 . = 0.0000164 m^3

1 galón = 3.785 l

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES, VENTAJAS Y LIMITACIONES

El Sistema Internacional de Unidades (SI), surgió de la necesidad de unificar y dar coherencia a una gran variedad de subsistemas de unidades que dificultaban la transferencia de resultado de mediciones en la comunidad internacional. El Sistema Internacional se convirtió en un sistema que pudiera ser adoptado por todos los países en el campo de la ciencia, la tecnología, las relaciones comerciales, la producción, los servicios, la investigación y la docencia.

El Sistema Internacional de Unidades (SI) proviene del Sistema Métrico Decimal. El Sistema Métrico Decimal fue adoptado en la I Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) y ratificado en 1875 por 15 naciones. Para ese entonces se organizó la Convención del Metro, a la que asistieron representantes de 8 países, y en la que se nombró un Comité Internacional de Pesas y medidas (CIPM), con la finalidad de:

• Estudiar el establecimiento de un conjunto de reglas para las unidades de medida.
• Conocer la opinión de los círculos científicos, técnicos y educativos en todos los países.
• Brindar recomendaciones para el establecimiento de un sistema práctico de unidades de medida para ser adoptado por todos los firmantes de la Convención del Metro.

Con el transcurso del tiempo se desarrollaron otros sistemas de medidas como:

• El Sistema CGS sus siglas representan las unidades: centímetro, gramo y segundo, que fue utilizada principalmente por los físicos.
• El sistema Giorgi conocido como el Sistema MKS, sus siglas representan al metro, el kilogramo y el segundo

Las ventajas que ofrece el SI, sobre todo los demás son múltiples. Entre ellas resaltaremos dos:

• Es universal, ya que abarca todos los campos de la ciencia, la técnica, la economía y el comercio.
• Es coherente, porque no necesita de coeficientes de conversión y todas sus unidades guardan proporcionalidad entre sí, simplificando la estructura de las unidades de medida y sus cálculos, lo que evita errores en su interpretación.}