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• Estefi Robledo

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Sistema de unidades

Física

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Introducción Objeto de la Física Los problemas se descubren toda vez que un observador detecta una incongruencia entre lo que esté observando y las teorías y modelos vigentes.

El objetivo de un curso de Física debe ser desarrollar, en el estudiante, la capacidad de analizar cualquier problema en forma lógica y sencilla, y la de aplicar, para solucionarlo, unos cuantos principios básicos perfectamente comprendidos. Antes de comenzar la lectura de cada módulo vale una aclaración. El alumno debe comprender que, con los conceptos básicos que aquí se resumen no se pretende reemplazar el libro de texto sugerido en la bibliografía. Es un resumen a modo de presentación de cada tema del programa. Para aquel alumno que estudió estos temas alguna vez, tal vez este resumen sea un recordatorio de esas horas de estudio. Para aquel que nunca los estudió, este texto será una presentación a cada tema, una introducción, que le servirá para tener una idea del tema y para que el libro no le resulte tan pesado ni complicado. El estudio de la Física es apasionante. Muchos dicen que es aún más importante que la química. Todos los científicos reconocidos consideran a la Física como un logro sobresaliente del intelecto humano en su afán por entender nuestro mundo y a la humanidad misma. La intención de esta lectura es ofrecer las herramientas necesarias para explicar fenómenos naturales, como, por ejemplo, predecir hacia dónde se desplazará una tormenta eléctrica, entender por qué el cielo se ve azul, cómo se propagan las ondas de radio, cómo funciona la televisión digital.

Fenómenos, hipótesis y leyes Durante el transcurso de la historia, y en la vida de cada individuo, se presentan situaciones y dificultades que cada uno deberá aprender a sortear. Habitualmente, no existen recetas ni caminos marcados, sino que el hombre debe "poner a prueba su ingenio" a fin de superarlas. Gran parte de las respuestas a estas situaciones son producto del "ensayo y error". Esto no es más que la repetición de un modelo de respuesta que, tras probar y errar varias veces, da con la solución esperada. A este tipo de conocimiento se lo denomina empírico o práctico (basado en la experiencia). Existe también otra forma del conocimiento que es independiente de sus aplicaciones prácticas y que surge de la

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propia curiosidad del hombre por encontrar el porqué de los fenómenos que observa en la naturaleza. A este tipo de conocimiento se lo llama conocimiento científico y es el que le permite organizar las observaciones de los fenómenos, las construcciones de las hipótesis y las conclusiones que surgen de ellas. Consiste en una serie de procedimientos lógicos y ordenados por los cuales se plantean los problemas y se ponen a prueba las hipótesis. Las hipótesis nacen como suposiciones (como ideas) que permitirán explicar un fenómeno desconocido que se acaba de observar. Una hipótesis es una posible solución. Durante el transcurso del método científico, estas hipótesis se verificarán o se refutarán. El método científico es normativo en la medida en que muestra cuáles son las reglas de procedimiento que pueden aumentar las probabilidades de que el trabajo sea fecundo. Pero estas reglas son perfectibles, es decir, no son intocables porque no garantizan la obtención de la verdad, en cambio, facilitan la detección de errores (ArgenBio, https://goo.gl/ZNfMuA, 2007).

En el afán de defender una idea (o la hipótesis), muchos investigadores caen en la tentación de manipular la realidad de los datos obtenidos, tratando de que los resultados se ajusten a sus ideas originales. El método científico debe rechazar esos prejuicios y mantenerse imparcial.

Conocer y poner en práctica un método científico, ¿asegura el éxito de la investigación? ¿O simplemente permitirá que esta sea organizada, programada y ordenada?

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Básicamente, el método científico incluye los siguientes aspectos:

1) Observación del fenómeno La observación del fenómeno que será objetivo de nuestro estudio comienza a través de nuestros sentidos: vista, oído, olfato, gusto y tacto. Con este primer acercamiento "primario", ya obtendremos las características del fenómeno y una descripción detallada. 2) Formulación de las hipótesis La hipótesis, como explicamos, es la posible solución que el investigador propone a manera de suposición. Existen hipótesis centrales o fundamentales y otras auxiliares que se desprenden de la primera. Actualmente, se sostiene que no existen métodos o procedimientos mecánicos que permitan descubrir buenas hipótesis. 3) Experimentación La tarea que sigue a la formulación de una hipótesis consiste en contrastarla, es decir, ponerla a prueba mediante su confrontación con la experiencia, lo cual es un requisito ineludible en toda ciencia fáctica (o empírica). Esto involucra el diseño de la prueba, su ejecución, la elaboración de los datos y la inferencia de conclusiones. En esta etapa incluiremos también el análisis de los resultados, que no es más que la comparación de los datos obtenidos con la realidad del fenómeno.  Conclusiones El objetivo aquí es establecer si la hipótesis planteada es verdadera o falsa. Es el final de todo el procedimiento. La hipótesis planteada permite explicar el fenómeno mediante las experimentaciones. Veremos en el siguiente punto qué ocurre cuando se acepta la validez de una hipótesis (ArgenBio, https://goo.gl/ZNfMuA, 2007).

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Fundamentos, validez y alcance de las leyes. Llegamos a la conclusión, y nuestros experimentos ratifican que nuestra hipótesis es correcta: ¡bravo! pero, ¿cuál es el siguiente paso? Una vez que una hipótesis propuesta ha sido repetidamente verificada por diversos grupos de científicos, pasa a ser una teoría científica. Una teoría se define como un conjunto de conceptos, definiciones y proposiciones que ofrece una visión sistemática de los fenómenos (hechos físicos o naturales), con el propósito de explicarlos y predecirlos. Partiendo de esta nueva teoría, pueden surgir aplicaciones prácticas. Si una teoría se verifica como verdadera en todo tiempo y lugar, entonces es considerada como ley. Una teoría está sujeta a cambios, ya que es verdadera solo para un lugar y un tiempo dados, mientras que una ley es permanente e inmutable y es comprobable en cualquier tiempo y espacio. Por ejemplo, la evolución es una teoría que se perfecciona de acuerdo con nuevos descubrimientos, mientras que lo relacionado con la gravitación es una ley, pues ocurre en todo tiempo y lugar del universo (ArgenBio, https://goo.gl/ZNfMuA, 2007).

Sistema de unidades. Conversiones de unidades Los cuatro conceptos básicos que se utilizan en la mecánica elemental son el espacio, el tiempo, la masa y la fuerza. El espacio es el dónde, el tiempo es el cuándo, la masa es el receptor, la fuerza es la acción. Estos cuatro principios serían solamente números adimensionales si no contaran con unidades que los definan. El sistema casi mundialmente aceptado (la gran excepción es Estados Unidos) es el Système International d’Unités (del francés, Sistema Internacional de Unidades), conocido como SI. Este sistema tiene al metro (m) para medir longitudes, al kilogramo (kg) para medir masas y al segundo (s) para medir las unidades de tiempo. Las tres están definidas de manera arbitraria. El sistema inglés aún utiliza el sistema de unidades que tiene al pie (ft) para medir longitudes, a la libra masa (lb masa) para medir masas y al segundo (s) para medir las unidades de tiempo. Las unidades del SI forman un sistema absoluto de unidades, ya que las tres unidades básicas seleccionadas son independientes del lugar donde se utilicen. El metro, el kilogramo y el segundo se pueden utilizar en cualquier lugar de la Tierra; incluso, pueden utilizarse en otro planeta y siempre tendrán el mismo significado. Las unidades de medidas absolutas también se conocen bajo el

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nombre de unidades fundamentales. Cuando una unidad es fundamental, todos sus múltiplos y submúltiplos serán también fundamentales.

Figura 1: Unidades de longitud, masa y tiempo. Múltiplos y submúltiplos comunes

Fuente: Young y Freedman, 2009, p. 5.

Figura 2: Unidades de longitud, masa y tiempo. Múltiplos y submúltiplos comunes

Fuente: Young y Freedman, 2009, p. 5.

En cambio, las unidades derivadas son todas aquellas unidades de medida que derivan de las fundamentales, y para obtenerlas es necesaria la aplicación de una fórmula. Algunos ejemplos de unidades derivadas son la superficie (pues se multiplican dos unidades de longitud), el volumen (pues se multiplican tres unidades de longitud), la velocidad (porque se divide una unidad de espacio por una unidad de tiempo).

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¿El sistema inglés es un sistema absoluto o uno derivado?

Podrás interiorizarte sobre las unidades de uso común en Estados Unidos y la conversión al sistema SI en el libro Física universitaria, volumen 1, que forma parte de la bibliografía básica.

Cuando comenzamos a hablar de unidades, dijimos que debíamos tener siempre presente que el número por sí solo carece de validez, que debe ir acompañado por una unidad. Pues bien, para convertir unidades, lógicamente debemos estar hablando de unidades que sean consistentes entre sí. No podemos sumar millas (o kilómetros) con ángulos, no podemos sumar manzanas con velocidades. La conversión de unidades obliga a estar hablando de las mismas unidades. Si bien parece algo obvio y que no mereciera perder tiempo en decirlo, es la fuente más común de los errores durante la vida profesional. Si desde el primer momento nos familiarizamos con colocar la unidad al lado de cada número que escribimos, luego generaremos ese criterio que nos permitirá “ver” un error grosero antes de seguir arrastrándolo por todo el análisis que estemos realizando. Dicho de otro modo, es una práctica muy sana aprender a “ir chequeando” tanto los resultados como las unidades que van resultando del ejercicio que estemos haciendo. Todos necesitamos ese criterio, y solo se adquiere con la práctica, así que ¡comencemos!

Ejemplo: El récord mundial oficial de rapidez terrestre es de 1228,0 km/h, establecido por Andy Green el 15 de octubre de 1997 en el automóvil con motor a reacción Thrust SSC. Exprese esta rapidez en metros/segundo. Solución: El prefijo k indica 103, por lo que la rapidez 1228,0 km/h = 1228,0 x 103 m/h. Sabemos, también, que hay 3600 s en 1 h, así que debemos combinar la rapidez de 1228,0 x 10 3 m/h y un factor de 3600. Pero, ¿debemos multiplicar por este factor o dividir por él? Si tratamos el factor como un número sin unidades, tendríamos que adivinar para continuar. El enfoque correcto es incluir las unidades en el factor. Evaluación del resultado: Si no se dividiera por 3600 s, las horas no se cancelarían, y sería fácil detectar el error. La única forma de estar seguros de haber convertido correctamente las unidades es llevarlas durante todo el cálculo (Young y Freedman, 2009, p.108).

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Figura 3: Conversión de unidades

Fuente: Young y Freedman, 2009, p. 7.

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Bibliografía de referencias Beer, E. Russell, A., y Eisenberg, A. (2010) Mecánica vectorial para ingenieros, estática (9.a ed.). México: McGraw Hill. Maroto Centeno, J. (s.f.). Introducción a las máquinas simples y compuestas. Jaen, Andalucía: Universidad de Jaen. Departamento de Física. Recuperado de: http://www4.ujaen.es/~jamaroto/MAQUINAS%20SIMPLES%20Y%20COMPUESTA S.pdf Young, H., y Freedman, R. (2009). Física universitaria volumen 1 (12.a ed.) México: Pearson.

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