¿Qué es una magnitud física?
Una magnitud física es toda propiedad de un cuerpo o fenómeno que se puede medir y expresar mediante un número y una unidad.
Por ejemplo: 3 m, 25 °C, 72 km/h. El número sin unidad no dice nada físicamente.
Fundamentales vs derivadas
El Sistema Internacional (SI) define 7 magnitudes fundamentales independientes entre sí. Todas las demás son derivadas: se obtienen combinando las fundamentales mediante productos o cocientes.
Puedes ver el catálogo completo en la pestaña Magnitudes.
Las 7 magnitudes fundamentales del SI
| Magnitud | Unidad | Símbolo | Dimensión |
|---|---|---|---|
| Longitud | metro | m | L |
| Masa | kilogramo | kg | M |
| Tiempo | segundo | s | T |
| Corriente eléctrica | amperio | A | I |
| Temperatura | kelvin | K | Θ |
| Cantidad de sustancia | mol | mol | N |
| Intensidad luminosa | candela | cd | J |
¿Qué es una dimensión?
La dimensión describe de qué está hecha una magnitud en términos de las fundamentales, sin importar la unidad concreta. Se escribe entre corchetes.
Por ejemplo, la velocidad se mide en m/s, km/h o mph, pero siempre tiene dimensión L/T (longitud partido por tiempo). Da igual la unidad: la dimensión no cambia.
Las 7 dimensiones fundamentales
| Magnitud | Dimensión | Se lee |
|---|---|---|
| Longitud | L | ele |
| Masa | M | eme |
| Tiempo | T | te |
| Corriente eléctrica | I | i |
| Temperatura | Θ | theta |
| Cantidad de sustancia | N | ene |
| Intensidad luminosa | J | Jota |
Ejemplos de dimensiones derivadas
¿Para qué sirve la dimensión?
- Comprobar si una ecuación es coherente: los dos lados deben tener la misma dimensión. Si no, algo falla.
- Detectar errores: si en una suma aparece
m + m/s, sabes que está mal sin hacer el cálculo. - Cambiar entre sistemas de unidades sin memorizar todos los factores.
- Adivinar cómo escala un fenómeno: la superficie crece como L², el volumen como L³.
Catálogo de magnitudes
Cada magnitud con su descripción, dimensión, unidad SI y otras unidades usuales.
Prefijos del SI (completos)
Permiten escribir cantidades muy grandes o muy pequeñas sin llenar de ceros. Se colocan delante de la unidad: 1 km = 1000 m, 1 mm = 0,001 m.
Los cuatro últimos (quetta/quecto y ronna/ronto) se añadieron en 2022 para cubrir los extremos.
| Prefijo | Símbolo | Potencia |
|---|---|---|
| quetta | Q | 10³⁰ |
| ronna | R | 10²⁷ |
| yotta | Y | 10²⁴ |
| zetta | Z | 10²¹ |
| exa | E | 10¹⁸ |
| peta | P | 10¹⁵ |
| tera | T | 10¹² |
| giga | G | 10⁹ |
| mega | M | 10⁶ |
| kilo | k | 10³ |
| hecto | h | 10² |
| deca | da | 10¹ |
| — unidad base (10⁰ = 1) — | ||
| deci | d | 10⁻¹ |
| centi | c | 10⁻² |
| mili | m | 10⁻³ |
| micro | µ | 10⁻⁶ |
| nano | n | 10⁻⁹ |
| pico | p | 10⁻¹² |
| femto | f | 10⁻¹⁵ |
| atto | a | 10⁻¹⁸ |
| zepto | z | 10⁻²¹ |
| yocto | y | 10⁻²⁴ |
| ronto | r | 10⁻²⁷ |
| quecto | q | 10⁻³⁰ |
Conversor de unidades
Elige magnitud, escribe el valor y selecciona unidades. El resultado se actualiza al instante.
Conversor de notación científica (bidireccional)
Escribe en cualquiera de los dos campos y el otro se actualiza automáticamente. Acepta coma o punto, y notación tipo 1e-5, 4,2e-4, 4,2×10⁻⁴, 4.2*10^-4.
Ejemplo 1 · Longitud
Convertir 25 km a metros.
Factor: 1 km = 1000 m
La unidad km se cancela y queda m.
Ejemplo 2 · Velocidad
Convertir 72 km/h a m/s.
Factores: 1 km = 1000 m · 1 h = 3600 s
Ejemplo 3 · Temperatura
Convertir 25 °C a °F.
Fórmula: °F = °C × 9/5 + 32
La temperatura no se convierte multiplicando: sus escalas no comparten el mismo cero.
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A. ¿Qué es medir?
Medir es comparar una cantidad con un patrón establecido. Por ejemplo, medir una mesa con una regla es comparar su longitud con la longitud de la regla (el patrón).
Para que esa comparación tenga sentido, todos debemos usar el mismo patrón. De ahí nace el Sistema Internacional de Unidades (SI). Sin patrones comunes, un mismo objeto mediría distinto según quién lo midiera.
B. Historia del Sistema Internacional
El SI ha evolucionado durante más de 200 años. Cada unidad fundamental tiene una historia fascinante:
El metro
Nació en 1791 como la diezmillonésima parte del meridiano terrestre entre el polo norte y el ecuador (pasando por París). Se materializó en una barra de platino-iridio en 1889. En 1983 se redefinió de forma definitiva: es la distancia que recorre la luz en el vacío en 1/299.792.458 de segundo.
El kilogramo
Hasta 2019 se definía por un cilindro de platino-iridio guardado en Sèvres (Francia), el "Gran K". Problema: perdía peso lentamente (30 microgramos en 100 años). En 2019 se redefinió con la constante de Planck.
El segundo
Antes era 1/86400 de un día solar. Pero la Tierra no gira a velocidad constante. Desde 1967 se define por la oscilación del átomo de cesio-133: 9.192.631.770 oscilaciones por segundo.
C. Las 7 magnitudes fundamentales, una a una
1. Longitud (metro, m)
Mide la distancia entre dos puntos. Un folio tiene ~0,1 mm de grosor. La distancia de la Tierra al Sol es 1,5×10¹¹ m. La distancia a la estrella más cercana (Próxima Centauri) es 4,2 años-luz, unos 4×10¹⁶ m.
2. Masa (kilogramo, kg)
Mide la cantidad de materia. Ojo: la masa NO cambia con la gravedad, el peso sí. Un astronauta de 70 kg tiene la misma masa en la Luna, pero allí pesa 6 veces menos.
3. Tiempo (segundo, s)
Mide la duración de los sucesos. Los relojes atómicos actuales pierden 1 segundo cada 15.000 millones de años. Un rayo tarda ~30 microsegundos en descargarse.
4. Corriente eléctrica (amperio, A)
Mide el flujo de carga eléctrica. Un LED pequeño usa 20 mA. Un cargador de móvil rápido, 3 A. Un rayo puede llevar 30.000 A durante milisegundos.
5. Temperatura (kelvin, K)
Mide la energía cinética media de las partículas. El cero absoluto (0 K = -273,15 °C) es el punto en el que (teóricamente) nada se mueve. La temperatura más alta registrada en la Tierra ha sido de ~57 °C; en el Sol, ~15 millones de °C en el núcleo.
6. Cantidad de sustancia (mol)
Mide el número de entidades elementales (átomos, moléculas, iones). 1 mol = 6,022×10²³ partículas. Es el "número de Avogadro". Sirve para contar átomos sin tener que contarlos uno a uno.
7. Intensidad luminosa (candela, cd)
Mide el flujo luminoso emitido por una fuente en una dirección. Una vela emite aproximadamente 1 cd. Un LED doméstico típico, 50–100 cd.
D. Prefijos del SI: por qué existen
Los prefijos permiten escribir cantidades muy grandes o muy pequeñas sin llenar la página de ceros. Sin ellos, la distancia Tierra-Sol sería:
Cada prefijo multiplica o divide por potencias de 1000 (excepto los más pequeños, que van de 1000 en 1000).
Etimología curiosa
- micro (µ): del griego mikros = "pequeño"
- nano (n): del griego nanos = "enano"
- tera (T): del griego teras = "monstruo"
- peta (P): del griego pente = "cinco" (porque 10¹⁵ = 1000⁵)
- exa (E): del griego hex = "seis"
- yotta (Y): del latín octo = "ocho"
¿Cuánto es un yottabyte?
10²⁴ bytes. Para hacerte una idea: el volumen de toda el agua de los océanos de la Tierra es 1,3×10²¹ litros. Un yottalitro sería casi 1000 veces más que todos los océanos juntos.
E. Notación científica
La notación científica es una forma de escribir números muy grandes o muy pequeños usando potencias de 10. Siempre tiene la forma:
Reglas
- Si el número es mayor que 10 → exponente positivo. Ej: 3.500.000 = 3,5×10⁶.
- Si el número está entre 0 y 1 → exponente negativo. Ej: 0,00042 = 4,2×10⁻⁴.
- Al multiplicar, se suman exponentes: (2×10³)·(3×10⁴) = 6×10⁷.
- Al dividir, se restan exponentes: (8×10⁹)/(2×10³) = 4×10⁶.
Ejemplos cotidianos
En la pestaña Conversor tienes un convertidor bidireccional que pasa de número a notación y viceversa.
F. Errores y cifras significativas
Cuando medimos, no obtenemos el valor "exacto" sino una aproximación con una precisión determinada. Las cifras significativas indican cuántos dígitos de una medida son fiables.
Reglas básicas
- Cifras distintas de cero: siempre son significativas. 3,42 → 3 cifras.
- Ceros entre números distintos de cero: significativos. 1002 → 4 cifras.
- Ceros a la izquierda: no significativos. 0,0042 → 2 cifras.
- Ceros a la derecha sin coma: ambiguos. 100 puede tener 1 o 3 cifras.
¿Cómo redondear el resultado?
En una multiplicación o división, el resultado no puede tener más cifras significativas que el factor con menos cifras.
En una suma o resta, el resultado se redondea al decimal menos preciso de los sumandos.
G. Anécdotas curiosas de unidades
El Gimli Glider
El 23 de julio de 1983, un Boeing 767 de Air Canada se quedó sin combustible a 12.000 metros de altura. La causa: al repostar, se confundieron libras con kilogramos (1 kg = 2,2 lb). El avión necesitaba 22.300 kg y le pusieron 22.300 lb (10.100 kg). El piloto logró planear 20 minutos y aterrizar en una antigua base militar. Sin víctimas.
El barn
Es una unidad de superficie usada en física nuclear: 1 barn = 10⁻²⁸ m². Su nombre viene del inglés "barn" (granero). Durante la Segunda Guerra Mundial, los científicos la llamaban así en clave porque sonaba como "un granero" para describir la sección eficaz de un núcleo atómico: "es tan grande como un granero".
El furlong
1 furlong = 201,168 m. Es la longitud de un surco de arado tirado por un buey. Se sigue usando en carreras de caballos en Reino Unido e Irlanda.
El año-luz
No es una unidad de tiempo, ¡es de distancia! Es lo que tarda la luz en viajar durante un año: ~9,46×10¹² km. La luz del Sol tarda 8 minutos en llegar a la Tierra.
El kilogramo y el gran K
Hasta 2019, el kilogramo se definía por un cilindro de platino-iridio guardado en una cámara acorazada en Sèvres. Pero el "Gran K" perdía masa lentamente, ¡y eso hacía que el patrón mundial de masa cambiara! La solución fue redefinirlo con la constante de Planck.
La milla náutica
1 milla náutica = 1852 m exactos. Equivale a 1 minuto de arco de latitud terrestre. Por eso los navegantes la usan: navegar 60 millas náuticas hacia el norte equivale a 1 grado de latitud.
H. ¿Dónde se usa la física en la vida diaria?
En el móvil
- Batería: medida en mAh (miliamperios-hora), no en julios. Un móvil típico tiene 4.000 mAh.
- Pantalla: el brillo se mide en cd/m² (nits). Un móvil típico, 500 nits. La luz ambiente, en lux.
- Procesador: velocidad en GHz. Potencia en W.
- GPS: funciona gracias a la relatividad (Einstein). Sin correcciones relativistas, el error sería de 10 km/día.
En la cocina
- Horno: temperatura en °C.
- Microondas: potencia en W (típico 800 W).
- Recetas: masa en g, volumen en mL. ¡Un vaso es ~250 mL!
- Calorías: 1 kcal = 4184 J. Un adulto necesita ~2000 kcal/día.
En el deporte
- Velocidad: km/h o m/s. Bolt corrió a 44,72 km/h = 12,42 m/s.
- Aceleración: un coche de F1 alcanza 5 g en frenada.
- Energía: las calorías quemadas en el gimnasio están en kcal.
En medicina
- Dosis de radiación: gray (Gy) = J/kg.
- Radiactividad: becquerel (Bq) = 1 desintegración/s.
- Presión arterial: mmHg (milímetros de mercurio).
- Concentración de fármacos: mg/dL o mM.
En el clima
- Presión atmosférica: hPa (hectopascales) = mbar. La presión estándar es 1013 hPa.
- Viento: km/h en tierra, nudos (kn) en el mar.
- Temperatura: °C en Europa, °F en EE.UU.
Errores comunes
→ La masa va en
kg; el peso es una fuerza y va en N.→ °C, °F, K y °R necesitan fórmulas (sus ceros no coinciden).
→
2 m + 30 cm → 2 m + 0,3 m = 2,3 m.→
k = 10³ (1000), no 100. M = 10⁶. c = 10⁻².→ 1 m = 100 cm → 1 m² = 10 000 cm² (no 100) → 1 m³ = 1 000 000 cm³.
→ Mantén más cifras durante los cálculos y redondea solo al final. Cifras significativas:
2,5 × 3,42 = 8,55, pero se reporta 8,6 (2 cifras, como el 2,5).→
m/s, km/h, no mps ni kmh.