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 1.1 Medidas de distancia, tiempo y masa.

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 1.1 Medidas de distancia, tiempo y masa.

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La distancia y el tiempo son magnitudes fundamentales en la Física y proporcionan la base para el estudio del movimiento.

Para una velocidad constante:

Velocidad= distancia/tiempo

Una tercera magnitud fundamental es la masa, como un concepto de la masa es el sentido de cuánta materia contiene un objeto.

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Es un conjunto de medidas universales y estandarizadas, basadas en fenómenos naturales, que permite expresar magnitudes físicas con precisión y coherencia en todo el mundo.

En el sistema SI:

La distancia se mide en metros (m).

El tiempo se mide en segundos (s).

La masa se mide en kilogramos (kg).

La velocidad se mide en metros por segundo (m/s).

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La notación científica nos permite expresar números muy grandes o muy pequeños de manera más compacta, utilizando potencias de 10, como por ejemplo la distancia promedio de la Tierra al centro, 6,371×10^6.

Junto con los prefijos del SI, esta herramienta facilita el manejo de magnitudes extremadamente variadas, ayudándonos a comprender y apreciar el amplio rango de distancias, tiempos y masas que se estudian en Física.

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En Física se usan las unidades del SI, pero en la vida cotidiana o en campos como la química y la medicina se considera más cómodo utilizar otras unidades, como por ejemplo kilómetros por hora, litros o centímetros cúbicos. También aparecen unidades distintas cuando los valores en SI serían demasiado grandes o pequeños, como al hablar de distancias entre galaxias o de la energía de un átomo. Por eso, es importante aprender a convertir entre unidades y acostumbrarse a pensar en términos del SI, relacionando las distancias y masas con cosas que se observan todos los días.

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En el sistema de CGS se emplean los centímetros para la distancia (100cm=1 m), los gramos para la masa (1000g=1 kg) y los segundos para el tiempo.

Por ejemplo, cuando señalan que la densidad del agua es igual a 1,0 g/cm^3. La densidad (se define como masa/volumen).

La conversión entre las unidades del sistema británico y el SI implica utilizar factores de conversión que no son potencias de 10.

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 1.3 Constantes fundamentales y análisis dimensional 

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 1.3 Constantes fundamentales y análisis dimensional 

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La velocidad de la luz en el vacío se define como c=299.792.458 m/s, una magnitud que, a su vez, define el metro. c también está relacionada con las constantes fundamentales de la electricidad y del magnetismo.

Las masas de las partículas subatómicas también son constantes de gran importancia. Los protones y los neutrones forman los núcleos atómicos. Los núcleos y los electrones forman los átomos. Los átomos se unen para formar moléculas. Las moléculas interaccionan para formar las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas que componen nuestro mundo.

Análisis dimensional

A menudo podemos tratar de comprender un problema simplemente examinando las dimensiones, lo cual es un proceso que se denomina análisis dimensional.

La distancia, el tiempo y la masa son las dimensiones básicas de la mecánica. Las restantes magnitudes utilizadas en mecánica combinan estas tres dimensiones básicas.

Las unidades correspondientes en el SI son m^2.

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 1.4 Medidas, incertidumbre y cifras significativas

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 1.4 Medidas, incertidumbre y cifras significativas

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En Física, a menudo es necesario combinar dos o más magnitudes mediante una operación matemática.

Medidas e incertidumbre

Las medidas de las magnitudes físicas implican una cierta incertidumbre.

Los científicos distinguen entre la exactitud y la precisión de una medida. La exac titud hace referencia a lo próxima que está una medida al valor verdadero o aceptado. La precisión hace referencia a la incertidumbre de las medidas individuales, y suele ser el resultado de la «dispersión» de una serie de medidas repetidas, tomadas todas ellas mediante un mismo procedimiento.

Cifras significativas

La precisión de la medida determina el número de cifras significativas en una cierta magnitud. Por ejemplo, suponga que medimos la longitud de una habitación rectangular y vemos que tiene 14,25+- 0,03 m. Esta longitud tiene cuatro cifras significativas, porque, aunque la última cifra (el 5) es dudoso, nos sigue trasmitiendo una cierta información.

Cifras significativas en los cálculos

Las cifras significativas son importantes en la realización de cálculos y para describir los resultados.

A la hora de multiplicar o dividir dos magnitudes, la respuesta debe escribirse con un número de cifras significativas igual al del factor que tenga el menor número de cifras significativas.

A la hora de sumar o restar dos magnitudes, el número de posiciones decimales en el resultado es igual al menor número de posiciones decimales de todos los valores utilizados para el cálculo.

Cifras significativas y redondeo

A menudo es necesario redondear la respuesta final para obtener el número apropiado de cifras significativas. Sin embargo, cada vez que redondeamos estamos descartando información potencialmente útil. Hay que mantener en la calculadora todos los dígitos que se pueda, pero seguir las reglas indicadas de redondeo a la hora de escribir cada respuesta.

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Los físicos hacen a menudo estimaciones del orden de magnitud, expresando una magnitud física con la potencia de 10 más próxima o con el factor de 10 más próximo.

En ocasiones, no tendremos acceso a valores exactos. En esos casos, lo más que podremos hacer es una estimación del orden de magnitud.