Page 54 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

3.1 Cantidades físicas 35

cuyas magnitudes deben calcularse con precisión. En realidad, es difícil imaginar una ocupa­
ción donde no se requiera la medición de alguna cantidad física.
En el proceso de realizar mediciones físicas, con frecuencia hay interés tanto en la direc­
ción como en la magnitud de una cantidad en particular. La longitud de un poste de madera se
determina por el ángulo que forma con la horizontal. La eficacia de una fuerza para producir
un desplazamiento depende de la dirección en que ésta se aplica. La dirección en la cual se
mueve una banda transportadora es, con frecuencia, tan importante como la rapidez a la que
se desplaza. Tales cantidades físicas, como desplazamiento, fuerza y velocidad, son comunes
en el campo de la industria. En este capítulo se presenta el concepto de vectores, el cual per­
mite estudiar tanto la magnitud como la dirección de cantidades físicas.

Cantidades físicas

El lenguaje de la física y la tecnología es universal. Los hechos y las leyes deben expresarse de una
manera precisa y consistente, de manera que un término determinado signifique exactamente lo
mismo para todos. Por ejemplo, supongamos que alguien nos dice que el desplazamiento del pis­
tón de un motor es 3.28 litros (200 pulgadas cúbicas). Debemos responder dos preguntas para en­
tender esa afirmación: (1) ¿Cómo se midió el desplazamiento del pistón,? y (2) ¿qué es un litro?
El desplazamiento del pistón representa el volumen que el pistón desplaza o “expulsa”
en su movimiento desde el fondo hasta la parte superior del cilindro. En realidad no se trata de
un desplazamiento, en el sentido usual de la palabra, sino de un volumen. Un patrón de medi­
da de volumen, que se reconoce fácilmente en todo el mundo, es el litro. Por tanto, cuando un
motor tiene una etiqueta en la que se indica: “desplazamiento del pistón = 3.28 litros”, todos
los mecánicos entienden de igual manera dicha especificación.
En el ejemplo anterior, el desplazamiento del pistón (volumen) es un ejemplo de cantidad
física. Cabe resaltar que esta cantidad fue definida mediante la descripción de su proceso de
medición. En física, todas las cantidades se definen en esta forma. Otros ejemplos de cantida­
des físicas son: longitud, peso, tiempo, rapidez, fuerza y masa.
Una cantidad física se mide comparándola con un patrón previamente conocido. Por
ejemplo, supongamos que se desea determinar la longitud de una barra metálica. Con los ins­
trumentos adecuados se determina que la longitud de la barra es de cuatro metros. No es que
la barra contenga cuatro cosas llamadas “metros”, sino simplemente que se ha comparado con
la longitud de un patrón conocido como “metro”. La longitud también se podría representar
como 13.1 pies o 4.37 yardas, si se usaran otras medidas conocidas.
La magnitud de una cantidad física se define con un número y una unidad de medida.
Ambos son necesarios porque, por sí solos, el número o la unidad carecen de significado.
Con excepción de los números y fracciones puros, se requiere indicar la unidad junto con el
número cuando se expresa la magnitud de cualquier cantidad.

La magnitud de una cantidad física se especifica completamente con un núme­
ro y una unidad; por ejemplo, 20 metros o 40 litros.

En vista de que hay muchas medidas diferentes para la misma cantidad, se requiere idear
la forma de tener un registro de la magnitud exacta de las unidades empleadas. Para hacerlo, es
necesario establecer medidas estándares para magnitudes específicas. Un patrón es un registro
físico permanente, o fácil de determinar, de la cantidad que implica una unidad de medición de­
terminada. Por ejemplo, el patrón para medir la resistencia eléctrica, el ohm, se define por medio
de una comparación con un resistor patrón, cuya resistencia se conoce con precisión. Por tanto,
una resistencia de 20 ohms debe ser 20 veces mayor que la de un resistor patrón de 1 ohm.
Hay que recordar que cada cantidad física se define indicando cómo se mide. Depen­
diendo del dispositivo de medición, cada cantidad puede expresarse en unidades diferentes.
Por ejemplo, algunas unidades de distancia son metros, kilómetros, millas y pies, y algunas
unidades de rapidez son metros por segundo, kilómetros por hora, millas por hora y pies por
segundo. Sin embargo, no importa cuáles sean las unidades elegidas, la distancia debe ser una
longitud y la rapidez tiene que ser una longitud dividida entre un tiempo. Por tanto, longitud y
longitudItiempo constituyen las dimensiones de las cantidades físicas distancia y rapidez.