capítulo 1 Naturaleza de la ciencia

capítulo

1

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Lecturas fundamentales 9

Si alguien te pregunta cuál es el ancho de tu pupitre, ¿cómo lo medirías? ¿Lo medirías en pulgadas, centímetros, pies, yardas o metros? Escribe por qué seleccionarías esta unidad de medida.

Unidades y estándaresUn estándar es una cantidad exacta que las personas acuer-

dan usar para comparar las mediciones. Un estándar siempre da exactamente la misma cantidad cuando se usa en cualquier lugar del mundo. Sin los estándares es difícil comparar las cosas que se pueden medir. Supón que un amigo y tú quieren medir su pupitre pero no tienen una regla. Entonces, usan las manos como herramientas para medirlo. Si ambos miden el pupitre usando sus propias manos, ¿obtendrán la misma medida? No puedes estar seguro, porque no sabes si sus manos tienen el mismo tamaño.

Precisión y exactitudImagínate que hay dos personas lanzando flechas hacia un

blanco. La primera persona da en el centro cinco veces en una serie. La segunda nunca da en el blanco, pero todas las flechas quedan cerca de un punto de anotación. ¿Qué puedes decir sobre estos dos arqueros? La puntería del primero fue precisa y exacta. La puntería del segundo sólo fue precisa. La precisión describe lo cercanas que son las mediciones entre sí y con qué cuidado se hicieron. La exactitud compara una medición con un estándar real o aceptado. Cuando tomas medidas, la meta es ser exacto y preciso.

Lee para aprender Tutor

Haz un esquema Haz un esquema de la información en esta sección. Usa todos los encabezados como parte del esquema.

B Organiza la información Mientras lees esta sección haz el siguiente Modelo de papel para organizar información sobre diferentes tipos de mediciones y unidades.

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Lo que aprenderás■ las unidades y símbolos

en el SI para longitud, volumen, masa, densidad, tiempo y temperatura

■ cómo convertir unida-des relacionadas en el SI

sección 2 Estándares de medición

Antes de leer

Tiempo & Temperatura

Materia

Distancia

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10 CAPÍTULO 1 Naturaleza de la ciencia

Sistema Internacional de UnidadesEn 1960, se logró un avance en el sistema métrico, el cual

se conoce como Sistema Internacional de Unidades, identifi-cado por la abreviatura SI, por su nombre francés de Le Système Internationale d’Unités. Los estándares del SI son aceptados y usados por los científicos de todo el mundo. Cada tipo de medida SI tiene una unidad fundamental. La unidad fundamental para la longitud es el metro. Los nombres y símbolos de las siete unidades fundamentales se presentan en la siguiente tabla. Todas las demás unidades SI proceden de estas siete unidades fundamentales.

Unidades fundamentales en el SI

Cantidad medida Unidad Símbolo

Longitud metro m

Masa kilogramo kg

Tiempo segundo s

Corriente eléctrica amperio A

Temperatura kelvin K

Cantidad de sustancia mol mol

Intensidad de la luz candela cd

¿Qué son los prefijos SI?El sistema SI es fácil de usar porque se basa en múltiplos de

10. Al nombre de la unidad fundamental se agrega un prefijo para indicar cuántos múltiplos de 10 se deberán incluir. Por ejemplo, el prefijo kilo- significa 1,000. Eso quiere decir que un kilómetro es igual a 1,000 metros. Esto también significa que un kilogramo es igual a 1,000 gramos. Los prefijos de uso común se presentan en la siguiente tabla.

Prefijos comunes en el SI

Prefijo Símbolo Factor de multiplicación

kilo- k 1,000

deci- d 0.1

centi- c 0.01

mili- m 0.001

micro- μ 0.000 001

nano- n 0.000 000 001

Visualiza 1. Reconoce Encierra en los

círculos las unidades fun-damentales que has visto antes.

Visualiza 2. Identifica ¿Cuál de las

siguientes es la medida más pequeña? (Encierra en un círculo tu opción).

a. decigramo b. nanogramo c. miligramo d. kilogramo

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¿Cómo hacer conversiones entre unidades del SI? En ocasiones, las cantidades se miden usando unidades dife-

rentes. Supón que una maestra tiene 1.3 L de agua para un experimento en clase y necesita 125 mL para hacerlo. Para deter-minar si tiene suficiente agua, primero debe calcular cuántos mL de agua tiene.

Factores de conversión Un factor de conversión se usa para cambiar mediciones de una unidad a otra. Un factor de conversión es una ratio igual a 1. Para una ratio igual a 1, el numerador y el denominador deben tener el mismo valor. El numerador debe ser la unidad nueva. El denominador debe ser la unidad antigua. Por ejemplo, si vas a convertir litros a mililitros, usa el siguiente factor de conversión:

unidad nuevaunidad antigua

1000 mL1 L

=

Para determinar cuánta agua tiene en mL, la maestra multiplica la cantidad de agua por el factor de conversión.

1.3 L × 1000 mL1 L

1.3 L × 1000 mL1 L

1.3 × 1000 mL = 1,300 mL

La maestra tiene 1,300 mL de agua. ¡Es suficiente para su experimento!

Medir distanciasEn ciencias, la palabra longitud se usa para describir la distancia

entre dos puntos. La unidad fundamental en el SI para la longitudes el metro, m. Un bate de béisbol mide casi 1 m de largo. Las reglas y las cintas métricas se usan comúnmente para medir la longitud. Un metro es ligeramente mayor que una yarda, como se muestra en la siguiente figura.

Matemáticas: Aplicación 3. Convierte unidades Una

cuerda mide 3,000 milíme-tros. ¿Cuál es su longitud en metros?

3,000 mm × 1 m1,000 mm

3 000

1, × 1 m

1,000

3,000 m1,000

=

Visualiza 4. Encierra en un círculo la

longitud en que la vara métrica es mayor que la yarda métrica.

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Yarda

Metro





¿Cómo elegir una unidad de longitud? Cuando se mide una distancia, es importante elegir la unidad

adecuada. La unidad que elijas dependerá del objeto que vayas a medir. Por ejemplo, medirías la longitud de un lápiz en centíme-tros (cm). La longitud de tu salón de clases se mediría en metros. La distancia desde la escuela hasta tu casa se mediría en kilómetros (km). Al elegir la mejor unidad, puedes evitar números muy gran-des o muy pequeños. Es más fácil decir que algo mide 21 km en lugar de decir 21,000 m.

Medir el volumenVolumen es la cantidad de espacio que ocupa un objeto. El

volumen de un sólido rectangular, como un ladrillo, se encuentramultiplicando su longitud por el ancho y por la altura (V = l × a × h). Si los lados del ladrillo se midieran en centímetros, cm, el volumen se expresaría en centímetros cúbicos, cm3. Cuando multiplicas las tres mediciones, multiplicas los “cm” tres veces, una vez con cada medición. El resultado es cm3. Si estás tratando de determi-nar cuánto espacio hay en un camión de mudanzas, lo medirías usando metros. El volumen se expresaría en metros cúbicos, m3. Encuentra el volumen de este camión.

2 m 4 m

3 m

Primero determinas la longitud, ancho y altura del camión.

Longitud = 4 m Ancho = 2 m Altura = 3 m

Reemplaza estos valores en la fórmula para hallar el volumen.

V = l × a × h = 4 m × 2 m × 3 m = (4 × 2 × 3)(m × m × m) = 24 m3

El volumen del camión de mudanzas es 24 m3.

Matemáticas: Aplicación 5. Define En los cálculos para

determinar el volumen del camión, (m × m × m) se reescribe como m3. El 3 en m3 se llama exponente. ¿Qué representa un exponente?

Matemáticas: Aplicación

6. Calcula ¿Cuál es el volumen de un ladrillo que tiene una longitud de 20 cm, un ancho de 6 cm y una altura de 5 cm? Muestra tu trabajo.

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¿Cómo medir el volumen de un líquido? Medir el volumen de un líquido en un recipiente es diferente de

medir un objeto sólido porque el líquido no tiene lados. Para medir el volumen de un líquido, tienes que usar un recipiente con una capacidad conocida. Sus unidades de medida deben estar mar-cadas. Las unidades más comunes para expresar el volumen de los líquidos son litros (L) y mililitros (mL). Un mililitro es igual al volumen de 1 cm3. Entonces, el volumen de 1 L es igual a 1,000 cm3. Observa las latas y botellas de alimentos para ver cómo se usan estas medidas.

Medir la materia La masa es la medida de cuánta materia tiene un objeto. La

materia es todo lo que tiene masa y ocupa un espacio. Una pelota de golf y una de ping-pong tienen casi el mismo tamaño. La pelota de golf tiene más materia y masa que la de ping-pong.

¿Qué es densidad?Otra propiedad de la materia es la densidad. La densidad de

un objeto es la cantidad de masa del obejto en una unidad cúbica de volumen. Puedes hallar la densidad dividiendo la masa de un objeto entre su volumen. Supón un objeto de masa 10 g y ocupa un volumen de 2 cm3. La densidad del objeto es 5 g/cm3.

Si dos objetos tienen el mismo tamaño y uno tiene una masa mayor, también tiene una densidad mayor. Esto se debe a que el objeto más denso tiene más masa por unidad cúbica de volumen que la que tiene el otro objeto por una unidad de volumen. La pelota de golf y la de ping-pong tienen casi el mismo volumen. Sin embargo, la pelota de golf tiene una masa mayor. Esto significa que la pelota de golf tiene mayor densidad.

¿Qué son unidades derivadas? La medición para la densidad, g/cm3, es una combinación de

unidades del SI. Una unidad constituida por la combinación de diferentes unidades del SI se denomina una unidad derivada. Una unidad del SI multiplicada por sí misma también se denomina una unidad derivada. Por ejemplo, el litro, que se basa en el decímetro cúbico, y un metro cúbico, m3, son derivadas.

Medir tiempo y temperatura En ocasiones, los científicos necesitan rastrear cuánto tardará

algo en ocurrir o si algo se calienta o se enfría. Estas son medicio-nes de tiempo y temperatura.

El tiempo es el intervalo entre dos eventos. La unidad tiempo en el sistema SI es el segundo (s). Los segundos se miden usualmente con un reloj o un cronómetro.

7. Mide ¿Cuáles son las unidades más comunes para expresar el volumen de los líquidos?

Matemáticas: Aplicación 8. Calcula Supón un objeto

de masa 15 g y ocupa un volumen de 5 cm3. ¿Cuál es la densidad del objeto?

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¿Qué es caliente y qué no? A veces los científicos necesitan medir cuánto se calienta o

enfría algo. La temperatura es una medida que indica cuánta ener-gía tiene algo. Más adelante, aprenderás el significado científico de temperatura.

¿Qué es Celsius? Los científicos usan la escala Celsius (C) para medir la tempera-

tura. Esta escala fue diseñada para mostrar que 0 °C es el punto de congelación del agua y 100 °C es el punto de ebullición. La escala está dividida en 100 partes iguales, o grados, entre el punto de congelación y el punto de ebullición del agua.

¿Qué es Fahrenheit? La medición de temperatura con la que quizá estás más familiari-

zado es la escala Fahrenheit (F). En ella, el agua se congela a 32 °Fy hierve a 212 °F.

¿Qué es Kelvin?La unidad de temperatura del SI es el kelvin (K). En la escala

Kelvin, 0 K se conoce como 0 absoluto. Esta es la temperatura más baja posible. El cero absoluto es igual a –273 °C, que es 273° por debajo de punto de congelación del agua. Las divisiones en las escalas Kelvin y Celsius tienen el mismo tamaño. Esto facilita la conversión entre las dos escalas. El agua se congela a 0 °C. Para convertir este valor a Kelvin, sumas 273 a la temperatura Celsius. Así, en la escala Kelvin, el agua se congela a 273 K. Como el agua hierve a 100 °C, entonces, en la escala Kelvin, hierve a 373 K.

Visualiza 10. Rotula cada termómetro

del diagrama con el nombre de su escala de temperatura.

9. Replantea ¿Cuál es la temperatura de congelación y cuál la de ebullición del agua en la escala Celsius?

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densidad: la masa por unidad de volumen de un material

estándar: una cantidad exacta que la gente acuerda usar para

comparar mediciones

masa: la medición de la cantidad de materia de un objeto

materia: todo lo que tiene masa y ocupa un espacio

SI: Sistema Internacional de Unidades, incluye los criterios

de medida

volumen: la cantidad de espacio ocupado por un objeto


1. Repasa los términos y las definiciones en el Miniglosario. Con tus propias palabras, escribe una oración que explique cuánto afecta la masa a la densidad de un objeto.

2. Completa el siguiente diagrama para organizar la información de esta sección. Para cada unidad incluye el nombre, lo que mide y su símbolo.

Unidades fundamentales en el SI

3. Tutor Piensa en lo que has aprendido. Escribe una forma que te ayude a recordar el significado de volumen.

Después de leerMiniglosario

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Fin de lasección


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