7-F-MyU-22

Vista previa del material en texto

-Magnitudes y Unidades – Mediciones [ 5 ] 
-Magnitudes y Unidades-
>Magnitud:
-De manera simple y general se puede decir que una Magnitud es cualquier propiedad o característica medible de un sistema. Para la Física, las Magnitudes son aquellas propiedades medibles o cuantificables de la Naturaleza, es decir que es posible asignarles objetivamente un valor. 
-Ejemplos de magnitudes físicas: 
Longitud ( L ); Superficie ( S ); Volumen ( V ); Masa ( M ; m ); Tiempo ( t ); Temperatura ( T );
Fuerza ( F ) - Peso ( P ); Presión ( P ); Energía ( E ); Potencia ( P ); Velocidad ( v ); Densidad ( δ ); etc.
Según el Vocabulario Internacional de Metrología (VIM), en sus conceptos fundamentales y generales, y términos asociados (Edición en español, 2012): “Magnitud es una propiedad de un fenómeno, cuerpo o sustancia, que puede expresarse cuantitativamente mediante un número y una referencia (unidad)”.
-Una Magnitud Física es un concepto cuantitativo, el cual queda definido por un proceso de medición determinado. La cuantificación de una magnitud se hace en base a un determinado patrón o unidad de referencia.
>Unidades y Patrones:
-Se llama Unidad a cualquier cantidad que se defina de una magnitud, tomada de forma arbitraria pero convenientemente, la misma es la cantidad de una magnitud que se toma como referencia para la comparación.
“La Unidad es una cantidad del tipo magnitud escalar real, definida y adoptada por convenio, con la que se puede comparar cualquier otra magnitud de la misma naturaleza para expresar la relación entre ambas mediante un número. Las unidades se expresan mediante nombres y símbolos, asignados por convenio”, (VIM, Ed. en Español, 2.012).
La unidad es una cantidad física, particular y definida, de una magnitud que se adopta por convención y con la cual otras cantidades particulares del mismo tipo son comparadas para poder determinar sus valores. La cantidad de la unidad es arbitraria pero tomada de forma conveniente. El Patrón es la materialización de la definición de una unidad. 
-Por ejemplo, la Unidad de Longitud, el metro, se definió originalmente como la diezmillonésima parte del cuadrante de meridiano terrestre y el Patrón fue la cantidad de longitud entre dos trazos grabados en una barra metálica de una aleación de Platino (Pt 90 %) e Iridio (Ir 10 %).
>Sistemas de Unidades:
Un sistema de unidades es un conjunto organizado y específico de unidades, básicas y derivadas, que se utiliza para poder trabajar de manera ordenada y sistemática en la cuantificación de las distintas magnitudes. 
-Ejemplos: Sistema Decimal; Sistema CGS “Cegesimal” [centímetro-gramo-segundo]; Sistema MKS [metro-kilogramo-segundo]; Sistema Técnico; Sistema Internacional de Unidades [ SI ]; SIMELA [Sistema Métrico Legal Argentino].
>Clasificación de las Magnitudes
	Se pueden clasificar en Escalares y Vectoriales o también en Básicas y Derivadas.
-Magnitudes Escalares y Vectoriales
-Magnitudes Escalares: 
Son las magnitudes cuyas cantidades que quedan perfectamente definidas o se expresan mediante un Número y una Unidad. 
-Ejemplos: 
-La Longitud (largo, ancho, alto, profundidad, espesor, distancia, diámetro, …) es una Magnitud del tipo Escalar, por lo tanto las cantidades de Longitud se expresan adecuadamente con un Nº y una Unidad de medida conveniente para el caso: ( 5 cm ), ( 20 m ), ( 100 km ).
-Otros casos: Superficie (área): ( 400 cm² ); Tiempo: ( 5 min ); Masa: ( 50 kg ); Temperatura: ( 25 ºC ); Volumen-Capacidad: ( 250 cm³, 5 dm3, 2 litros: “2 ℓ ; 2 l ; 2 L”, 300 ml ).
-Magnitudes Vectoriales: 
Son magnitudes que necesitan de un conjunto de elementos o características, para que sus cantidades queden perfectamente definidas. 
-Ejemplos: Fuerza – Peso; Desplazamiento; Velocidad; Aceleración.
Los elementos o características son los componentes matemáticos de los vectores: intensidad o módulo (número y unidad); dirección (vertical, horizontal, oblicua o inclinada); sentido (derecha-izquierda; arriba-abajo) y punto de aplicación u origen.
Además, se pueden representar gráficamente mediante vectores, los cuales son segmentos de rectas dirigidos u orientados, realizados en función a una escala gráfica apropiada. 
-Vector:
 -Intensidad- -Dirección-
 
-Punto de Aplicación / Origen- -Sentido-
-[ Escala ]-
-Ejemplo: 
	Suponiendo que se tiene una Fuerza de 250 N expresada gráficamente con el siguiente vector [↑], representado sin escala, se puede realizar el siguiente análisis básico sobre la intensidad, dirección y sentido del caso: [Intensidad: 230 N]; [Dirección: Vertical]; [Sentido: Para arriba].
-Magnitudes Básicas y Derivadas – Unidades Básicas y Derivadas
-Esta clasificación abarca tanto a la Magnitud como también a la Unidad de Medida correspondiente que se utilice en el caso. Por lo tanto, a una magnitud básica le corresponde una unidad básica y a una magnitud del tipo derivada le corresponde una unidad derivada.
-Básicas o Fundamentales: 
Son las que quedan definidas por sí mismas. Son únicas, no derivan de otras. 
Las magnitudes básicas se consideran independientes entre sí, una magnitud básica no puede obtenerse mediante un producto de otras magnitudes básicas, (VIM, Ed. en Español, 2.012).
Una unidad básica o de base es una unidad de medida adoptada por convenio para una magnitud básica, no proviene o se genera mediante la relación de otras unidades.
Por ejemplo, la Magnitud Longitud [ L ] es Básica y su unidad corresponde a una Unidad Básica, el Metro [ m ] en el Sistema SI-MKS y en el Técnico o el [ cm ] en el Sistema CGS.
-Derivadas: 
Son las que están definidas en función a las magnitudes de base de un sistema determinado. Las magnitudes derivadas se obtienen o derivan de otras por medio de una relación de magnitudes de características básicas, es decir que se pueden definir a partir de otras. 
Una magnitud derivada se genera mediante una relación matemática (fórmula) en la cual se aplican las magnitudes básicas que correspondan para el caso, análogamente es la forma de proceder con las unidades.
Por ejemplo, es el caso de la Magnitud Superficie [ S ], la misma es Derivada porque se obtiene mediante la relación de multiplicar dos Longitudes, [ relación o fórmula elemental: ( S = L x L = L² ) ]. Y la Unidad de Superficie correspondiente es una Unidad Derivada, el “metro cuadrado” [ m² ] en el Sistema MKS-SI y Técnico, el cual se obtiene aplicando el metro [ m ] como unidad básica, “[ m x m = m² ]”, si se emplea el Sistema CGS, la unidad derivada obtenida es el [ cm2 ], “[ cm x cm = cm² ]”.
- MEDICIONES -
>Metrología: En general se define como la ciencia de las mediciones y sus aplicaciones, incluye todos los aspectos teóricos y prácticos de las mediciones, cualquiera que sea su campo de aplicación.
“Medición: proceso que consiste en obtener experimentalmente uno o varios valores que pueden atribuirse razonablemente a una magnitud. Una medición supone una comparación de cantidades de una misma magnitud”, (VIM, Ed. en Español, 2.012).
La medición es una técnica operativa que se utiliza para determinar el valor numérico de una cantidad física. El estudio cuantitativo de los fenómenos naturales involucra la medición de cantidades físicas de distintas magnitudes, como también es lo que se da en general en gran parte del trabajo que se tiene en el campo de la técnica, la ingeniería y la tecnología. 
>Medir: 
Hacer una medición o medir es una operación física con la cual se obtiene el valor de la cantidad de una magnitud determinada. Medir significa asignarle un número a una propiedad mensurable, es decir a una propiedad o característica del tipo cuantitativa, por lo tanto, a una magnitud. El proceso de medición transforma las observaciones en números. 
-Operativamente medir es comparar la cantidad de una magnitud con otra cantidad dela misma magnitud que se ha elegido como unidad de referencia. La medición es un proceso en el cual el resultado es un número, llamado medida, que representa el número de veces que la unidad está contenida en la cantidad de la magnitud considerada. En forma simple, una medida es el resultado de la comparación experimental de una cantidad con un patrón (unidad de medida). Por ejemplo, cuando se dice que una distancia mide 5 m, se está diciendo que la distancia (longitud) medida es 5 veces la de la medida patrón (considerada como la “unidad”, para este caso 1 m).
La expresión de la cantidad física de una magnitud determinada se indica como el producto de un número y una unidad
>Proceso de medición: 
El proceso de medición es una operación física experimental que comprende un procedimiento de medida determinado en el cual intervienen los siguientes factores:
	-a) Lo que se quiere medir, cantidad a medir de una magnitud.
	-b) El instrumento de medida.
	-c) La unidad utilizada.
	-d) La persona que mide, operador, técnico u observador.
>Valor de una medición: 
En general se suele pensar en cantidades de magnitudes únicas, exactas, pero en una medición nunca se obtiene un valor exacto o verdadero. Sólo en el caso de las unidades de medida, las cantidades correspondientes, por definición, valen exactamente uno ( 1 m ; 1 g ; 1 ºC ). En las mediciones no es factible obtener valores exactos, sólo es posible lograr valores aproximados de las cantidades que se miden. 
	
“El valor verdadero o exacto es imposible de concretar, el valor exacto no existe”.
Junto a cada medición existe una indeterminación o incerteza debida a factores que hacen imposible lograr valores exactos. En física el error no es algo malo o indeseable, no es una muestra de inhabilidad o impericia, el error o incerteza siempre está presente y el esfuerzo se debe centrar en conocerlo y hacerlo lo más pequeño posible.
>Error experimental, incerteza o indeterminación: 
En las mediciones que se realizan en física hay factores que las afectan y que impiden la obtención de las medidas exactas. Los factores pueden ser conocidos y controlados por el observador o no, por ejemplo, fallas en el instrumento o procedimientos incorrectos. En el campo de la metrología o de las mediciones hay que convivir con las incertezas, incertidumbres, indeterminaciones, imprecisiones o errores de las mediciones.
>Instrumento de medida:
-En la Ley Nacional de Metrología Nº 19.511, SIMELA, se denomina de manera genérica a un instrumento de medición como todo aparato, medio o elemento que sirva para contar o determinar valores de cualquier magnitud.
-“Instrumento de medida: Es un dispositivo utilizado para realizar mediciones, solo o asociado a uno o varios dispositivos suplementarios, (VIM, Ed. en Español, 2.012)”.
En general se puede decir que es todo elemento, aparato o artefacto que permite obtener la medida de la cantidad de una determinada magnitud. 
-Ejemplos de diferentes instrumentos de medición, generales y específicos, para ser aplicados en las magnitudes correspondientes:
	-Para Longitudes: Regla graduada, Cinta métrica, Centímetro, Calibre o Pie de Rey, Micrómetro o Palmer. 
-Masa: Balanza. 
-Intensidad de una Fuerza – Peso: Dinamómetro.
-Tiempo: Reloj, Cronómetro.
-Ángulos: Transportador, Goniómetro, Nivel.
-Instrumentos volumétricos (Volumen – Capacidad): “Jarra-Recipiente graduado”, Probeta, Pipeta, Bureta, Vaso de precipitado, Erlenmeyer, Matraz aforado.
-Temperatura: Termómetro. 
-Densidad: Densímetro.
-Presión: Manómetro (general), Barómetro (presión atmosférica).
-Intensidad de velocidad (Rapidez): Velocímetro, Anemómetro (para el viento).
-Intensidad de la corriente eléctrica: Amperímetro.
No existe instrumento que pueda medir sin error la cantidad de una magnitud física determinada. Todo instrumento de medida tiene un límite de seguridad para cuantificar la cantidad que se mide, el límite se denomina apreciación y corresponde al mínimo valor que se puede obtener con dicho instrumento.
-Características de los instrumentos
>Apreciación de un instrumento: 
Se llama apreciación de un instrumento de medida al valor de la menor división de su escala, por lo tanto, es el mínimo valor, seguro, que se puede obtener con dicho instrumento. 
En los instrumentos digitales es el dígito menos significativo de la pantalla, es decir, por la menor de su última cifra. 
-Ejemplos: En una regla con la escala graduada en mm, la apreciación es de 1 mm, (a = 1 mm); para un calibre o pie de rey se puede tener: (a = 0,1 mm); en un micrómetro, tornillo micrométrico o palmer puede ser: (a = 0,01 mm).
-Nota: El límite de apreciación de la vista humana es su correspondiente resolución, que en promedio es de 0,1 mm ó 100 μm (micrómetros), es decir que, para hacer lecturas a simple vista, la escala de un instrumento de medida no puede tener divisiones menores a 0,1 mm.
>Sensibilidad de un instrumento de medida: 
La apreciación de la escala de un instrumento da la sensibilidad que tiene el mismo. A menor apreciación de la escala mayor sensibilidad, es decir que un instrumento de medida es más sensible que otro si su escala tiene menor apreciación.
>Rango o campo de medida: 
Es la característica que indica la posibilidad de medición segura con la que se puede trabajar con un instrumento de medida determinado, es un intervalo de graduación entre un valor máximo y uno mínimo de la escala del instrumento entre los cuales se puede medir.
El conjunto de valores comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la escala de medida constituyen el rango de trabajo en el cual el instrumento es capaz de realizar su función en forma apropiada, indicado la capacidad de medida que presenta el instrumento. 
Se expresa indicando los valores límites o extremos que presenta la escala del instrumento de medida. 
-Por ejemplo: Para una regla graduada escolar de 30 cm, el rango o campo de medida queda expresado de la siguiente manera: ( 0 a 30 cm ). En un termómetro de laboratorio que puede medir Temperaturas desde [-10 ºC] hasta [200 ºC], se expresa: ( -10 ºC a 200 ºC ). 
>La exactitud de un instrumento: 
Un instrumento de medida es más exacto que otro si causa menor error sistemático, por ejemplo, los errores debidos al funcionamiento del mismo.
-Tipos de Mediciones-
-Se pueden agrupar o clasificar en dos tipos [ Directas ] e [ Indirectas ]
>Mediciones Directas: 
Son las que se realizan directamente mediante la utilización del instrumento y la cantidad a determinar de la magnitud trabajada. 
Por ejemplo, cuando se mide el ancho de una hoja con una regla.
>Mediciones Indirectas: 
Son las que requieren de una determinación mediante la aplicación de fórmulas para obtener el resultado buscado, es decir mediante cálculos, o también por procedimientos que proporciones mediante determinadas relaciones la cantidad de la magnitud de interés. 
Por ejemplo, cundo se quiere determinar la superficie de un espacio rectangular, como el de una hoja de carpeta, se debe medir en primer lugar el largo y el ancho correspondiente, luego con dichos datos se procede al cálculo, aplicando la fórmula de superficie, [ S = L x A ]. El resultado obtenido es el valor de la superficie buscado. 
-Fórmulas generales de utilidad para la aplicación en determinaciones de procesos de mediciones indirectas que comprendan Perímetros, Superficies y Volúmenes correspondientes a figuras y cuerpos geométricos comunes:
	- Figura-Cuerpo -
	- Datos necesarios -
	- Fórmulas –
	-Cuadrado
	Lado
	Perímetro
	P = Σ Lados
( Σ: sumatoria, suma )
	
	
	Superficie
(Área)
	S = L . L = L²
	-Rectángulo
	( Largo y Ancho ) ; 
( base y h )
ó
( l (1) y l (2) )
	Perímetro
	P = Σ Lados
	
	
	S
	S = L . L
	-Triángulo Rectángulo
	( Base: b )
( Altura: h )
( Hipotenusa: H )
	Hipotenusa
	H = √( b² + h² )
	
	
	Perímetro
	P = Σ lados
	
	
	S
	S = ( b . h ) / 2
	-Círculo
	-Diámetro: ( d ; Ø ) 
-Radio: r
	Longitud de la circunferencia
	Lc = 2 π r
	
	
	S
	S = π r²
	-Cubo
	
Lado
	V
	V = L . L . L = L³
	-Paralelepípedo( L (1) ; L (2) y L (3) )
ó
Largo ; Ancho y h
	V
	V = L1 . L2 . L3
	-Cilindro
	d ; r y h
	V
	V = π r² h
	-Esfera
	d y r
	S
	S = 4 π r²
	
	
	V
	V = 4/3 π r³
	-Cono
	
h y r
	V
	V = 1/3 π r² h
	-Tronco de Cono
	
h ; R y r
	V
	V = 1/3 h π [ R² + r² + ( R . r ) ]
>Apuntes – Material de Cátedra / Prof. Julio Banchero / ISP “San Benito” / Victoria E.R. – (2.022)- -Pág: 5 de 5 -