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Magnitudes y unidades físicas

Magnitudes y unidades físicas

El tiempo. La masa. La longitud. Todos estos son conceptos que, sin duda, te son familiares. Hoy en día, ir a una verdulería y pedir 100 gramos de pimientos o de tomates es muy sencillo. Sabemos que nos referimos a la masa del objeto y utilizamos ciertas unidades para describirlo. Pero esto es gracias a un trabajo previo, hecho hace muchos años. Gracias a la clasificación de las magnitudes físicas, hoy en día podemos expresarnos de manera unificada, rápida y efectiva. En este artículo aprenderás más acerca de las magnitudes y las unidades físicas. Quédate, que tan solo te tomará unos minutos. Merece la pena, ¿no?

¿Qué son las magnitudes físicas?

Las magnitudes físicas son las características que podemos medir o percibir de un objeto o fenómeno.

Tomemos el caso de una roca, como ejemplo sencillo.

Una roca tiene varias propiedades, y podemos percibir algunas de ellas utilizando nuestros sentidos:

  • Masa: la roca está compuesta por átomos que tienen masa. Cuando la gravedad actúa sobre esta masa, genera lo que llamamos peso. Lo solemos percibir dado que, al sostener la roca, hemos de ejercer la misma fuerza en dirección opuesta con nuestro brazo para sujetar la roca.
  • Volumen: si se sostiene la roca, esta ocupa un espacio en las manos. El espacio que ocupa la roca es su volumen.
  • Longitud: puedes ver y medir el tamaño de la roca, su anchura, su longitud o su altura.
  • Temperatura: si la roca está expuesta a la luz del sol en un día cálido, puedes sentir el calor transferido por la luz a la roca. En un día frío, sentirás lo contrario. La temperatura es una medida de la energía térmica del objeto, que está relacionada con la energía cinética de las moléculas o átomos que lo componen.
    • Nuestra piel tiene receptores que se conectan con el sistema nervioso y nos dan una idea de la temperatura de los objetos.

Hay otras propiedades más complejas, que se pueden medir en los objetos, como la carga eléctrica o la luminosidad.

Magnitudes y unidades físicas. La masa y la fuerza gravitatoria StudySmarter

Fig. 1 La masa arrastrada por la fuerza gravitatoria (peso) es una de las propiedades más fáciles de percibir para nosotros.

Carga eléctrica

Una magnitud física que podemos medir y que está asociada a las interacciones eléctrica y magnética es la carga eléctrica de un objeto.

La carga eléctrica es la magnitud física que mide la intensidad de las interacciones entre ciertas partículas mediante campos electromagnéticos.

Un ejemplo clásico es cuando se frota un jersey contra un globo. Este intercambiará una carga con el globo, a través de la fricción. Las pequeñas cargas eléctricas del globo se pegarán al jersey, que ganará más carga de la que tenía antes.

Si pasas la mano por encima del jersey, cerca de un objeto metálico, la carga eléctrica saltará al metal y te dará una pequeña descarga. Esto sucede debido a la diferencia de carga entre el jersey y el metal. Cuanto más frotes tu jersey contra el globo, mayor será la descarga eléctrica al hacer contacto con el metal.

Esta pequeña carga eléctrica que puedes sentir se denomina, comúnmente, carga electrostática.

Se define como la falta o el exceso de electrones en un material (en este caso, tu jersey).

Luminosidad

La luminosidad es otra propiedad que podemos tanto medir como percibir con nuestros sentidos. En este caso, utilizamos el sentido de la vista.

La luminosidad es la magnitud física que define la cantidad de energía lumínica o luz por unidad de tiempo que es emitida por un cuerpo.

Si sales a correr a última hora de la tarde, sentirás la diferencia en la luminosidad ambiental. La fuente es el sol, y tus ojos registran la luminosidad mediante células sensibles a la luz.

A medida que la luz disminuye hacia el atardecer, entra menos luz en tus ojos. Esta falta de luz provoca una menor señal a las células, que te informan del cambio de luminosidad. Por la noche, la luminosidad es mínima; es por ello que vemos peor.

Magnitudes y unidades físicas Luminosidad StudySmarter Fig. 2Podemos percibir el cambio de luminosidad al atardecer.

Cantidad de sustancia

Se conoce como cantidad de sustancia al número de moléculas que componen un objeto.

No podemos percibir estas cantidades de manera sencilla, con nuestros sentidos; aunque, por supuesto, podemos medirlas con los experimentos adecuados o a partir de modelos teóricos.

Sabemos intuitivamente que un trozo de hierro pesa más que un trozo de carbono. Podemos tomar una muestra de ambos, que tienen el mismo número de átomos, o X. Mirando la tabla periódica, encontramos que el átomo de carbono tiene seis neutrones y seis protones, mientras que el átomo de hierro tiene 26 neutrones y protones.

En química y física atómica, los neutrones y los átomos son las partículas que tienen la mayor parte de la masa del átomo, lo que significa que la muestra de hierro pesa más, aunque tenga el mismo número X de átomos que el átomo de carbono.

Esta cantidad X, en ciencia, se conoce como mol.

Tiempo

Hay otra propiedad que podemos medir y percibir, y que no está relacionada con ningún objeto. Esta propiedad es el tiempo, y sus unidades son los segundos.

El tiempo es la propiedad que nos indica en qué orden suceden los procesos y la duración de estos.

En un día frío, una taza de té o café caliente se enfría, porque el calor se escapa al aire frío. El proceso siempre va de caliente a frío, si no interviene nada externo.

El periodo que tarda en pasar de caliente a frío es lo que llamamos periodo de tiempo de enfriamiento.

La rotura de una taza siempre se produce en una dirección: de tener una taza completa a tener una rota, nunca al revés.

Las magnitudes físicas y sus medidas

Cuando medimos una propiedad física en la ciencia, la ingeniería e, incluso, nuestro día a día, realmente lo que hacemos es comparar dos o más objetos o fenómenos de forma indirecta. Esto lo hacemos utilizando unidades que conocemos, como el metro o el kilogramo. La explicación es sencilla: podemos definir una única longitud, o longitud base, para comparar todas las demás longitudes. Si nos ponemos de acuerdo para que todo el mundo emplee la misma longitud, esta se convierte en un valor con el que medir otras longitudes.

Unidades de las magnitudes físicas

Ese valor es lo que llamamos unidad, y la comparación de un objeto con ella es lo que conocemos como medición. Esa comparación con un valor que conocemos y mantenemos constante es la forma en que las unidades nos ayudan a medir.

Una unidad en física es un valor estándar en alguna magnitud; se emplea para compararla con otros objetos o fenómenos. Esta comparación recibe el nombre de medición.

Hay unidades para cada propiedad física, desde la masa hasta la cantidad de una sustancia. En el mundo moderno, utilizamos un sistema de unidades denominado Sistema Internacional de Unidades (abreviado como sistema SI), que se emplea en la gran mayoría de comunidades científicas. Las unidades usadas para las siete propiedades físicas básicas se denominan unidades básicas; una de ellas es el kilogramo.

Tomemos otro ejemplo sencillo que nos servirá para definir una unidad muy conocida.

Una roca tiene un peso determinado, pero necesitamos una referencia con la que compararla. La referencia, en este caso, es el peso de un litro de agua. La roca puede pesar una fracción de esta unidad, o puede pesar varias veces más que esta unidad.

Si nuestra roca pesa 2,3 veces el peso del litro de agua, significa que su peso es dos veces el litro de agua más un 30 % de otro litro de agua.

Antes de 2019, el peso de un litro de agua era la base de la unidad que ahora llamamos kilogramo, en el sistema de unidades del SI. En nuestro ejemplo anterior, por tanto, la roca pesa 2,3 kilogramos.

El Sistema Internacional de Unidades

El sistema SI es un estándar que contiene unidades para las siete propiedades básicas. El sistema también utiliza prefijos y notaciones matemáticas (formas estándar) para nombrar y anotar los números grandes y pequeños, respectivamente. Los prefijos se anteponen al nombre de la unidad para indicar su valor.

Ejemplos de ello son el milímetro y el decámetro.

La notación científica son sistemas de potencias para expresar valores grandes y pequeños.

Son ejemplos de ello:

\[\begin{aligned}1\,000\,000&=10^6 \\ 0,000 \, 000 \,000 \, 0002&= 2 \cdot 10^{-13} \end{aligned}\]

Magnitudes físicas y sus unidades del SI

Todas las magnitudes físicas que podemos medir han sido estandarizadas, por lo que cada propiedad tiene una unidad relacionada:

  • Longitud: medida en metros (\(\mathrm{m}\)).

  • Masa: medida en kilogramos (\(\mathrm{kg}\)).

  • Temperatura: medida en Kelvin (\( \mathrm{K}\)) y otras unidades como el Celsius y el Fahrenheit.

  • Carga eléctrica: medida en amperios (\(\mathrm{A}\)).

  • Luminosidad: medida en candelas (\(\mathrm{cd}\)).

  • Cantidad de sustancia: medida en mol (\(\mathrm{mol}\)).

  • Tiempo: medido en segundos (\(\mathrm{s}\)).

Unidades derivadas

El sistema de unidades del SI también contiene unidades derivadas, que se utilizan para medir cantidades más complejas. Las unidades derivadas son una combinación de las siete unidades básicas. A continuación se ofrece una breve lista de algunas unidades derivadas:

  • Área: con unidades longitud al cuadrado.

  • Velocidad o rapidez: definida como el ratio del tiempo y la longitud.

  • Volumen: con unidades longitud al cubo.

  • Densidad: relacionada con el ratio de masa por volumen.

  • Energía: relacionada con la masa, el tiempo y la longitud.

Cada unidad derivada mide una propiedad más compleja, y algunas de ellas tienen sus propios nombres.

Por ejemplo, la unidad de energía es el Joule, mientras que la unidad de presión es el Pascal. Ambas se construyen a partir de las unidades de las magnitudes básicas.

Fórmulas dimensionales

Las unidades tienen dimensiones, que es el nombre que reciben las cantidades físicas que describen. El metro y el kilogramo tienen dimensiones de longitud y masa, respectivamente. Cada una de las siete propiedades físicas básicas que podemos medir funcionan como una dimensión:

  • Metro: su dimensión es longitud.

  • Kilogramo: su dimensión es masa.

  • Segundo: su dimensión es tiempo.

  • Kelvin: su dimensión es temperatura.

  • Mol: : su dimensión es cantidad de sustancia.

  • Amperio: su dimensión es carga eléctrica.

  • Candela: su dimensión es luminosidad".

Cada unidad derivada posee una combinación de dimensiones.

Esta expresión se denomina, a veces, fórmula dimensional y expresa las propiedades que componen las unidades.

Expresiones dimensionales de las unidades derivadas

Para expresar una cantidad cualquiera, en su forma dimensional, hay que hacerlo en sus unidades básicas y sustituirlas por las dimensiones. A continuación se presentan dos ejemplos básicos:

Para expresar la velocidad en su forma dimensional:

Como la velocidad se expresa en metros por segundo o m/s, sus dimensiones son la longitud y el tiempo, expresados como: \(\mathrm{L}\) y \( \mathrm{T}\).

\[\text{velocidad}=\mathrm{m}/\mathrm{s}=\mathrm{L}/\mathrm{T}=\mathrm{L}\cdot \mathrm{T}^{-1}\]

Para expresar la densidad en su forma dimensional:

Las unidades de densidad son igual a kilogramos divididos por volumen. Los kilogramos tienen dimensiones de masa o \(\mathrm{m}\), y los volúmenes tienen dimensiones de metros cúbicos o longitud a la tercera potencia:

\[\text{densidad}=\mathrm{m}/\mathrm{L}^3 = \mathrm{m} \cdot \mathrm{L}^{-3}\]

Magnitudes y unidades físicas - Puntos clave

  • Las propiedades físicas son las propiedades que podemos medir en un objeto o fenómeno.
  • Hay siete propiedades básicas que podemos percibir y medir: la temperatura, la masa, la longitud, la luminosidad, la carga eléctrica, el tiempo y la cantidad de sustancia de la que está compuesto el objeto.
  • Para medir las propiedades de un objeto, utilizamos unidades.
    • Los valores de las unidades se acuerdan y se utilizan para medir las propiedades del objeto con una referencia común.
  • Hoy en día, utilizamos el sistema SI, que se compone de unidades para expresar las siete propiedades básicas y utiliza prefijos y notación matemática para denominar las cantidades.
  • También hay unidades derivadas, hechas de las unidades básicas; se utilizan para expresar los comportamientos más complejos de un objeto, como la velocidad.

Preguntas frecuentes sobre Magnitudes y unidades físicas

Las magnitudes físicas son las características que podemos medir o percibir de un objeto o fenómeno. Algunos ejemplos son: la masa, el volumen, la longitud o la temperatura. 

El Sistema Internacional de Unidades, abreviado como sistema SI, es un sistema que utilizamos para unificar el uso de las mismas unidades en la gran mayoría de comunidades científicas. Por tanto, este sistema recoge cuáles son estas unidades y con qué magnitudes deben ser usadas. 

Las unidades derivadas son una combinación de las siete unidades básicas. A continuación, se ofrece una breve lista de algunas unidades derivadas:

  • Área, con unidades longitud al cuadrado.

  • Velocidad o rapidez, definida como el ratio del tiempo y la longitud.

  • Volumen, con unidades longitud al cubo.

  • Densidad, relacionada con el ratio de masa por volumen.

  • Energía, relacionada con la masa, el tiempo y la longitud.

Una unidad en física es un valor estándar en alguna magnitud; se utiliza para compararla con otros objetos o fenómenos. Esta comparación recibe el nombre de medición. 


Algunos ejemplos de unidades son: los metros, los segundos, los gramos o los amperios. 

Las unidades tienen dimensiones, que es el nombre que reciben las cantidades físicas que describen. Cada unidad derivada posee una combinación de dimensiones. Esta expresión se denomina, a veces, fórmula dimensional y expresa las propiedades que componen las unidades. 


Por ejemplo, al área es la combinación de unidades de longitud, y la densidad es la combinación de masa y volumen. 

Cuestionario final de Magnitudes y unidades físicas

Pregunta

 ¿Qué es una magnitud física?

Mostrar respuesta

Answer

Una propiedad que podemos medir.

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Pregunta

¿Puede una medida de temperatura ser inferior a cero?

Mostrar respuesta

Answer

Sí, puede. Depende de la temperatura de referencia.

Show question

Pregunta

¿Qué ocurre en un flujo de carga negativo?


Mostrar respuesta

Answer

La carga fluye en sentido contrario.

Show question

Pregunta

¿La velocidad está compuesta por magnitudes escalares o vectoriales?

Mostrar respuesta

Answer

La velocidad está compuesta por la longitud y el tiempo. Ambas son magnitudes escalares.

Show question

Pregunta

¿Es la velocidad una cantidad vectorial?

Mostrar respuesta

Answer

Sí, lo es.

Show question

Pregunta

¿Es el tiempo una cantidad escalar?

Mostrar respuesta

Answer

Sí, lo es.

Show question

Pregunta

¿Qué es un vector?

Mostrar respuesta

Answer

Un vector es una cantidad de la que se necesita la dirección y el valor para saber lo que ocurre. El valor de la cantidad se conoce como magnitud.

Show question

Pregunta

¿Qué es una cantidad escalar?

Mostrar respuesta

Answer

Una cantidad escalar puede describirse sin conocer su dirección. La cantidad se llama magnitud y es sólo un número.

Show question

Pregunta

¿El peso y la masa son lo mismo, o son diferentes?

Mostrar respuesta

Answer

Son diferentes. La masa es la cantidad de materia que contiene un objeto. El peso es una fuerza e incluye la atracción de la gravedad.

Show question

Pregunta

¿Están relacionadas las magnitudes físicas y las unidades en física?

Mostrar respuesta

Answer

Sí, lo están.

Show question

Pregunta

Define la masa de un objeto.

Mostrar respuesta

Answer

La masa es la cantidad de materia de un objeto.

Show question

Pregunta

¿De qué están compuestas las magnitudes físicas derivadas?

Mostrar respuesta

Answer

Las magnitudes físicas derivadas se componen de magnitudes físicas elementales.

Show question

Pregunta

¿Es la fuerza una magnitud física elemental?

Mostrar respuesta

Answer

No, no lo es.

Show question

Pregunta

¿Las magnitudes intensivas dependen de la masa y el tamaño de un objeto?

Mostrar respuesta

Answer

No, no dependen.

Show question

Pregunta

¿Cómo se relacionan las magnitudes físicas y las unidades?

Mostrar respuesta

Answer

Una es la propiedad que medimos, mientras que la otra es la cantidad de esa propiedad.

Show question

Pregunta

¿Qué son las magnitudes físicas?

Mostrar respuesta

Answer

Las magnitudes físicas son las propiedades de un objeto que podemos medir.

Show question

Pregunta

Nombra las siete propiedades que puede tener un objeto.

Mostrar respuesta

Answer

La temperatura, la longitud, la masa, la carga eléctrica, el tiempo, la luminosidad y la cantidad de sustancia de la que está compuesto el objeto.

Show question

Pregunta

Nombra una propiedad relacionada con el sistema SI, pero no con los objetos.

Mostrar respuesta

Answer

El tiempo.

Show question

Pregunta

¿Qué sistema utilizamos para medir las unidades?

Mostrar respuesta

Answer

El sistema SI.

Show question

Pregunta

El sistema SI utiliza prefijos. ¿Verdadero o falso?

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

Show question

Pregunta

¿El kilogramo original equivalía a qué volumen de líquido?

Mostrar respuesta

Answer

Un litro de agua.

Show question

Pregunta

Para mediciones más complejas se utiliza una combinación de las unidades básicas. ¿Cómo se llaman estas unidades?


Mostrar respuesta

Answer

Unidades derivadas.

Show question

Pregunta

El tiempo te dice una propiedad del universo, que es la dirección en la que debe ir un proceso si no interviene nada. ¿Verdadero o falso?

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

Show question

Pregunta

Las unidades son valores que se han acordado para medir objetos. ¿Verdadero o falso?

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

Show question

Pregunta

¿Cómo puede explicar el tiempo la rotura de una taza?

Mostrar respuesta

Answer

La rotura de una taza siempre ocurre en una dirección: de tener una taza completa a tener una rota.

Show question

Pregunta

¿Cómo explica el tiempo el calor que escapa de una taza en un día frío?

Mostrar respuesta

Answer

El calor de la taza se escapa al ambiente, siempre de caliente a frío.

Show question

Pregunta

¿Cómo se conoce al número de moléculas que componen un objeto?

Mostrar respuesta

Answer

Cantidad de sustancia.

Show question

Pregunta

Explica cómo puedes sentir la séptima propiedad (el tiempo).

Mostrar respuesta

Answer

De todas las formas aquí descritas.

Show question

Pregunta

¿Cuál de los siguientes es un ejemplo de cómo se puede sentir la carga electrostática?


Mostrar respuesta

Answer

Sentir la carga electrostática de una chaqueta o jersey.

Show question

Pregunta

¿Cuál de las siguientes opciones describe cómo se puede percibir o sentir el peso?


Mostrar respuesta

Answer

Llevando objetos con masas diferentes, como las rocas.

Show question

Pregunta

¿Qué es un prefijo del SI?

Mostrar respuesta

Answer

En física, un prefijo es una palabra utilizada para describir con precisión lo grande o pequeña que es una cantidad.

Show question

Pregunta

 ¿Cuál es el símbolo de micro-?

Mostrar respuesta

Answer

μ.

Show question

Pregunta

¿Cuántos prefijos tiene el sistema SI?


Mostrar respuesta

Answer

Veinte.

Show question

Pregunta

¿Qué prefijo se usa para 45 metros?

Mostrar respuesta

Answer

4,5 decámetros.

Show question

Pregunta

¿Cuál es el prefijo para el millar?


Mostrar respuesta

Answer

Kilo-.

Show question

Pregunta

¿Cuántos órdenes de magnitud separan un lápiz que mide 10 cm y un coche que mide 3 m de longitud?

Mostrar respuesta

Answer

Dos.

Show question

Pregunta

¿Cuáles son los prefijos entre kilo- y mili-?


Mostrar respuesta

Answer

Hecto-, deca-, deci- y centi-.

Show question

Pregunta

¿Qué son los símbolos en el SI?

Mostrar respuesta

Answer

Los símbolos son caracteres o abreviaturas que se utilizan para sustituir a las cantidades.

Show question

Pregunta

¿Cuál es el símbolo de centi-?


Mostrar respuesta

Answer

c.

Show question

Pregunta

Se utiliza el símbolo G para el prefijo Mega. ¿Verdadero o falso?


Mostrar respuesta

Answer

Falso: se utiliza M.

Show question

Pregunta

Mega es el prefijo para millón. ¿Verdadero o falso?

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

Show question

Pregunta

Las centrales eléctricas utilizan prefijos para cantidades mayores. ¿Verdadero o falso?


Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

Show question

Pregunta

¿Cuántos órdenes de magnitud hay entre una ballena azul y su presa, si la ballena mide 20 m y su presa 2 cm?


Mostrar respuesta

Answer

Tres.

Show question

Pregunta

¿Cuántos órdenes de magnitud hay entre el metro y el centímetro?

Mostrar respuesta

Answer

Dos.

Show question

Pregunta

Hay diez prefijos de múltiplos y diez de submúltiplos. ¿Verdadero o falso? 

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

Show question

Pregunta

¿Qué es el Sistema Internacional de unidades?

Mostrar respuesta

Answer

Es un conjunto de valores utilizados para medir magnitudes físicas en todo el mundo.

Show question

Pregunta

¿De qué otra forma se conoce el sistema formado por kilogramos, metros y segundos? 

Mostrar respuesta

Answer

Sistema métrico.

Show question

Pregunta

¿Cuáles son las siete unidades básicas?

Mostrar respuesta

Answer

Metro, kilogramo, mol, segundo, candela, Kelvin y amperio.

Show question

Pregunta

¿Para qué se utiliza la candela? 

Mostrar respuesta

Answer

Para medir la luminosidad de un objeto.

Show question

Pregunta

¿Qué símbolo se utiliza para los Kelvin? 

Mostrar respuesta

Answer

K.

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