Las magnitudes físicas

Nivel: introductorio Contenido: medición, Sistema Internacional, longitud, superficie y volumen.

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1. ¿Qué es una magnitud física?

En ciencia, la única forma de obtener información sobre los objetos y los fenómenos del entorno es medir sus características mediante procedimientos objetivos y repetibles.

Magnitud física: cualquier propiedad de un cuerpo o un fenómeno que puede medirse.

Ejemplos: la masa, el tiempo, la temperatura, la velocidad, la fuerza, la energía…

Para expresar la medida de una magnitud necesitamos dos cosas:

• una cantidad (un número),
• una unidad de medida adecuada.

Ejemplo: una temperatura de 25 °C, una longitud de 7,2 km o una fuerza de 10 000 N.

Para medir utilizamos instrumentos de medida: cintas métricas para longitudes, probetas para volúmenes, termómetros para temperaturas, balanzas para masas, etc. Cada instrumento compara la magnitud medida con un patrón que actúa como unidad.

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2. Medición: exactitud y precisión

La medición es un procedimiento experimental, así que sus resultados están sujetos a cierta variabilidad. Para juzgar la fiabilidad de una medida hablamos de exactitud y precisión.

2.1. Exactitud

Exactitud: proximidad del valor obtenido al valor real de la magnitud.

Para que un instrumento sea exacto debe estar correctamente calibrado.

2.2. Precisión

Precisión: similitud entre los valores obtenidos al repetir la misma medición.

Cuidado: un instrumento puede ser muy preciso (da siempre lo mismo) pero poco exacto (lejos del valor real). Y al revés.

Exactitud vs precisión: las cuatro combinaciones posibles.

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3. El Sistema Internacional de Unidades (SI)

Una misma magnitud puede expresarse en distintas unidades dependiendo del patrón utilizado (millas, libras, pulgadas, jin…). Para evitar confusiones existe el Sistema Internacional de Unidades (SI).

El SI define siete magnitudes fundamentales, a partir de las cuales se derivan todas las demás.

Magnitud	Nombre de la unidad	Símbolo
Longitud	metro	m
Masa	kilogramo	kg
Tiempo	segundo	s
Temperatura	kelvin	K
Intensidad de corriente eléctrica	amperio	A
Intensidad luminosa	candela	cd
Cantidad de sustancia	mol	mol

3.1. Prefijos del SI

Los múltiplos y submúltiplos de cada unidad se escriben anteponiendo un prefijo. La escala es decimal: cada paso es ×10.

Prefijo	Símbolo	Equivalencia
kilo	k	1 000
hecto	h	100
deca	da	10
(unidad)	—	1
deci	d	0,1
centi	c	0,01
mili	m	0,001

Para subir un escalón se divide por 10. Para bajar uno se multiplica por 10.

3.2. Factores de conversión

Un factor de conversión es una fracción cuyo numerador y denominador representan la misma cantidad en unidades distintas. Por eso siempre vale 1.

Ejemplo: pasar 7,2 km a metros

         1 000 m
7,2 km · ─────── = 7 200 m
          1 km

Reglas:

1. Numerador y denominador deben ser equivalentes.
2. El numerador lleva la unidad que queremos obtener.
3. El denominador lleva la unidad que ya tenemos.

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4. La longitud

Longitud: distancia que separa los dos extremos de un segmento.

Unidad SI: el metro (m).

4.1. Múltiplos y submúltiplos del metro (escala decimal)

Escala de unidades de longitud: cada peldaño es ×10.

Para pasar de m a km → dividir entre 1 000 (3 saltos a la izquierda)
Para pasar de m a mm → multiplicar por 1 000 (3 saltos a la derecha)

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5. La superficie

Superficie (área): extensión en dos dimensiones del espacio.

Como cada dimensión es una longitud, la superficie es una magnitud derivada de la longitud.

Unidad SI: el metro cuadrado (m²).

1 m² es el área de un cuadrado cuyo lado mide 1 m.

5.1. Múltiplos y submúltiplos del m²

Como el metro está elevado al cuadrado, la escala no es ×10, sino ×10² = 100:

Escala de unidades de superficie: cada peldaño es ×100.

Por ejemplo: 1 m² = 100 dm² = 10 000 cm² = 1 000 000 mm².

5.2. Otras unidades de superficie

• Hectárea (ha) = 1 hm² = 10 000 m²
• Área (a) = 1 dam² = 100 m²

5.3. Cálculo de superficies (figuras planas)

Figura	Fórmula
Rectángulo	S = b · h
Paralelogramo	S = b · h (h ⟂ a la base)
Triángulo	S = (b · h) / 2
Polígono regular de n lados	S = (l · ap / 2) · n ó S = (P · ap) / 2

Donde:

• b = base, h = altura,
• l = lado, ap = apotema, P = perímetro.

Triángulo: S = b·h / 2.

Pentágono regular con apotema y lado.

Para polígonos irregulares: dividir en triángulos, sumar.

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6. El volumen

Volumen: extensión en tres dimensiones del espacio.

Unidad SI: el metro cúbico (m³).

6.1. Múltiplos y submúltiplos del m³

Escala ×10³ = 1 000:

Escala de unidades de volumen: cada peldaño es ×1 000.

6.2. El litro (L)

El SI también acepta el litro.

1 L = 1 dm³ = 0,001 m³

Múltiplo	L	dm³	m³
kL	1 000	1 000	1
hL	100	100	0,1
daL	10	10	0,01
L	1	1	0,001
dL	0,1	0,1	0,0001
cL	0,01	0,01	0,00001
mL	0,001	0,001	0,000001

1 mL = 1 cm³

6.3. Volumen de cuerpos geométricos

Cuerpo	Fórmula
Ortoedro (caja)	V = a · b · c
Pirámide	V = (1/3) · A_base · h
Cilindro	V = π · r² · h
Esfera	V = (4/3) · π · r³
Cono	V = (1/3) · π · r² · h

Cilindro y esfera: fórmulas de su volumen.

6.4. Instrumentos de medida del volumen de líquidos

• Probeta graduada – mide volúmenes variables (cilindro graduado).
• Bureta – tubo fino con llave; controla el goteo.
• Pipeta – aforada o graduada; trasvasa volúmenes fijos.
• Matraz aforado – prepara un volumen exacto.

El menisco

Un líquido en un recipiente forma una curva en su superficie llamada menisco, debida a la cohesión y adhesión:

• Cóncavo (agua): el menisco se curva hacia arriba en los bordes → leemos por la parte inferior de la curva.
• Convexo (mercurio): se curva hacia abajo → leemos por la parte superior.

Hay que poner siempre el ojo a la altura del menisco para no cometer error de paralaje.

Menisco cóncavo (agua) y convexo (mercurio).

6.5. Volumen de sólidos irregulares

Si el sólido no es geométrico, se mide por el método del desplazamiento de líquido:

1. Llenar una probeta con un volumen V₁ conocido de agua.
2. Sumergir el sólido completamente.
3. Leer el nuevo volumen V₂.
4. V_sólido = V₂ − V₁.

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Resumen de equivalencias clave

1 m   = 10 dm  = 100 cm = 1 000 mm
1 m²  = 100 dm² = 10 000 cm²
1 m³  = 1 000 dm³ = 1 000 000 cm³
1 L   = 1 dm³ = 1 000 mL = 1 000 cm³
1 ha  = 1 hm² = 10 000 m²
1 a   = 1 dam² = 100 m²