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B3T3 Fisica
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ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO
BLOQUE III. TEMA 3: Magnitudes físicas, las cosas que se miden.
A Belén le pasaba como a ti; nunca había reparado en que usa diariamente muchos conceptos que son eso, magnitudes físicas. Lo
piensa con detenimiento al ver trabajar a los operarios en su coche. Se da cuenta de lo importante que es la temperatura del motor, la
presión del aire de las ruedas, la densidad del aceite del motor, los kilos (el peso) que puede cargar en él, etc.
Cuando termines de estudiar este tema seguro que sabes algo más sobre
ellas. Bueno, sobre algunas de ellas, porque hay muchas y aquí solo vamos a
repasar algunas. Ya en los bloques anteriores han aparecido algunas y en los
siguientes aparecerán más, porque en la Ciencia el uso de las magnitudes
físicas es indispensable.
Además, aprenderás cómo se relacionan las magnitudes matemáticamente,
otra de las características de las Ciencias, las cuentas, las Matemáticas son
su lenguaje. Pero no te asustes que es muy fácil.
Así que adelante, vamos a ello...
Aunque todas las magnitudes se miden, no todas son iguales. Algunas son "más importantes" que
otras. Son las que los científicos llaman las magnitudes fundamentales.
Aunque ya te hemos contado que hay muchas magnitudes, las magnitudes fundamentales son
muy pocas, solo siete; las siete que puedes ver en la siguiente tabla, junto con el nombre y el
símbolo que se emplea para representar su unidad.
El volumen
Otros símbolos…
Para representar al centímetro cúbico también se usa mucho el símbolo
cc. Sobre todo cuando se está hablando del volumen de los cilindros de un
motor.
Así, hay motos de 49 cc. , de 125 cc., etc. o coches cuyo motor es de 1.1
(1100 cc.), de 1.6 (1600 cc.), etc.
Por ejemplo, el agua que almacena un pantano es tanta (cuando no hay sequía, claro), ocupa
tanto espacio, que su volumen suele medirse en hectómetros cúbicos.
Por supuesto, igual que pasa con las unidades de longitud, superficie y tiempo que
estudiaste en el bloque II, también podemos pasar de una unidad de volumen a otra.
Para hacerlo es muy útil tener presente la escalera del volumen. En ella se tiene en cuenta
que cada unidad es mil veces más grande que la que está en el peldaño inferior.
Todo esto está muy bien, pero cuando vamos a la gasolinera no le decimos al encargado
"póngame 30 dm3 de gasolina" ¿verdad? o bien le decimos 30 litros o llene el depósito o póngame
30 €.
Lo mismo que cuando vamos a la tienda y pedimos un litro de leche o ¿tú pides 1 dm3 de leche?
Para ver el volumen de líquido que puede contener un recipiente usamos otra medida que es la
capacidad, y la unidad elegida para medirla es el litro.
Por ejemplo…
Si un litro equivale a un decímetro cúbico... ¿a cuántos litros equivale un metro cúbico? Pensemos... los pasos son los
siguientes:
1) Lo primero es recordar que un metro cúbico vale 1000 decímetros cúbicos. Esto con palabras
es bastante latoso de escribir, por eso las matemáticas nos ayudan, ya no solo a hacer cuentas,
también a representar con fórmulas ciertas frases, como la anterior, que podría simplificarse
gracias al lenguaje matemático:
1 m3= 1000 dm3
2) Como 1 m3 es 1000 veces mayor que 1 dm3, equivaldrá a algo 1000 veces mayor que el
litro... el kilolitro.
3) Por tanto ya tenemos que: 1 m3 = 1 kl.
1l dl
0,73 l hl
548 kl L
56 ml dal
4. Ahora vamos a pasar de volumen a capacidad y al contrario, no te preocupes, solo tienes que fijarte en las escaleras y
en la tabla de equivalencias:
0,73 l hm3
584 cm3 L
56 ml dm3
5. Calcula el volumen de los cuerpos geométricos que se indican en la tabla de abajo y exprésalo en las unidades que se
piden.
Un ortoedro de 2 x 3 x 4 cm mm3
La masa
La masa de un cuerpo es la cantidad de materia que tiene
Para pasar de una unidad a otra, lo tenemos muy fácil, cada escalón representa 10 unidades de
diferencia, el escalón de arriba siempre es 10 veces mayor que el de abajo.
Nota: Observa que la tonelada y el quintal no son los unidades vistas anteriormente.
La temperatura
La temperatura no tiene nada que ver con el calor, que es otra magnitud
diferente.
La temperatura es una magnitud que refleja el nivel térmico de
un cuerpo (es decir la agitación térmica de sus partículas, o lo
que es lo mismo el movimiento de sus partículas) y el calor es
la energía que pierde o gana en ciertos procesos (es un flujo de
energía entre dos cuerpos que están a diferentes temperaturas y que siempre va
en el sentido de donde hay más calor a donde hay menos).
Para medir la temperatura, normalmente se emplea un metal (el mercurio) en un tubo fino cuya
dilatación está en función de la temperatura y se observa en una escala numérica...¡Tenemos el
termómetro que tan bien conoces (por desgracia...)! Pero hay muchos tipos de termómetros,
hasta los hay digitales.
También se usan los grados Fahrenheit (ºF). Para pasar los grados Fahrenheit a Celsius, basta
aplicar la fórmula matemática:
ºC= (ºF - 32) : 1,8
Así es cómo los científicos escriben "los grados Celsius se obtienen restando 32 a los grados
Fahrenheit y dividiendo luego por 1,8".
Para comprender esto mejor puedes, practicar los cambios de escala de temperatura en una
animación que encontrarás en el apartado de audiovisuales.
Si quieres conocer las teorías que llevaron a Fahrenheit a descubrir su escala de temperaturas consulta
un documento que encontrarás en el apartado de documentación
Magnitudes derivadas son aquellas que se expresan como "combinación" adecuada de las
magnitudes fundamentales (longitud, tiempo, masa, temperatura...)
La presión
Para entender la presión debes saber antes a que llamamos fuerza, ya que la presión es una
magnitud derivada de otras magnitudes (fuerza y superficie)
Llamamos fuerza a toda acción ejercida sobre un objeto capaz de: moverlo (o detener su
movimiento, o de cambiar su forma de moverse, más rápido, más lento o en otra dirección) o
deformarlo. Se mide en una unidad llamada newton (N)
¿Sabes quién era Newton? Aprende algo sobre este importante científico en el apartado de documentación del tema.
Simplemente observando podemos apreciar que los cuerpos según sean blandos o rígidos
(duros) se comportan de forma diferente cuando sobre ellos actúan fuerzas.
Observamos que los cuerpos rígidos, al recibir una fuerza no sufren deformaciones apreciables,
mientras que si la misma fuerza actúa sobre un cuerpo blando se deformaría; así por ejemplo, el
cemento endurecido no se deformaría, pero si lo haría el cemento "fresco", el barro o la nieve, si
sobre cualquiera de estos cuerpos actuase una fuerza.
El efecto que las fuerzas producen sobre los sólidos blandos (deformables) viene determinado por
la presión (P) que ejercen sobre ellos. Vamos a llamar P a la presión, F a la fuerza y S a la
superficie.
Presión será entonces el cociente entre la fuerza aplicada (F) y la superficie (S) sobre la
que se aplica y la unidad fundamental de presión es el pascal (Pa)
Un pascal es la presión que ejerce un newton sobre un metro cuadrado (de forma
perpendicular)
P = F/S
¿Sabes quién era Pascal? Aprende algo sobre este importante científico en el apartado de documentación del tema.
Para comprender mejor esto, piensa: ¿prefieres que te pisen con un tacón fino o con un zapato
plano?
Observa que cuanto menor sea la superficie S, para una misma fuerza, mayor es la presión.
Hagamos memoria
En el bloque anterior estudiaste la presión atmosférica... te recomendamos que vuelvas a echar
un vistazo a esa parte, con tus nuevos conocimientos…
En el apartado de audiovisuales encontrarás una animación muy interesante sobre la presión atmosférica.
“En ella observaremos que la masa de una columna de aire de 1 m 2 es de 10300 kg. También que la fuerza
que ejerce esa columna de aires es igual a la masa de aire por la intensidad de la gravedad (constante "g" =
9,8 m/s2) y ya sabemos que la unidad de fuerza es el Newton (N). La presión es la fuerza que se ejerce por
unidad de superficie:
P=F/S
Por ejemplo…
Para expresar la presión que ejerce una fuerza F = 10 N sobre una superficie S = 2 m2, escribimos:
P = F / S = 10 N / 2 m2 = 5 N / m2 = 5 Pa.
La densidad
A veces vemos dos objetos que "ocupan el mismo espacio"... pero uno de ellos "pesa" más.
La densidad de un objeto, líquido, etc. se calcula dividiendo su masa entre lo que ocupa
(volumen o capacidad).
Por ejemplo, un litro de agua "pesa" un kg, por tanto decimos que el agua tiene una densidad de 1
kg/l. Aunque la unidad del SI es el kg/m3, también es muy usada la unidad g/cm3.
Es decir, la densidad es una magnitud derivada de otras dos: masa y capacidad, y la relación
entre las tres magnitudes puede expresarse con una fórmula:
Si llamamos ρ (esta letra griega, se pronuncia "ró") a la densidad, m a la masa y V al volumen o
capacidad, y si sabemos que la densidad es la masa entre el volumen... la fórmula matemática
que expresa esto es:
ρ = m / V.
Curiosidad
Hablando de la densidad de los líquidos... todos sabemos que no podemos
mezclar agua con aceite, pero... tampoco agua de diferentes
temperaturas, como verás en el video que encontrarás en el apartado de
audiovisuales.
Por ejemplo…
La densidad ρ de una madera de masa m = 60 g que ocupa un volumen V= 80 cm3 se puede calcular con la fórmula:
ρ = m /V
Sustituyendo nuestros datos en la fórmula obtenemos lo que ya sabíamos:
ρ = 60 g/ 80 cm3= 0.75 g/cm3
Y siguiendo con el mismo ejemplo…
Un taco de madera de 60 g que tenga un volumen de 80 cm3 tiene una densidad de 60:80 = 0.75
g/cm3, y si lo queremos expresar en kg/m3 primero hay que pasar:
Los 60 g a kg: dividimos 60 entre los 1000 g que tiene 1 kg y sale 0,06 kg
Y los cm3 a m3: dividimos 80 entre los 1000000 cm3 que tiene 1 m3 y sale 0,000008 m3
Aplicando la definición de densidad, obtenemos: 0,06 / 0,000008 = 750 kg/m3
ρ = ______________
Para despejar una incógnita la dejamos sola en un miembro. Para ello basta saber que podemos pasar cosas de un miembro a otro de
la igualdad sabiendo que:
7850 = M/2
7850 x 2 = M
Resolver una ecuación es dar la solución.
La solución es el valor de la incógnita con el que se cumple nuestra igualdad. En nuestro ejemplo, M = 15700 kg.
Para comprender mejor como funcionan las ecuaciones, visita el enlace de ecuaciones de primer grado que encontrarás en el apartado
de páginas webs.
Normalmente la incógnita se escribe con la letra x, pero como has visto no tiene que ser así.
Una ecuación puede tener varias incógnitas diferentes y ser de muchos tipos.
La velocidad
La velocidad también es una magnitud que depende de
otras, por tanto es otra magnitud derivada. Ya hemos
comentado que depende del tiempo y el espacio (es decir de
la longitud recorrida): podemos decir que la velocidad es el
espacio (longitud) que se recorre, entre el tiempo
tardado en recorrerlo, otro ejemplo de "magnitud
derivada".
En otro bloque dedicado al movimiento te hablaremos de la
velocidad con más detalle, aquí sólo te la presentamos como
otro ejemplo de magnitud.
Aquí puedes ver a Usain Bolt en la prueba olímpica de los
100 metros lisos en Pekín, estableciendo un nuevo récord
del mundo de 9,69 s:
Si recorrió 100 m en 9,69 s ¿cuál fue su velocidad media?
Pues sólo tenemos que dividir el espacio, 100 m, entre el
tiempo, 9,69 s, y obtenemos una velocidad de:
100/9,69 = 10,32 m/s.
Esto puede expresarse con una fórmula matemática. Si llamamos v a la velocidad, t al tiempo y e
al espacio, la expresión "velocidad es espacio partido por tiempo" puede simplificarse así:
v=e/t
Si quieres saber cómo convertir los m/s en km/h, que seguro te gusta más... puedes ver la presentación
que encontrarás en el apartado de audiovisuales. Así podrás saber a cuántos kilómetros por hora corrió
Usain Bolt.
Recuerda:
Presión es fuerza ejercida por unidad de superficie. Se mide en N/m2 aunque existen
otras unidades muy utilizadas. La fórmula matemática correspondiente es P = F/ S
1L 10 dl
0,73 L 0,0073 hl
584 kl 584000 L
56 ml 0,0056 dal
ρ = m/V
7850 kg/m3 = m /2 m3
d) Ya sólo queda hacer la operación y escribir el resultado: m = 7850 X 2 = 15700 , luego solución (con su
unidad): La masa es 15700 kg .