Conceptos Básicos de Física: Magnitudes, Unidades y el Método Científico

El Método Científico

El objetivo que la ciencia plantea es la búsqueda de explicaciones sistemáticas a fenómenos naturales, que sean comprobables mediante la observación y la experimentación. Para conseguir este objetivo, tenemos el método científico:

1. Observación
2. Planteamiento de hipótesis
3. Comprobación de las hipótesis mediante experimentación (si la hipótesis es correcta, pasa a ser teoría; si no lo es, se plantea una nueva hipótesis)
4. Se llega a una conclusión

Notación Científica

La notación científica permite escribir números grandes o pequeños de manera sencilla usando potencias de 10. El exponente de la potencia de 10 se llama orden de magnitud. Ejemplo: 6.100.000.000 = 6,1 · 10⁹.

Magnitudes Físicas

Se llama magnitud a toda propiedad de un cuerpo que se puede medir. Ejemplo: un bolígrafo se mide en cm. Medir es comparar una magnitud con otra similar que tomemos como unidad, y comprobar cuántas veces contiene la magnitud a dicha unidad. El resultado de una medida es siempre un número y una unidad. La unidad elegida debe:

1. Ser fija y constante
2. Ser universal
3. Ser fácil de reproducir

Clasificación de las Magnitudes Físicas

• Fundamentales: no dependen de otras. Ejemplos: masa, longitud, tiempo.
• Derivadas: dependen de las fundamentales y se calculan a partir de ellas. Ejemplos: velocidad, volumen.
• Escalares: quedan definidas dando el resultado de su medida. Ejemplo: en temperatura basta con decir el valor numérico o escalar y la unidad de medida; 80 ºC (80 es el escalar y ºC es la unidad de medida).
• Vectoriales: tenemos que conocer, aparte de la medida, la dirección, el sentido y el punto de aplicación. Ejemplo: alguien al salir de casa se desplaza 5 m, ¿dónde está? Ejemplo: horizontal, sentido este.

Sistemas de Unidades

Un sistema de unidades es un conjunto de unidades. En 1960 (España en 1967) se aprobó un acuerdo internacional que especificaba las unidades básicas que debían utilizar todos los científicos, dando lugar al Sistema Internacional (SI).

Tabla del SI

Magnitudes y unidades:

• Longitud: metro (m)
• Masa: kilogramo (kg)
• Tiempo: segundo (s)
• Intensidad de corriente eléctrica: amperio (A)
• Temperatura: kelvin (K)
• Superficie: metro cuadrado (m²)
• Volumen: metro cúbico (m³)
• Capacidad: litro (l)
• Velocidad: espacio (longitud) / tiempo (m/s)

Prefijos del SI

• Mega (M): 10⁶ = 1.000.000 m
• Tera (T): 10¹²
• Peta (P): 10¹⁵
• Micra (µ): 10^-6
• Nano (n): 10^-9
• Pico (p): 10^-12

Magnitudes Fundamentales

• Longitud: distancia recorrida por un cuerpo o tamaño de un cuerpo. Los aparatos más usados son la regla y el flexómetro.
• Masa: cantidad de materia que tiene un cuerpo. No confundir con su volumen ni con su peso. Se mide con una balanza.
• Tiempo: duración de un fenómeno. El aparato de medida es el cronómetro.
• Temperatura:
  1. Informa del grado de agitación de las partículas. El cero es la temperatura a la que no hay agitación de partículas y corresponde a 0 Kelvin (273 K). Ejemplo: 10 ºC + 273 = 283 K.
  2. El calor fluye del cuerpo que está a mayor temperatura hacia el cuerpo con menor temperatura hasta igualarse.

  Hay 3 escalas: Celsius, Kelvin y Fahrenheit.

Magnitudes Derivadas

• Volumen: espacio que ocupa un cuerpo material. No confundir con la masa.
• Volumen de líquidos: se mide con pipetas, probetas, buretas y matraces.
• Volumen de sólidos: se mide con fórmulas.

Fórmulas para Calcular el Volumen de Sólidos

• Ortoedro: V = largo · ancho · alto
• Cubo: V = l³
• Prisma: V = área de la base · altura
• Cilindro: V = π · radio² · altura (π ≈ 3,14)
• Esfera: V = 4/3 · π · r³

Densidad de una Sustancia

Nos dice la masa que tiene la unidad de volumen de dicha sustancia. Se calcula aplicando la fórmula: Densidad = masa / volumen. También se puede expresar como: M = D · V o V = M / D. La densidad se mide en kg/m³ o g/cm³. La densidad del agua es 1 g/cm³.