Introducción a la Física: Magnitudes, Unidades y Estados de la Materia

Magnitudes y Unidades

¿Qué es una Magnitud?

Una magnitud es cualquier propiedad que se puede medir, como la velocidad, el tiempo, la masa, etc.

Medición y Unidades

Medir es comparar una magnitud con otra de la misma especie que se toma como unidad. Una unidad es una cantidad arbitraria que se elige para comparar con ella cantidades de la misma especie y a la que se le asigna el valor 1 dentro de esa escala de unidades.

Tipos de Magnitudes

• Fundamentales: Las más sencillas y de uso más frecuente, como la longitud, la masa y el tiempo.
• Derivadas: Se expresan a partir de las fundamentales, como la velocidad (espacio/tiempo) o la densidad (masa/volumen).

Tipos de Medidas

• Directas: Cuando se compara directamente la magnitud con la unidad.
• Indirectas: Cuando su valor se obtiene aplicando alguna ecuación matemática.

El Sistema Métrico Decimal

El Sistema Métrico Decimal es un sistema de unidades en el que las unidades van de 10 en 10. La unidad básica de longitud es el metro (m).

Unidades de Magnitudes Fundamentales

• Longitud (l) – metro (m)
• Tiempo (t) – segundo (s)
• Masa (m) – kilogramo (kg)
• Temperatura (T) – kelvin (K)
• Intensidad de corriente (i) – amperio (A)
• Intensidad luminosa (i) – candela (cd)
• Cantidad de sustancia (n) – mol (mol)

Magnitudes Derivadas

• Superficie: metro cuadrado (m²)
• Velocidad: metro por segundo (m/s)

El Método Científico

El método científico es un procedimiento sistemático y controlado que permite estudiar un fenómeno observado y establecer los modelos y las leyes por las que se rige.

Fases del Método Científico

1. Observación: Consiste en observar y obtener toda la información de forma detallada y exhaustiva.
2. Formulación de Hipótesis: Explicación que aún no ha sido comprobada, por lo que no deja de ser una simple formulación teórica.
3. Experimentación: Fase crucial del método científico que determina la validez o no del trabajo desarrollado.
4. Elaboración de Conclusiones: Una vez establecida la validez de una hipótesis, esta se convierte en una ley científica. La ley se expresa mediante una fórmula que relaciona los datos numéricos que acompañan al fenómeno estudiado.

Varias hipótesis sobre un conjunto de fenómenos interrelacionados forman una teoría. Si los fenómenos son complejos, puede ser necesario recurrir a un modelo, que es una representación simplificada de la realidad.

El Informe Científico

Un informe científico debe incluir las siguientes secciones:

• Título
• Nombre del autor/a
• Fecha de realización
• Introducción: Describe el fenómeno observado y se citan los objetivos.
• Procedimiento Experimental: Explica el procedimiento seguido y se indica el material utilizado y los montajes realizados.
• Resultados: Se anotan los datos y se realizan los cálculos.
• Análisis de los Resultados: Se interpretan los resultados obtenidos.
• Conclusiones Finales: A partir del análisis de los resultados se obtienen conclusiones.
• Bibliografía: Se citan los libros, revistas, etc. que se han consultado, indicando el título y el autor.

Fórmulas Importantes

• Concentración: masa/volumen
• Velocidad: espacio/tiempo
• Volumen: anchura x altura x profundidad

Equivalencias

• 1 m³ = 1 kL
• 1 L = 1 dm³
• 1 cm³ = 1 mL
• 1 h = 60 minutos
• 1 h = 3600 segundos

Precisión y Error

• Precisión de un aparato: Es la mínima variación del valor de la magnitud que es capaz de medir.
• Cifras significativas: Son significativas todas las cifras de 0 y las que son 0 pero se encuentran intercaladas entre otras no nulas, o colocadas a la derecha después de la coma en un número decimal. No son significativas los 0 situados a la izquierda de un número decimal o a la derecha de un número entero.
• Errores sistemáticos: Son los que se producen al medir de la misma forma; estos errores pueden detectarse y suprimirse eliminando la causa que los produce.
• Errores accidentales: Son inevitables ya que unas veces se producen y otras no, por lo que son difíciles de detectar, pueden compensarse repitiendo varias veces la medida y calculando su media aritmética.
• Error absoluto (Ea): Es la diferencia entre el valor real y el valor medido, en valor absoluto; se toma como valor real la media aritmética de las medidas realizadas. Ea = Vr – Vm.
• Error relativo (Er): Es el cociente entre el valor absoluto y el valor real (Er = Ea / Vr). El Er multiplicado por 100 nos da el % de error y es un buen dato para conocer la calidad de la medida.
• Capacidad máxima: Es el valor máximo que se puede medir con ese aparato.
• Precisión: Es el valor mínimo que se puede medir; viene dado por la división más pequeña de la escala de ese instrumento.
• Rango: Es el intervalo comprendido entre el valor mínimo y el máximo que es posible medir con el instrumento.

Gráfica de una Hipérbole

La ecuación de una hipérbole es p.v = k (presión x volumen = constante). Por ejemplo, si P = 8 atm y k = 20, entonces 8.v = 20 y V = 20/8 = 2,5 L.

Gráfica Directamente Proporcional

La ecuación de una gráfica directamente proporcional es k = y/x.

Temperatura

La temperatura en Kelvin se obtiene sumando 273 a la temperatura en grados Celsius.

Abscisas y Ordenadas

Las abscisas son el eje horizontal y las ordenadas son el eje vertical.

Modelo Cinético Molecular de la Materia

El modelo cinético molecular de la materia establece que:

• La materia está formada por partículas muy pequeñas.
• Las partículas están en constante movimiento.
• Las partículas interactúan entre sí (ejercen fuerzas entre ellas).

Estados de la Materia

Estado Sólido

• Partículas muy juntas y en posiciones fijas.
• Las partículas vibran alrededor de su posición de equilibrio.
• Las fuerzas de interacción son muy intensas.
• Forma y volumen fijos.
• No fluyen ni se difunden.

Estado Líquido

• Las partículas están más separadas que en los sólidos, pero mantienen posiciones fijas.
• Las partículas vibran y giran, pero no se deslizan unas respecto a otras.
• Las fuerzas entre partículas son más débiles que en los sólidos.

Estado Gaseoso

• Las partículas están totalmente separadas unas de otras.
• Las partículas se mueven con total libertad.
• No existen fuerzas entre las partículas.

Propiedades de los Estados de Agregación

Cambios de Estado

• Sublimación inversa: Gas a sólido
• Condensación: Gas a líquido
• Solidificación: Líquido a sólido
• Fusión: Sólido a líquido
• Vaporización: Líquido a gas
• Sublimación: Sólido a gas
• Evaporación: A cualquier temperatura en la superficie del líquido.
• Ebullición: A una temperatura fija (punto de ebullición) en toda la masa del líquido.

Leyes de los Gases

• Ley de Boyle-Mariotte (isoterma): P₁V₁ = P₂V₂ = constante
• Ley de Gay-Lussac (isocoro): P₁/T₁ = P₂/T₂ = constante
• Ley de Charles (isobaro): V₁/T₁ = V₂/T₂ = constante