CATEDRA 1 (Magnitudes y propiedades físicas, considerando: Magnitudes Fundamentales.
Derivadas)
MAGNITUDES FISICAS
Una magnitud física es una propiedad o característica
de un objeto, sustancia o fenómeno que puede medirse
y expresarse numéricamente. En otras palabras, son las
propiedades cuantificables que se utilizan para
describir el estado o comportamiento de un sistema
físico. Las magnitudes físicas pueden clasificarse en dos
tipos: escalares y vectoriales.
Carga aerodinámica: Se mide en newtons por metro
cuadrado (N/m²) o libras por pie cuadrado (lb/ft²).
Densidad del aire: Se mide en kilogramos por metro
cúbico (kg/m³) o en libras por pie cúbico (lb/ft³).
Caudal másico del combustible: Puede medirse en
kilogramos por segundo (kg/s) o libras por hora (lb/h).
Potencia del motor: Se expresa en vatios (W) o caballos
de fuerza (HP).
(1HP=745.7W)
Momento de torsión : Se mide en newton-metros (N·m)
o libras-pie (lb·ft).
Radio de giro: Se mide en metros (m) o pies (ft).
(1pie=0.3048metros)
Aceleración: Se mide en metros por segundo cuadrado
(m/s²) o en pies por segundo cuadrado (ft/s²).
Por ejemplo, conforme la tecnología ha facultado
medir los fenómenos, en ingeniería se trabajan con
diversas magnitudes físicas para analizar, diseñar y
operar trabajos mecánicos. Aquí hay algunas
magnitudes físicas relevantes y cómo se visualizan en
este campo de la ingeniería aeronáutica:
Velocidad del aire: Se mide en metros en segundo
(m/s) o en nudos
(1 nudo ≈ 0.514 m/s).
Altitud: Se mide en metros (m) o pies
(1 pie ≈ 0.3048 m).
Fuerzas
aerodinámicas
como
Sustentación,
Resistencia y empuje del motor: Se expresan en
newtons (N) o libras fuerza
(1 lbf ≈ 4.448 N).
Presión atmosférica: Se mide en pascales (Pa),
hectopascales (hPa), o pulgadas de mercurio (inHg).
( 1hPa=100Pa , 1inHg=3386.39Pa)ç
Tiempo de vuelo: Se mide en segundos (s) o en horas
(h).
(1h=3600 s)
Masa y peso:
Masa: Se mide en kilogramos (kg) o libras (lb).
(1 kg=2.20462 lb , 1 lb=0.453592 kg )
Peso: Se mide en newtons (N) o libras (lbf).
(1lbf≈4.44822N )
Temperatura: Se mide en grados Celsius (°C) o
Fahrenheit (°F), aunque en algunas aplicaciones
también se utiliza Kelvin (K).
De Celsius a Kelvin: F=5/9 C+32
De Kelvin a Celsius: K=C+2,73,5
De Kelvin a Fahrenheit: F=5/9 (K-273,5)+32
Viscosidad del aire: Puede medirse en unidades como
el poise (P) en el sistema métrico o centipoise (cP).
(1Poise (P)=100 Centipoise (cP) )
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CLASIFICACIÓN DE MAGNITUDES FÍSICAS:
SISTEMAS FÍSICOS DE UNIDADES
Magnitudes
fundamentales:
las
magnitudes
fundamentales, también conocidas como unidades
fundamentales, son un conjunto básico de magnitudes
físicas que se consideran independientes y no se
pueden expresar en términos de otras magnitudes.
El sistema cegesimal o cgs (centímetro, gramo,
segundo): Sistema que toma como unidades mecánicas
fundamentales el centímetro, 1 cm=10-2 m; el gramo,
1 g=10-3 kg; y el segundo. Las unidades derivadas que
tienen un nombre especial son: la dina, 1 din=10-5 N,
que es la unidad de Fuerza; el ergio, 1 erg=10-7 J, unidad
de Energía; y la bar ,1bar=100,000Pa, unidad de presión.
Magnitudes derivadas: Las magnitudes derivadas son
aquellas que se definen como combinaciones de
magnitudes fundamentales. Estas magnitudes no son
independientes y se expresan en función de las
magnitudes fundamentales mediante ecuaciones
dimensionales.
Magnitudes escalares: son aquellas que solo tienen
magnitud (valor numérico) y no dirección. ejemplos de
magnitudes escalares incluyen la masa, la temperatura,
la energía y el tiempo. estas magnitudes se representan
por un solo número y una unidad.
Magnitudes vectoriales: Son aquellas que tienen tanto
magnitud como dirección. Además de tener un valor
numérico, se debe indicar en qué dirección actúa la
magnitud. Ejemplos de magnitudes vectoriales incluyen
la velocidad, la fuerza y la aceleración. Para representar
completamente una magnitud vectorial, se necesitan
tanto la cantidad como la dirección, a menudo
expresadas mediante un vector con magnitud y
orientación
El sistema fps (foot, pound, second) (pie, libra,
segundo): Sistema físico utilizado principalmente en el
mundo anglosajón. Sus unidades mecánicas
fundamentales son el pie, 1 ft=0,3048 m; la libra,
1 Lb=0,45359 kg; y el segundo. El poundal como unidad
de fuerza es la unidad derivada con nombre especial
1 poundal = 0,138254 N.
El sistema mts (metro, tonelada, segundo) : Sistema
legal en Francia durante algunas décadas aunque no
tuvo nunca la aprobación de los físicos. Sus unidades
mecánicas fundamentales son el metro; la tonelada
métrica, 1 t=103 kg; y el segundo. Las unidades
derivadas que tienen un nombre especial son: el steno,
1 sn=103 N, que es la unidad de Fuerza; el kilojulio,
1 kJ=103 J, unidad de Energía; el kilovatio, 1 kW=103 W
unidad de potencia; y la pieza, 1 pz=103 Pa, unidad de
presión.
El sistema internacional (S.I.): Sistema formado por las
unidades del sistema mks racionalizado (metro,
kilogramo, segundo, amperio), y lleva definiciones
adicionales para la unidad de temperatura, la unidad de
intensidad luminosa y la unidad de cantidad de
sustancia.
Este sistema de unidades fue adoptado oficialmente por
España en 1967 (B.O.E. de 10-11-1967). La última
modificación se ha publicado en el BOE del 21 de enero
de 2010. Las unidades fundamentales mecánicas son el
metro (m) para la longitud, el kilogramo (kg) para la
masa y el segundo (s) para el tiempo.
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PREFIJOS
El Sistema Internacional, al igual que el resto de los sistemas admiten múltiplos y submúltiplos de las unidades,
para ello se añaden al nombre de la unidad el prefijo adoptado, por acuerdo internacional, los cuales se
encuentran en la tabla I.
TABLA I
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Algunos múltiplos o submúltiplos de las unidades
del Sistema Internacional tienen un nombre
propio, de los cuales los más habituales son los
que se encuentran reflejados en la tabla II.
TABLA II
OTRAS UNIDADES INTERNACIONALES
Hay unidades de uso internacional no
pertenecientes al SI cuyo uso con el Sistema
Internacional está aceptado, dado que son
ampliamente utilizadas en la vida cotidiana y
cada una de ellas tiene una definición exacta en
unidades SI. Incluye las unidades tradicionales
de tiempo y de ángulo. Contiene también la
hectárea, el litro y la tonelada, que son todas de
uso corriente a nivel mundial, y que difieren de
las unidades SI coherentes correspondientes en
un factor igual a una potencia entera de diez. Los
prefijos como se ve en la tabla III .
Existen unas unidades múltiplos o submúltiplos
de las internacionales con nombre propio,
algunas de las cuales se encuentran en la
tabla IV
TABLA III
TABLA IV
Además, habrá que incluir las unidades
obtenidas experimentalmente y por último las
unidades de uso en sectores especializados,
como las indicadas en la tabla V
TABLA V
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OTRAS UNIDADES MECÁNICAS:
Unidades de Potencia
Existen otras unidades utilizadas con frecuencia pero
que no pertenecen a ninguno de los sistemas
mencionados anteriormente, entre ellas podemos
mencionar:
El caballo de Vapor: 1 CV = 75 kgm.s-1 = 735,75 W
Unidades de longitud
Unidades de Presión
La pulgada: 1 pulg = 0,0254 m
La libra.pulgada-2: 1 lb.pulg-2=6895 Pa
La milla: 1 mi = 1609 m
La atmósfera: 1 at = 101321,6 Pa
La Yarda: 1 yd = 3 ft = 0,9144 m
La atmósfera técnica: 1 kg.cm-2 = 98100 Pa
Unidades de área
El metro columna de agua: 1 mH2O = 9810 Pa
El acre: 1 acre = 43560 ft2 = = 4046,86 m2
El torricelli: 1 torr = 133,3179 Pa
El caballo fuerza: 1 HP = 550 ft.Lb.s-1 = 1,01387 CV =
76'04 kgm.s-1 = 745,95 W
Unidades de volumen
El cuartillo: 1 qt = 946x10-6 m3
El galón británico: 1 galón br= 4,49661x10-3 m3
El galón (E.E.U.U.): 1 galón = 3,785x10-3 m3
Unidades de velocidad
El kilómetro/hora: 1 km.h-1 = 0,2778 m.s-1
La milla/hora: 1 mi.h-1 = 1,467 ft.s-1 = 1,609 km.h-1 =
0,447 m.s-1
Unidades de fuerza
La tonelada (EEUU): 1 ton = 907,2 kg= 8896,91 N
La tonelada grande: 1 tgrande = 1016 kg = 9964,52 N
La onza: 1 oz= 0,0625 lb = 0,02835 kg = 0,278 N
Unidades de energía
La caloría: 1 cal = 4,186 J
La unidad térmica británica: 1 BTU =778 ft.lb =1055 J
El kilovatio hora: 1 kw.h = 3,6x106 J
El electrón voltio: 1 eV = 1,602x10-19 J
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