Conceptos Fundamentales de Física: Magnitudes, Vectores y Ecuaciones Dimensionales

Conceptos Fundamentales de Física

La física y la química son ciencias que estudian la materia y sus transformaciones, pero desde perspectivas diferentes.

Física y Química: Definiciones Clave

Física:

Es la ciencia que estudia los fenómenos físicos.

Fenómeno Físico:

Es todo cambio experimentado por la materia que no la afecta sustancialmente, es decir, que no altera su naturaleza interna (ejemplos: movimiento, cambios de estado, dilatación).

Química:

Es la ciencia que estudia los fenómenos químicos.

Fenómeno Químico:

Es todo cambio experimentado por la materia que sí la afecta sustancialmente, es decir, que sí altera su naturaleza interna (ejemplo: cualquier reacción química).

Magnitudes Físicas y su Medición

Para comprender los fenómenos, es esencial poder medirlos. Aquí se definen los conceptos relacionados con la medición:

Magnitud:

Es todo aquello que se puede medir o, dicho de otra forma, todo aquello que es susceptible de ser medido.

Cantidad:

Es un estado concreto de una magnitud, un caso particular (ejemplos: 1 km, 2 kg).

Medir:

Es contar las veces que una cantidad contiene a otra de la misma especie que se toma como referencia y que se llama unidad.

Unidad:

Es la cantidad que se toma como referencia en el acto de medida. Las unidades se agrupan en un sistema de unidades, siendo el más conocido el Sistema Internacional (SI).

Sistema de Unidades:

Es una colección de unidades fundamentales de las que se deducen todas las demás. El más usado es el Sistema Internacional, también conocido como MKS o sistema Giorgi.

Clasificación de las Magnitudes

Las magnitudes se clasifican según dos criterios principales:

1. Según su Origen: Fundamentales y Derivadas

• Magnitudes Fundamentales: Son aquellas que se definen por sí mismas y no dependen de otras magnitudes. Son la base de un sistema de unidades (ejemplos en el SI: longitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura termodinámica, cantidad de sustancia, intensidad luminosa).
• Magnitudes Derivadas: Son aquellas que se expresan en función de las magnitudes fundamentales (ejemplos: velocidad, fuerza, energía, presión).

2. Según su Naturaleza: Escalares y Vectoriales

• Magnitudes Escalares: Una magnitud se dice escalar cuando queda perfectamente definida por el valor de su medida, es decir, por un valor numérico y su unidad (ejemplos: masa, tiempo, longitud, presión, energía, temperatura).
• Magnitudes Vectoriales: Una magnitud se dice vectorial cuando, para quedar perfectamente definida, se requiere no solo un valor numérico y su unidad, sino además una dirección y un sentido.

Vectores: Representación de Magnitudes Vectoriales

Las magnitudes vectoriales se representan mediante vectores.

Vector:

Es un segmento orientado caracterizado por los siguientes parámetros:

• Módulo: Es la longitud del vector y se representa como |a| (siendo a el vector).
• Dirección: Es la recta que contiene al vector y todas sus paralelas.
• Sentido: Es hacia donde apunta la flecha del vector. Cada dirección tiene dos sentidos que son opuestos o contrarios.

El inicio de un vector se llama origen, y la flecha también se llama extremo.

Ecuación Dimensional

Ecuación Dimensional:

Es una expresión simbólica que pone de manifiesto la relación que existe entre una magnitud derivada y las magnitudes fundamentales de las que deriva, es decir, su dependencia de las magnitudes fundamentales.