Herramientas de la Física

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I) Introducción

La Física es una Ciencia que se caracteriza por realizar mediciones de “cosas” con los objetivos de: comprenderlas mejor, comprobar teorías y predecir como se comportarán. Pero para que todos estemos de acuerdo en que es lo que se va a medir, como se van a tratar los datos obtenidos, como se van a realizar las mediciones, con que; primero debemos ponernos de acuerdo en ciertos términos y conceptos elementales. Los científicos ya lo hicieron hace bastante tiempo (aunque siemrpe están discutiendo sobre el tema) y ahora nosotros nos anoticiaremos de sus acuerdos.

II) Magnitud

En todo fenómeno existen características o propiedades que pueden medirse. A veces son características o propiedades de los cuerpos o partículas que participan del fenómeno y a veces son del proceso mismo. Por ejemplo, en agua que está siendo calentada podemos medir la temperatura que posee cada cierto tiempo (medimos una propiedad del agua). Otro ejemplo, podríamos medir el tiempo que tarda en disolverse un puñado de sal en agua, a medida que se la revuelve (medimos una propiedad del proceso).

Teniendo en cuenta estos ejemplos podemos decir que Magnitud es toda característica o propiedad de un fenómeno que puede ser medida de alguna forma. Son ejemplos de magnitudes: masa, tiempo, velocidad, fuerza, longitud, energía, corriente eléctrica, carga eléctrica, aceleración, temperatura, etc.

II) Cantidad

Cuando se mide una magnitud de un cuerpo se obtiene un dato. Por ejemplo, si medimos el tiempo que tarda el agua en hervir (tomando el ejemplo anterior) podríamos obtener como dato 8 minutos. Ese dato es una Cantidad. Entonces podemos decir que una Cantidad es un valor determinado que toma (o tiene) una magnitud. Ese valor está formado por un número y una unidad de medición y dice cuantas veces entra la unidad en la porción de magnitud que hemos medido. Son ejemplos: 45 m, 1,5 Kg., 220 V, 80 W, 25 min., 60 Km/h, etc.

III) Medir

La operación de medir una cierta magnitud consiste en compararla con un patrón o cantidad de la misma magnitud previamente definida como unidad, determinando el número de veces que ese patrón (o unidad) está contenido en la porción medida. Así, por ejemplo, si medimos una porción de longitud (como la tu altura) utilizando como unidad el metro estamos determinando cuántos metros caben en tu altura (podría ser 1,66 m). También podríamos utilizar como unidad el centímetro (y obtendríamos 166 cm).

En la Física la medición es un proceso que nos permite acercarnos al conocimiento y para aproximarnos cada vez más a este, las mediciones deberán ser cada vez más precisas. Por esto, si cometemos un error debemos conocerlo y tenerlo en cuenta. Lo cierto es que siempre se comenten errores y una forma de disminuirlos es realizar varias mediciones y calcular el promedio de las mismas (de la misma forma que calculan el promedio de las notas).

IV) Unidad

La unidad o unidad patrón es una porción limitada de una magnitud que se elige (por la comunidad científica) como el molde de comparación que se utilizará para hacer las mediciones y definir los múltiplos y submúltiplos de esa unidad. Por ejemplo: la unidad patrón de longitud es el “metro”, por lo que se lo utiliza para hacer las mediciones de longitud y definir los múltiplos (Km, hm y dam) y submúltiplos (dm, cm y mm).

V) Clasificación de las Magnitudes

Los físicos se dieron cuenta que había muchas magnitudes. Algunas de ellas eran más fáciles de medir que otras, unas se medían más seguido que otras, unas se medían solo en algunos ámbitos y en otros no. Por ello decidieron ordenarlas resultando la siguiente clasificación:

-Magnitudes Fundamentales: son aquellas que se pueden medir más fácilmente o que tienen una unidad patrón que no cambia en el tiempo. Son elegidas por la comunidad científica. Actualmente las magnitudes fundamentales en el Sistema Internacional de Unidades son: masa (m), longitud (l), tiempo (t), corriente eléctrica (I), temperatura termodinámica (T), cantidad de sustancia (C) e intensidad luminosa (I_L).

-Magnitudes Derivadas: son aquellas que se definen en virtud de las magnitudes fundamentales. En general se las obtiene realizando operaciones matemáticas con las fundamentales, pero también se pueden medir directamente con el instrumento adecuado. Por ejemplo: superficie (se obtiene multiplicado dos veces longitud), velocidad (se obtiene dividiendo longitud en tiempo), fuerza, energía, carga eléctrica, campo eléctrico, etc.

-Magnitudes Escalares: simplemente quedan determinadas por un número y la correspondiente unidad de medida. Tienes como ejemplo las siguientes magnitudes escalares: 24 m; 15 Kg; 3 A; 2.500 N; etc.

-Magnitudes Vectoriales: son aquellas magnitudes que se representan con vectores. Esto es así porque brindan más información que las escalares. Informan el valor de la magnitud, la dirección y el sentido en el cual actúa (es decir, hacia donde actúa). Ejemplos: velocidad, fuerza, aceleración, corriente eléctrica, campo eléctrico, etc. Los vectores se dibujan como flechas y en Física dan la siguiente información:

>Módulo: es el largo de la flecha y representa (y es proporcional al) el valor numérico de la magnitud física (representa a la Cantidad).

>Dirección: es la recta que contiene a la magnitud, pero generalmente se la dibuja en un sistema de ejes cartesianos; de ese modo la dirección la dan los ejes (x o y), o las componentes del vector en cada eje, o el ángulo que forma el vector con el eje x positivo.

>Sentido: indica hacia que lado de la dirección se orienta la magnitud (en el dibujo es la flecha).

VI) Sistemas de Unidades

Sistemas de Unidades: son conjuntos de unidades que se eligen tomando ciertas magnitudes y sus unidades como fundamentales. En Física existen cuatro sistemas de unidades utilizados: El Sistema Internacional (SI) que es el antiguo sistema MKS, El Sistema CGS, El Sistema Técnico y el Sistema Inglés. Cabe destacar que la comunidad científica acordó que en todo el mundo debería utilizarse el SI, pero esto aún no se concreta porque en muchos lugares todavía no hay la suficiente cantidad de instrumentos de medición calibrados con las unidades de este sistema y otros países se reusan a hacerlo.

Por ello, y otros motivos, resulta necesario saber como pasar una cantidad de un sistema de unidades a otro. Existen varias formas que en lo profundo son idénticas. Una de ellas es la de los factores de conversión. Existen tablas en los libros que contienen equivalencias entre unidades de distintos sistemas. Esas equivalencias se pueden utilizar como factores de conversión. Y son factores porque lo que hay que hacer es solo una multiplicación. Por ejemplo: supongamos que deseamos pasar 60 Km/h (esta es una unidad muy utilizada pero no corresponde a ningún sistema) a m/s (que es la unidad de velocidad en el SI). Para ello buscamos la tabla de equivalencias de velocidades, a continuación se muestra una bastante reducida.

	ft/s	Km/h	m/s	mi/h
1 pie por segundo	1	1,097	0,3048	0,6818
1 kilómetro por hora	0,9113	1	0,2778	0,6214
1 metro por segundo	3,281	3,6	1	2,237
1 milla por hora	1,467	1,609	0,447	1

Ahora entramos por la primera columna hasta la unidad de origen que es Km/h (flecha gris ancha),. En este caso es la tercera fila (donde dice “1 kilómetro por hora”). Ahora nos movemos por esa fila hasta llegar a la columna de los m/s (flecha negra fina). Cuando lleguemos a esa columna estaremos en un casillero donde aparece un número (casillero con número en negrita). Para el ejemplo el número es 0,2778. Una vez que encontramos el número debemos multiplicar la cantidad a la que queremos cambiar de unidad por ese número, como se muestra a continuación.

60 Km/h . 0,2778 (m/s)/(Km/h)= 16,668 m/s

En esa demostración pueden ver las unidades como deben colocarse (la que se quiere eliminar debajo y la que se quiere obtener arriba, para poder simplificar).

Bibliografía Consultada

_RESNICK, HALLIDAY, KRANE, “Física”, Vol. 1 Cuarta Edición, Compañía Editorial Continental S. A., México, 1.993.

_GIANFORMAGGIO, N., SUAREZ, M., CORTEZ C., R., “Cuadernillo de Física de 1° año de Ciclo Básico”, Escuela Industrial Domingo F. Sarmiento, San Juan, 2.013.

Licencia
Herramientas de la Física por Rubén H. Cortez C se encuentra bajo una Licencia Creative Commons Atribución 3.0 Unported.

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