Conceptos Básicos de Física: Unidades, Medidas y Errores

Equivalencia del Año Luz en Metros

Un año luz es la distancia que recorre la luz en un año. Para calcular su equivalencia en metros, podemos usar la siguiente fórmula:

Si la velocidad de la luz es 3 x 10⁸ m/s, y un año tiene 3.15 x 10⁷ segundos, entonces:

x = (3 x 10⁸ m/s) x (3.15 x 10⁷ s) = 9.45 x 10¹⁵ m

Por lo tanto, un año luz equivale aproximadamente a 9.45 x 10¹⁵ metros.

Notación Científica

La notación científica es una forma de expresar números muy grandes o muy pequeños de manera compacta. Veamos algunos ejemplos:

• a) 6,022,000,000,000,000 = 6.022 x 10¹⁵
• b) 0.000000000014 s = 1.4 x 10^-11 s

Conversión de Unidades al Sistema Internacional (SI)

Para expresar la masa de un átomo de sodio (23 u) en unidades del SI (kilogramos), utilizamos el factor de conversión 1 u = 1.66 x 10^-27 kg:

23 u x (1.66 x 10^-24 g / 1 u) x (1 kg / 1000 g) = 3.8 x 10^-26 kg

Por lo tanto, la masa de un átomo de sodio es aproximadamente 3.8 x 10^-26 kg.

Medición de Masa con Balanza Analítica

Para medir la masa de una sustancia, se utiliza una balanza analítica. Si la balanza tiene una sensibilidad de 0.001 g, significa que puede reproducir muy bien las medidas, siempre que estas se encuentren dentro de su rango de precisión.

Clasificación de Errores de Medición

Los errores de medición se pueden clasificar según la causa que los produce:

• Errores sistemáticos: Son errores que se producen de forma constante en todas las mediciones. Se deben a la persona que mide o al aparato utilizado. Pueden minimizarse e incluso corregirse.
• Errores accidentales o aleatorios: Son errores que se producen de forma aleatoria y no se pueden predecir. No se pueden evitar.

Imprecisión en la Medición del Tiempo

Se comete mayor imprecisión al decir que un bebé tiene 10 meses que al decir que un joven tiene 20 años. Esto se debe a que el error relativo es mayor en el primer caso:

• Bebé: 1 mes / 10 meses = 0.1
• Joven: 1 año / 20 años = 0.05

Cifras Significativas

El número de cifras significativas (cs) en una medida indica la precisión de la misma:

• a) 0.0208 s tiene 3 cifras significativas.
• b) 2.010 kg tiene 4 cifras significativas.

Uso Correcto de la Cinta Métrica

Si una cinta métrica aprecia hasta el centímetro, no es correcto dar como resultado de una medida el valor 5.245 cm. Esto se debe a que la cinta no aprecia los milímetros. El resultado correcto sería 5.24 m.

Operaciones Matemáticas con Cifras Significativas

Al realizar operaciones matemáticas con medidas, el resultado debe tener el mismo número de cifras significativas que la medida con menor precisión:

• a) 18.065 + 3.17 + 12.21 = 33.445 ≈ 33.44
• b) 3.16 x 2.6 x 7 = 44.24 ≈ 44

Para calcular la media de varias medidas, se suman todas las medidas y se divide entre el número de medidas. El resultado se expresa con el mismo número de cifras significativas que las medidas originales:

(56.2 cm + 56 cm + 56.3 cm + 56.3 cm + 56.5 cm) / 5 = 281.3 cm / 5 = 56.26 cm ≈ 56.3 cm ± 0.1 cm

Propiedades Específicas de la Materia

Las propiedades específicas son aquellas que permiten distinguir un cuerpo de otro. Por ejemplo, la densidad, el punto de fusión, el punto de ebullición, etc.

Cálculo de la Densidad del Aire

Si 28 g de aire ocupan un volumen de 22.4 L, podemos calcular su densidad de la siguiente manera:

Primero, convertimos la masa a kilogramos y el volumen a metros cúbicos:

• Masa: 28 g x (1 kg / 1000 g) = 0.028 kg
• Volumen: 22.4 L x (1 dm³ / 1 L) x (1 m³ / 1000 dm³) = 0.0224 m³

Luego, calculamos la densidad:

Densidad (D) = Masa (M) / Volumen (V) = 0.028 kg / 0.0224 m³ = 1.25 kg/m³

Por lo tanto, la densidad del aire es 1.25 kg/m³.

Cálculo de la Masa de Aire en una Habitación

Para calcular la masa de aire en una habitación de 3.5 m x 2 m x 2.7 m, primero calculamos el volumen:

Volumen = 3.5 m x 2 m x 2.7 m = 18.9 m³

Luego, utilizamos la densidad del aire (1.25 kg/m³) para calcular la masa:

Masa = Densidad x Volumen = 18.9 m³ x 1.25 kg/m³ = 23.6 kg

Por lo tanto, la masa de aire en la habitación es 23.6 kg.

Temperatura y Cero Absoluto

El límite inferior de la temperatura es el cero absoluto, que equivale a 0 K (Kelvin). La relación entre la escala Celsius (°C) y la escala Kelvin (K) es:

°C = K - 273

Por lo tanto, 0 K equivale a -273 °C.

Medición de la Presión Atmosférica

La presión atmosférica se mide con un barómetro de mercurio.