NIVELACIÓN FÍSICA SEGUNDO BACHILLERATO

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Sistema Internacional de Medidas (SI)

• Identificar las magnitudes físicas del Sistema Internacional, a través del reconocimiento de sus respectivas unidades y viceversa. 
• Generar la conversión de unidades a otras de dimensiones equivalentes, desde la sistematización de mecanismos simples y efectivos hasta el uso de las TICs.

El Sistema Internacional de Unidades se estableció en 1960 en la XI Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM), realizada en Paris y es el sistema métrico moderno usado a nivel mundial.

El Sistema Internacional de Unidades (SI), surgió de la necesidad de unificar y dar coherencia a una gran variedad de subsistemas de unidades que dificultaban el comercio y la transferencia de resultados de mediciones, basados en artificios y medidas originadas de monarcas y faraones definidos sin mayor rigurosidad científica.

Una de las principales características del Sistema Internacional de Medidas es que sus unidades están basadas en fenómenos físicos fundamentales. Las unidades del S.I. son la referencia internacional de las indicaciones de todos los instrumentos de medida, y a las que están referidas a través de una cadena ininterrumpida de calibraciones o comparaciones.

El Sistema Internacional de Unidades consta de siete magnitudes físicas fundamentales, que han sido elegidas por convención. Las magnitudes físicas fundamentales se complementan con dos magnitudes físicas más, denominadas suplementarias: Angulo plano y ángulo sólido.

Por combinación de las unidades básicas se obtienen las demás unidades, denominadas unidades derivadas del Sistema Internacional, y que permiten definir a cualquier magnitud física.

En la siguiente Tabla se presenta, las siete magnitudes fundamentales del S.I. y sus unidades de medida.

METRO

El metro (símbolo: m)1​ es la unidad coherente de longitud del Sistema Internacional de Unidades.2​ Se define como la distancia que recorre la luz en el vacío en un intervalo de 1/299 792 458 s. Esta es la actual definición, se adoptó en 1983 por la 17.ª Conferencia General de Pesas y Medidas.

De igual forma, es importante definir las magnitudes derivadas más útiles que se exponen en la siguiente tabla:

Los principales sistemas de unidades son;

SISTEMAS DE UNIDADES
	SI	CGS	Británico
Longitud	m	cm	Pie (ft)
Masa	kg	g	Libra (lb)
Tiempo	s	s	(s)

Sistema Cegesimal de Unidades (CGS) utilizado a nivel científico en los laboratorios

Sistema británico de unidades, este sistema surge en Reino Unido y actualmente es usado en EE. UU, Birmania y Liberia. En ecuador se sigue usando en comercios pequeños. 

Además de las unidades mencionadas, existen múltiplos y submúltiplos decimales aceptados

por el SI, cuyos prefijos se recogen aquí:

CONVERSION DE UNIDADES

Un método muy práctico para la conversión de unidades es el de factores de conversión. consiste en multiplicar el dato por fracciones que expresan la equivalencia entre la unidad deseada y la unidad del dato. 

Lo que tengo x   lo que quiero                 = lo que quiero
                           Unidad de lo que tengo

Por ejemplo, transformar 72km/h a ft/s (pies/segundo)

72 km x 1000 m   x 100 cm x    1ft    __     x     1h _      = 65,62 ft/s
      h       1km            1m           30,48 cm          3600 s

Equivalencias fundamentales

1m   = 100 cm
1ft    = 12 pulgadas (in) = 30,48 cm
1 kg = 1000 g
1 tonelada (T) = 1000 kg
1 kg = 2,2 lb
1 lb = 16 oz (onzas)
1 in (pulgada) = 2,54 cm
1 milla(mi) = 1,609 km
1 lt (litro). = 1dm3
1slug (unidad de masa en el sistema británico) =14,59 kg

Un galón (gl) equivale a 3,7854118 litros en Estados Unidos, Canadá, Puerto Rico, Colombia, Panamá y Perú. Por otro lado, un litro equivale a 0,26417205 galones estadounidenses.

En Gran Bretaña, el galón tiene un valor distinto al americano. En el país británico un galón es igual a 4,546 litros. Por tanto, el galón británico o imperial supera en un 20% al estadounidense.

Otro ejemplo. Considerando la Tierra como una esfera homogénea, calculemos:

a. las dimensiones y unidades en el SI de su densidad media;
b. el valor de su densidad media en notación científica.
DATOS. masa promedio de la Tierra 5,98 x 10²⁴ kg; radio medio de la Tierra, 6 370 km.

COMPRENSIÓN. Una vez determinadas las dimensiones de la densidad y sus unidades en el SI, deberemos expresar el radio medio de la Tierra en metros (SI), mediante un factor de conversión, para hallar el volumen y, a continuación, la densidad.

Notación científica y uso de prefijos 

Destrezas con criterios de desempeño 

• Aplicar la notación científica y el uso de prefijos, desde el manejo ágil de cantidades muy grandes o muy pequeñas.

La notación científica se utiliza para facilitar la expresión de cantidades muy grandes, o muy pequeñas, y los cálculos que se derivan de ellas. Los números se expresan mediante una parte entera de una cifra (diferente de cero), una parte decimal y una potencia de 10 de exponente entero. 

La forma general de un número escrito a partir de su notación científica es: k x 10ⁿ donde 1 <= k <10 y n ⥺ N
Además, n es negativo cuando corresponde a la expresión de una cantidad muy pequeña y n es positivo cuando se relaciona con una cantidad muy grande.

Aplicando la notación científica a la escritura del diámetro del glóbulo rojo y la distancia de la Tierra al Sol, se obtiene lo siguiente: 0,0065 mm = 6,5 x 10⁻³

Hay tres lugares entre el lugar de la coma y el 6. Por ello, el exponente de la potencia es -3.

150 000 000 000 m = 1,5 x 10¹¹ Hay once lugares entre el final del número y el 1. Por ello, el exponente de la potencia es +11. 

Veamos algunos ejemplos:

Número	¿Notación Científica?	Explicación
1,85 x 10-2	sí	-2 es un entero
1,5 x 101/2	no	1/2 no es un entero
0,82 x 1014	no	0.82 no es ≥ 1
10 x 103	no	10 no es < 10

Cambiando de Forma Decimal a Notación Científica

Ahora que entendemos el formato de notación científica, comparemos algunos números expresados en notación decimal estándar y notación científica para entender cómo convertir de una forma a la otra. Observa la tabla de abajo. Pon mucha atención al exponente de la notación científica y la posición del punto decimal en la notación estándar.

Números Grandes		Números Pequeños
Notación Decimal	Notación Científica	Notación Decimal	Notación Científica
500,0	5 x 102	0,05	5 x 10-2
80.000,0	8 x 104	0,0008	8 x 10-4
43.000.000,0	4,3 x 107	0,00000043	4.3 x 10-7
62.500.000.000,0	6,25 x 1010	0,000000000625	6.25 x 10-10

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EM METODO CIENTIFICO

El método científico es una metodología para obtener nuevos conocimientos. Según el Diccionario de Inglés de Oxford el método científico es: «un método o procedimiento que ha caracterizado a la ciencia natural desde el siglo XVII, que consiste en la observación sistemática, medición, experimentación, la formulación, análisis y modificación de las hipótesis».

Los seres humanos siempre hemos intentado entender y explicar los fenómenos que se observan en la naturaleza. Los antiguos griegos observaban la naturaleza y predecían leyes que justificaran su comportamiento.

La ciencia es el conjunto de conocimientos, sistemáticamente estructurados, que se han adquirido a partir de un método objetivo, basado en la observación, el razonamiento y la experimentación.

Etapas del método científico
Aunque la investigación científica no siempre sigue un proceso tan detallado, resulta útil establecer una serie de etapas.

0. Para formular una teoría nos debemos basar en las leyes fundamentales, encontradas con anterioridad experimentalmente. Por ejemplo, en cinemática, nos basamos en las leyes inferidas anteriormente. Para la magnitud longitud, usamos la unidad internacional, metro. Para la magnitud masa, usamos la unidad internacional kilogramo. Para la magnitud tiempo usamos la unidad internacional tiempo.

1. Observación de un hecho o fenómeno: Para poder observar con mayor precisión, los científicos han desarrollado instrumentos de observación, como telescopios, microscopios…

Ejemplo. El período de oscilación no depende de la amplitud de la oscilación ni de la masa, sino únicamente de la longitud del hilo.

2. Formulación de hipótesis: Una hipótesis es una suposición sobre el fenómeno observado, propuesta por el científico para explicarlo. La hipótesis tendrá que ser demostrada experimentalmente.

3. Experimentación: Experimentar es provocar un fenómeno en condiciones controladas, de manera que se pueda repetir y modificar. El experimento que diseñemos para comprobar la hipótesis tiene que ser reproducible por otros. Debemos tener en cuenta qué variables vamos a estudiar:

• Variable independiente: La que nosotros vamos a elegir para cambiar su valor a nuestra voluntad.
• Variable dependiente: Aquella en la que tratamos de averiguar la influencia de la anterior.
Es importante ser muy minucioso y metódico en la recogida de datos para minimizar los errores.

4. Organización de los datos experimentales: Lo más habitual es organizarlos en tablas de datos y gráficas. En la tabla, organizamos los datos en filas (para las medidas) y columnas (para las variables). La tabla debe incluir las unidades de medida. Las gráficas pueden ser de varios tipos: de puntos en ejes de coordenadas, de barras, de sectores…

REFUERZO
ver el video...

https://www.youtube.com/watch?v=iJXigk8mL64

ELABORE UN MAPA CONCEPTUAL QUE APLIQUE LOS PASOS DEL MÉTODO CIENTÍFICO PARA INVESTIGAR LA UTILIDAD DE LAS PLANTAS EN LA SALUD.

Medida: magnitudes y unidades

Las ciencias experimentales miden las relaciones entre magnitudes, que caracterizan a los fenómenos físicos. Medir una magnitud física consiste en compararla con otra magnitud conocida, la cual tiene asignada una unidad patrón, elegida por convención.

2.1. Tipos de magnitudes

Las magnitudes pueden clasificarse en escalares y vectoriales.

Una magnitud es escalar si queda perfectamente determinada mediante un número y su correspondiente unidad. Por ejemplo, el tiempo, la temperatura y la masa son magnitudes escalares. Una magnitud es vectorial si, para su completa determinación, además de una cantidad numérica y su unidad correspondiente, son necesarios otros elementos, como su dirección y su sentido. Por ejemplo, la velocidad y la fuerza son magnitudes vectoriales.

La relación que se establece entre una magnitud derivada y las magnitudes fundamentales recibe el nombre de ecuación de dimensión.

La dimensión de cualquier magnitud se representa indicando dicha magnitud entre corchetes.

Si, por ejemplo, queremos determinar la ecuación de dimensión de la velocidad, haríamos: v = s / t; [ν] = [L / T] = [L ⋅ T−1].

VECTORES
Un vector es un segmento orientado, que consta de:

• El módulo indica la longitud del vector, y se expresa con un valor numérico y su unidad correspondiente.
• La dirección es la recta sobre la que se encuentra el vector, es decir, sobre la que se aplica la magnitud vectorial.
• El sentido indica la orientación y se representa mediante la punta de la flecha.
• El punto de aplicación es el lugar donde comienza el vector, y se aplica la magnitud vectorial.

 

Los vectores permiten representar magnitudes físicas dotadas no sólo de intensidad, sino de dirección, como es el caso de la fuerza, la velocidad o el desplazamiento. Ese rasgo de contar con dirección es el que distingue a las magnitudes vectoriales de las escalares.
Además, un vector puede representarse en un plano cartesiano mediante un conjunto de coordenadas (x,y), o en uno tridimensional (x,y,z). Los vectores se representan típicamente mediante una flecha dibujada por encima del símbolo empleado.

Fuente: https://concepto.de/vector/#ixzz7hTYuQL2E
PRACTICA, clasifica las magnitudes escalares y vectoriales. Magnitudes escalares y vectoriales | Educaplus 

Instrumentos de medida

Para medir las magnitudes, utilizamos instrumentos de medida, como, una regla o un metro para medir longitud, un cronómetro para medir tiempo, un amperímetro para medir intensidad de corriente eléctrica… Para poder hacer buenas medidas experimentales, es importante conservar los instrumentos de medida en buenas condiciones.

Características de los instrumentos

Hay tres términos que nos dan una idea de la bondad de un instrumento de medida.

• Exactitud: Grado de coincidencia del valor tomado con el valor real de la medida.
• Precisión: Está relacionada con la reproducibilidad de las medidas, y representa la cercanía entre los valores que se han obtenido al repetir una medida varias veces. Un instrumento puede ser preciso, pero no exacto, o al revés.
• Sensibilidad o resolución: Nos indica la imprecisión del aparato; es decir, la mínima variación de la magnitud medida que detecta el instrumento.

Errores en la medida

El error absoluto medio, o error de dispersión ℇ, es la media de los valores absolutos de la diferencia entre cada medida obtenida y su valor considerado como exacto.

Refuerzo, ver y pasar este video...

https://www.youtube.com/watch?v=gzX1U0fH07U
Expresión del resultado de una medida
Las cifras significativas son los dígitos que se conocen con precisión, más un último dígito, que debe estimarse.

EJEMPLO

Refuerzo https://www.youtube.com/watch?v=22aUWowB3C0

1. El límite de velocidad en una autopista de Quito es de 75 mi/h. Conociendo que un conductor viaja a 40 m/s, investiga si rebasó el límite de velocidad.
2. Las medidas de un terreno rectangular son 150 yd por 200 yd. Calcula el área de este terreno en metros cuadrados.
3. Un tanque de agua de 55 gal demora en llenarse 10 min. Determina la rapidez a la que se llena el tanque en metros cúbicos por segundo.