- 6.1. Magnitudes y unidades físicas
- 6.2. Unidades básicas y derivadas del Sistema Internacional de Unidades (SI)
Introducción: ¿Cómo podemos medir el mundo que nos rodea?
Imagina que necesitas conocer la distancia entre tu casa y la escuela, cuánto pesa tu mochila o cuánto tiempo tardas en llegar a clases.
Para responder estas preguntas necesitamos realizar mediciones.
La física es la ciencia que estudia la materia, la energía y sus interacciones. Para comprender los fenómenos naturales, utiliza las magnitudes físicas y las unidades de medición.
Medir nos permite expresar las características de los objetos y fenómenos mediante números y unidades.
Por ejemplo:
- Una mesa mide 1.5 metros de largo.
- Una mochila tiene una masa de 4 kilogramos.
- Un automóvil circula a 60 kilómetros por hora.
- La temperatura del salón es de 28 grados Celsius.
- Una clase dura 50 minutos.
Todos estos ejemplos representan cantidades que podemos medir.
6.1. ¿Qué es una magnitud física?
Una magnitud física es una propiedad de un cuerpo, sustancia o fenómeno que puede medirse y expresarse mediante un número y una unidad.
Por ejemplo, cuando decimos que una persona mide 1.70 metros, estamos expresando una magnitud física.
- Magnitud: longitud
- Valor numérico: 1.70
- Unidad: metro (m)
Magnitud física = valor numérico + unidad de medida.
Ejemplos de magnitudes físicas
| Magnitud | Ejemplo | Unidad |
|---|---|---|
| Longitud | Largo de una mesa | Metro (m) |
| Masa | Masa de una mochila | Kilogramo (kg) |
| Tiempo | Duración de una carrera | Segundo (s) |
| Temperatura | Temperatura del agua | Kelvin (K) o °C |
| Velocidad | Movimiento de un automóvil | m/s |
| Área | Superficie de un salón | m² |
| Volumen | Espacio ocupado por un objeto | m³ |
6.2. ¿Qué es el Sistema Internacional de Unidades?
El Sistema Internacional de Unidades (SI) es el sistema de medición utilizado internacionalmente para expresar las magnitudes físicas de manera uniforme.
Su principal objetivo es que las mediciones puedan comprenderse y compararse en cualquier parte del mundo.
Por ejemplo, un metro representa la misma longitud en México, Estados Unidos, Japón o cualquier otro país.
El Sistema Internacional establece siete unidades básicas, a partir de las cuales podemos obtener otras unidades llamadas derivadas.
6.3. Magnitudes fundamentales
Las magnitudes fundamentales son aquellas que se consideran independientes y sirven como base para definir otras magnitudes físicas.
Existen siete magnitudes fundamentales en el Sistema Internacional.
| Magnitud fundamental | Unidad del SI | Símbolo |
|---|---|---|
| Longitud | Metro | m |
| Masa | Kilogramo | kg |
| Tiempo | Segundo | s |
| Temperatura termodinámica | Kelvin | K |
| Corriente eléctrica | Amperio | A |
| Cantidad de sustancia | Mol | mol |
| Intensidad luminosa | Candela | cd |
Ejemplos de la vida cotidiana
1. Longitud: Se utiliza para medir distancias, alturas y tamaños. Se mide con reglas, cintas métricas o flexómetros.
2. Masa: Representa la cantidad de masa de un cuerpo. Se mide utilizando una balanza.
3. Tiempo: Permite medir la duración de los acontecimientos. Se utilizan relojes y cronómetros.
4. Temperatura: Permite conocer el estado térmico de un cuerpo. Se utiliza un termómetro. En la vida cotidiana empleamos grados Celsius, aunque la unidad básica del SI es el kelvin.
5. Corriente eléctrica: Representa la cantidad de carga eléctrica que circula por un conductor por unidad de tiempo. Se mide en amperios con un amperímetro.
6. Cantidad de sustancia: Se utiliza principalmente en química para expresar la cantidad de entidades elementales presentes en una muestra.
7. Intensidad luminosa: Describe la intensidad de luz emitida por una fuente en una dirección determinada.
6.4. Magnitudes derivadas
Las magnitudes derivadas son aquellas que se obtienen mediante operaciones matemáticas entre magnitudes fundamentales.
Por ejemplo, para calcular la velocidad de un automóvil necesitamos conocer la distancia recorrida y el tiempo utilizado.
Velocidad = distancia ÷ tiempo
Si un automóvil recorre 100 metros en 20 segundos:
Velocidad = 100 ÷ 20 = 5 m/s
Esto significa que el automóvil recorre 5 metros cada segundo.
Principales magnitudes derivadas
| Magnitud | Unidad del SI | Símbolo |
|---|---|---|
| Área | Metro cuadrado | m² |
| Volumen | Metro cúbico | m³ |
| Velocidad | Metro por segundo | m/s |
| Aceleración | Metro por segundo cuadrado | m/s² |
| Fuerza | Newton | N |
| Energía | Julio | J |
| Trabajo | Julio | J |
| Potencia | Vatio | W |
| Presión | Pascal | Pa |
| Densidad | Kilogramo por metro cúbico | kg/m³ |
| Frecuencia | Hercio | Hz |
Ejemplo 1. Cálculo del área de un salón
Un salón de clases tiene 8 metros de largo y 6 metros de ancho.
Fórmula:
Área = largo × ancho
Sustitución:
Área = 8 m × 6 m
Resultado: 48 m²
El salón tiene una superficie de 48 metros cuadrados.
Ejemplo 2. Cálculo de la velocidad de un estudiante
Un estudiante recorre 120 metros en 30 segundos.
Fórmula:
Velocidad = distancia ÷ tiempo
Sustitución:
Velocidad = 120 m ÷ 30 s
Resultado: 4 m/s
La rapidez promedio del estudiante es de 4 metros por segundo.
Ejemplo 3. Cálculo del volumen de una caja
Una caja tiene las siguientes dimensiones:
- Largo: 4 metros
- Ancho: 2 metros
- Altura: 3 metros
Fórmula:
Volumen = largo × ancho × altura
Sustitución:
Volumen = 4 × 2 × 3
Resultado: 24 m³
El volumen de la caja es de 24 metros cúbicos.
6.5. Diferencia entre magnitudes fundamentales y derivadas
| Fundamentales | Derivadas |
|---|---|
| Son independientes entre sí. | Se obtienen combinando magnitudes fundamentales. |
| Constituyen la base del SI. | Utilizan unidades formadas a partir de las básicas. |
| Ejemplos: longitud, masa y tiempo. | Ejemplos: velocidad, fuerza y energía. |
| Sus unidades incluyen m, kg y s. | Sus unidades incluyen m/s, N y J. |
Recuerda: La longitud es una magnitud fundamental, pero el área es una magnitud derivada porque se calcula multiplicando dos longitudes.
6.6. ¿Por qué es importante medir correctamente?
Las mediciones son indispensables en la ciencia, la tecnología y las actividades cotidianas.
Por ejemplo:
- En la construcción se miden distancias y superficies.
- En medicina se mide la temperatura corporal.
- En los deportes se registran tiempos y velocidades.
- En la cocina se miden masas y volúmenes.
- En electrónica se miden corrientes eléctricas y voltajes.
- En el transporte se calculan distancias y velocidades.
Utilizar unidades estandarizadas permite evitar confusiones y obtener resultados confiables.
Actividad 1. Identifica las magnitudes físicas
Instrucciones: Lee las siguientes situaciones e identifica la magnitud física y la unidad correspondiente.
| Situación | Magnitud | Unidad |
|---|---|---|
| 1. Una mochila tiene una masa de 5 kg. | ______ | ______ |
| 2. Un alumno corre durante 15 s. | ______ | ______ |
| 3. Una puerta mide 2 m de altura. | ______ | ______ |
| 4. Un automóvil viaja a 20 m/s. | ______ | ______ |
| 5. Un salón tiene una superficie de 40 m². | ______ | ______ |
| 6. Una lámpara consume una potencia de 10 W. | ______ | ______ |
| 7. Una caja ocupa un volumen de 2 m³. | ______ | ______ |
Actividad 2. Clasifica las magnitudes
Instrucciones: Escribe F si es fundamental o D si es derivada.
- ( ) Longitud
- ( ) Velocidad
- ( ) Masa
- ( ) Fuerza
- ( ) Tiempo
- ( ) Energía
- ( ) Temperatura
- ( ) Área
- ( ) Corriente eléctrica
- ( ) Volumen
Actividad 3. Resuelve los problemas
Problema 1. Área del pizarrón
Un pizarrón mide 3 metros de largo y 1.5 metros de alto.
¿Cuál es su superficie?
Problema 2. Velocidad de una bicicleta
Una bicicleta recorre 200 metros en 40 segundos.
¿Cuál es su rapidez promedio?
Problema 3. Volumen de una caja
Una caja mide 5 metros de largo, 3 metros de ancho y 2 metros de alto.
¿Cuál es su volumen?
Problema 4. Tiempo de recorrido
Un automóvil se desplaza con una rapidez constante de 20 m/s y recorre una distancia de 100 metros.
¿Cuánto tiempo tarda en recorrer esa distancia?
Preguntas de repaso
- ¿Qué es una magnitud física?
- ¿Para qué sirve el Sistema Internacional de Unidades?
- ¿Cuántas magnitudes fundamentales existen?
- ¿Cuál es la unidad básica de longitud?
- ¿Cuál es la unidad básica de masa?
- ¿Cuál es la diferencia entre una magnitud fundamental y una derivada?
- ¿Por qué la velocidad es una magnitud derivada?
- ¿Qué instrumento utilizamos para medir la temperatura?
- ¿Qué unidad utilizamos para expresar una fuerza?
- ¿Por qué es importante utilizar las mismas unidades de medición en todo el mundo?
Conclusión
La cuantificación de la realidad nos permite comprender y describir el mundo físico mediante mediciones.
Las magnitudes físicas se dividen en fundamentales y derivadas, y sus valores se expresan utilizando unidades de medición.
El Sistema Internacional de Unidades establece un lenguaje común para que científicos, ingenieros, estudiantes y personas de todo el mundo puedan realizar mediciones confiables y comparables.
Aprender a medir es uno de los primeros pasos para comprender la física.
Profe Juan de Dios | Ciencias II – Física
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