Institución educativa emblemática Jose Granda AULA DE INNOVACIÓN PEDAGOGICA 2016 “MAGNITUDES FISICAS” Intengrante: Antonio Lopez :v Área: C.T.A Tema: Magnitudes Fisicas Profesora: Miss Isabel Portilla Rios y Miss Eillen Wust Manrique (AIP) Año:2016 Grado: 1° Seccion: D Colegio: JOSE GRANDA
INDICE 1.¿Que es la magnitud física? 2.¿Que es medir?
3.Instrumentos de medición 4.Clases de magnitudes físicas: Magnitudes Fundamentales y Derivadas 5.Sistema internacional de Unidades A)Historia B)Importancia C)Unidades fundamentales y derivadas
1.¿Que es la magnitud física? Una magnitud física es un valor asociado a una propiedad física o cualidad 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. Tipos de magnitudes físicas[editar] Las magnitudes físicas pueden ser clasificadas de acuerdo a varios criterios: Según su expresión matemática, las magnitudes se clasifican en escalares, vectoriales y tensoriales Según su actividad, se clasifican en magnitudes extensivas e intensivas Magnitudes escalares, vectoriales y tensoriales:Las magnitudes escalares son aquellas que quedan
completamente definidas por un número y las unidades utilizadas para su medida. Esto es, las magnitudes escalares están representadas por el ente matemático más simple, por un número. Podemos decir que poseen un módulo pero carecen de dirección. Su valor puede ser independiente del observador (v.g.: la masa, la temperatura, la densidad, etc.) o depender de la posición (v.g.: la energía potencial), o estado de movimiento del observador (v.g.: la energía cinética). Las magnitudes vectoriales son aquellas que quedan caracterizadas por una cantidad (intensidad o módulo), una dirección y un sentido. En un espacio euclidiano, de no más de tres dimensiones, un vector se representa mediante un segmento orientado. Ejemplos de estas magnitudes son: la velocidad, la aceleración, la fuerza, el campo eléctrico, intensidad luminosa, etc. Además, al considerar otro sistema de coordenadas asociado a un observador con diferente estado de movimiento o de orientación, las magnitudes vectoriales no presentan invariancia de cada uno de los componentes del vector y, por tanto, para relacionar las medidas de diferentes observadores se necesitan relaciones de transformación vectorial. En mecánica clásica el campo electrostático se considera un vector; sin embargo, de acuerdo
con la teoría de la relatividad esta magnitud, al igual que el campo magnético, debe ser tratada como parte de una magnitud tensorial. Las magnitudes tensoriales son las que caracterizan propiedades o comportamientos físicos modelizables mediante un conjunto de números que cambian tensorialmente al elegir otro sistema de coordenadas asociado a un observador con diferente estado de movimiento (marco móvil) o de orientación. De acuerdo con el tipo de magnitud, debemos escoger leyes de transformación (por ej. la transformación de Lorentz) de las componentes físicas de las magnitudes medidas, para poder ver si diferentes observadores hicieron la misma medida o para saber qué medidas obtendrá un observador, conocidas las de otro cuya orientación y estado de movimiento respecto al primero sean conocidos. A 2.¿Que es medir? Determinar la longitud, extensión, volumen o capacidad de una cosa por comparación con una unidad establecida que se toma como referencia,
generalmente mediante algún instrumento graduado con dicha unidad. La 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 Proceso de medición La tecnología convencional, modelizable mediante la mecánica clásica no plantea problemas serios para el proceso de medición. Así para algunos autores el proceso de medición requiere caracterizaciones relativamente simples como por ejemplo: Definición 1. Una medición es un acto para determinar la magnitud de un objeto en cuanto a cantidad Aunque caben definiciones más complejas y descriptivas de como es el proceso como la siguiente definición sobre la medición de una magnitud geométrica. Definición 2. Una medición es comparar la cantidad desconocida que queremos determinar y una cantidad conocida de la misma magnitud, que elegimos como unidad. Al resultado de medir se le denomina medida.
Los procesos de medición de magnitudes físicas que no son dimensiones geométricas entrañan algunas dificultades adicionales, relacionadas con la precisión y el efecto provocado sobre el sistema. Así cuando se mide alguna magnitud física se requiere en muchas ocasiones que el aparato de medida interfiera de alguna manera sobre el sistema físico en el que se debe medir algo o entre en contacto con dicho sistema. En esas situaciones se debe poner mucho cuidado, en evitar alterar seriamente el sistema observado. De acuerdo con la mecánica clásica no existe un límite teórico a la precisión o el grado de perturbación que dicha medida provocará sobre el sistema (esto contrasta seriamente con la mecánica cuántica o con ciertos experimentos en ciencias sociales donde el propio experimento de medición puede interferir en los sujetos participantes). Por otro lado, no hemos de perder de vista que las medidas se realizan con algún tipo de error, debido a imperfecciones del instrumental o a limitaciones del medidor, errores experimentales, por eso, se ha de realizar la medida de forma que la alteración producida sea mucho menor que el error experimental que pueda cometerse. Por esa razón una magnitud medida se considera como una variable aleatoria, y se acepta que un proceso de medición es adecuado si la media estadística de
dichas medidas converge hacia la media poblacional. En mecánica clásica las restricciones para el grado de precisión son siempre de carácter tecnológico o práctico, sin embargo, en mecánica cuántica existen límites teóricos para el grado de precisión que puede alcanzarse (véase principio de incertidumbre, teorema de Kochen-Specker). Medición directa[editar] La medida o medición directa, se obtiene con un instrumento de medida que compara la variable a medir con un patrón. Así, si deseamos medir la longitud de un objeto, se puede usar un calibrador. Obsérvese que se compara la longitud del objeto con la longitud del patrón marcado en el calibrador, haciéndose la comparación distanciadistancia. También, se da el caso con la medición de la frecuencia de un ventilador con un estroboscopio, la medición es frecuencia del ventilador (nº de vueltas por tiempo) frente a la frecuencia del estroboscopio (nº de destellos por tiempo). Medición indirecta
No siempre es posible realizar una medida directa, porque existen variables que no se pueden medir por comparación directa, es por lo tanto con patrones de la misma naturaleza, o porque el valor a medir es muy grande o muy pequeño y depende de obstáculos de otra naturaleza, etc. Medición indirecta es aquella en la que una magnitud buscada se estima midiendo una o más magnitudes diferentes, y se calcula la magnitud buscada mediante cálculo a partir de la magnitud o magnitudes directamente medidas. Ejemplo 1: Se quiere medir la temperatura de un litro de agua, pero no existe un medidor de comparación directa para ello. Así que se usa una termopar, la cual, al ingresar los alambres de metal al agua, se dilatan y dicha dilatación se convierte en una diferencia de voltaje gracias a un transductor, que es función de la diferencia de temperatura. En síntesis, un instrumento de medición indirecta mide los efectos de la variable a medir en otra instancia física, cuyo cambio es análogo de alguna manera. Ejemplo 2: Se desea medir las alturas de un edificio demasiado alto, dadas las dificultades de realizar la medición directamente, emplearemos un método indirecto. Colocaremos en las proximidades del edificio un objeto vertical, que sí podamos medir, así como su sombra. Mediremos también la longitud de la sombra del edificio. Dada la distancia del Sol a la tierra los rayos
solares los podemos considerar paralelos, luego la relación de la sombra del objeto y su altura. SOb: a la sombra del objeto. AOb: a la altura del objeto. SEd: a la sombra del edificio. AEd: a la altura del edificio. 3.Instrumentos de medición Un instrumento de medición es un aparato que se usa para comparar magnitudes físicas mediante un proceso de medición. Como unidades de medida se utilizan objetos y sucesos previamente establecidos como estándares o patrones, y de la medición resulta un número que es la relación entre el objeto de estudio y la unidad de referencia. Características principales Las características importantes de un instrumento de medida son: *Precisión: es la capacidad de un instrumento de dar el mismo resultado en mediciones diferentes realizadas en las mismas condiciones *Exactitud: es la capacidad de un instrumento de medir un valor cercano al valor de la magnitud real
*Apreciación: es la medida más pequeña perceptible en un instrumento de medida *Sensibilidad: es la relación de desplazamiento entre el indicador de la medida y la medida real. Tipos: Se utilizan una gran variedad de instrumentos para llevar a cabo mediciones de las diferentes magnitudes físicas que existen. Desde objetos sencillos como reglas y cronómetros hasta los microscopios electrónicos y aceleradores de partículas. Para medir masa: °balanza: La balanza es un instrumento que sirve para medir la masa de los objetos. Es una palanca de primer grado de brazos iguales que, mediante el establecimiento de una situación de equilibrio entre los pesos de dos cuerpos, permite comparar masas. °báscula: Instrumento para medir pesos, generalmente grandes, que consiste en una plataforma donde se coloca lo que se quiere pesar, un sistema de palancas que transmite el peso a un brazo que se equilibra con una pesa, y un indicador que marca el peso.
°espectrómetro de masa: El
espectrómetro de masas es un dispositivo que permite analizar con gran precisión la composición de diferentes elementos químicos e isótopos atómicos, separando los núcleos atómicos en función de su relación carga-masa (z/m). °catarómetro: Un catarómetro es un instrumento utilizado para la determinación de la composición de una mezcla de gases. Es un detector de conductividad térmica. El equipo se compone de dos tubos paralelos que contienen el gas de las bobinas de calefacción. Para medir tiempo: °calendario: Sistema de división del tiempo por días, semanas, meses y años,
fundamentalmente a partir de criterios astronómicos o de acuerdo con el desarrollo de alguna actividad. °cronómetro: Reloj de gran precisión que permite medir intervalos de tiempo muy pequeños, hasta fracciones de segundo. °Reloj de arena: Reloj para medir espacios de tiempo relativamente cortos que
consiste en un
recipiente
transparente con
arena
dentro, muy
estrechado
en su parte central;
la arena, a
través del paso
estrecho,
cae de la parte
superior del
recipiente a la parte
inferior en
un determinado
espacio de tiempo, que se toma como medida.09 °reloj: Instrumento para medir el tiempo o para indicar la hora del día; puede ser fijo o portátil y el más común para indicar la hora consiste en una maquinaria de movimientos uniformes que hace avanzar unas manecillas sobre una superficie esférica, marcando el paso del tiempo. °reloj atómico : Reloj muy preciso que se basa en la frecuencia de la
oscilación entre dos estados de energía de determinados átomos o moléculas.
°datación radiométrica: La datación radiométrica es un procedimiento técnico empleado para determinar la edad absoluta de rocas, minerales y restos orgánicos (paleontológicos).
4.Clases de magnitudes físicas: Fundamentales y Derivadas Magnitudes fundamentales:Las magnitudes fundamentales son aquellas magnitudes físicas elegidas por convención que permiten expresar cualquier magnitud física en términos de ellas.Gracias a su combinación, las magnitudes fundamentales dan origen a las magnitudes derivadas.Las siete magnitudes fundamentales utilizadas en física adoptadas para su uso en el Sistema
Internacional de Unidades son la masa, la longitud, el tiempo, la temperatura, la intensidad luminosa, la cantidad de sustancia y la intensidad de corriente. Sistema Cegesimal El Sistema Cegesimal de Unidades es un sistema de unidades mecánicas que utiliza como magnitudes fundamentales la longitud, la masa y el tiempo.5 Las unidades usadas en el Sistema Cegesimal para medir estas magnitudes fundamentales son las siguientes: °Para la masa se usa el gramo (g). °Para la longitud se usa el centímetro (cm). °Para el tiempo el segundo (s). Magnitudes Derivadas: Las unidades derivadas son parte del Sistema Internacional de Unidades, y se derivan de las siete unidades básicas, que son: °metro (m), unidad de longitud °kilogramo (kg), unidad de masa
°segundo (s), unidad de tiempo °amperio (A), unidad de corriente eléctrica °kelvin (K), unidad de temperatura 5.Sistema internacional de Unidades A)Historia: Es el heredero del antiguo Sistema Métrico Decimal y por ello también se conoce como «sistema métrico».Se instauró en 1960, en la XI Conferencia General de Pesas y Medidas, durante la cual inicialmente se reconocieron seis unidades físicas básicas.
B)Importancia: Las unidades del SI constituyen referencia internacional de las indicaciones de los instrumentos de medición, a las cuales están referidas mediante una concatenación ininterrumpida de calibraciones o comparaciones.
C)Unidades fundamentales y derivadas: Fundamentales: Son aquellas que se describen por una definición operacional y son independientes desde el punto de vista dimensional. Todas las demás unidades utilizadas para expresar magnitudes físicas se pueden derivar de estas unidades básicas y se conocen como unidades derivadas. La derivación se lleva a cabo por medio del análisis dimensional. Las unidades pueden llevar prefijos del Sistema Internacional: múltiplos (ejemplo: kilo indica mil; 1 km = 1000 m), o submúltiplos (ejemplo: mili indica milésima; 1 mA = 0.001 A). Múltiplos (en mayúsculas a partir de Mega): deca (da), hecto (h), kilo (k), mega (M), giga (G), tera (T), peta (P), exa (E), zetta (Z), yotta (Y). Submúltiplos (en minúsculas): deci (d), centi (c), mili (m), micro (μ), nano (n), pico (p), femto (f), atto (a), zepto (z), yocto (y). Derivadas:Mediante esta denominación se hace refe rencia a las unidades utilizadas para expresar magnitudes físicas que son resultado de combinar magnitudes físicas básicas.
No se debe confundir este concepto con los de múltiplos y submúltiplos, que se utilizan tanto en las unidades básicas como en las derivadas, sino que siempre se le ha de relacionar con las Magnitudes expresadas.Las unidades derivadas son parte del Sistema Internacional de Unidades, y se derivan de las siete unidades básicas, que son: metro (m), unidad de longitud. kilogramo (kg), unidad de masa. segundo (s), unidad de tiempo. Las unidades derivadas son parte del Sistema Internacional de Unidades, y se derivan de las siete unidades básicas, que son: metro (m), unidad de longitud kilogramo (kg), unidad de masa segundo (s), unidad de tiempo amperio (A), unidad de corriente eléctrica kelvin (K), unidad de temperatura mol (mol), unidad de cantidad de sustancia candela (cd), unidad de intensidad luminosa De estas unidades básicas es posible obtener cualquier otra unidad de medida.
FIN