Ciencia 2

Cantidades Físicas Fundamentales y Derivadas. Magnitudes y Errores

Las cantidades físicas fundamentales son aquellas que se definen por si solas y no se pueden medirse en función de otras. Son ejemplos de cantidades físicas fundamentales: el tiempo, la temperatura, el espacio (longitud) y la masa. Estas cantidades pueden describirse conceptualmente y pueden ser medidas experimentalmente.

El tiempo es la medida de dos sucesos cualquiera, es decir, la duración de dos sucesos. La temperatura se define como el grado de calor de un cuerpo. El espacio es la distancia que separa a dos puntos. La masa es la cantidad de materia de un cuerpo. Estas cantidades físicas tienen unidades de medida regulados por el sistema internacional de medidas (SI), las cuales son: el segundo (s) para el tiempo; grados Kelvin (°K) para temperatura; el metro (m) para el espacio y el kilogramo (Kg) para la masa.

Por otro lado, las cantidades físicas derivadas como su nombre lo indica son aquellas que se expresan en función de las cantidades físicas fundamentales (longitud, masa y tiempo), mediante leyes válidas en cada dominio. Por ejemplo: volumen, densidad, fuerza, entre otros.

El volumen o metro cúbico (m3), resultado de combinar tres veces la longitud, una de las magnitudes fundamentales. La densidad o cantidad de masa por unidad de volumen, resultado de combinar la masa (magnitud fundamental) con el volumen (magnitud derivada). Se expresa en kilogramos por metro cúbico (Kg/m3). La fuerza magnitud que se define a partir de la segunda ley de Newton (Fuerza=masa x aceleración), la masa es una de las magnitudes fundamentales pero la aceleración es derivada. Por tanto, la unidad resultante (kg × m/s2) es derivada. Esta unidad derivada tiene nombre propio, el newton.

Ahora bien, a partir de las cantidades físicas surgen las magnitudes, entendiéndose por magnitud toda aquella propiedad de los sistemas físicos que se puede medir o estimar por un observador. Se expresan por un número y la respectiva unidad de medida.

Existen diferentes tipos de magnitudes, entre las cuales tenemos: escalares, vectoriales y tensoriales. Las magnitudes escalares son caracterizadas por un valor fijo independiente del observador y carecen de dirección y sentido, como por ejemplo, la masa. En física clásica la masa, la energía, la temperatura o la densidad de un cuerpo son magnitudes escalares que contienen un valor fijo para todos los observadores. Las magnitudes vectoriales, son aquellas que cuentan con cantidad, dirección y sentido como por ejemplo, la velocidad, la fuerza, la aceleración. Las magnitudes tensoriales, caracterizan propiedades o comportamientos físicos modelizables mediante un conjunto de números que cambian tensorialmente al elegir otro sistema de coordenadas asociado a un observador con diferente estado de movimiento o de orientación.

Las mediciones exactas son parte importante de la física.

Pero ninguna medición tiene precisión absoluta, hay una incertidumbre asociada con cada medición. Esta incertidumbre permite conocer el error de la medición. Por lo tanto, la medición se debe realizar varias veces con el fin de minimizar el error experimental, e igualmente calcular la media de las mediciones para obtener el valor más cercano a la realidad.

Con estos valores, se puede calcular el error absoluto y relativo: la diferencia entre la medida y el valor real da el valor absoluto; mientras que el cociente entre le valor absoluto y el valor real da el error relativo expresado en porcentaje.

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INTRO.CIENCIAS FÍSICAS Y MEDIDA

Para la física y la química, en su calidad de ciencias experimentales, la medida constituye una operación fundamental. Sus descripciones del mundo físico se refieren a magnitudes o propiedades medibles. Las unidades, como cantidades de referencia a efectos de comparación, forman parte de los resultados de las medidas. Cada dato experimental se acompaña de su error o, al menos, se escriben sus cifras de tal modo que reflejen la precisión de la correspondiente medida.

Se consideran ciencias experimentales aquellas que por sus características y, particularmente por el tipo de problemas de los que se ocupan, pueden someter sus afirmaciones o enunciados al juicio de la experimentación. En un sentido científico la experimentación hace alusión a una observación controlada; en otros términos, experimentar es reproducir en el laboratorio el fenómeno en estudio con la posibilidad de variar a voluntad y de forma precisa las condiciones de observación.

La física y la química constituyen ejemplos de ciencias experimentales. La historia de ambas disciplinas pone de manifiesto que la experimentación ha desempeñado un doble papel en su desarrollo. Con frecuencia, los experimentos científicos sólo pueden ser entendidos en el marco de una teoría que orienta y dirige al investigador sobre qué es lo que hay que buscar y sobre qué hipótesis deberán ser contrastadas experimentalmente. Pero, en ocasiones, los resultados de los experimentos generan información que sirve de base para una elaboración teórica posterior.

Este doble papel de la experimentación como juez y guía del trabajo científico se apoya en la realización de medidas que facilitan una descripción de los fenómenos en términos de cantidad. La medida constituye entonces una operación clave en las ciencias experimentales.

MAGNITUDES Y MEDIDA

El gran físico inglés Lord Kelvin consideraba que solamente puede aceptarse como satisfactorio nuestro conocimiento si somos capaces de expresarlo mediante números. Aun cuando la afirmación de Lord Kelvin tomada al pie de la letra supondría la descalificación de valiosas formas de conocimiento, destaca la importancia del conocimiento cuantitativo, particularmente en el tipo de ciencia que él profesaba.

La operación que permite expresar una propiedad o atributo físico en forma numérica es precisamente la medida.

Magnitud, cantidad y unidad

La noción de magnitud está inevitablemente relacionada con la de medida. Se denominan magnitudes ciertas propiedades o aspectos observables de un sistema físico que pueden ser expresados en forma numérica. En otros términos, las magnitudes son propiedades o atributos medibles.

La longitud, la masa, el volumen, la fuerza, la velocidad, la cantidad de sustancia son ejemplos de magnitudes físicas. La belleza, sin embargo, no es una magnitud, entre otras razones porque no es posible elaborar una escala y mucho menos un aparato que permita determinar cuántas veces una persona o un objeto es más bello que otro.

La sinceridad o la amabilidad tampoco lo son. Se trata de aspectos cualitativos porque indican cualidad y no cantidad.

En el lenguaje

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