Física básica/Medición

En física es necesario presentar los resultados a través de sistemas de medición que permitan a todos entender de que se tratan los estudios y los resultados, para ello se crearon unidades de patrón que permiten que todos quienes tengan acceso a nuestros estudios puedan interpretar correctamente la información, en Física, que es nuestro caso de estudio, las tres unidades básicas de medición son la longitud (L), masa (M) y el tiempo (t), las demás unidades utilizadas pueden construirse como derivaciones de estas tres fundamentales.

Ahora vamos a ver algunos conceptos básicos que debemos manejar para poder trabajar de manera adecuada con la medición en física.

Conceptos básicos

• Magnitud: Todo aquello que puede ser medido.
• Medir: Comparar una magnitud frente a un patrón o unidad de referencia de medida.
• Magnitudes básicas: Son las magnitudes que no requieren de otras para ser definidas, en mecánica las magnitudes básicas son Longitud, Masa y tiempo.
• Magnitudes derivadas: Son las que se definen a través de la utilización de otras magnitudes, bien sea básicas u otras derivadas.

Existen dos tipos de magnitudes ESCALARES y VECTORIALES que se definirán y tratarán en la siguiente lección.

Cuando los resultados de las mediciones exceden una cantidad presentable de cifras, se utilizan prefijos que amplifican o reducen el número de veces las magnitudes básicas.

Prefijos numéricos

Submúltiplos Letra Nombre Valor d Deci- $10^{-1}$ c Centi- $10^{-2}$ m Mili- $10^{-3}$ $\mu$ Micro- $10^{-6}$ n Nano- $10^{-9}$ p Pico- $10^{-12}$ f Femto- $10^{-15}$ a Atto- $10^{-18}$ z Zepto- $10^{-21}$ y Yocto- $10^{-24}$ r Ronto- $10^{-27}$ q Quecto- $10^{-30}$

Múltiplos Letra Nombre Valor D Deca- $10^{1}$ H Hecto- $10^{2}$ K Kilo- $10^{3}$ M Mega- $10^{6}$ G Giga- $10^{9}$ T Tera- $10^{12}$ P Peta- $10^{15}$ E Exa- $10^{18}$ Z Zetta- $10^{21}$ Y Yotta- $10^{24}$ R Ronna- $10^{27}$ Q Quetta- $10^{30}$

• CONVERSIÓN DE UNIDADES: La transformación del valor de las mediciones hechas en un sistema de medida a otro es muy útil, sobre todo cuando las mediciones ya se encuentran hechas pero no corresponden con el sistema que estamos manejando, para ello se utilizan tablas que contienen los factores correctos de conversión, cabe resaltar que en el trabajo con las unidades de medida, se utilizan procedimientos algebraicos como la cancelación de unidades del mismo sistema. Aquí están las tablas de más utilidad en la conversión de unidades.

Sistemas de unidades de medición

Los sistemas de unidades de medición son conjuntos de reglas y parámetros para registrar las magnitudes tanto básicas como derivadas. Existen diferentes sistemas de unidades de medición, sin embargo los más importantes son tres, nombrados de acuerdo a las iniciales de sus magnitudes básicas

UNIDADES DE MEDICIÓN
MAGNITUD	DIM	M.K.S (S.I)	C.G.S	P.L.S
Longitud	L	Metro (m)	Centímetro (cm)	Pie (ft)
Masa	M	Kilogramo (Kg)	Gramo (g)	Libra (lb)
Tiempo	T	Segundo (s)	Segundo (s)	Segundo (s)
Carga Eléctrica	C	Coulombio (C)	Statcoulombio (stc)	----
Velocidad	$LT^{-1}$	${\frac {m}{s}}$	${\frac {cm}{s}}$	${\frac {ft}{s}}$
Aceleración	$LT^{-2}$	${\frac {m}{s^{2}}}$	${\frac {cm}{s^{2}}}$	${\frac {ft}{s^{2}}}$
Fuerza	$MLT^{-2}$	Newton (N) ${\frac {Kg\times m}{s^{2}}}$	Dina (din) ${\frac {g\times cm}{s^{2}}}$	Poundal (poun) ${\frac {lb\times ft}{s^{2}}}$
Momentum	$MLT^{-1}$	$kg\times {\frac {m}{s}}$	$g\times {\frac {cm}{s}}$	$lb\times {\frac {ft}{s}}$
Trabajo y Energía	$ML^{2}T^{-2}$	Joule (J) ${\frac {kg\times m^{2}}{s^{2}}}$	Ergio (erg) ${\frac {g\times cm^{2}}{s^{2}}}$	Poundal·Pie ${\frac {lb\times ft^{2}}{s^{2}}}$
Potencia	$ML^{2}T^{-3}$	Watt (W)${\frac {kg\times m^{2}}{s^{3}}}$	${\frac {Ergio}{Segundo}}$ ${\frac {g\times cm^{2}}{s^{3}}}$	${\frac {PoundalPie}{Segundo}}$ ${\frac {lb\times ft^{2}}{s^{3}}}$

Análisis dimensional

La dimensión es una palabra que en física, determina la naturaleza de una cantidad, dependiendo de dicha naturaleza se suele decir que la cantidad es adimensional (o sin dimensión cuando la cantidad es simplemente un escalar), unidimensional (que ocupa una sola dimensión, cantidades longitudinales), bidimensional (utilizan dos dimensiones, cantidades de área) y tridimensional (ubicadas en el espacio, cantidades de volumen), aunque realmente en el espacio en que nos encontramos se deba hablar en términos cuatridimensionales, descubrimiento hecho por Albert Einstein, quien describió el universo compuesto por tres dimensiones espaciales un una temporal.

El ANÁLISIS DIMENSIONAL es una eficiente herramienta para evitar la memorización mecánica de ecuaciones ya que tiene dos características muy importantes

• Las dimensiones pueden tratarse como unidades algebraicas
• Las cantidades dimensionales se operan solamente entre cantidades de la misma naturaleza o dimensión

Utilicemos un ejemplo para ver la utilidad del análisis dimensional

Demuestre que $x={\frac {at^{2}}{2}}$ SOLUCIÓN
Lo primero es entender que se nos esta pidiendo demostrar.
Al lado izquierdo de la igualdad x es una cantidad unidimensional es decir que al lado derecho debe construirse una cantidad de la misma naturaleza, sin embargo vemos como aparece el tiempo expresado como una cantidad bidimensional, luego, para poder ver la forma unidimensional debemos recordar que $a={\frac {L}{t^{2}}}$ así al substituir a en la ecuación de x se tiene $x={\frac {1}{2}}{\frac {L}{t^{2}}}t^{2}$ lo que al ser resuelto queda $x={\frac {L}{2}}$ que corresponde con una cantidad unidimensional, quedando demostrada la igualdad, dimensionalmente hablando.

Dimensiones de longitud, área, volumen, velocidad y aceleración
Sistema	Longitud L	Área $(L^{2})$	Volumen $(L^{3})$	Velocidad ${\frac {L}{t}}$	Aceleración ${\frac {L}{t^{2}}}$
S.I. (M.K.S)	m	$m^{2}$	$m^{3}$	${\frac {m}{s}}$	${\frac {m}{s^{2}}}$
C.G.S.	$cm$	$cm^{2}$	$cm^{3}$	${\frac {cm}{s}}$	${\frac {cm}{s^{2}}}$
P.L.S (Inglés)	$f$	$f^{2}$	$f^{3}$	${\frac {f}{s}}$	${\frac {f}{s^{2}}}$