Magnitude física

Unha magnitude física e unha propiedade dos sistemas físicos susceptible de ser medida e expresada mediante un número e unha unidade, e coa cal se pode establecer relacións cuantitativas.

A técnica por medio da cal se asigna un número a unha propiedade física, como resultado dunha comparación de dita propiedade con outra similar tomada como patrón, a cal se adoptou como unidade, denomínase medición.

Resulta fundamental establecer unha única unidade de medida para unha magnitude dada, de forma que poida ser comprendida pola xeneralidade das persoas. A agrupación de unidades para as magnitudes físicas forma un sistema de unidades.

Tipos

As magnitudes físicas poden ser clasificadas seguindo diferentes criterios:

• Segundo a súa expresión matemática, as magnitudes clasifícanse en escalares, vectoriais e tensoriais.
• Segundo a súa actividade, clasifícanse en magnitudes extensivas e intensivas.

Magnitudes escalares, vectoriais e tensoriais

• As magnitudes escalares son aquelas que fican completamente definidas por un número e a unidade, a unidade propia utilizada para a súa medida. Isto é, as magnitudes escalares están representadas polo ente matemático máis simple, por un número. Podemos dicir que posúen un módulo, pero que carecen de dirección e sentido (contrapoñéndoas ás magnitudes vectoriais). O seu valor pode ser independente do observador (masa, temperatura, densidade etc.) ou depender da posición ou estado de movemento do observador (como é a enerxía cinética).

• As magnitudes vectoriais son aquelas que fican caracterizadas por unha cantidade (intensidade ou módulo), unha dirección e un sentido. No espazo euclidiano, de non máis de tres dimensións, un vector represéntase mediante un segmento orientado. Exemplos deste tipo de magnitudes son a velocidade, a aceleración, a forza, o campo eléctrico, a intensidade luminosa etc.

Ademais, ao considerar outro sistema de coordenadas asociado a un observador con diferente estado de movemento ou de orientación, as magnitudes vectoriais non presentan invariancia de cada unha das compoñentes do vector e, polo tanto, para relacionar as medidas de diferentes de diferentes sistemas de referencia son precisas relacións de transformación vectorial. Na mecánica clásica o campo electrostático considérase un vector; aínda que, segundo a teoría da relatividade, esta magnitude, ao igual que o campo magnético, debe ser tratada como parte dunha magnitude tensorial.

• As magnitudes tensoriais son as que caracterizan propiedades ou comportamentos físicos modelizables mediante un conxunto de números que cambian tensorialmente ao elixir outro sistema de coordenadas asociado a un observador con diferente estado de movemento ou de orientación.

De acordo co tipo de magnitude, debemos escoller leis de transformación das compoñentes físicas das magnitudes medidas, para poder ver se diferentes observadores fixeron a mesma medida, ou para saber que medidas obterá un observador coñecidas as doutro cunha orientación e estado de movemento respecto ao primeiro coñecidos.

Magnitudes extensivas e intensivas

Unha magnitude extensiva é a que depende da cantidade de substancia que ten o corpo ou sistema. As magnitudes extensivas son aditivas. Se consideramos un sistema físico formado por dúas partes ou subsistemas, o valor total dunha magnitude extensiva resulta ser a suma dos seus valores en cada unha das dúas partes. Exemplos: a masa e o volume dun corpo ou sistema, a enerxía dun sistema termodinámico etc.

Unha magnitude intensiva é aquela cun valor que non depende da cantidade de materia do sistema. As magnitudes intensivas teñen o mesmo valor para un sistema que para cada unha das súas partes consideradas como subsistemas. Exemplos: a densidade, a temperatura e a presión dun sistema termodinámico en equilibrio.

En xeral, o cociente entre dúas magnitudes extensivas dá como resultado unha magnitude intensiva. Exemplo: masa dividido entre volume representa a densidade.

Sistema Internacional de Unidades

O Sistema Internacional de Unidades baséase en dous tipos de magnitudes físicas, as sete que toma como fundamentais (lonxitude, tempo, masa, intensidade de corrente eléctrica, temperatura, cantidade de substancia e intensidade luminosa) e as derivadas, que son as restantes e que poden ser expresadas cunha combinación matemática das anteriores.

Unidades fundamentais do SI

• Lonxitude: metro (m). O metro é a lonxitude de traxecto percorrido no baleiro pola luz durante un tempo de 1/299 792 458 de segundo.

• Tempo: segundo (s). O segundo é a duración de 9 192 631 770 períodos da radiación correspondente á transición entre os dous niveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de cesio 133

• Masa: quilogramo (kg). O quilogramo é a masa do quilogramo patrón depositado na Oficina Internacional de Pesas e Medidas.

• Intensidade de corrente eléctrica: amperio (A). O amperio ou ampere é a intensidade dunha corrente constante que manténdose en dous condutores paralelos, rectilíneos, de lonxitude infinita, de sección circular desprezable e situados a unha distancia dun metro un doutro, no baleiro, produciría unha forza igual a 2·10 ^-7 newton por metro de lonxitude.

• Temperatura: kelvin (K). O kelvin é a fracción 1/273,16 da temperatura do punto triplo da auga.

• Cantidade de substancia: mol (mol). O mol é a cantidade de substancia dun sistema que contén tantas entidades elementais como átomos hai en 0,012 quilogramos de carbono 12.

• Intensidade luminosa: candela (cd). A candela é a unidade luminosa, nunha dirección dada, dunha fonte que emite unha radiación monocromática de frecuencia 5401012 hertzs e cuxa intensidade enerxética en devandita dirección é 1/683 watios por estereorradián.

Magnitudes físicas derivadas

Unha vez definidas as magnitudes que se consideran básicas, as demais resultan derivadas e pódense expresar como combinación das primeiras.

Unidades derivadas frecuentes son superficie, volume, velocidade, aceleración, densidade, frecuencia, forza, presión, traballo, calor, potencia, carga eléctrica, diferenza de potencial etcétera.