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Piensa en situaciones cotidianas: fabricar un marco de madera usando centímetros, planear un viaje midiendo distancias en kilómetros, o comprar tela que se vende por metros. En todos estos casos, cambiar de una unidad a otra te ayuda a comparar, planificar y tomar decisiones correctas. Dominar estas conversiones no solo evita errores, sino que te permite interactuar con el mundo físico de una forma clara, lógica y coherente.
Conversiones automáticas de unidades de longitud en el S.I.
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Procedimiento para uso de la calculadora
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Selecciona la unidad de partida o la unidad dada
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¿Quieres profundizar más acerca de la ley de Ohm?¿Sabías que la resistencia eléctrica está presente en muchos dispositivos de tu vida diaria? Aquí te mencionaré algunos de ellos y comenzamos cuando cargas tu celular, el adaptador regula la corriente para proteger la vida de la batería, esta situación es la misma cuando cargas tu portátil o laptop.
Pasa lo mismo con los electrodomésticos, cada componente regula el flujo de corriente para garantizar un funcionamiento eficiente, evitando sobrecargas y asegurando que cada parte reciba la energía necesaria.
¿En algún momento te has preguntado cómo funciona la electricidad en los dispositivos que usamos a diario?
La respuesta a esta pregunta es la Ley de Ohm, esta ley es la regla fundamental qué expresa cómo se relaciona el voltaje (V), la corriente (I) y la resistencia (R) en un circuito eléctrico.
Qué es la ley de ohm
La Ley de Ohm expresa que el voltaje es el producto entre la intensidad de la corriente y la resistencia. Su fórmula matemática es:
Esto quiere decir, que el voltaje es directamente proporcional a la intensidad de la corriente y a la resistencia.
Símbolos y unidades
Es fundamental conocer los símbolos, unidades, nombre de los instrumentos encargados de medir cada magnitud y sus respectivos símbolos utilizados en las representaciones de los diagramas esquemáticos.
Magnitud
Símbolo
Unidad
Instrumento de medición
Representación en diagramas
Tensión
E
Voltio (V)
Voltímetro
Corriente
I
Amperio (A)
Amperímetro
Resistencia
R
Ohmio (Ω)
Óhmetro
Términos utilizados en la Ley de Ohm
Para comprender la ley de Ohm, es fundamental conocer ciertos términos, como, voltaje, intensidad de corriente, resistencia, aislantes y conductores.
Voltaje
Llamado también diferencia de potencial eléctrico o tensión, es el encargado de impulsar los electrones a través de un circuito.
Ejemplo: En una pila de 9V, el voltaje impulsa los electrones en circuito para movilizar una plataforma de juguete.
El término tensión se usa con mayor frecuencia en España, mientras que en América Latina es más común el uso de voltaje.
Por la Ley de Ohm:
Ley de Ohm: Intensidad de corriente
También conocida como corriente eléctrica o flujo de carga eléctrica, es la cantidad de carga que circula a través de un conductor en un tiempo determinado.
Donde:
Q = carga eléctrica en Coulomb (C).
t = tiempo.
Ejemplo de intensidad de corriente: Al encender un ventilador, la corriente eléctrica fluye desde la toma de corriente hasta el motor, generando el movimiento de los álabes.
Aplicando la Ley de Ohm, la intensidad de corriente se determina de la siguiente manera:
La intensidad es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia.
Resistencia
Es la propiedad del material o componente que se opone al paso de la corriente eléctrica, lo cual trae como consecuencia la disipación de calor.
Ejemplo: El filamento de una bombilla es un conductor que posee alta resistencia, cuando la corriente pasa por él este se calienta y emite luz.
Aplicando la Ley de Ohm, el cálculo de la resistencia se expresa así:
La resistencia es directamente proporcional a la tensión pero es inversamente proporcional a la intensidad.
Conductores
Es un material que permite el flujo de electrones con facilidad, facilitando la conducción de electricidad. Metales como el cobre, la plata y el aluminio son excelentes conductores eléctricos y se utilizan ampliamente en cables y circuitos debido a su baja resistencia.
¿Sabías que algunos gases pueden conducir electricidad?
Bajo condiciones especiales, ciertos gases pueden comportarse como conductores de electricidad. Este principio se aprovecha en la iluminación: el neón y el argón dan vida a los llamativos letreros luminosos, mientras que el vapor de mercurio y el vapor de sodio se utilizan en lámparas de alumbrado público, produciendo una luz brillante y eficiente.
Aislantes
Son materiales que dificultan o impiden el paso de la corriente eléctrica. Por ejemplo: el plástico, vidrio, goma, cerámica, baquelita, madera seca.
Visualizando la Ley de Ohm a través de circuitos eléctricos
Para comprender la Ley de Ohm, se presentarán tres circuitos, cada uno con su diagrama pictórico y su correspondiente diagrama esquemático.
Es importante destacar que en los diagramas esquemáticos de este post:
La corriente eléctrica seguirá el sentido convencional, desplazándose del polo positivo al negativo.
Las resistencias se representarán mediante rectángulos.
Los materiales que se utilizaran son los siguientes:
Dos pilas AA de 1,5V.
Dos bombillas modelo E10 de 3,5V. Resistencia del filamento 13,17Ω.
Un switch SPST.
Dado que se conocen el valor de la fuente y la resistencia del filamento de la bombilla, se calculará manualmente la intensidad de la corriente aplicando la Ley de Ohm. Además, en el diagrama esquemático se incluye un amperímetro que muestra el valor de la intensidad medida.
Circuito # 1: Los componentes para este primer circuito son una pila de 1,5V, una bombilla y un switch.
Calculo de la intensidad:
Conclusión: Con una fuente de 1,5V la iluminación de la bombilla es baja.
Circuito # 2: Los componentes para este circuito son dos pilas conectadas en serie, un switch y una bombilla.
Aplicando la fórmula:
Conclusión: Al duplicar el voltaje, la intensidad de corriente también se duplicó, lo que resultó en un aumento en la iluminación de la bombilla.
Circuito # 3: Los componentes para este circuito son dos bombillas conectadas en serie, un switch y una pila.
Se determina la intensidad de la corriente:
Conclusión: Al aumentar la cantidad de bombillas, también aumenta la resistencia total del circuito. Como están conectadas en serie, sus resistencias se suman, duplicando el valor original. Como resultado, la intensidad de la corriente disminuye, lo que provoca una menor iluminación en las bombillas.
Juega con la electricidad
Con los conocimientos que ya tienes sobre circuitos, voltaje, corriente y resistencia, ahora podrás experimentar de manera interactiva. Usa la simulación diviértete explorando y aprende jugando con la Ley de Ohm.
Laboratorio Virtual: Fortalece tus conocimientos
Ahora es tu turno. Pon a prueba lo que has aprendido y responde estas 5 preguntas. Usa la simulación para experimentar y descubrir las respuestas. ¡Atrévete a resolver el reto eléctrico!
1) Ajusta el voltaje a 9V y la resistencia a 10 Ω. ¿Cuánto marca el amperímetro?
a) 500 mA. b) 200 mA. c) 9 A. d) 900 mA
2) ¿Qué pasa con la corriente? si duplicas el voltaje, ¿qué le sucede a la corriente?
a) Se mantiene igual. b) Se duplica. c) Se reduce a la mitad. d) Desaparece.
3) Resistencia al límite. Ajusta la resistencia al máximo valor posible. ¿Cómo afecta esto a la corriente en el circuito?
a) Aumenta. b) Disminuye. c) Se mantiene igual. d) Se vuelve infinita.
4)Jugando con la Ley de Ohm. Si tienes una resistencia de 20Ω y una corriente de 3A, ¿Cuál debe ser el voltaje de la fuente para cumplir con la Ley de Ohm?
a) 60V b) 17V c) 23V d) 40V
5)Prueba de alto voltaje. ¿Cuál de estas combinaciones generará una corriente más alta?
a) 15V y 5Ω b) 20V y 10Ω c) 30V y 30Ω d) 40V y 80Ω
Nota: Las respuestas están al final de la sección de Actividades. Te sugiero anotar tus respuestas y compararlas después para evaluar tu conocimiento.
¿Quién demostró esta relación?
La relación entre el voltaje, la corriente y la resistencia en un circuito eléctrico fue demostrada en 1827 por el físico matemático alemán Georg Simon Ohm (1787-1854).
Problemas con soluciones: Ley de Ohm
En esta sección se presentarán ejercicios resueltos de la Ley de Ohm, explicados paso a paso para facilitar su comprensión. Además, cada problema incluirá su correspondiente diagrama esquemático para visualizar mejor la situación.
Problema # 1
Se tiene un circuito eléctrico con una fuente de 10V y una sola resistencia de 5Ω. Determina: Intensidad de la corriente y el voltaje que pasa por la resistencia R1.
Solución
Datos:
E = 10V R = 5 Ω I = ?
Operación:
Problema # 2
David está instalando un calentador eléctrico en su casa y quiere asegurarse que funciona correctamente. El calentador está conectado a una toma de corriente de 120V, y el medidor de corriente indica que está consumiendo 2A.
Solución
Para verificar si el calentador está operando dentro de los parámetros esperados, él necesita determinar la resistencia del calentador.
Datos:
E = 120V I = 2A R1 = ?
Operación:
Problema # 3
El circuito de la imagen cuenta con una fuente de 150V y dos resistencias: R1 de 10Ω y R2 de 5Ω. Se requiere determinar:
María quiere iluminar su jardín con una serie de luces decorativas incandescentes. Ha conectado 5 bombillos a una fuente de voltaje y desea conocer cómo funciona el circuito antes de encenderlo. Para ello, necesita calcular:
La resistencia total del sistema de bombillos.
La corriente que circulará por el circuito.
El voltaje que recibe cada bombillo.
Ayuda a María a determinar estos valores para asegurarse de que las luces funcionarán correctamente sin sobrecargar el sistema.
1.Una linterna utiliza una batería de 10V y una resistencia interna de 5Ω en su circuito. Determina:
La corriente que fluye por el circuito.
El voltaje en la resistencia interna de la linterna.
Respuesta: I = 2A y V = 10V
2.Un calentador eléctrico de 150V utiliza dos resistencias internas de 10Ω y 5Ω conectadas en serie. Determina:
La resistencia total.
La corriente en el circuito.
El voltaje en cada resistencia.
Respuesta: Rt = 15Ω; I = 10A; E1 = 100V; E2 = 50V
3.Un electricista instala dos lámparas en serie en una casa, cada una con una resistencia de 2Ω y 3Ω. La corriente que fluye en el circuito es de 4A. Determina:
Comprender las conversiones de unidades brinda la posibilidad de poder comparar y conocer diferentes medidas no solo en la ciencia sino también en la vida diaria. ¿Sabías que un guepardo puede llegar alcanzar una velocidad de 120km/h comparable a la de un vehículo?. Sin embargo, puede ocurrir una variedad de situaciones donde se requiera efectuar cálculos científicos o un análisis se seguridad vial, haciendo uso de otras unidades como metros por segundos (m/s). Su finalidad es adaptar esa velocidad a distintos contextos. Las conversiones de unidades se da cuando cambias de una moneda a otra, por ejemplo de dólar a euros, o de litros a galones, de kilogramos a toneladas, pulgadas a milímetros. Convertir unidades te ayuda a resolver problemas en matemáticas, física, química y hasta en tu diario vivir.
Definición de conversiones de unidades
Se refiere a un cambio de unidades pertenecientes a una misma magnitud.
Sistema Internacional de medidas S.I.
Es el sistema estándar más utilizado a nivel mundial, fue establecido en el año 1960 por la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM). Basado en el sistema métrico introducido por Francia en 1795.
El Sistema Internacional (S.I.) hace uso de prefijos para expresar magnitudes a distintas escalas, desde las más pequeñas hasta las más grandes. Permitiendo simplificar y adaptar las medidas a distintas exigencias.
Prefijos del S.I.
El S.I. posee una gran variedad de prefijos y se aplica a las unidades de cada magnitud física. La razones para su utilización se debe a:
1. Permitir la expresión de valores muy grandes o muy pequeños a cifras compactadas y comprensibles.
2. Facilita la lectura de números con muchos ceros, manteniendo su precisión.
3. Se hace más fácil captar el valor y comunicar las medidas.
Cada magnitud física posee una unidad principal, esta unidad no debe poseer prefijo con la intención de poder combinarla con cada prefijo del S.I. quedando finalmente una variedad de unidades perteneciente a esa magnitud física.
Cabe destacar que en unidades de magnitudes de temperatura (Kelvin “K”), cantidad de sustancia (Mol “mol”) e intensidad lumínica (Candela “cd”) no se aplica la combinación con los prefijos ya que no es practico en la realidad.
Tabla de prefijos del S.I.
En la tabla de prefijos podrás observar:
1. Posición (posición).
2.Prefijo.
3. Símbolo.
4. Orden de magnitud o factor.
Nota
La posición (P) se utiliza para identificar qué prefijos tienen un valor mayor que otros.
Tabla de prefijos S.I.
P
Prefijo
Símbolo
Orden de magnitud
1
yotta
Y
1024
M u l t i p l o s
2
zetta
Z
1021
3
exa
E
1018
4
peta
P
1015
5
tera
T
1012
6
giga
G
109
7
mega
M
106
8
kilo
k
103
9
hecto
h
102
10
deca
da
101
11
Unidad sin prefijo
1=100
12
deci
d
10-1
S u b m u l t i p l o s
13
centi
c
10-2
14
mili
m
10-3
15
micro
μ
10-6
16
nano
n
10-9
17
pico
p
10-12
18
femto
f
10-15
19
atto
a
10-18
20
zepto
z
10-21
21
yocto
y
10-24
Combinaciones de las unidades con prefijos S.I.
Es muy fácil realizar las combinaciones, solo debes tener la unidad sin prefijo de la magnitud física.
Combinaciones con la unidad de longitud
Para la magnitud longitud su unidad es el metro (m), la combinación queda expresada de la siguiente manera:
Longitud
Prefijo
Símbolo
Combinación
yotta
Y
Ym
zetta
Z
Zm
exa
E
Em
peta
P
Pm
tera
T
Tm
giga
G
Gm
mega
M
Mm
kilo
k
km
hecto
h
hm
deca
da
dam
Unidad sin prefijo
m
deci
d
dm
centi
c
cm
mili
m
mm
micro
μ
μm
nano
n
nm
pico
p
pm
femto
f
fm
atto
a
am
zepto
z
zm
yocto
y
ym
La lectura de cada uno de ellos es mencionar el nombre del prefijo con tilde en la segunda sílaba + la unidad. Ejemplo:
Para la magnitud masa, la unidad principal es el kilogramo (kg). Pero como esta unidad posee prefijo la unidad usada para la combinación es el gramo (g). Entonces la combinación queda de la siguiente forma:
Masa
Prefijo
Símbolo
Combinación
yotta
Y
Yg
zetta
Z
Zg
exa
E
Eg
peta
P
Pg
tera
T
Tg
giga
G
Gg
mega
M
Mg
kilo
k
kg
hecto
h
hg
deca
da
dag
Unidad sin prefijo
g
deci
d
dg
centi
c
cg
mili
m
mg
micro
μ
μg
nano
n
ng
pico
p
pg
femto
f
fg
atto
a
ag
zepto
z
zg
yocto
y
yg
Cómo pudiste notar es fácil realizar estas combinaciones, así como se hizo con estas dos magnitudes las puedes hacer también con otras como la de capacidad, volumen, área, tiempo, velocidad, aceleración, entre otras.
¿Cómo debo hacer las conversiones?
Cuando se realiza una conversión siempre va existir dos unidades, una de partida y la otra de destino.
La unidad de partida es la que se cambia, mientras que la unidad de destino es como finalmente se expresa una medida.
Por ejemplo: Convertir 5 km → m.
Unidad de partida = km y la unidad de destino = m.
Para poder hacer cualquier conversión debes cumplir con los siguientes pasos:
I.Identificar la unidad con mayor y menor orden de magnitud. Ver tabla # 1.
II.Dividir la orden de magnitud mayor entre la menor.
III.Construir el factor de conversión entre las dos unidades: se asigna el valor de 1 a la unidad de mayor orden de magnitud y se iguala al cociente obtenido en el paso anterior.
IV.Multiplicar el valor de la unidad de partida por el factor de conversión obtenido en el paso 3, expresado en forma de fracción para permitir la cancelación de la unidad inicial.
Ejercicios de conversiones de unidades de longitud
Cada ejemplo se muestran con explicaciones paso a paso. Usa la tabla de prefijos del S.I. y comprobarás lo fácil que es convertir cualquier unidad de longitud.
Si deseas comprobar los resultados de forma rápida y segura puedes usar EduConvert
Tercero. Construcción del factor de conversión.$$1m=10^{1}dm$$
Cuarto. Multiplicar la magnitud dada con su factor de conversión construido.
$$\boxed{10m=100dm}$$
Ejemplo # 2: Convertir 8km → cm
Solución
Unidad de partida = km Unidad de destino = cm
Uno. La unidad de mayor orden de magnitud es el kilómetro.
Dos. Dividir.$$\frac{10^{3}}{10^{-2}}=10^{5}$$
Tres. Crea el factor de conversión.$$1km=10^{5}cm$$
Cuarto. Multiplicar la magnitud dada con el factor de conversión.
Ejemplo # 3: Convertir 1500mm → dm
Solución
Unidad de partida = mm Unidad de destino = dm
La unidad de mayor orden de magnitud es el decímetro.
Dividir.$$\frac{10^{-1}}{10^{-3}}=10^{2}$$
Factor de conversión.$$1dm=10^{2}mm$$
Multiplicar.
Ejemplo # 4: Convertir 23Mm → m
Solución
Unidad de partida = Mm Unidad de destino = m
Unidad de mayor orden de magnitud es el Megámetro.
Dividir. $$\frac{10^{6}}{10^{0}}=10^{6}$$
Factor de conversión.$$1Mm=10^{6}m$$
Eliminar la unidad de partida.
En notación científica:$$=2,3\cdot 10^{1}\cdot 10^{6}m=2,3\cdot 10^{7}m$$
Ejemplo # 5: Convertir 105 000 nm → Mm
Solución
Se expresa 105 000 nm en notación científica quedando de la siguiente forma:
1,05.105nm
Unidad de partida = Mm Unidad de destino = nm
La unidad de mayor orden de magnitud es el Megámetro.
Dividir. $$\frac{10^{6}}{10^{-9}}=10^{15}$$
Factor de conversión.$$1Mm=10^{15}nm$$
Resultado.
$$=1,05\cdot 10^{-10}Mm$$
Conversiones de unidades de masa
El procedimiento es idéntico al de las unidades de longitud, la diferencia es que debes poseer la tabla de todos los prefijos para la magnitud de masa.
Dale clic allí ➡️ Ir a EduConvert y realiza conversiones de masa.
Ejemplo # 1: Convertir 36 Yg → Tg
Solución
Unidad de partida = Yg Unidad de destino = Tg
Unidad de mayor orden de magnitud es Yottagramo.
Dividir. $$\frac{10^{24}}{10^{12}}=10^{12}$$
Factor de conversión.$$1Yg=10^{12}Tg$$
Eliminación de unidades.
Ejemplo # 2: Convertir 15 000 kg → T
Solución
Unidad de partida = kg Unidad de destino = T (Tonelada)
Observación: Tonelada se conoce también como Megagramo. Entonces: T=Mg
La unidad de mayor orden de magnitud es el Megagramo.
Dividir. $$\frac{10^{6}}{10^{3}}=10^{3}$$
Factor de conversión.$$1Mg=10^{3}kg$$
Eliminación de unidades de partida.
Conversiones de unidades del Sistema Internacional a otros sistemas y viceversa
Aquí la conversión resulta más sencilla, porque el factor de conversión no lo debes elaborar tú: ya está proporcionado.
Tabla de magnitudes: Longitud, masa, volumen, fuerza, presión, área y tiempo con su factor de conversión.
A continuación, la tabla:
Magnitud
Unidad de otros sistemas
Factor de conversión
Longitud
Pulgada
1 in = 2,54 cm
Pie
1 ft = 30,48 cm
Yarda
1 yd = 0,914 m
Milla
1 mi = 1,609 km
Masa
Libra
1 lb = 453,6 g
Onza
1 oz = 28,35 g
Tonelada
1 t = 1 000 kg
Volumen
Galón
1 gal = 3,785 L
Pie cúbico
1 ft3 = 28,3168 L
Metro cúbico
1 m3 = 1 000L
Fuerza
Kilogramo-fuerza
1 kgf = 9,80665 N
Kilopondio
1kp = 9,80665 N
Dina
1 dyn = 10-5 N
Libra-fuerza
1lbf = 4,44822 N
Presión
Bar
1bar = 100 000 Pa
Kilopascal
1 kPa = 1 000 Pa
1kPa = 1 000N/m2
Libra por pulgada cuadrada
1 psi = 6 894,76 Pa
Área
Acre
1 ac = 4 046,86 m2
Yarda cuadrada
1 yd2 = 0,836127 m2
Tiempo
Minuto
1 min = 60 s
Hora
1 h = 60 min
Hora
1 h = 3600 s
Día
1 d = 24 h
Mes
1 mes = 2 629 746 s
Mes
1 mes =43 824 min
Mes
1 mes ≈ 30,44 días
Semana
1 semana = 604 800 s
Semana
1 semana = 7 días
Quincena
1 quincena = 15 días
Trimestre
1 trimestre = 3 meses
Año
1 año ≈ 365,25 días
Bimestre
1 bimestre = 2 meses
Semestre
1 semestre = 6 meses
Bienio
1 bienio = 2 años
Trienio
1 trienio = 3 años
Cuatrienio
1 cuatrienio = 4 años
Lustro
1 lustro = 5 años
Década
1 década = 10 años
Dale clic allí ➡️ Ir a EduConvert y conviertes fácil y rápido.
Ejemplo # 1: Convertir 3 in → cm
Solución
Ejemplo # 2: Convertir 4530 km → mi
Solución
Conversiones de unidades de velocidad
Las unidades de velocidad son unidades derivadas, compuesta por magnitudes de longitud y tiempo. Si la exigencia es transformar ambas unidades se crea 2 factores de conversión, pero todo depende de la situación porque puede presentarse con más de dos factores.
Dale clic allí ➡️ Ir a EduConvert y realiza conversiones de velocidad.
Ejemplo # 1: Convertir 3 m/s → cm/min
Solución
Unidad de partida = m/s Unidad de destino = cm/min
Observación: Tanto las unidades de longitud y tiempo deben ser transformadas por lo tanto se debe crear 2 factores de conversión.
La unidad de mayor orden de magnitud es el metro.
Dividir. $$\frac{10^{0}}{10^{-2}}=10^{2}$$
Factores de conversión.$$1m=10^{2}cm$$ $$1min=60s$$
Multiplicar para eliminar las unidades dadas.
En notación científica:
Ejemplo # 2: Convertir 10 dam/h → hm/μs
Solución
Unidad de partida = dam/h Unidad de destino = hm/μs
Observación: En esta situación debe crearse 3 factores de conversión. El primero es para la longitud, el segundo de horas a segundo y el tercero de segundos a microsegundos.
La unidad de longitud de mayor orden de magnitud es el hectómetro.
Dividir.$$\frac{10^{2}}{10^{1}}=10^{1}$$
Factores de conversión.
Longitud
1hm = 101dam
Tiempo
1h = 3600 s (tabla # 2)
1s = 10-6μs (tabla # 1)
Multiplicar los tres factores.
En notación científica:
Conversiones de unidades de aceleración
El procedimiento es similar a las conversiones de unidades de velocidad, con la diferencia que el factor tiempo debe elevarse al cuadrado.
Dale clic allí ➡️ Ir a EduConvert y realiza conversiones de aceleración.
Ejemplo # 1: Convertir 20 m/s2 → m/h2
Solución
Unidad de partida = m/s2 Unidad de destino = m/h2
Observación: La única unidad que se debe transforma es la de tiempo.
Factor de conversión
Tiempo
1h = 3600 s (tabla # 2)
Multiplicar
En notación científica:
¿Quieres practicar más con un tutor?
Podemos preparar una sesión personalizada con ejercicios guiados, resolución paso a paso y seguimiento del progreso.
I. Convierta y exprese los resultados en notación científica.
0,000097.10-36 am → m
99,7.1015 Gm → dm
33,9.10-9 mg → kg
993,9.1012 T → kg
3 110,4.1052 s → meses
2 000 000 ps → semanas
432 000 km/h → m/s
97,64 cm/min → hm/s
II. Van tres personas caminando y un encuestador le pregunta: ¿Cuánto tiempo tardan desde sus casas a la iglesia? las tres personas responden respectivamente: un cuarto de hora, 7500s y 96min.
¿Qué persona llega de segunda y tercera a la iglesia?
III. La masa de un planeta es de 90718.1025mg ¿Cuál es la masa del planeta en libras?
IV. El diámetro de la rueda de una bicicleta es de 571,5mm ¿Cuánto es el diámetro en pulgadas (in)?
V. Un carro va con una velocidad de 97000dm/h. ¿Cuánto sería la velocidad expresada en m/s?
VI. La altura de un obrero es de 1,52m. Exprese su altura en pies (ft)
El análisis dimensional es una poderosa herramienta en el área de la física ya que permite asegurar que las fórmulas o las ecuaciones utilizadas sean coherentes y tenga sentido en términos de unidades y dimensiones.
Es aplicado en muchas situaciones de la vida diaria, desde un trabajo de bricolaje hasta en la creación de proyectos, asegurando que los resultados sean correctos y consistentes.
¿Qué es análisis dimensional?
Es una relación de magnitudes, lo cual permite verificar ecuaciones o deducir nuevas fórmulas a partir de experimentos.
A continuación, aquí tienes algunos aspectos del análisis dimensional:
Terminología básica
Para empezar a comprender el tema es importante tener presente el conocimiento de algunos términos, como magnitud física, dimensión y unidad.
La magnitud física llamada también cantidad física es aquella que puede ser medida, como la longitud, área, fuerza, etc. La dimensión es la medida de alguna magnitud física y es expresado en letras, mientras que la unidad es utilizada para expresar cantidades de una magnitud física.
Imagínate una persona caminando por un parque y lee un aviso que tiene escrito lo siguiente: “A 500m los baños”. Identifica la magnitud, dimensión y unidad. La magnitud física es “longitud”, dimensión “L” y la unidad = m (metros).
Magnitudes fundamentales
Existen 7 magnitudes fundamentales o básicas, ellas son: masa, tiempo, longitud, corriente eléctrica, temperatura, cantidad de materia y cantidad de luz.
A continuación, la tabla # 1 de magnitudes fundamentales con sus respectivas dimensiones y unidades tanto por el Sistema Internacional (S.I.) e inglesa.
Dimensiones derivadas
Este tipo de dimensiones son generadas gracias a unas relaciones conocidas con el nombre de ecuaciones o fórmulas, su procedimiento es sencillo siempre y cuando cumplas con los siguientes pasos:
Uno: Identificar las magnitudes físicas.
Dos: Encerrarlas entre corchetes.
Tres: Sustituir las dimensiones de cada magnitud física.
Cuarto: Ejecutar las operaciones matemáticas existentes.
Quinto: Emitir el resultado de las dimensiones de forma lineal.
Nota: Cuando se encierra una magnitud entre corchetes su lectura es: “las dimensiones de”. Ejemplo: [velocidad] o [v] , se lee: las dimensiones de la velocidad.
Ejercicios prácticos
A continuación, cuatro ejemplos para determinar dimensiones derivadas.
➡ Ejemplo # 1: Hallar las dimensiones de la velocidad. Fórmula:$$\vec{v}= \frac{d}{t}$$
Al mencionar la palabra homogeneidad llega a la mente la palabra similitud, entonces es lógico pensar que la homogeneidad dimensional se refiere a que todas las dimensiones en una ecuación son similares.
Ley de la Homogeneidad Dimensional
La finalidad de esta ley es permitir la existencia de ecuaciones dimensionalmente coherentes, es decir, garantiza que las expresiones sean correctas. Ella establece que:
Cada término en una ecuación que sume, reste, multiplique o divida, deben poseer las mismas dimensiones, de lo contrario la ecuación no es consistente.
Aspectos relevantes en la ley de la homogeneidad
Para asegurar la coherencia dimensional en las ecuaciones es muy importante tener en cuenta los siguientes aspectos:
Cualquier número o constante que se encuentren acompañando a cualquier término de una ecuación son adimensionales. Por lo tanto, las dimensiones de un número siempre es 1. Ejemplo: $$\left [ M \right ]=2L+\frac{1}{2}L$$ $$\left [ M \right ]=L+L$$ $$\left [ M \right ]=L$$
Los exponentes son constantes. Ejemplo: $$\left [ Z \right ]=T+e^{M\cdot t}$$ Para determinar M, se igualan a 1 los exponentes. $$\left [ M\cdot t \right ]=1$$ $$\left [ M \right ]=\frac{1}{t}=t^{-1}$$ Las dimensiones de M = t-1
Los ángulos, funciones logaritmicas, trigonométricas y exponenciales son constantes. Ejemplo: Función trigonmétrica:[cosπ] =1 Número Q: [1/4] = 1 Ángulo: [60°] = 1 Número Z: [-105] = 1 Función logaritmica: [log(100)] = 1 Número I: [π] = 1
Si la expresión posee varios términos sumando o restando, el resultado es la misma dimensión. Ejemplo: $$t-t=t$$ $$t+t=t$$
Propiedades utilizadas: multiplicación y división de potencias de igual base.
El resultado siempre debe ser expresado en forma lineal. Observe la tabla # 2 en la columna de Dimensiones.
Ejercicios prácticos de análisis dimensional
A continuación, se presentan dos ejemplos para poner en practica la Ley de la Homogeneidad Dimensional. Para este procedimiento es muy importante apoyarse en la tabla # 1 y # 2.
➡Ejemplo # 1: Determinar la dimensión de “D” y verificar que cada término aditivo de la ecuación tenga las mismas dimensiones.
Respuestas: \(\left [ k \right ]=m\cdot t^{-2}\, \, \rightarrow Unidades=\frac{kg}{s^{2}}\)
2.) Determina las dimensiones y las unidades de \(\left [ \mu \right ]\), donde \(\vec{N}\,\, y \, \, \vec{f_{r}}\)son fuerzas.
$$\vec{f_{r}}=\mu \cdot \vec{N}$$
3.) La fórmula de la intensidad de un campo eléctrico E es la siguiente:
$$E=\frac{k\cdot q}{r^{2}}$$
Determina [E]
Donde:
k: constante de Coulomb; q: carga eléctrica; r: distancia
\(\left [ k \right ]=m\cdot L^{3}\cdot t^{-4}\cdot I^{-2}\)
Busque en la tabla # 2, las dimensiones de la carga eléctrica y en la tabla # 1, la distancia o longitud.
Respuesta: \(\left [ E \right ]=m\cdot L\cdot t^{-3}\cdot I^{-1}\)
4.) ¿Qué magnitud físca, dimensiones y unidad es “x”?
$$x=\frac{v}{Q}$$
Donde:
v: rapidez
Q: caudal
5.) Sabiendo que “a” es aceleración “Q” es caudal y “b” el tiempo , calcular las dimensiones de “z” y su unidad en el Sistema Internacional (SI)en la siguiente ecuación:
Respuesta: \(\left [ z \right ]=t\, \, \rightarrow Unidad=\, s\)
6.) Si 𝑃 representa la potencia, 𝐹 es la fuerza y 𝑣 es la velocidad, ¿cuál es la expresión dimensional de la potencia?
Ahora que conoces más acerca del análisis dimensional no dejes de practicar lo aprendido. No olvides comentar y compartir este post, así nos ayudas a seguir creciendo.
¿Alguna vez te has dado cuenta que el movimiento parabólico está en todas partes en nuestra vida cotidiana? Lo puedes observar cuando lanzas una pelota al aire o en deportes como el béisbol, fútbol o golf. ¿Te has preguntado cómo se pueden calcular las diferentes velocidades de un objeto en movimiento? ¿Qué hace que vuelen de manera elegante y parabólica? Este artículo te dará las respuestas y mucho más sobre este fascinante tipo de movimiento.
Movimiento Parabólico
El movimiento parabólico llamado también movimiento de un proyectil. Esto ocurre cuando un objeto es lanzado al aire con una velocidad inicial y experimenta una aceleración constante, debido a la gravedad. Este movimiento combina dos componentes: uno horizontal, que es uniforme, y uno vertical, que es uniformemente acelerado. La trayectoria resultante del objeto es una parábola, con un punto más alto simétrico en su recorrido.
Características del Movimiento Parabólico
Conocer las características de este movimiento es muy relevante ya que permite comprender y solucionar cualquier situación. A continuación, estas son las características del movimiento parabólico:
Trayectoria parabólica: La trayectoria del objeto es una parábola.
Velocidad horizontal constante: La velocidad en la dirección horizontal no cambia.
Velocidad vertical variable: Disminuye hasta el punto más alto y luego aumenta al descender.
Alcance máximo: Se logra con un ángulo de lanzamiento de 45 grados.
Altura máxima: Se alcanza con un ángulo de lanzamiento de 90 grados.
Aceleración vertical constante: La gravedad actúa hacia abajo con un valor de aproximadamente 9.8 m/s² en la Tierra.
Simetría de la trayectoria: La trayectoria es simétrica respecto al punto más alto.
Independencia de movimientos: Los movimientos horizontal y vertical son independientes; la gravedad solo afecta el vertical.
Velocidad inicial: Se descompone en componentes horizontal (v₀ₓ) y vertical (v₀ᵧ), determinando la trayectoria.
Tiempo total de vuelo: Depende de la velocidad inicial vertical y la gravedad, calculado como el doble del tiempo para alcanzar la altura máxima.
Clasificación del movimiento parabólico
El movimiento parabólico se clasifica en dos tipos:
Movimiento de un cuerpo lanzado horizontalmente
Aquí, el cuerpo es disparado con una velocidad inicial (v₀ₓ) en la dirección horizontal desde cierta altura, con velocidad inicial vertical cero. Siguiendo una trayectoria parabólica debido a la gravedad.
Movimiento de un cuerpo lanzado con un ángulo
Cuando el objeto es lanzado formando un ángulo con la horizontal, su velocidad inicial tiene componentes verticales y horizontales, resultando en una trayectoria parabólica.
Ecuaciones utilizadas en el movimiento horizontal y vertical
Las ecuaciones que se utilizarán tanto para el movimiento horizontal y vertical se mencionará posteriormente. Ya que, primero se mostrará las fórmulas de las componentes de la velocidad, su magnitud y su dirección.
El comportamiento del movimiento horizontal es del tipo M.R.U. esto quiere decir que no existe aceleración, es decir que \(a_{x}=0\), lo cual resulta las siguientes ecuaciones:
El movimiento vertical se comporta como un Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA o MUA), ya que el objeto experimenta una aceleración constante hacia abajo debido a la gravedad. Esto significa que la velocidad vertical del objeto cambia uniformemente con el tiempo.
El semi eje «y» positivo como está dirigido hacia arriba, la \(a_{y}=-g\). Entonces se obtiene las siguientes ecuaciones:
Pasos para resolver problemas de movimiento parabólico
Llevar a cabo los siguientes pasos facilita la comprensión y la facilidad de resolver el problema, a continuación, los pasos son:
Dependiendo del planteamiento dibuje los ejes de coordenadas x, y, entre dos puntos: el primero representa el inicio y el segundo el final. Este último puede estar ubicado en cualquier instante de la trayectoria.
Crear una tabla para registrar los puntos de coordenadas para la posición y la velocidad.
Dependiendo del problema, se decidirá cuáles de las ecuaciones anteriormente mostradas se aplicarán entre los dos puntos de la trayectoria para poder obtener la solución del problema
Nota:Los problemas de movimiento parabólico pueden presentar hasta 3 incógnitas, esto se debe a que sólo existen tres ecuaciones independientes. En el movimiento horizontal hay una expresión y en el vertical dos.
Problemas resueltos de movimiento parabólico
Es muy importante solucionar problemas de movimiento parabólico, ya que facilita la explicación de cualquier situación basado en el cáculo matemático. Fomentando el desarrollo del pensamiento crítico, fortaleciendo la capacidad de razonamiento y toma de decisiones. A continuación, cinco problemas que te ayudaran mucho extraídos de la vida diaria.
Problema # 1
I. El animal considerado como el mejor saltador en términos de relación entre la altura del salto y su tamaño es la pulga, ya que puede saltar hasta 18 cm en el aire cuando deja el suelo a un ángulo de 45°. ¿Con qué velocidad debe dejar el animal el suelo para alcanzar esa altura?
El problema sólo pide determinar la velocidad inicial. A continuación, la tabla de coordenadas para los puntos A y B (ubicado en el punto máx). Ver imagen
Posición
Velocidad
A(xA, yA)
(0,0.18m)
A(vAx, vAy)
( ?, ?)
B(xB, yB)
( ?, 0)
B(vBx, vBy)
( ?, ?)
Solución:
Movimiento vertical:
Como el punto B se ubicó en el punto máximo de la parábola el tiempo es llamado tiempo máximo.
La velocidad de la pulga cuando deja el suelo es de: 2,7m/s
Problema # 2
II. David lanza una pelota de fútbol hacia arriba desde la parte superior del edificio formándose un ángulo de de 30° respecto a la horizontal y con una rapidez inicial de 25m/s. Si la pelota está en el aire durante 3s. ¿Cuál es la altura del edificio?
En la imagen se muestra los puntos de coordenadas A y B. Donde A es el punto de inicio y B hasta el fin de la trayectoria. Observa la tabla de coordenadas, pero solamente se determinará yA=altura del edificio.
Posición
Velocidad
A(xA, yA)
(0, ?)
A(vAx, vAy)
( ?, ?)
B(xB, yB)
( ?, 0)
B(vBx, vBy)
( ?, ?)
Solución:
Movimiento vertical:
Se ubicó el punto B al final de la trayectoria ya que la pelota está en el aire en 5s.
IV. Una chica lanza un frisbee hacia arriba desde el lo más alto de una torre con un ángulo de 32° por encima de la horizontal y con una velocidad inicial de 23m/s. El punto donde la niña lanza el objeto es 50m arriba del suelo.
a.)¿Cuánto tiempo tarda la pelota en impactar con el piso?
b.) Calcula la rapidez y su dirección en el momento del impacto.
V. Un señor se dirige a una colina para ver el mar, pero al llegar a lo más alto saca su onda y dispara una piedra esta adquiere una velocidad horizontal de 45m/s. La altura con respecto al mar es de 80m. Determine: a. Coordenadas en la posición inicial en el momento del tiro. b. Coordenadas de la velocidad inicial. c. ¿Cuánto dura la piedra en el aire hasta que toca la superficie del agua? d. ¿Qué alcance logra la piedra? e. ¿Qué rapidez adquiere la piedra cuando impacta con el agua? f. La dirección que consigue la piedra.
➡ Un futbolista patea un balón y este adquiere una velocidad de 25 m/s a un ángulo de 45° con la horizontal. Encuentra:
a. El tiempo total de vuelo del balón.
b. La altura máxima alcanzada por el balón.
c. La distancia horizontal (alcance) que recorre el balón.
➡ Una caja se desliza por una rampa, y lleva una velocidad horizontal de 15m/s. La altura de la rampa es de 3 m, calcula:
a. ¿En qué tiempo llega al suelo?
b. La distancia donde las cajas llegan acumularse.
➡ Se desea conocer la rapidez que debe ser lanzado un balón de basquetbol desde su punto de lanzamiento a un ángulo de 28° de modo que pueda ser insertado en la canasta. La distancia desde el punto inicial del tiro hasta la canasta es de 11,5m y la altura de la canasta al suelo es de 3,2m.
➡ Una persona lanza una pelota con una velocidad inicial de 150m/s desde el techo de su casa. Determina el alcance donde golpea el suelo.
Ahora que sabes más acerca del movimiento parabólico no olvides reforzar tus conocimiento practicando. No olvides compartir, así nos ayuda a seguir haciendo contenidos como este.
¿Sabes qué son las magnitudes físicas? Si no sabes, quédate con nosotros, que aquí te contamos todo lo que debes conocer. Imagínate que estás en un parque lleno de cosas fascinantes donde hay árboles altísimos, patos nadando en un lago, y gente jugando con pelotas de diferentes tamaños. Cada uno de estos elementos y acciones tiene características que puedes observar y describir. Pero, ¿cómo puedes hablar sobre estas características de manera precisa? Aquí es donde entran en juego las magnitudes físicas.
Una magnitud física es como una herramienta especial que ayuda a describir las propiedades de las cosas de una manera clara y precisa. Por ejemplo, si quieres hablar sobre qué tan alto es un árbol, usas la magnitud física llamada «longitud». Si deseas describir cuánto pesa una pelota, utiliza la magnitud física conocida como «masa». Y si el interés es saber cuánto tiempo tarda un pato en dar una vuelta completa al lago, entonces la magnitud física para esta situación es el «tiempo».
¿Qué son las magnitudes física?
Una magnitud física es una propiedad o característica de un objeto o fenómeno que puede ser medida y cuantificada a través de un número y una unidad de medida. Las magnitudes pueden clasificarse en fundamentales y derivadas.
Magnitudes fundamentales
Las magnitudes fundamentales, también conocidas como magnitudes básicas, son aquellas que se definen por sí mismas y no a través de otras magnitudes. Constituyen la base sobre la cual se construyen todas las demás. A continuación, siete magnitudes fundamentales con sus instrumentos de mediciones respectivos.
Longitud
La longitud es una medida de la distancia entre dos puntos. Es una de las magnitudes físicas más fundamentales, utilizada en casi todos los campos de la ciencia y la tecnología. La longitud puede ser medida utilizando reglas, cintas métricas, vernier, y para distancias supremas, dispositivos como teodolitos o sistemas de posicionamiento global (GPS).
Masa
La masa es una medida de la cantidad de materia en un objeto. Es una propiedad intrínseca que no cambia con la posición o la ubicación del objeto en el espacio. Se mide comúnmente con balanzas. En un entorno de laboratorio, se pueden utilizar balanzas analíticas para mediciones más precisas.
Tiempo
El tiempo es una magnitud física que cuantifica la duración de los eventos y el intervalo entre ellos. Es imprescindible para entender el movimiento y la dinámica de los sistemas. Se mide utilizando relojes, desde relojes de pulsera hasta relojes atómicos para precisión científica. Los cronómetros se utilizan para medir intervalos de tiempo cortos en experimentos o competiciones deportivas.
Corriente eléctrica
Es el flujo de carga eléctrica a través de un material conductor. Esta magnitud es esencial para el estudio y aplicación de la electricidad y el magnetismo. Se mide con amperímetros o multímetros.
Temperatura
La temperatura es una medida de la energía térmica de un objeto o sistema que refleja cuán caliente o frío está. Su medición se realiza por medio de termómetros, estos pueden ser de mercurio (cada vez menos comunes por razones de seguridad), digitales, o infrarrojos para mediciones sin contacto.
Cantidad de sustancia
La cantidad de sustancia es una medida del número de entidades elementales (como átomos, moléculas, iones, etc.) presentes en una muestra. Se utiliza en química para calcular reacciones químicas, donde un mol de cualquier sustancia siempre contiene el mismo número de entidades elementales, conocido como el número de Avogadro.
Intensidad luminosa
La intensidad luminosa es una medida de la potencia emitida por una fuente de luz en una dirección particular, ponderada por la sensibilidad del ojo humano a diferentes longitudes de onda. La medición se realiza con fotómetros o esferas integradoras para evaluar la intensidad de fuentes de luz como bombillas o LEDs.
Magnitudes derivadas
Las magnitudes derivadas se adquieren a partir de las magnitudes básicas o fundamentales, aplicando operaciones como la multiplicación y división.
Ejemplo: Calcula el área de un rectángulo donde la longitud de la base es 10cm y su ancho 5cm.
Fórmula del área del rectángulo: A=b.h
Observa, la situación exige una nueva magnitud llamada área, la cual se obtiene por medio de la multiplicación de dos magnitudes fundamentales. Esta nueva magnitud se le denomina magnitud derivada.
A continuación, algunas magnitudes derivadas:
Velocidad: Es el cociente entre dos magnitudes fundamentales, el desplazamiento (longitud) y el tiempo.
Aceleración: Es el cociente entre una magnitud derivada que es la velocidad y otra básica el tiempo.
Fuerza: La fuerza es una interacción que cambia o tiende a cambiar el estado de movimiento de un objeto. Compuesta por magnitudes mixtas, una básica que es la masa y la otra derivada que es la aceleración (segunda ley de Newton).
Por ejemplo: Medir la fuerza que un imán ejerce sobre objetos metálicos utilizando un dinamómetro.
Energía: La energía es la capacidad para realizar trabajo o producir calor. Se deriva de las magnitudes básicas como la masa, la longitud y tiempo, bajo diferentes formas (por ejemplo, energía cinética, energía potencial).
Calcular la energía cinética de un móvil.
Potencia: La potencia es la tasa a la cual se realiza trabajo o se transfiere energía. Compuesta por dos magnitudes, una derivada y la otra básica o fundamental.
Ejemplo: Medir la potencia de un electrodoméstico utilizando un medidor de potencia para ver cuántos watts consume en funcionamiento.
Presión: La presión es la fuerza aplicada perpendicularmente sobre una superficie por unidad de área. Conformado por magnitudes derivadas como la fuerza y el área.
Ejemplo: Medir la presión atmosférica con un barómetro o la presión de los neumáticos de un automóvil con un manómetro.
Unidades en las magnitudes físicas
Cada magnitud física se acompaña de una unidad específica. Pero, ¿qué es una unidad? Cuando ejecutas una medición obtienes una cantidad y también una unidad. Tanto la cantidad numérica como la unidad pasan a convertirse en el dúo de identificación de una determinada medida, es como si fuera el nombre y apellido de un individuo específico.
Las unidades son estándares para la medición de magnitudes físicas, permiten cuantificar y expresar de manera precisa las propiedades de objetos y fenómenos. Cada magnitud física, como la longitud, masa, tiempo, temperatura, entre otras, se asocia con una unidad específica que facilita la comunicación y el entendimiento universal de las mediciones.
Razones por las cuales son fundamentales las unidades en la ciencia y tecnología
Las unidades son fundamentales en la ciencia y la tecnología porque:
Proporcionan consistencia: Al utilizar unidades estándar, las mediciones realizadas en diferentes lugares y por diferentes personas pueden ser comparables y consistentes.
Facilitan la comunicación: Las unidades proporcionan un lenguaje común que científicos, ingenieros, educadores y el público pueden utilizar para compartir y entender información cuantitativa.
Permiten la precisión y exactitud: Las definiciones precisas de las unidades permiten mediciones exactas y reproducibles, cruciales para la investigación, la industria y el comercio.
Son la base para estándares internacionales: Las unidades de medida son reguladas por organismos internacionales, como el Sistema Internacional de Unidades (SI), garantizando su uniformidad y aceptación a nivel mundial.
Unidades básicas
Cada unidad básica representa una magnitud física independiente que no depende de otra. Esto quiere decir que las 7 magnitudes fundamentales poseen unidades muy distintas.
Para la longitud su unidad es el metro, su símbolo es (m).
La masa tiene como unidad el kilogramo, con símbolo (kg).
La unidad del tiempo es el segundo, símbolo (s).
La corriente eléctrica le pertenece la unidad amperio, y su símbolo es (A).
Para la temperatura le corresponde la unidad Kelvin, símbolo (K).
La cantidad de sustancia posee como unidad el Mol, símbolo (mol).
La intensidad luminosa se identifica con la unidad candela, símbolo (cd).
Unidades derivadas
Las unidades derivadas nacen por la combinación de las unidades básicas por medio de fórmulas. Anteriormente se mencionó algunas magnitudes derivadas como la velocidad, aceleración, fuerza, energía, potencia y presión. A continuación, sus unidades:
La velocidad posee la unidad (m/s).
La unidad de la aceleración es (m/s2).
La fuerza tiene como unidad el Newton, (N). Donde N=kg.m/s2.
La energía posee la unidad Joule, (J). Donde J=kg.m2/s2.
La magnitud de la potencia tiene como unidad el Watt, (W). Donde W=kg.m2/s3.
Presión posee la unidad Pascal, (Pa). Donde Pa=kg/m.s2.
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Descubre el fascinante mundo de las cifras significativas y cómo influyen en cada aspecto de nuestras vidas. Imagina que estás midiendo el ancho de una tabla con precisión milimétrica, ¡cada detalle cuenta!
En este emocionante viaje hacia la exactitud, te encontrarás con el misterioso dígito dudoso, el intrépido héroe que desafía la certeza de nuestras mediciones.
¿Cómo lidiar con la incertidumbre en medio de la precisión? Te invito a explorar cómo la incertidumbre se entrelaza con la exactitud del instrumento y los inevitables errores de medición.
¿El resultado? Una forma revolucionaria de expresar medidas, donde cada cifra cobra vida y cuenta una historia única. Acompáñame mientras desentrañamos el enigma del ±0,1 cm, el símbolo de la incertidumbre en nuestro mundo meticulosamente medido.
¡Prepárate para cambiar tu perspectiva sobre las cifras y sumérgete en un universo donde cada número cuenta!
¿Qué son las cifras significativas?
Son los dígitos en un número que indican la certeza de una medida, siempre dependiente de la exactitud del instrumento de medición utilizado. Estas cifras incluyen todos los dígitos conocidos con certeza y el primer dígito incierto.
Por ejemplo, se mide el ancho de una tabla con un flexómetro (metro) de ± 1mm de exactitud, obteniéndose una dimensión de 149mm.
En esta medida se tienen 3 cifras significativas que son:
I → “1” primera cifra segura.
II → “4” segunda cifra segura.
III → “9” tercera cifra dudosa.
¿Qué importancia tienen las cifras significativas?
Cada cifra en una medida proporciona información valiosa sobre la precisión y la incertidumbre asociada con esa medida. Al utilizarlas correctamente, se puede comunicar con precisión la confiabilidad de los resultados científicos.
Al construir nuestros resultados científicos con estas cifras precisas, estamos construyendo una base sólida de conocimiento que es confiable, precisa y honesta. Esto significa que cada una es como un bloque en la construcción de una torre, contribuyendo a la estabilidad y confiabilidad de nuestros descubrimientos científicos.
Reglas fundamentales de las cifras significativas
Son las reglas básicas que proporcionan la base para comprender y aplicarlas de manera precisa. Al igual que unos cimientos sólidos son esenciales para construir una estructura. Esto significa que estas reglas son fundamentales para garantizar la precisión y la confiabilidad en la representación numérica de las medidas.
1. Dígitos distintos de cero
Todos los dígitos distintos de cero con cantidades mayor o igual a la incertidumbre experimental son significativos.
Ejemplo # 1. Con 5 cifras (16,456897… ± 0,001)mm
Ejemplo # 2. Con 6 cifras (16,456897… ± 0,0001)mm
Nota: No son significativas las cifras que están en color rojo.
2. Dígitos no nulos
Dígitos no nulos son siempre significativos.
Ejemplo: 647, todos los dígitos (6,4,7) son significativos.
3. Ceros entre dígitos
Los ceros entre dígitos distintos de cero son significativos.
Número
Total de cifras
10,567
5
10567
5
509
3
4. Ceros a la izquierda
Ceros a la izquierda de un número no son significativos
Esta regla permite distinguir entre los ceros que se utilizan simplemente para indicar el lugar del decimal y aquellos que representan mediciones precisas.
Número
Total de cifras
0,00008
1
0,56
2
0,00345
3
5. Ceros a la derecha
Ceros a la derecha de un número decimal son significativos.
Número
Total de cifras significativas
78,00
4
0,00600
3
0,50080
5
6. Un número sin coma
Un número sin coma (punto decimal) finalizado con uno o más ceros pueden ser o no significativos.
Dependiendo del contexto, los ceros a la derecha (como 7900) del último dígito diferente de cero pueden ser significativos o no. Es importante considerar si estos ceros representan mediciones precisas o simplemente se utilizan para indicar la precisión de la medida.
Conversión en notación científica
Para evitar complicaciones lo mejor es convertir la cifra en notación científica, de esta manera todos los dígitos se interpretan como significativos.
Número
Total de cifras significativas
7,9×103
2
7,90×103
3
7,900×103
4
Nota: Las distintas expresiones en notación científica dependen de la exactitud del instrumento de medición.
Cifras significativas en los Instrumentos de Medición
Flexómetro
Para conocer la cantidad de cifras que tiene un instrumento de medición, dependerá si el instrumento es analógico o digital.
Analógicos: En los instrumentos analógicos, como reglas graduadas, termómetros de mercurio, vernier o medidores de presión, cada marca o división en la escala representa una cifra significativa.
Digitales: En los instrumentos digitales, como multímetros, balanzas electrónicas o termómetros digitales, las cifras significativas se muestran directamente en la pantalla numérica (display) del dispositivo.
Redondeo de un número
El redondeo de un número es un método mediante el cual se ajusta un dígito ya sea aumentándolo o disminuyéndolo a otro valor distinto, cumpliendo siempre con la norma establecida.
En cualquier situación de la vida llega el momento de efectuar un redondeo, al realizarlo generas una gran variedad de ventajas, como:
II. Certifica que las mediciones realizadas por diferentes personas puedan ser comparables entre sí, garantizando la coherencia en la recopilación de datos.
III. Asegura que los números expresados reflejen correctamente la magnitud de la medición y su incertidumbre asociada.
IV. Al expresar los resultados de las mediciones con un número apropiado de cifras significativas, se minimiza la posibilidad de malinterpretación o errores en la lectura de los datos. Especialmente en situaciones donde pequeñas variaciones pueden generar consecuencias significativas.
Reglas para el redondeo
Para aplicar este método debes primero identificar el dígito que vas a redondear y segundo verificar qué dígito tiene al lado derecho, sí este:
I. Es menor que 5, deje el dígito anterior intacto.
II. Es mayor o igual a 5, incremente en 1 el digito anterior.
1. Redondear a 3 cifras significativas 9,67489305
Resaltando las 3 cifras queda así 9,67
El dígito a redondear es el “7”.
Dígito que está al lado derecho del “7” es el “4”.
Como el “4” es menor que 5, el “7” queda intacto.
Resultado: 9,67
2. Redondear a 4 cifras significativas 0,00000067855
Resultado: 6,786×10-7
3. Redondear a 3 cifras significativas 0,000000001293906
Resultado: 1,29×10-9
4. Redondear a 2 cifras significativas 4,978
Resultado: 5
Cálculo aplicando cifras significativas
Cuando se aplica cifras significativas a las operaciones matemáticas es con la intención de mantener la precisión de los datos. A continuación, te presento lo que debes cuando operes cualquier cantidad.
I.Multiplicación y división.
Identifica el número con menor cifra significativa, en función a esta cantidad expresa el resultado. Ejemplo:
Incorrecto
Correcto
50,3N . 68,185m =
3 429,7055Nm
50,3N . 68,185m =
3,43×103 Nm
3,567 . 0,59 = 2,10453
3,567 . 0,59 = 2,1
$$\frac{4363m}{342s}=12,75730994\frac{m}{s}$$
$$\frac{4363m}{342s}=12,8\frac{m}{s}$$
II.Suma y resta.
Cuando se opera decimales, debes identificar el número con menos cifras decimales, y con esta cantidad expresa el resultado.
Al operar números enteros y decimales, el resultado debe expresarse sin decimales.
Ejemplo:
Incorrecto
Correcto
2,1 + 0,456 + 6,789 = 9,345
2,1 + 0,456 + 6,789 = 9,3
2,45 – 7,5679 = -5,1179
2,45 – 7,5679 = -5,12
4 + 4,3 = 8,3
4 + 4,3 = 8
3,0 + 2,54 – 1,1 = 4,44
3,0 + 2,54 – 1,1 = 4,4
III.Raíces y potencias
El resultado de una raíz es poseer la misma cantidad de cifras significativas que la cantidad subradical.
Para las potencias el resultado es las cantidades de cifras significativas que tiene la base.
Ejemplo:
Incorrecto
Correcto
$$\sqrt{13,4}=3,660601$$
$$\sqrt{13,4}=3,66$$
$$\left( 4,52 \right) ^{2}=20,4304$$
$$\left( 4,52 \right) ^{2}=20,4$$
Curiosidades
¿Sabías que las cifras significativas se utilizan no solo en ciencias, sino también en ingeniería y en la industria para garantizar la precisión en las mediciones?
La NASA, al realizar cálculos para misiones espaciales, presta especial atención a las cifras significativas para evitar errores costosos.
En algunos países, las regulaciones alimentarias requieren que las etiquetas de los productos muestren cifras significativas para garantizar la precisión en la información nutricional.
Las cifras significativas también son cruciales en la fabricación de dispositivos electrónicos, donde la precisión en las mediciones es esencial.
¿Te has preguntado por qué algunas mediciones parecen más precisas que otras? Las cifras significativas ofrecen la respuesta.
El término «cifras significativas» a veces se abrevia como «cifras sig.» en contextos científicos y técnicos.
La arqueología utiliza cifras significativas para medir y documentar con precisión las dimensiones de objetos antiguos.
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¿Sabes qué es notación científica? Si es así, es porque sabes lo importante que es y su aplicación en la ciencia y tecnología. ¿Alguna vez te has preguntado cómo los científicos manejan números extremadamente grandes o pequeños, como la distancia entre las estrellas o el tamaño de las partículas atómicas?
¿Sabías que la distancia de la tierra a Júpiter es de 628 millones de kilómetros? Pero, ¿cómo podemos manipular con facilidad estos números? La respuesta está en la notación científica, una herramienta esencial en ciencia y tecnología que también tiene aplicaciones prácticas en nuestra vida diaria, como en el cálculo de tasas de interés, dimensiones en la arquitectura y datos en informática.
La notación científica se originó en el siglo XVI con el matemático y astrónomo Johannes Kepler, quien la utilizó para simplificar cálculos con grandes números en astronomía. Desde entonces, se ha convertido en un pilar fundamental en ciencias como la física, química, y biología, permitiendo un manejo más eficiente y preciso de cifras extremas.
¿Qué es la notación científica?
Es aquella que está formada por dos factores, el primer factor es un número mayor o igual a uno (1) y menor que 10. Y, el segundo factor es una potencia de base diez.
Su misión es facilitar el manejo de números muy grandes como también de números muy pequeños.
Observa el ejemplo de una notación científica y sus dos factores:
Conversión de números decimales o enteros a notación científica
Cuando son números enteros se corre la coma hacia la izquierda hasta obtener que el primer factor sea un número comprendido entre 1 y 10.
Cuando son números decimales, se mueve la coma hacia la derecha hasta lograr que el primer factor esté entre 1 y 10.
Los números expresados en notación científica pueden ser sumados, restados, multiplicados o divididos. Estas operaciones básicas consisten en manejar por separado ambos factores.
– En la multiplicación: Se multiplican los primeros factores y el segundo factor (base diez) se le suma sus exponentes.
Ejemplo:
3 × 10³ . 2 × 10⁴ = 6 × 10⁷
– En la división: Se dividen los primeros factores y se restan los exponentes del segundo factor (base diez).
Ejemplos:
4 × 10⁶ ÷ 2 × 10² = 2 × 10⁴
– Suma y resta:
Caso # 1: Cuando la suma o resta poseen la misma orden de magnitud.
Ejemplo:
Caso # 2: Cuando la suma o la resta no poseen la misma orden de magnitud.
Conclusión
La notación científica es mucho más que un concepto matemático; es una herramienta clave que permite comprender y manejar números extremadamente grandes o pequeños de manera eficiente. Su uso se extiende desde aplicaciones científicas y tecnológicas hasta aspectos prácticos de la vida cotidiana. Al facilitar el cálculo y la comprensión de cantidades enormes o minúsculas, la notación científica demuestra su valor incalculable en diversas áreas, simplificando lo complejo y haciendo accesible lo inalcanzable.
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