Ejemplos de Conversión de Unidades

 Convertir las Unidades:

Ejemplo 1 Convertir la velocidad v = 25m/s a km/h

Ejemplo 2 El área de una cartulina es de 7752cm2, convertirlos a m2 

Ejemplo 3 La presión dentro de un tanque es de 5,200N/m2. Convertirla a lb/ft2 

Ejemplo 4 Una esfera tiene un radio de 3.6in. Determine el volumen de la esfera en cm3 

Ejemplo 5 Un gran tanque de 500lt se llena de agua hasta su capacidad máxima. Se le practica un agujero en el fondo, de manera que salen por ahí 600cm3 cada segundo. ¿Cuántos minutos tarda en vaciarse el tanque? 

Ejemplo 6 Un electricista necesita trozos de alambre de 50cm. Cuántos alcanza a hacer con un carrete de 200m de alambre 

Conversión de unidades

 Diferentes Unidades de Medida

Es importante, al hacer operaciones con cantidades físicas cuidar la compatibilidad de las unidades involucradas a fin de que el resultado obtenido tenga sentido, es por eso que es importante saber hacer conversiones de unidades, lo cual se ilustrará los ejemplos que resolveremos.

Una conversión de unidades implica transformar una unidad dada en otra unidad deseada, para lo cual se utiliza siempre un factor de conversión que representa una equivalencia entra dos unidades distintas, como por ejemplo, podemos afirmar que 1m es igual a 100cm, o que 1 metro también es igual de 3.281ft, etc.

La operación que realizamos, es la siguiente:

El uso de una de otra, depende del factor de conversión, pero, en ambos, note que la unidad de origen va en el denominador, para que se elimine al hacer la operación.

Por ejemplo, suponga que deseamos convertir 125m en pies, existen 2 factores de conversión posibles, pero ambos darán la misma respuesta: 

Las operaciones de conversión, serían:

Ejemplo: Convertir la masa cuyo valor es de 58kg a gramos. 

Sistemas de unidades

 Unidades Fundamentales 

Son conjuntos de unidades que se relacionan entre sí y son útiles para medir diversas magnitudes (longitud, tiempo, masa, etc.). Los sistemas de más uso son: Sistema Internacional (conocido también como SI) y Sistema Inglés o Británico. Cantidad física es aquel parámetro que se utiliza en la descripción de un fenómeno y que se le puede asignar un valor numérico. Por ejemplo, si el fenómeno a describir, fuera el movimiento, algunas de las cantidades físicas que utilizaríamos serían: la longitud, el tiempo, la velocidad, etc.

Medición es la técnica por medio de la cual asignamos un número a una cantidad física, como resultado de una comparación de dicha cantidad con otra similar tomada como patrón, la cual se ha adoptado como unidad. Por ejemplo, podemos saber cuántos metros mide una habitación contando cuantas veces cabe una barra que usamos como medida de referencia y que le hemos asignado el valor de 1 metro.

Unidad fundamental (patrón) es una magnitud que se toma como referencia para medir otras cantidades del mismo género, cuyo valor es invariable y es conocido y establecido bajo normas internacionales. Las características fundamentales de los patrones de unidades son su invariabilidad y reproducibilidad.

Unidad derivada se define a partir de unidades fundamentales, como los m/s de la velocidad, los kg.m/s2 (N) de la fuerza, etc. .

En la tabla siguiente se muestran algunas cantidades físicas, las cuales requieren de unidades fundamentales o derivadas:

La siguiente tabla muestra las definiciones actuales de los patrones de unidades fundamentales. 

Cantidades Físicas

 Mediciones

La palabra física significa “la naturaleza de las cosas”, y trata principalmente del estudio del universo material. También se le define como aquella que estudia la materia y la energía, sus interacciones y sus cambios. Puede decirse que esta ciencia abarca una inmensa cantidad de mediciones: desde los miles de años luz que separan a las galaxias en el universo, hasta las distancias increíblemente pequeñas que existen entre las partículas subatómicas.

La física es una ciencia que trata de comprender, modelar y explicar los fenómenos físicos del universo y para esos se proponen un número limitado de leyes fundamentales que los expliquen cualitativa y cuantitativamente.

Estas leyes se usan en el desarrollo de teorías que explican los fenómenos observados, así como las nuevas predicciones que emanan de la formulación de estas nuevas teorías. Afortunadamente, el comportamiento de algunos sistemas físicos puede ser explicado con unas cuantas leyes fundamentales.

La observación de un fenómeno, debe dar lugar a información cuantitativa de algún parámetro, como la fuerza, la velocidad, el tiempo, etc, (cantidad física). Para obtener dicha información se requiere la medición de una propiedad física, por ejemplo el diámetro de una pelota, la temperatura del agua, la densidad del acero, la energía generada por un panel de celdas solares, etc. 

Cantidad física.- Es aquel parámetro que se utiliza en la descripción de cualquier fenómeno y que se le puede asignar un valor numérico y por lo tanto, existe en el mundo real, como el tiempo, la masa, la longitud, la energía, etc.

La medición es la técnica por medio de la cual asignamos un número a una propiedad física, como resultado de una comparación de dicha propiedad con otra similar tomada como patrón, la cual se ha adoptado como unidad.

Unidad fundamental (patrón).- Magnitud que se toma como referencia para medir otras cantidades del mismo género, cuyo valor es invariable y es conocido y establecido bajo normas internacionales.

Por ejemplo, ¿podemos tratar de dar un número aproximado para representar la altura del árbol mostrado en la figura? ¿Medirá 1m? o ¿5m? o ¿tal vez 50m? mientras no tengamos algo con que compararlo, es imposible pretender estimar la altura del árbol. 

Pero, ¿qué pasaría ahora si ponemos otro elemento cuya altura podamos estimar? Por ejemplo, en la misma imagen vemos ahora que un hombre aparece en ella, aunque la estatura de un hombre no puede ser utilizado como un estándar de medición, si nos permite tener un estimado del orden de magnitud de la altura del árbol. En este caso, el hombre aparece como una medida de referencia. Podríamos estimar que el árbol es equivalente a la altura que tendrían 3 hombres. No es una media exacta pero sabemos que 1m no es y 50m mucho menos, por el contrario, 5m si es una medida posible. 

Consideremos ahora el siguiente caso. ¿Qué longitud tiene el perno mostrado en la figura? 

Al igual que en caso anterior, mientras no tengamos un elemento de comparación, no es posible responder a la pregunta. ¿Trae con usted una moneda de 10 pesos? 

¿Podría medir el diámetro de esta? Una vez que lo haga, comprobará que su diámetro es de 2.8cm, por lo tanto, podemos utilizar este elemento para compararlo con la longitud del perno. Cuando los comparamos, vemos que el perno es equivalente de 2 monedas de 10 pesos una junto a la otra, tal como se ve en la figura. 

Esto nos indica que el perno tendrá una longitud igual al doble del diámetro de la moneda. En conclusión la longitud del perno será 2 x 2.8cm = 5.6cm de longitud.

Si la situación hubiese sido que se requieran 3 monedas para igualar la longitud del perno, podríamos afirmar que, la longitud del perno sería de 3 x 2.8cm = 8.4cm

La existencia de un gran número de diversas unidades, creaba dificultades en las relaciones internacionales de comercio, en el intercambio de resultados de investigaciones científicas, etc, lo cual creaba la necesidad de homologar la manera en que las mediciones eran hechas.

Durante la Revolución Francesa se creó el Sistema Métrico Decimal o Sistema Internacional de Unidades (SI). La Conferencia General de Pesas y Medidas es el organismo encargado de la unificación mundial de las mediciones físicas. Sus reuniones se llevan a cabo cada cuatro años en las instalaciones de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, con sede en Paris.

En sus orígenes (20 de mayo 1875), solo dos unidades fueron consideradas como necesarias para remediar los conflictos que se ocasionaban por las discordancias que existían entre los diversos métodos de mediciones, estos fueron el metro para la longitud y el kilogramo para la masa. Conforme fueron anexándose las diferentes áreas del conocimiento, se fueron requiriendo más unidades de referencia.

La Conferencia General de Pesas y Medidas reconoce 7 unidades físicas fundamentales. Son las mínimas necesarias para explicar todos los fenómenos observables. 

Como Escribir un Prefijo

 Prefijos

Las cantidades físicas pueden expresar cantidades muy grandes o muy pequeñas, de manera que muchas veces es conveniente la introducción de prefijos que ayuden a leer de forma más sencilla dicha cantidad. Los prefijos se expresan en múltiplos de 10 y la tabla siguiente expresa algunos ejemplos: 

Si queremos expresar una cantidad utilizando un prefijo, la potencia en base diez debe ser equivalente al valor asociado al prefijo. La siguiente tabla muestra los prefijos más utilizados y su equivalencia en potencias de diez. 

De la tabla anterior, vemos que 8.4 x 109s puede escribirse como 8.4Gs (porque Giga (G) es equivalente a 109), de la misma manera que el 2.4 x 10-6m, podría escribirse como 2.4μm (porque el micro (m) es equivalente a 10-6)

Si cuando hacemos una operación el resultado no está en términos de un prefijo conocido, podemos darle la forma adecuada, moviendo el punto decimal a la izquierda o derecha y con ello sumando o restando un entero al exponente base diez.

Por ejemplo, si después de algunas operaciones, obtenemos como resultado una fuerza cuyo valor es F = 2.54 x 105N. Se nos presenta la alternativa de dejar el exponente base diez como 103 o como 106, y con ello utilizar el prefijo kilo o el prefijo Mega. Para el primer caso, deberíamos restar 2 unidades a la potencia original, por lo que el punto decimal se correría a la derecha 2 posiciones (si resto, el punto se corre a la derecha), lo que daría como resultado: 

Para obtener una expresión en términos de 106, debemos sumar una unidad a la potencia base diez, lo que implica correr el punto decimal a la izquierda, así que tenemos: 

Aunque las dos expresiones son correctas, en este tipo de notación, es usual utilizar el prefijo que al menos obligue a que la parte numérica sea mayor a uno, aclarado esto, la respuesta correcta sería usando la base 103, la cual es equivalente al prefijo kilo, por lo que la fuerza sería de 254kN

Nota: a diferencia de la notación científica, en el uso de prefijos no importa que la parte numérica tenga más de un dígito a la izquierda del punto decimal, lo importante es que la potencia de la base de diez coincida con alguno de los prefijos utilizados. .

Otros ejemplos pueden ser: 

Al hacer operaciones con cantidades físicas se debe tener cuidado, sobre todo al sumar y restar, que sean dimensionalmente correctas, es decir, que tengan las mismas dimensiones y que el prefijo sea el mismo. Por ejemplo, solamente se puede sumar una longitud con otra medida de longitud, y si se van a sumar kilogramos, deben añadirse o restarse más kilogramos. 

Entendiendo la Notación científica

 Notación científica

En los cursos de ciencias en general, particularmente en física es frecuente encontrar cantidades físicas muy grandes como el tamaño del universo, el cual es del orden de 900,000,000,000,000,000,000,000,000m o muy pequeñas como el radio de un protón el cual tiene un orden de magnitud de 0.000,000,000,000,001m.

.Utilizar notación científica supone escribir estos números de manera más compacta, a fin de que resulte más sencillo tanto su manejo como su escritura. Todo número escrito en notación científica estará formado por dos partes, una parte numérica con valor mayor o igual a 1 y menor de 10 (llamada mantisa) multiplicada por un número en potencia de diez.

Donde “m” recibe el nombre de mantisa y debe ser de tal manera que:

El valor de “n” puede ser positivo o negativo, dependiendo de si el número es muy grande o muy pequeño.

Por ejemplo, 25,000m es lo mismo que:

De manera que:

Al pasar de 25,000 a 2.5, el punto decimal se corrió hacia la izquierda 4 lugares, los que son equivalentes a la potencia de la base 10.

Al expresar un número grande en notación científica, debemos correr el punto decimal hacia la izquierda hasta que quede un solo dígito a la izquierda del punto decimal. La potencia de la base 10 será igual al número de lugares que se movió el punto decimal. 

.

Por otro lado, para un número pequeño correr el punto decimal a la derecha implica restar una unidad a la potencia de 10. 

Veamos los siguientes ejemplos de notación científica. Note que lo correcto es dejar el número reducido a un solo dígito a la izquierda del punto decimal y el resto de los dígitos formarán parte de los decimales:

Por cada lugar adicional que el punto decimal se mueva hacia la izquierda deberemos sumar una unidad al exponente de la potencia 10.

Por ejemplo, 0.000025m es lo mismo que:

.

De manera que:

Contrario al ejemplo anterior (donde el punto decimal se corrió a la izquierda), correr el punto decimal a la derecha, implica restar una unidad a la potencia de la base 10.

Veamos los siguientes ejemplos de notación científica. Note que lo correcto es dejar el número reducido a un solo dígito a la izquierda del punto decimal y el resto de los dígitos formarán parte de los decimales: 

Pasos De El Método científico

 EL Método científico

La física es una ciencia, y como tal, trata de explicar los fenómenos estableciendo de manera sistemática y confiable las causas de esos fenómenos. Se dice que Galileo Galilei es el padre del Método Científico (sus raíces latinas significan “camino hacia el conocimiento”), ya que afirma que debe establecerse métodos y técnicas experimentales para validar las teorías propuestas. En todo el mundo la física aplica el llamado método científico a la investigación, ya que es un camino para verificar un conocimiento siguiendo unos pasos ordenados y sistematizados que conducirán al descubrimiento de la verdad.

Al diseñar un experimento para validar una teoría, debe tenerse en cuenta que este debe poder ser reproducido por cualquier otro investigador en cualquier otro lugar, a esta característica le llamamos reproducibilidad. Además, toda teoría propuesta debe ser susceptible a ser demostrada o refutada.

Los pasos del método científico son:

Observación: Es aplicar atentamente los sentidos a un objeto o a un fenómeno, para estudiarlo tal como se presenta en la realidad, puede ser ocasional o causalmente.

Inducción: La acción y efecto de extraer, a partir de determinadas observaciones o experiencias particulares, el principio particular de cada una de ellas.

Hipótesis: Consiste en elaborar una explicación provisional de los hechos observados y de sus posibles causas. Experimentación: Se establece un procedimiento experimental con la finalidad de probar la hipótesis planteada.

Teoría: Conjunto de conceptos que explican el fenómeno observado.

Ley: Es la regla o norma constante e invariable de las cosas relativas al fenómeno observado y aplicable a situaciones similares. .

Aun así, no existe ningún método capaz de resolver los misterios del universo que esté libre de errores o fallos.