tema 1. magnitudes físicas y su medición

Física I Módulo I. Lenguaje técnico de la física Tema 2. Magnitudes físicas y su medición

ING. J. TERESA ESCAMILLA PLATA 1

Tema 1. Magnitudes físicas y su medición

Analiza la siguiente situación:

Una persona va a realizar un viaje en el que necesita recorrer una distancia

de 15 kilómetros y para ello demora 17 minutos, en cierto momento observa

que el auto viaja a una velocidad de70 kilómetros por hora.

Identifica lo siguiente en relación a la situación problema.

Cantidad 1.

Cantidad 2.

Cantidad 3.

¿Qué representa cada cantidad?

¿Qué diferencia encuentras en las cantidades además de los números?

En física esas “cantidades” tienen un nombre ¿sabes cuál es?, escríbelo:

CONTENIDO TEMÁTICO

A continuación te presento el desarrollo del tema

Magnitudes físicas y su medición. Es importante

que realices cada una de las actividades que

encontrarás en ésta presentación y que revises los

materiales y las prácticas sugeridas para una mejor

comprensión del tema.

PROPÓSITO

Usa el lenguaje técnico de la física para elaborar representaciones como propuestas de solución a situaciones o problemas de su entorno.



Magnitudes físicas:

El día y la noche, la lluvia y el cielo soleado, las estaciones del año, todos son fenómenos del día a día en la historia de la humanidad y por ende, observados por los primeros seres racionales que poblaron el planeta. La percepción de los fenómenos de la naturaleza es un hecho que muestra evidencias desde tiempos remotos.

Más allá de la mera percepción, cuando el hombre toma conciencia de éstos fenómenos los registra y los emplea en su beneficio, es cuando ocurre la primera revolución intelectual, aquella que permite el establecimiento de las tribus nómadas ya que al conocerla domesticación se crean las primeras agrupaciones sociales.

Cuando los sentidos, vista, tacto, olfato, gusto, oído no fueron suficientes, surgió la necesidad de crear artefactos que permitieran una mejor percepción de los fenómenos, y con ello nacen los instrumentos de medición.

Una magnitud física es todo aquello que puede ser medido, como el tiempo, la longitud, la masa, el área, el volumen, la densidad, la fuerza, la aceleración, etc. Y se puede representar con un número y una unidad.



Sistema de Unidades Un sistema de unidades es un conjunto de unidades de medida consistente, normalizado y uniforme. En general definen unas pocas unidades de medida a partir de las cuales se deriva el resto.

Anteriormente, las unidades de medida variaban de un país a otro, no existía un sistema unificado y esto limitaba la relación entre los países y el desarrollo global de las ciencias.

Por tal motivo, en 1795 se llevó a cabo la convención mundial de las ciencias en París Francia, y se estableció un sistema universal de medidas, llamado Sistema Métrico Decimal.

En 1875 se realizó en París la Convención del Metro, teniendo como resultado el compromiso de 18 naciones para adoptar el uso del sistema métrico decimal, excepto Inglaterra que no acudió a esta reunión y se negó a emplear estas unidades.

En 1881, el físico alemán Karl Gauss propone el sistema cegesimal o CGS (cm-g-s) en el congreso internacional de los electricistas realizada en París, Francia.

Pero para que las mediciones sean conocidas por cualquier persona en el planeta, hay que emplear un sistema de medición previamente definido y que no cambie a través del tiempo, para ello se utiliza un Sistema de Unidades.

Desde la antigüedad se tuvo la necesidad de medir, por

ejemplo para calcular longitudes se utilizaban las partes

del cuerpo humano como la mano, el codo, la brazada o

braza, la pulgada, el palmo o la cuarta y hasta el pie,

debido a que las unidades de medición no estaban

establecidas en aquella época. En algunos países se

tomaban éstas medidas con base al cuerpo del rey

vigente.

Aún en la época actual, en Estados Unidos se utilizan la

pulgada y el pie como unidades de medición, aunque no

representan la medida con base en el cuerpo de un rey

vigente, sino con normas estandarizadas de patrones de

medida.



En 1935, el ingeniero Italiano Giovanni Giorgi propone el sistema MKS (m-kg-s) también llamado absoluto, sonde como magnitud fundamental se habla de la masa y no del peso de los cuerpos.

El sistema inglés, o también llamado FPS (foot, pound, second) – (pie, libra, segundo), considera el peso como una cantidad física derivada. Este sistema se utiliza actualmente en Estados Unidos por lo que es muy común que la gente que emigra o viaja a ese País sufra un poco con el manejo de unidades, por lo que es conveniente utilizar factores de conversión al sistema internacional.

Sistema internacional de unidades (SI)

Como resultado de los sistemas propuestos del siglo XVII al siglo XX y por la necesidad de tener un sistema que resultara práctico, claro y acorde con las necesidades científicas, en 1960 se establece el Sistema Internacional de Medidas (SI), el cual es más preciso y actualmente lo utiliza el 95% de la población mundial. En el SI, las magnitudes físicas se clasifican en dos grandes grupos, las fundamentales y las derivadas.

Ángulo plano radian rad

Ángulo sólido estereorradián sr



Además de las unidades fundamentales, el SI define dos unidades complementarias, el ángulo plano y el ángulo sólido pues son necesarias para definir algunas unidades. El Sistema Internacional de unidades emplea prefijos que permiten escribir múltiplos o submúltiplos, ya sea de la unidad básica o derivada. Estos prefijos se anteponen al nombre de la unidad para indicar el múltiplo o submúltiplo decimal de la misma; del mismo modo, los símbolos de los prefijos se anteponen a los símbolos de las unidades.



Ejemplos de uso de los prefijos son:

Las magnitudes derivadas se expresan en términos de una o más magnitudes

fundamentales.

Magnitudes derivadas y fundamentales más comunes del Sistema internacional



Identifica 5 ejemplos de tu entorno en el que se necesite realizar alguna medición, describe en la tabla que se puede medir en ese fenómeno, el tipo de magnitud física involucrada (fundamental o derivada) y la unidad empleada. En la tabla tienes dos ejemplos.

Ejemplo de la realidad

¿Qué se puede medir?

Tipo de Magnitud empleada

Unidad

Caída de una piedra Distancia, tiempo fundamental m, s Caminar a la escuela Distancia, tiempo fundamental m, s

https://youtu.be/srAzK4jqZPE revisa el video para conocer la historia de las magnitudes

Medición:

Alguna vez te has preguntado ¿Qué es medir? Medir no es otra cosa que una acción de comparación. ¿Cómo podrías medir la longitud exacta de una libreta, un lápiz o algún artículo de tus útiles escolares? La respuesta es, empleando una regla y al realizar la medición estarás comparando lo que quieres medir con un instrumento de medición.

Una medición debe reunir tres características: a) Lo que se mide b) El aparato o instrumento de medición apropiado c) Las unidades del sistema establecido

Las mediciones pueden hacerse de forma Directa o Indirecta La medición directa se aplica cuando se obtiene una magnitud aplicando algunos instrumentos de medición por ejemplo, cuando medimos la altura de una persona con una cinta métrica. La medición indirecta es cuando se obtiene una magnitud aplicando algunos instrumentos de medición y cálculos matemáticos, por ejemplo, medir la constante elástica de un resorte, que depende de la fuerza aplicada y su respectivo estiramiento.

Revisa el siguiente video de la historia de las unidades de medida

https://youtu.be/OtlZfUwLtWA

https://youtu.be/srAzK4jqZPE

https://youtu.be/OtlZfUwLtWA



Conversión de Unidades: Cuando se resuelven problemas de física a menudo las magnitudes físicas de las cantidades están expresadas en diferentes unidades. Por ejemplo: Si en un problema la longitud de un objeto esta expresada en metros y la queremos sumar con otra enunciada en kilogramos, para efectuar la operación es necesario que ambas cantidades estén expresadas en la misma unidad de medida, ya sea en metros o kilómetros, a este proceso se le conoce como conversión de unidades. Para resolver este tipo de problemas se necesita conocer la relación que existe entre una unidad y otra entre los diferentes sistemas de medición, esas relaciones se llaman factores de conversión.

Ejemplos de factores de conversión.

Magnitud Factores de conversión

Longitud

1𝑚 = 100𝑐𝑚 = 3.28 𝑓𝑡 = 0.914𝑦𝑑 1𝑘𝑚 = 100𝑚 1 𝑓𝑡 = 30.48 𝑐𝑚 1 𝑖𝑛 = 2.54𝑐𝑚

Masa 1𝑘𝑔 = 100𝑔 1𝑙𝑏 = 0.454 𝑘𝑔 1 𝑜𝑧 = 28.35𝑔

Volumen 1 𝑚3 = 1000 𝐿 1 𝑔𝑎𝑙 = 3.75 𝐿 1𝑓𝑡3 = 28.32 𝐿 1 𝑓𝑙 𝑜𝑧 = 29.57 𝑚𝐿 (𝑓𝑙 𝑜𝑧 𝑒𝑠 𝑜𝑛𝑧𝑎 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑎)

Tiempo 1min=60s 1h=3600s 1día=86400s

Par realizar la conversión de unidades debes saber que solo puede hacerse con unidades de la misma magnitud Ejemplo: puedes cambiar de kilogramos a libras u onzas o de litros a galones o a metro cúbico, pero lo que no se puede hacer es convertir metros a kilogramos u horas a kilogramos porque no tiene sentido debido a que kilogramos es una unidad de masa y metro es una unidad de longitud y horas una unidad de tiempo.



Ejemplos de conversión de unidades

1.- Una libreta tiene una longitud de 25.6 cm. Expresar en metros ésta longitud. Se sabe que el factor de conversión es 1 m = 100 cm

2.- Si se compra en el supermercado 13

4 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑙𝑜 ¿a cuántos gramos equivalen?

3.- Si un escritorio de oficina tiene un área de 26 400 𝑐𝑚2 ¿a cuántos metros cuadrados equivalen?

4.- Un motociclista viaja a una velocidad de 30𝑘𝑚

ℎ ¿ 𝑎 𝑐𝑢á𝑛𝑡𝑜𝑠

𝑚

𝑠 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛?

Este ejemplo se puede resolver de forma directa si se conoce el factor de conversión de 𝑘𝑚

ℎ 𝑎

𝑚

𝑠

Pero también es posible hacerlo a partir de las unidades fundamentales



5.- ¿Cuántos litros de agua le caben a una alberca olímpica de 50 m de largo, 25 m de ancho y 3 m de profundidad?

Realiza las siguientes conversiones de unidades 1.- A una persona que llega a un aeropuerto en Inglaterra le cobran un sobrepeso en sus maletas, ya que su equipaje excedió en 25 lb del límite permitido, Si le cobran $ 120 por kg de exceso, ¿cuánto le cobran?.

2.- En una planta tratadoras de aguas residuales se tiene un caudal de 1 200 𝑚3

𝑑í𝑎 ¿Cuál es éste

en 𝐿

𝑠?

3.- Una persona que necesita pintar su casa requiere 30 litros de pintura, Al ir a comprarla se da cuenta que las etiquetas de la cubetas vienen marcadas en galones, no en litros. ¿Cuántos galones necesita para pintar su casa? 4.- Una persona viaja en su automóvil de Estados Unidos a México a vacacionar. Su auto

solamente marca 𝑚𝑖

ℎ y entrando a México ve en la carretera que el límite de velocidad

máxima permitido es de 80 km/h. ¿A qué velocidad de mi/H debe conducir para que no lo infraccionen? 5.- A una mamá el pediatra le dice que le de 2.5 oz de leche a su bebé, pero su biberón solo marca en mililitros. ¿Cuál es la equivalencia?



6.- En la siguiente tabla marca con √ en la columna correspondiente si es magnitud fundamental o derivada

Cantidad física Magnitud fundamental

Magnitud derivada

La velocidad de una tortuga

La distancia entre dos ciudades

El volumen de una pelota

La temperatura del ser humano

La presión ejercida por una mesa sobre el piso

El peso de un ser humano

La fuerza necesaria para levantar un mueble

El trabajo necesario para empujar un auto

El tiempo que haces de tu casa al supermercado

El área que ocupa tu jardín

La cantidad de sustancia que hay en una manzana

La aceleración que alcanza un auto cuando empieza a desplazarse

Si no conoces la unidad de medida de la magnitud mencionada en el sistema internacional investígala. Revisa el siguiente video para reforzar la forma de hacer conversiones https://youtu.be/hGCg7pGjhtA

https://youtu.be/hGCg7pGjhtA

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