Tema i Leyes fÍsicas: Magnitudes y Constantes

TEMA I

LEYES FÍSICAS: MAGNITUDES Y CONSTANTES. SISTEMA DE UNIDADES.

• Método científico= observación + razonamiento + experimentación

• Leyes físicas: Reglas cuantitativas que rigen los fenómenos naturales expresadas como relaciones matemáticas entre cualidades observables de los sistemas físicos.

• Estas cualidades de los sistemas físicos se denominan magnitudes

Magnitudes fundamentales del Sistema Internacional

magnitud unidad símbolo

longitud metro m

masa kilogramo kg

tiempo segundo s

intensidad de corriente eléctrica amperio A

temperatura kelvin K

cantidad de materia mol mol

intensidad luminosa candela cd

metro

•1/10.000.000 de la distancia del ecuador terrestre a los polos

•Longitud del patrón conservado en el Museo de Pesas y Medidas de Sèvres (Francia)

•1.650.763,73 veces la longitud de onda de la luz rojoanaranjada emitida por una lámpara especial de Criptón-86, correspondiente a la transición entre los niveles 2p10 y 5d5.

•Distancia que recorre la luz en 1/299.792.458 s

kilogramo

•Masa de 0,001 m3 de agua destilada a 4º C.

•Masa del prototipo de Pt-Ir conservado en el Museo de Pesas y Medidas de Sèvres

•Masa de 1/1,99264824·1026 átomos de 12C.

segundo

•Sesentava parte de un sesentavo de la venticuatroava parte del intervalo de un mediodía al siguiente.

•Tiempo que tardan 9.192.631.770 vibraciones de un átomo de Cesio-133.

amperio: corriente constante que debe circular por dos hilos conductores infinitos, en el vacío, paralelos y separados un metro para que la fuerza que ejerce cada uno sobre un metro del otro sea 2·10-7 N.

kelvin: 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.

mol: cantidad de materia que contiene tantas unidades elementales como átomos hay en 12·10-3 kg de 12C.

candela: intensidad luminosa que emite 1/600.000 m2 de un cuerpo negro a la temperatura de fusión del Pt.

Magnitudes derivadas en el Sistema Internacional

magnitud unidad símbolo

fuerza newton N

energía julio J

potencia watio W

presión pascal Pa

carga eléctrica culombio C

potencial eléctrico voltio V

campo magnético tesla T

frecuencia hertz Hz

Magnitudes suplementariasmagnitud unidad símbolo

ángulo radían rad

ángulo sólido estéreo-radián sr

nombre símbolo potencia de diez

kilo k 3

mega M 6

giga G 9

tera T 12

peta P 15

exa E 18

nombre símbolo potencia de diez

mili m -3

micro -6

nano n -9

pico p -12

femto f -15

atto a -18

múltiplos submúltiplos

Múltiplos y submúltiplos en el S.I.

Constantes universalesConstante de gravitación:

G = 6,670 (15) · 10-11 N m2 kg-2

Constante de Boltzmann:kB = 1,38054 (18) · 10-23 J K-1

Constante de Planck:h = 6,6256 (5) · 10-34 J s

Velocidad de la luz en el vacío:c = 2,99792458 · 108 m s-1

Permitividad eléctrica del vacío:0=8,854187 · 10-12 C2 N-1 m-2

Permeabilidad magnética en el vacío:

0=12,566370 · 10-7 N A-2

Constantes específicas o características

•Módulo de Young•Constante elástica de un muelle•Coeficiente de rozamiento•Resistividad eléctrica•Resistencia eléctrica•Viscosidad de un fluido•…

Dimensiones y análisis dimensional

•Todos los términos de una ley física deben ser dimensionalmente homogéneos.

•Los argumentos de las funciones trigonométricas, exponenciales y logarítmicas deben ser adimensionales.

•El análisis dimensional permite detectar expresiones erróneas.

Semejanza geométrica

•Objetos semejantes: Longitudes

L/L’=

SuperficiesS/S’=2

VolúmenesV/V’=3

Semejanza física

Longitudes L’/L=Fuerzas F’/F=Tiempos t’/t=Temperaturas T’/T=Cargas eléctricas Q’/Q=

¡No todas escalan libremente!

Log(

TASA

MET

ABÓ

LICA

BAS

AL m

l O2 h

-1)

Relación entre la tasa metabólica basal y la masa corporal en los mamíferos Journal of Experimental Biology 208 (2005) 1611

-3 -2 -1 0 1 2 3Log(MASA CORPORAL, kg)

01

23

45