Conceptos básicos

¿Qué es la Física?
Es la ciencia natural cuyo objeto es el estudio de los fenómenos en los que no cambia la composición (naturaleza íntima) de las sustancias que intervienen en ellos.
 Cuando la composición se modifica y las sustancias se convierten en otras, no se trata de un fenómeno físico sino de un fenómeno químico.

¿Qué es medir?
Medir es comparar con una unidad patrón previamente elegida.

Sistemas de unidades
 Las diferentes unidades de la Física suelen, en muchos casos, agruparse en 3 sistemas principales:

-el sistema cgs (o de Gauss): apto para las mediciones habituales de laboratorio. Su nombre proviene de las iniciales de las unidades fundamentales que utiliza: 

cm (- centímetro - para el espacio),
g (- gramo - para la masa) y
s (- segundo - para el tiempo).

-el sistema MKS: apto para medición de dimensiones mayores. Su nombre también proviene de las unidades fundamentales que utiliza:
m (- metro - para el espacio),
kg (- kilogramo - para la masa) y
s (- segundo - para el tiempo).

-el sistema técnico: utilizado en ingeniería porque toma como unidad fundamental el Kg fuerza y no el kg masa.

***
Múltiplos y submúltiplos:
el decámetro (Dm o dam) = 10 m

el kilómetro (km) = 1.000 m
el hectómetro (hm) = 100 m
el milímetro (mm) = 0,001 m
el micrón (micra) = 1 milésima de mm
el milimicrón (milimicra) = 1 millonésima de milímetro
el ángstrom = 1 décimo de milimicrón

Para las medidas de superficie se utiliza como unidad el METRO CUADRADO. Las conversiones se realizan elevando al cuadrado los factores vistos para las unidades de espacio.

Para las medidas de volumen se utiliza como unidad el METRO CÚBICO. Las conversiones se realizan elevando al cubo los factores vistos para las unidades de espacio.
***
Unidades de tiempo:
el minuto = 60 s
la hora = 60 min = 3.600 s
1 milisegundo = 1 milésimo de segundo
1 microsegundo = 1 millonésimo de segundo
1 nanosegundo = 1 milmillonésimo de segundo (o billonésimo de EE.UU.)
***
Unidades de masa:
la tonelada métrica = 1000 kg
el gramo = 0.001 kg (unidad de masa en el sistema cgs).
el miligramo = 0.000001 kg
la uma (unidad de masa atómica) = 1,66 x 10 elevado a la -27 kg
la UTM (unidad técnica de masa o unidad de masa en el sistema técnico) = 9,8 Kg
***

Unidades de velocidad:
Se denomina "velocidad" de un cuerpo en movimiento a la relación entre el espacio recorrido y el tiempo empleado. (v = e/t)
Es una medida de la variación de la posición de un cuerpo con el paso del tiempo.
Las unidades de velocidad surgen de la relación (razón o cociente) entre las unidades de espacio y las de tiempo.
Algunas de las más utilizadas son:
el centímetro por segundo (cm/s) (unidad de velocidad en el sistema cgs)
el metro por segundo (m/s) (unidad de velocidad en los sistemas MKS y técnico)
el kilómetro por hora (km/h)
las revoluciones (vueltas) por minuto (RPM)

1 m/s = 100 cm/s 

l km/h = 1/3,6 m/s
1 m/s = 3,6 km/h
***
Unidades de aceleración:

Es la variación de la velocidad de un cuerpo o la variación de su dirección.
Es, por tanto, la variación de una variación, ya que la velocidad es una medida de la variación de la posición de un cuerpo con el paso del tiempo.
a = v/t = (e/t)/t = e/t2

Las unidades de aceleración surgen de la relación (razón o cociente) entre las unidades de espacio y las de tiempo, estas últimas elevadas al cuadrado (solamente por razones matemáticas, pues el concepto de "tiempo al cuadrado" no existe).

Algunas de las más utilizadas son:
el centímetro por segundo al cuadrado (cm/s2) (unidad de aceleración en el sistema cgs)
el metro por segundo al cuadrado (m/s2) (unidad de aceleración en los sistemas MKS y técnico)
el kilómetro por hora al cuadrado (km/h2)
***
 Unidades de fuerza:
 La presencia de una fuerza solamente puede apreciarse por sus efectos.
Es la causa que puede modificar el estado de movimiento (magnitud y/o dirección) de un cuerpo.
Cuando a un cuerpo se le aplica una fuerza se modifica su estado de inercia (tendencia a conservar su estado de movimiento).
Ambas circunstancias pueden unificarse diciendo que cuando a un cuerpo se le aplica una fuerza (causa) se genera una aceleración (efecto).
 De la 2da. ley de Newton, que define aceleración como la razón entre la fuerza aplicada y la masa que recibe esa fuerza.
a = F/m
puede deducirse la fuerza como el producto de la masa por la aceleración.
F = m . a
y de allí se obtiene:
en el sistema cgs:
g cm/s2 que recibe el nombre de "dina" (Din) (término que, en griego, significa "fuerza").
en el sistema MKS:
kg m/s2 que recibe el nombre de "Newton" (N) (en homenaje al científico inglés).
En el sistema técnico, la unidad de fuerza es una unidad fundamental (no derivada de otras): el
"Kg fuerza", que es el peso del Kg masa patrón guardado en Sèvres, medido a nivel del mar y a 45º de latitud.
La unidad de masa en el sistema técnico (UTM) que se deduce de m = F/a y por tanto será
kg/(m/s2) es decir kg s2/m 

---

Trabajo:

Se denomina "trabajo" (W - por "work" en inglés o "Werke" en alemán) a la medida de uno de los efectos posibles de la aplicación de una fuerza: el desplazamiento de un cuerpo, es decir, su cambio de posición.

"Una fuerza realiza trabajo cuando hay desplazamiento del cuerpo sobre el cual se aplica. La fuerza debe contribuir al movimiento." (Prof. Armando Villamizar V.- M.D.U. Univ. de Los Andes - Colombia)
 Las unidades de trabajo se obtienen multiplicando la fuerza aplicada por la distancia recorrida.

La aceleración que relaciona el Peso (fuerza con que la Tierra atrae a una masa) con esa masa atraída (medido a nivel del mar y a 45º de latitud) es la llamada:
"aceleración de la gravedad" (g)
y tiene un valor de 9,8 m/s2

Podemos establecer así que:
Peso = masa . g
**** 

Nota importante:
No confundir kg (masa) con Kg (fuerza).
Son unidades de dos magnitudes diferentes.
La única relación que tienen es que
l Kg (fuerza) es la fuerza con que la Tierra atrae 1 kg (masa) a nivel del mar y a 45º de latitud.

Por tanto, pueden establecerse las relaciones entre las unidades en los distintos sistemas:
l Kg (fuerza) = 9,8 N
1 N = 1/9,8 Kg (fuerza)
1 N = 100.000 Din
1 Din = 0.00001 N
***
Unidades de trabajo:
W = F . e
***
Potencia:
 Se conoce como "potencia" la eficiencia de una fuerza para realizar un determinado trabajo, es decir, la cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo:
en el sistema cgs: Din . cm, que recibe el nombre de "ergio" (erg) (por "energía" en griego).
en el sistema MKS: N . m, que recibe el nombre de "Julio" (J) (en honor al científico francés Joule).
en el sistema técnico: Kg (fuerza) . m (Kgrm), que recibe el nombre de "Kilográmetro".

Como la energía es la capacidad de producir trabajo, también pueden usarse las unidades de trabajo como unidades de muchos tipos de energía, especialmente la energía mecánica (cinética y potencial).
Como el llamado "momento" de una fuerza, utilizado en el caso de las rotaciones alrededor de un punto (palancas, balanzas, etc.), es el producto de una fuerza por la distancia que la separa del punto alrededor del cual rota, también las unidades de trabajo se utilizan como unidades de momento.
***

Unidades de potencia:
P = W/t   Julio/seg= Vatio  erg/seg  Kgrm/seg

Energía:
La energía es, a nuestro entender, el principio y el fin del universo que conocemos.
De la energía proviene la masa (que Lavoisier llamaba "materia") y el destino de toda masa es convertirse nuevamente en energía.

La energía como tal, más la masa (energía concentrada de modo de estar ocupando un lugar en el espacio, es decir, en el resto de la energía), conforman la "materia" (el "Todo", en oposición a la "Nada").

Todo ocurre en el Universo bajo un principio: reducir la energía de un sistema.
Por ello los cuerpos caen, el agua caliente se enfría, etc. Hay una especialidad de la Física llamada "Termodinámica" que brinda interesantes explicaciones sobre esto.

La energía se nos presenta en formas muy variadas: mecánica, térmica, eléctrica, luminosa, atómica, etc. 

Aquí solamente vamos a referirnos a la ENERGÍA MECÁNICA.

Existen 2 formas de energía mecánica:
-la energía potencial: que depende de la posición que ocupa un cuerpo (por ejemplo, la altura a la que se encuentra). En general su fórmula es:
Ep = m . g . h
(donde m = masa, g = aceleración de la gravedad, y h = altura).
-la energía cinética: debida al movimiento que realiza en ese momento (en realidad, derivada de la velocidad del mismo). En general su fórmula es:
Ec = 1/2 m . v2
(donde m = masa, y v = velocidad).
-La Energía Mecánica Total es la suma de ambas y es generalmente constante.
EMT = Ep + Ec

Como dijimos antes, las unidades de estas energías son las mismas que las del trabajo, ya que
"la energía es una medida de la capacidad de producir trabajo".
 ******************
Masa:
La masa es, en realidad, una medida de la "inercia", es decir, de la tendencia de un cuerpo a mantener su estado de movimiento en magnitud y en dirección. Está relacionada con la cantidad y calidad de átomos que lo forman. En condiciones normales es considerada como constante, aunque la teoría de la relatividad (Einstein) permite demostrar que varía con la velocidad con que se mueve (importante solamente para velocidades cercanas a la de la luz).

La unidad internacional de masa es el KILOGRAMO patrón, que es la masa de un cilindro de Platino-Iridio que se guarda en Sèvres (Francia).
Es la unidad de masa en el sistema MKS.
***

El segundo.
Hasta 1960, un SEGUNDO era la 86.400 ava parte de 1 día solar medio.
A partir de esa fecha, un SEGUNDO es el tiempo durante el cual se efectúan 9.192.631.770 transiciones del Cesio-133 entre sus dos estados más bajos de energía.
Es la unidad de tiempo en los sistemas cgs, MKS y técnico.
***
El espacio (distancia entre 2 puntos) tiene como unidad patrón internacional el METRO.
Un METRO era, inicialmente (1889), la diezmillonésima parte de la longitud del cuadrante terrestre que va desde el Polo Norte hasta el ecuador, pasando por París. Esa unidad se registró colocando dos marcas sobre una barra de Platino-Iridio.

Las dificultades que originaba la reproducción de esa medida hicieron que en 1960 se definiera al METRO como 1.650.763,73 veces la longitud de onda de la luz anaranjada emitida por el Kriptón-86 encerrado en gas Kriptón cuando se lo somete a una descarga eléctrica. Tampoco era sencilla de reproducir.

En 1983 se redefinió el METRO como la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299.792.456 segundos (1/c, donde c es la velocidad de la luz en el vacío).

Es la unidad de espacio en los sistemas MKS y técnico.

(Trabajo realizado por algunos de mis alumnos. Sepan disculpar el poco orden pero hicieron el esfuerzo.)