Tema 2 magnitudes y unidades (1)

  • Published on
    01-Jul-2015

  • View
    359

  • Download
    3

DESCRIPTION

fisica

Transcript

  • 1. Tema 2.- Magnitudes y UnidadesMagnitud: Propiedad o Cualidad que essusceptible de ser medida y por lo tantopuede expresarse cuantitativamente.Unidades o Sistema de Unidades: Conjuntode referencias (Unidades) elegidasarbitrariamente para medir todas lasmagnitudes.

2. El ser Humano por naturaleza se empea enmedir, definir, comparar. Por lo tanto desde susorgenes se estableci la necesidad de medir. Las primeras magnitudes empleadas fueron lalongitud y la masa. Aquellas ms intuitivas. Para la longitud se estableci como unidad eltamao de los dedos (pulgadas) y la longitud delpie (pie), entre otros. Algunas sociedades siguenutilizando esta forma de medir. Para la masa , se compararon las cantidadesmediante piedras, granos, conchas, etc. 3. Conveniencia:Cada persona llevaba consigo su propiopatrn de medida Inconveniencia:Las medidas variaban de un individuo aotro, sin poder realizar equivalencias. 4. Los esfuerzos realizados por Carlomagno,para unificar el sistema de unidadesfracasaron debido a que cada seor feudalfijaba por derecho sus propias unidades. A medida que aument el intercambio entrelos pueblos, se present el problema de ladiferencia de patrones y surgi la necesidadde unificar criterios. 5. El primer patrn de medida de longitud loestableci Enrique I de Inglaterra, llamYARDA a la distancia entre su nariz y eldedo pulgar. Le sigue en importancia la TOESAcreada en Francia, consista en una barra dehierro con una longitud aproximada de dosmetros. 6. Posteriormente, con la revolucin francesa se creael sistema mtrico decimal, lo cual permitiunificar las diferentes unidades , y crear unsistema de equivalencias con numeracindecimal. Tambin existen otros sistemas mtricos como elSistema mtrico ingls, Sistema tcnico, y elSistema usual de unidades en Estados unidos(SUEU) que usan otras unidades de medida. Entre ellos tienen equivalencias. El sistema mtrico ms actual corresponde alSistema Internacional de Unidades ( S.I. ) y granparte de las unidades usadas con frecuencia se handefinido en trmino de las unidades estndar delS.I. 7. Los orgenes del S.I. se remontan al s.XVIII cuando sedise el S.Mtrico Decimal basado en parmetrosrelacionados con fenmenos fsicos y notacin decimal. En 1798 se celebr una conferencia cientficaincluyendo representantes de los Pases Bajos, Suiza,Dinamarca, Espaa e Italia, adems de Francia, pararevisar los clculos y disear prototipos modelos. Seconstruyeron patrones permanentes de platino para elmetro y el kilogramo. Adems aparecieron dos nuevos sistemas derivados delanterior: C.G.S. y el Sistema de Giorgi. La Conferencia General de Pesas y Medidas, que ya en 1948 haba establecido elJoule (J) como unidad de energa (1 Cal = 4,186 J), en la 10a Conferencia (1954)adopt el Sistema MKSA (metro, kilogramo masa, segundo, ampere), preexistente -originado en la propuesta del Profesor G. Giorgi de 1902-, en el cual se incluy elKelvin (K) y la Candela (cd), como unidades de temperatura e intensidad luminosarespectivamente. 8. Sistema Internacional deUnidades S.I. Permite unificar criterios respecto a la unidad demedida que se usar para cada magnitud. Es un conjunto sistemtico y organizado deunidades adoptado por convencin El Sistme International dUnits (SI) estacompuesto por tres tipos de magnitudesi. Magnitudes fundamentalesii. Magnitudes derivadasiii. Magnitudes complementarias 9. i. Magnitudes Fundamentales El comit internacional de pesas y medidasha establecido siete cantidades bsicas, yasign unidades bsicas oficiales a cadacantidad 10. i. Magnitudes fundamentalesSmbolo de launidad(Son slo siete)UnidadbsicacantidadLongitud metro mMasa kilogramo kgTiempo segundo sCorriente elctrica Ampere ATemperatura Kelvin KIntensidad luminosa Candela cdCantidad de sustancia mol mol 11. Cada una de las unidades que aparecen en la tablatiene una definicin medible y especfica, quepuede replicarse en cualquier lugar del mundo. De las siete magnitudes fundamentales slo elkilogramo (unidad de masa) se define entrminos de una muestra fsica individual. Estamuestra estndar se guarda en la OficinaInternacional de Pesas y Medidas (BIMP) enFrancia (1901) en el pabelln Breteuil, de Svres. Se han fabricado copias de la muestra originalpara su uso en otras naciones. 12. Definicin de metro Originalmente se defini como ladiezmillonsima parte de un meridiano(distancia del Polo Norte al Ecuador). Esadistancia se registro en una barra de platinoiridiado estndar. Actualmente esa barra seguarda en la Oficina Internacional de Pesas ymedidas de Francia. Se mantiene en una campana de vaco a 0C yuna atmsfera de Presin 13. Definicin actual de metro(ao 1983)El nuevo estndar de longitud del S.I. sedefini como: La longitud de la trayectoria que recorreuna onda luminosa en el vaco durante unintervalo de tiempo igual a1 / 299 792 458 segundos. 14. El nuevo estndar de metro es ms preciso,su definicin se basa en un valor estndarpara la velocidad de la luz. De acuerdo con la Teora de Einstein , lavelocidad de la luz es una constantefundamental cuyo valor exacto es2,99792458 x 10 8 m/scorresponde aproximadamente a:300.000.000 m/s = 300.000 km/s 15. Definicin de segundo La definicin original de tiempo se bas enla idea del da solar, definido como elintervalo de tiempo transcurrido entre dosapariciones sucesivas del sol sobre undeterminado meridiano de la tierra. Un segundo era 1 / 86 400 del da solarmedio 16. Definicin actual de segundo(ao 1976)El nuevo estndar de tiempo del S.I. sedefini como: el tiempo necesario para que el tomo deCesio 133 vibre 9 192 631 770 veces(periodos de la radiacin correspondiente ala transicin entre dos niveles hiperfinos) 17. Los mejores relojes de cesio son tanprecisos que no se adelantan ni se atrasanms de 1 segundo en 300 000 aos 18. Otras definiciones Unidad de temperatura: Kelvin, es lafraccin 1 / 273, 16 de la temperaturatermodinmica del punto triple del agua Unidad de intensidad luminosa: candela, esla intensidad luminosa en una direccindada, de una fuente que emite una radiacinmonocromtica de frecuencia 540 x 1012hertz 19. Unidad de corriente elctrica: Ampere, es laintensidad de una corriente constante quemantenida en dos conductores paralelos,rectilneos, de longitud infinita, de seccincircular despreciable y colocados adistancia de un metro el uno del otro en elvaco , produce entre estos conductores unafuerza determinada por metro de longitud. 20. ii. Magnitudes Derivadas Es posible medir muchas magnitudesadems de las siete fundamentales, talescomo: presin, volumen, velocidad, fuerza,etc. El producto o cuociente de dos o msmagnitudes fundamentales da comoresultado una magnitud derivada que semide en unidades derivadas. 21. ii. Magnitudes derivadasMagnitud unidad bsica Smbolo de launidadArea metro cuadrado m2Volumen metro cbico m3Frecuencia Hertz 1 / s = HzDensidad de masa kilogramo pormetro cbicokg / m3Velocidad metro por segundo m / sVelocidad angular radin por segundo rad / sAceleracin metro por segundocuadradom / s2 22. Fuerza Newton kg m /s2 = NPresin Pascal N / m2 = PaTrabajo y energa Joule N m = JPotencia Watt J/s = WCarga elctrica Coulomb A s = CResistencia elctrica Ohm luminosidad Candela por metrocuadradocd / m2 23. iii. Magnitudes Complementarias Son de naturaleza geomtrica Se usan para medir ngulosmagnitud Unidad demedidaSmbolo de launidadngulo plano Radin radngulo slido Esterorradin sr 24. Las unidades del S.I. no se han incorporado enforma total en muchas aplicaciones industrialessobre todo en el caso de aplicaciones mecnicas ytrmicas, debido a que las conversiones a granescala son costosas. Por este motivo la conversintotal al S.I. tardar an mucho tiempo. Mientrastanto se seguirn usando viejas unidades para lamedicin de cantidades fsicas Algunas de ellas son: pie (ft), slug (slug), libra(lb), pulgada (in), yarda (yd), milla (mi), etc. 25. Recordemos El S.I. adopta slo una unidad de medida paracada magnitud fsica. El S.I. se compone de:i) M. Fundamentales: son 7, no se derivan deotra.ii) M. Derivadas: corresponden al producto ocuociente de s misma de dos o ms magnitudesfundamentales.iii) M. Complementarias: se usan para medirngulos. 26. Mltiplos y submltiplos Otra ventaja del sistema mtrico S.I. sobreotros sistemas de unidades es que usaprefijos para indicar los mltiplos de launidad bsica. prefijos de los mltiplos: se les asignanletras que provienen del griego. prefijos de los submltiplos: se les asignanletras que provienen del latn. 27. Mltiplos (letras Griegas)Prefijo Smbolo Factor de multiplicacinDeca Da 10 101Hecto h 100 102Kilo k 1 000 103Mega M 1 000 000 106Giga G 1 000 000 000 109Tera T 1 000 000 000 000 1012Peta P 1 000 000 000 000 000 1015Exa E 1 000 000 000 000 000 000 1018 28. Submltiplos (Latin)Prefijo Smbolo Factor de multiplicacinDeci d 1 / 10 10 -1Centi c 1 / 100 10 -2Mili m 1 / 1 000 10 -3Micro 1 / 1 000 000 10 -6Nano n 1 / 1 000 000 000 10 -9Pico p 1 / 1 000 000 000 000 10 -12Femto f 1 / 1 000 000 000 000 00 10 -15atto a 1 / 1 000 000 000 000 000 000 10 -18 29. Ejemplos 45 kilmetros = 45 x 1000 metros= 45 000 m 640 A = 640 x 1 = 0,00064 A1 000 000 357,29 milimetros = 357,29 x 1 = 0,357 m1 000 30. Equivalencias ms comunes De Longitud:1 metro (m) = 100 centmetros (cm)1 centmetro (cm) = 10 milmetros (mm)1 metro (m) = 1 000 milmetros (mm)1 kilmetro (km) = 1 000 metros (m)1 kilmetro (km) = 1 000 000 milmetros (mm) 31. Otras equivalencias de longitud 1 pulgada (in) < > 25,4 milmetros (mm) 1 pie (ft) < > 0,3048 metros (m) 1 yarda (yd) < > 0,914 metros (m) 1 milla (mi) < > 1,61 kilmetros 1 metro (m) < > 39,37 pulgadas (in) 1 femtmetro (fm) < > 10 15 metros (m) 32. Equivalencias de masa 1 kilogramo (kg) < > 1 000 gramos (g) 1 tonelada (ton) < > 1000 kilogramos (kg) 1 slug < > 14,6 kilogramos(kg) 33. Equivalencias de tiempo 1 ao < > 365,25 das 1 da < > 24 horas (hr) 1 hora (hr) < > 60 minutos (min) 1 minuto (min) < > 60 segundos (s) 1 hora (hr) < > 3 600 segundos (s) 1 da < > 86 400 segundos (s) 1 ao < > 31 557 600 segundos (s) 34. Equivalencias de rearea = largo x ancho = longitud x longitud 1 metro cuadrado (m2) < > 10 000 centmetros2 (cm2) 35. Equivalencias de volumenVolumen = largo x ancho x alto = long x long x long 1 metro cbico (m3) < > 1 000 000 cm3 1 litro (l) < > 1000 cm3 1 metro cbico (m3) < > 1 000 litros (l)