Magnitud, Medición, Unidades fundamentales y derivadas

Desde el punto de vista físico, una magnitud es toda aquella propiedad o entidad abstracta que puede ser medida en una escala y con un instrumento adecuados. En definitiva, magnitud es toda aquella propiedad que se puede medir. Como ejemplos de magnitudes pueden citarse peso, masa, longitud, velocidad, tiempo, temperatura, presión, fuerza, etc. Las magnitudes son de diferente naturaleza o especie, no es lo mismo la masa que el peso, como tampoco es lo mismo la longitud (o distancia) que la velocidad.
 Es decir, una magnitud no puede ser convertida en otra, pero si pueden relacionarse a través de leyes físicas expresadas como fórmulas matemáticas. Por ejemplo: F = m . a donde F es fuerza, m es masa y a es aceleración Sin embargo, cada magnitud física puede medirse en distintas unidades de medición que resultan comparables entre sí. Precisamente, una unidad es el patrón con el que se mide determinada magnitud. A menudo existe para cada magnitud, una unidad principal, considerada así por ser la más comúnmente usada y otras secundarias, éstas pueden ser múltiplos o submúltiplos de la unidad principal.

La tabla 1 muestra algunos ejemplos al respecto. 

- Tipos de magnitudes 
 Existen tres magnitudes que son consideradas en la Física como Fundamentales porque a partir de sus unidades se derivan todas las demás unidades con las que se miden el resto de las magnitudes físicas. Estas son la masa , la longitud y el tiempo.   
De esta forma, si se mide la masa en kilogramos (kg), el tiempo en segundos (s) y la distancia o longitud en metros (m), a modo de ejemplo se pueden calcular las correspondientes unidades derivadas para las siguientes magnitudes:
 Velocidad: fórmula simplificada, 
V = d/t, entonces la unidad de velocidad [V] resultará del cociente entre la unidad de distancia [d] y la de tiempo [t]. [V] = [d]/ [t] = m/s

 Fuerza: fórmula simplificada, F = m . a, entonces la unidad de fuerza [F] resultará del producto entre la unidad de masa [m] y la de aceleración [a]. [F] = [m] . [a] = kg . m/s2 = N (Newton) 

Presión: fórmula simplificada, P = F/S, entonces la unidad de Presión [P] resultará del cociente entre la unidad de fuerza [F] y la de superficie [S]. [P] = [F]/ [S] = N/m2 = Pa (Pascal) Un múltiplo del Pascal, muy utilizado en meteorología es el hectopascal (hPa) que equivale a 100 Pa

 Magnitudes Escalares y Vectoriales 

Las magnitudes escalares son aquellas que se definen a través de su valor numérico o módulo seguido de la correspondiente unidad, no interesan en ellas ni dirección ni sentido. Ejemplos de magnitudes escalares son masa, temperatura, volumen y densidad.

Las magnitudes vectoriales son aquellas que además de su de su valor numérico o módulo y unidad, se definen considerando también la dirección, sentido y en algunos casos el punto de aplicación. Ejemplos de magnitudes vectoriales son la velocidad, la aceleración y la fuerza. Por esta razón, en meteorología cuando se habla de la velocidad del viento, esta se da en módulo y dirección.   

Sistema de unidades

Un sistema de unidades es un conjunto de unidades de medida consistente, normalizado y uniforme. En general definen unas pocas unidades de medida a partir de las cuales se deriva el resto. Existen varios sistemas de unidades:

 Unidades de tiempo

 El tiempo es una magnitud que se expresa en el sistema sexagesimal, de modo que los pasajes de unidades no son tan simples como los vistos anteriormente y hay que tener en cuenta las relaciones ya conocidas: 1h = 60 min 1 min = 60 s Entonces 1 h = 3.600 s

 

- Unidades de velocidad

Una velocidad da la relación entre una distancia recorrida y el tiempo empleado en recorrerla. Para efectuar cambios de unidades dentro del sistema métrico, se deben hacer pasajes simultáneos en las unidades de distancia y tiempo, considerando para este último las siguientes relaciones: 1h = 3.600 s y 1s = Entonces, para pasar de km/h a m/s: Ejemplo: 72 = = 20 

Como regla práctica, se divide el valor numérico de la velocidad dado en km/h por 3,6 y se le coloca al resultado la unidad m/s Para pasar de m/s a km/h : Ejemplo: 25 = = 90 Como regla práctica, se multiplica el valor numérico de la velocidad dado en m/s por 3,6 y se le coloca al resultado la unidad km/h En meteorología es también muy utilizada como unidad de velocidad el Nudo (kt) que de define como una milla náutica por hora, de modo que guarda la siguiente relación con los km/h .

 Unidades de longitud 

La longitud (o bien la distancia) es una magnitud que se expresa en una dimensión, de acuerdo al siguiente esquema, tomando al metro como unidad principal: km – hm – dam – m – dm – cm – mm 3 Por lo tanto los cambios de unidad en el sistema métrico se harán “corriendo la coma” un solo lugar, hacia la derecha si se pasa de una unidad mayor a una menor. Ejemplo: 1,27 m = 127 cm O bien hacia la izquierda si se pasa de una unidad menor a otra mayor. Ejemplo: 1,27 m = 0,00127 km Como regla práctica se puede tomar que la “coma” se correrá un lugar por cada salto o cambio de unidad, en el sentido en que se cambia. 

 Unidades de superficie

La superficie es una magnitud de dos dimensiones y en el sistema métrico, tomando al metro cuadrado como unidad principal, el esquema es el que sigue: km2 – hm2 – dam2 – m 2 – dm2 – cm2 – mm2 En este caso, por cada cambio de unidad, la coma se corre dos posiciones decimales en el sentido en el que se cambia es decir, hacia la derecha si se pasa de una unidad mayor a una menor. Ejemplo: 3,4 hm2 = 34.000 m2 = 3,4 x 104 m2 O bien hacia la izquierda si se pasa de una unidad menor a otra mayor. Ejemplo: 1,35 m2 = 0,00000135 km2 = 1,35 x 10-6 km2.

Unidades de volumen

Análogamente, el volumen es una magnitud de tres dimensiones y en el sistema métrico, tomando al metro cúbico como unidad principal, el esquema es el que sigue: km3 – hm3 – dam3 – m 3 – dm3 – cm3 – mm3 Aquí, por cada cambio de unidad, la coma se corre tres posiciones decimales en el sentido en el que se cambia es decir, hacia la derecha si se pasa de una unidad mayor a una menor. Ejemplo: 6,54 m3 = 6.540.000 cm3 = 6,54 x 106 cm3 O bien hacia la izquierda si se pasa de una unidad menor a otra mayor. Ejemplo: 234,5 m3 = 0,0002345 hm3 = 2,345 x 10-4 hm3