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Magnitud física

Una magnitud física es una cantidad medible de un sistema físico a la que se le pueden asignar distintos valores como resultado de una medición o una relación de medidas. Las magnitudes físicas se miden usando un patrón que tenga bien definida esa magnitud, y tomando como unidad la cantidad de esa propiedad que posea el objeto patrón. Por ejemplo, se considera que el patrón principal de longitud es el metro en el Sistema Internacional de Unidades.

Existen magnitudes básicas y derivadas, que constituyen ejemplos de magnitudes físicas: la masa, la longitud, el tiempo, la carga eléctrica, la densidad, la temperatura, la velocidad, la aceleración y la energía. En términos generales, es toda propiedad de los cuerpos o sistemas que puede ser medida. De lo dicho se desprende la importancia fundamental del instrumento de medición en la definición de la magnitud.[1]

La Oficina Internacional de Pesas y Medidas, por medio del Vocabulario Internacional de Metrología (International Vocabulary of Metrology, VIM), define a la magnitud como un atributo de un fenómeno, un cuerpo o sustancia que puede ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente.[2]​ A diferencia de las unidades empleadas para expresar su valor, las magnitudes físicas se expresan en cursiva: así, por ejemplo, la «masa» se indica con m, y «una masa de 3 kilogramos» la expresaremos como m = 3 kg.

Tipos de magnitudes físicas

Las magnitudes físicas pueden ser clasificadas de acuerdo a varios criterios:

  • Según su expresión matemática, las magnitudes se clasifican en escalares, vectoriales y tensoriales.
  • Según su actividad, se clasifican en magnitudes extensivas e intensivas.

Magnitudes escalares, vectoriales y tensoriales

  • Las magnitudes escalares son aquellas que quedan completamente definidas por un número y las unidades utilizadas para su medida. Las magnitudes escalares están representadas por el ente matemático más simple, por un número. Podemos decir que poseen un módulo pero carecen de dirección. Su valor puede ser:
Además, al considerar otro sistema de coordenadas asociado a un observador con diferente estado de movimiento o de orientación, las magnitudes vectoriales no presentan invariancia de cada uno de los componentes del vector y, por tanto, para relacionar las medidas de diferentes observadores se necesitan relaciones de transformación vectorial. En mecánica clásica el campo electrostático se considera un vector; sin embargo, de acuerdo con la teoría de la relatividad esta magnitud, al igual que el campo magnético, debe ser tratada como parte de una magnitud tensorial.
  • Las magnitudes tensoriales son las que 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 (marco móvil) o de orientación.

De acuerdo con el tipo de magnitud, debemos escoger leyes de transformación (por ej. la transformación de Lorentz) de las componentes físicas de las magnitudes medidas, para poder ver si diferentes observadores hicieron la misma medida o para saber qué medidas obtendrá un observador, conocidas las de otro cuya orientación y estado de movimiento respecto al primero sean conocidos.

Magnitudes extensivas e intensivas

Una magnitud extensiva es una magnitud que depende de la cantidad de sustancia que tiene el cuerpo o sistema. Las magnitudes extensivas son aditivas. Si consideramos un sistema físico formado por dos partes o subsistemas, el valor total de una magnitud extensiva resulta ser la suma de sus valores en cada una de las dos partes. Ejemplos: la masa y el volumen de un cuerpo o sistema, la energía de un sistema termodinámico, etc.

Una magnitud intensiva es aquella cuyo valor no depende de la cantidad de materia del sistema. Las magnitudes intensivas tienen el mismo valor para un sistema que para cada una de sus partes consideradas como subsistemas. Ejemplos: la densidad, la temperatura y la presión de un sistema termodinámico en equilibrio.

En general, el cociente entre dos magnitudes extensivas da como resultado una magnitud intensiva. Ejemplo: masa dividida por volumen representa densidad.

Representación covariante y contravariante

Las magnitudes tensoriales de orden igual o superior a uno admiten varias formas de representación tensorial según el número de índices contravariantes y covariantes. Esto no es muy importante si el espacio es euclídeo y se emplean coordenadas cartesianas, aunque si el espacio no es euclídeo o se usan coordenadas no cartesianas es importante distinguir entre diversas representaciones tensoriales que físicamente representan la misma magnitud. En relatividad general dado que en general el espacio-tiempo es curvo el uso de representaciones convariantes y cotravariantes es inevitable.

Así un vector puede ser representado mediante un tensor 1-covariante o mediante un tensor 1-contravariante. Más generalmente, una magnitud tensorial de orden k admite 2k representaciones tensoriales esencialmente equivalentes. Esto se debe a que en un espacio físico representable mediante una variedad riemanniana (o semiriemanninana como en el caso relativista) existe un isomorfismo entre tensores de tipo   y los de tipo   siempre y cuando  . El paso de una representación a otra de otro tipo se lleva a cabo mediante la operación de "bajar y subir índices".

Magnitudes objetivas y no objetivas

Una magnitud se dice objetiva si las medidas de dicha magnitud por observadores diferentes pueden relacionarse de manera sistemática. En el contexto de la mecánica newtoniana se restringe el tipo de observador, y se considera que una magnitud es objetiva si se pueden relacionar sistemáticamente las medidas de dos observadores cuyo movimiento relativo en un instante dado es un movimiento de sólido rígido. Existen buenos argumentos para sostener que una ley física adecuada debe estar formulada en términos de magnitudes físicas objetivas. En el contexto de la teoría de la relatividad la objetividad física se amplia al concepto de covariancia de Lorentz (en relatividad especial) y covariancia general (en relatividad general).

Sistema Internacional de Unidades

El Sistema Internacional de Unidades se basa en dos tipos de magnitudes físicas:

Unidades básicas o fundamentales del Sistema Internacional de Unidades

Las magnitudes básicas derivadas del SI son las siguientes:

  • Longitud: metro (m). El metro es la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299 792 458 segundos. Este patrón fue establecido en el año 1983.
  • Tiempo: segundo (s). El segundo es la duración de 9 192 631 770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del cesio-133. Este patrón fue establecido en el año 1967.
  • Masa: kilogramo (kg). El kilogramo está definido a base de la constante de Planck, esta equivaliendo a 6.62607015×10−34 kg⋅m²⋅s−1. Este patrón fue establecido en el año 2018, e implementado en el año 2019.[3]
  • Intensidad de corriente eléctrica: amperio (A). El amperio o ampere es la intensidad de una corriente constante que, manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro, en el vacío, produciría una fuerza igual a 2×10−7 newton por metro de longitud.
  • Temperatura: kelvin (K). El kelvin es la fracción 1/273,16 de la temperatura del punto triple del agua.
  • Cantidad de sustancia: mol (mol). El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 12 gramos de carbono-12.
  • Intensidad luminosa: candela (cd). La candela es la unidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540×1012 Hz y cuya intensidad energética en dicha dirección es 1/683 vatios por estereorradián.

Unidades Fundamentales en el Sistema Cegesimal C.G.S.

  • Longitud: centímetro (cm): 1/100 del metro (m) S.I.
  • Tiempo: segundo (s): La misma definición del S.I.
  • Masa: gramo (g): 1/1000 del kilogramo (kg) del S.I.

Unidades Fundamentales en el Sistema Gravitacional Métrico Técnico

  • Longitud: metro (m). La misma definición del Sistema Internacional.
  • Tiempo: segundo (s).La misma definición del Sistema Internacional.
  • Fuerza: kilogramo-fuerza (kgf). El peso de una masa de 1 kg (S.I.), en condiciones normales de gravedad (g = 9,80665 m/s²).

Magnitudes físicas derivadas

Una vez definidas las magnitudes que se consideran básicas, las demás resultan derivadas y se pueden expresar como combinación de las primeras.

Las unidades derivadas se usan para las siguientes magnitudes: superficie, volumen, velocidad, aceleración, densidad, frecuencia, periodo, fuerza, presión, trabajo, calor, energía, potencia, carga eléctrica, diferencia de potencial, potencial eléctrico, resistencia eléctrica, etc.

Algunas de las unidades usadas para esas magnitudes derivadas son:

Referencias

  1. Monsó Ferré, Fernando (2009). Física y Química 3º ESO. Barcelona (España): edebé. p. 1998. ISBN 9788423692460. 
  2. JCGM (2008). «International Vocabulary of Metrology – Basic and General Concepts and Associated Terms (VIM) 3rd Ed.» (pdf) (en inglés). p. 16. Consultado el 7 de marzo de 2010. 
  3. Romero, V. (21 de junio de 2019). «LA CONSTANTE DE PLANCK Y EL KILOGRAMO». Consultado el 20 de enero de 2021. 

Enlaces externos

  •   Wikisource contiene obras originales de o sobre Patrones oficiales de las magnitudes (España).
  •   Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Magnitud física.
  • Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) - The International System of Mesures.
  •   Datos: Q107715
  •   Multimedia: Physical quantities

magnitud, física, magnitud, física, cantidad, medible, sistema, físico, pueden, asignar, distintos, valores, como, resultado, medición, relación, medidas, magnitudes, físicas, miden, usando, patrón, tenga, bien, definida, magnitud, tomando, como, unidad, canti. Una magnitud fisica es una cantidad medible de un sistema fisico a la que se le pueden asignar distintos valores como resultado de una medicion o una relacion de medidas Las magnitudes fisicas se miden usando un patron que tenga bien definida esa magnitud y tomando como unidad la cantidad de esa propiedad que posea el objeto patron Por ejemplo se considera que el patron principal de longitud es el metro en el Sistema Internacional de Unidades Existen magnitudes basicas y derivadas que constituyen ejemplos de magnitudes fisicas la masa la longitud el tiempo la carga electrica la densidad la temperatura la velocidad la aceleracion y la energia En terminos generales es toda propiedad de los cuerpos o sistemas que puede ser medida De lo dicho se desprende la importancia fundamental del instrumento de medicion en la definicion de la magnitud 1 La Oficina Internacional de Pesas y Medidas por medio del Vocabulario Internacional de Metrologia International Vocabulary of Metrology VIM define a la magnitud como un atributo de un fenomeno un cuerpo o sustancia que puede ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente 2 A diferencia de las unidades empleadas para expresar su valor las magnitudes fisicas se expresan en cursiva asi por ejemplo la masa se indica con m y una masa de 3 kilogramos la expresaremos como m 3 kg Indice 1 Tipos de magnitudes fisicas 1 1 Magnitudes escalares vectoriales y tensoriales 1 2 Magnitudes extensivas e intensivas 1 3 Representacion covariante y contravariante 1 4 Magnitudes objetivas y no objetivas 2 Sistema Internacional de Unidades 2 1 Unidades basicas o fundamentales del Sistema Internacional de Unidades 2 2 Unidades Fundamentales en el Sistema Cegesimal C G S 2 3 Unidades Fundamentales en el Sistema Gravitacional Metrico Tecnico 2 4 Magnitudes fisicas derivadas 3 Referencias 4 Enlaces externosTipos de magnitudes fisicas EditarLas magnitudes fisicas pueden ser clasificadas de acuerdo a varios criterios Segun su expresion matematica las magnitudes se clasifican en escalares vectoriales y tensoriales Segun su actividad se clasifican en magnitudes extensivas e intensivas Magnitudes escalares vectoriales y tensoriales Editar Las magnitudes escalares son aquellas que quedan completamente definidas por un numero y las unidades utilizadas para su medida Las magnitudes escalares estan representadas por el ente matematico mas simple por un numero Podemos decir que poseen un modulo pero carecen de direccion Su valor puede ser Independiente del observador p ej la masa la temperatura la densidad etc Depender de la posicion p ej la energia potencial Un estado de movimiento del observador p ej la energia cinetica Las magnitudes vectoriales son aquellas que quedan caracterizadas por una cantidad intensidad o modulo una direccion y un sentido En un espacio euclidiano de no mas de tres dimensiones un vector se representa mediante un segmento orientado Ejemplos de estas magnitudes son la velocidad la aceleracion la fuerza el campo electrico intensidad luminosa etc Ademas al considerar otro sistema de coordenadas asociado a un observador con diferente estado de movimiento o de orientacion las magnitudes vectoriales no presentan invariancia de cada uno de los componentes del vector y por tanto para relacionar las medidas de diferentes observadores se necesitan relaciones de transformacion vectorial En mecanica clasica el campo electrostatico se considera un vector sin embargo de acuerdo con la teoria de la relatividad esta magnitud al igual que el campo magnetico debe ser tratada como parte de una magnitud tensorial Las magnitudes tensoriales son las que caracterizan propiedades o comportamientos fisicos modelizables mediante un conjunto de numeros que cambian tensorialmente al elegir otro sistema de coordenadas asociado a un observador con diferente estado de movimiento marco movil o de orientacion De acuerdo con el tipo de magnitud debemos escoger leyes de transformacion por ej la transformacion de Lorentz de las componentes fisicas de las magnitudes medidas para poder ver si diferentes observadores hicieron la misma medida o para saber que medidas obtendra un observador conocidas las de otro cuya orientacion y estado de movimiento respecto al primero sean conocidos Magnitudes extensivas e intensivas Editar Articulo principal Propiedades intensivas y extensivas Una magnitud extensiva es una magnitud que depende de la cantidad de sustancia que tiene el cuerpo o sistema Las magnitudes extensivas son aditivas Si consideramos un sistema fisico formado por dos partes o subsistemas el valor total de una magnitud extensiva resulta ser la suma de sus valores en cada una de las dos partes Ejemplos la masa y el volumen de un cuerpo o sistema la energia de un sistema termodinamico etc Una magnitud intensiva es aquella cuyo valor no depende de la cantidad de materia del sistema Las magnitudes intensivas tienen el mismo valor para un sistema que para cada una de sus partes consideradas como subsistemas Ejemplos la densidad la temperatura y la presion de un sistema termodinamico en equilibrio En general el cociente entre dos magnitudes extensivas da como resultado una magnitud intensiva Ejemplo masa dividida por volumen representa densidad Representacion covariante y contravariante Editar Las magnitudes tensoriales de orden igual o superior a uno admiten varias formas de representacion tensorial segun el numero de indices contravariantes y covariantes Esto no es muy importante si el espacio es euclideo y se emplean coordenadas cartesianas aunque si el espacio no es euclideo o se usan coordenadas no cartesianas es importante distinguir entre diversas representaciones tensoriales que fisicamente representan la misma magnitud En relatividad general dado que en general el espacio tiempo es curvo el uso de representaciones convariantes y cotravariantes es inevitable Asi un vector puede ser representado mediante un tensor 1 covariante o mediante un tensor 1 contravariante Mas generalmente una magnitud tensorial de orden k admite 2k representaciones tensoriales esencialmente equivalentes Esto se debe a que en un espacio fisico representable mediante una variedad riemanniana o semiriemanninana como en el caso relativista existe un isomorfismo entre tensores de tipo m n displaystyle scriptstyle m n y los de tipo m n displaystyle scriptstyle m n siempre y cuando m n m n displaystyle scriptstyle m n m n El paso de una representacion a otra de otro tipo se lleva a cabo mediante la operacion de bajar y subir indices Magnitudes objetivas y no objetivas Editar Una magnitud se dice objetiva si las medidas de dicha magnitud por observadores diferentes pueden relacionarse de manera sistematica En el contexto de la mecanica newtoniana se restringe el tipo de observador y se considera que una magnitud es objetiva si se pueden relacionar sistematicamente las medidas de dos observadores cuyo movimiento relativo en un instante dado es un movimiento de solido rigido Existen buenos argumentos para sostener que una ley fisica adecuada debe estar formulada en terminos de magnitudes fisicas objetivas En el contexto de la teoria de la relatividad la objetividad fisica se amplia al concepto de covariancia de Lorentz en relatividad especial y covariancia general en relatividad general Sistema Internacional de Unidades EditarArticulo principal Sistema Internacional de Unidades El Sistema Internacional de Unidades se basa en dos tipos de magnitudes fisicas Las siete que toma como unidades fundamentales de las que derivan todas las demas Son longitud tiempo masa intensidad de corriente electrica temperatura cantidad de sustancia e intensidad luminosa Las unidades derivadas que son las restantes y que pueden ser expresadas con una combinacion matematica de las anteriores Unidades basicas o fundamentales del Sistema Internacional de Unidades Editar Articulo principal Unidades basicas del Sistema Internacional Las magnitudes basicas derivadas del SI son las siguientes Longitud metro m El metro es la distancia recorrida por la luz en el vacio en 1 299 792 458 segundos Este patron fue establecido en el ano 1983 Tiempo segundo s El segundo es la duracion de 9 192 631 770 periodos de la radiacion correspondiente a la transicion entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del cesio 133 Este patron fue establecido en el ano 1967 Masa kilogramo kg El kilogramo esta definido a base de la constante de Planck esta equivaliendo a 6 62607015 10 34 kg m s 1 Este patron fue establecido en el ano 2018 e implementado en el ano 2019 3 Intensidad de corriente electrica amperio A El amperio o ampere es la intensidad de una corriente constante que manteniendose en dos conductores paralelos rectilineos de longitud infinita de seccion circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacio produciria una fuerza igual a 2 10 7 newton por metro de longitud Temperatura kelvin K El kelvin es la fraccion 1 273 16 de la temperatura del punto triple del agua Cantidad de sustancia mol mol El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como atomos hay en 12 gramos de carbono 12 Intensidad luminosa candela cd La candela es la unidad luminosa en una direccion dada de una fuente que emite una radiacion monocromatica de frecuencia 540 1012 Hz y cuya intensidad energetica en dicha direccion es 1 683 vatios por estereorradian Unidades Fundamentales en el Sistema Cegesimal C G S Editar Articulo principal Sistema Cegesimal de Unidades Longitud centimetro cm 1 100 del metro m S I Tiempo segundo s La misma definicion del S I Masa gramo g 1 1000 del kilogramo kg del S I Unidades Fundamentales en el Sistema Gravitacional Metrico Tecnico Editar Articulo principal Sistema Tecnico de Unidades Longitud metro m La misma definicion del Sistema Internacional Tiempo segundo s La misma definicion del Sistema Internacional Fuerza kilogramo fuerza kgf El peso de una masa de 1 kg S I en condiciones normales de gravedad g 9 80665 m s Magnitudes fisicas derivadas Editar Articulo principal Unidades derivadas del SI Una vez definidas las magnitudes que se consideran basicas las demas resultan derivadas y se pueden expresar como combinacion de las primeras Las unidades derivadas se usan para las siguientes magnitudes superficie volumen velocidad aceleracion densidad frecuencia periodo fuerza presion trabajo calor energia potencia carga electrica diferencia de potencial potencial electrico resistencia electrica etc Algunas de las unidades usadas para esas magnitudes derivadas son Fuerza newton N que es igual a kg m s Energia julio J que es igual a kg m s Referencias Editar Monso Ferre Fernando 2009 Fisica y Quimica 3º ESO Barcelona Espana edebe p 1998 ISBN 9788423692460 JCGM 2008 International Vocabulary of Metrology Basic and General Concepts and Associated Terms VIM 3rd Ed pdf en ingles p 16 Consultado el 7 de marzo de 2010 Romero V 21 de junio de 2019 LA CONSTANTE DE PLANCK Y EL KILOGRAMO Consultado el 20 de enero de 2021 Enlaces externos Editar Wikisource contiene obras originales de o sobre Patrones oficiales de las magnitudes Espana Wikimedia Commons alberga una categoria multimedia sobre Magnitud fisica Bureau International des Poids et Mesures BIPM The International System of Mesures Datos Q107715 Multimedia Physical quantitiesObtenido de https es wikipedia org w index php title Magnitud fisica amp oldid 137354608, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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