FÍSICA - CANTIDADES FÍSICAS

cantidad física es una propiedad física de un material que se puede cuantificar por medición . ^[1] Una cantidad física se puede expresar como la combinación de una magnitud expresada por un número , generalmente un número real , y una unidad :$${\ textstyle nu} dónde $${\ textstyle n} es la magnitud y $${\ textstyle u}es la unidad Por ejemplo, 1.674 9275 × 10 ⁻²⁷  kg (la masa del neutrón ), o 299 792 458  metros por segundo (la velocidad de la luz ). La misma cantidad física.$${\ textstyle x}Se pueden representar de manera equivalente en muchos sistemas de unidades, es decir, $${\ textstyle x = n_ {1} u_ {1} = n_ {2} u_ {2}}.

Símbolos, nomenclatura [ editar ]

Los símbolos para cantidades deben elegirse de acuerdo con las recomendaciones internacionales de ISO / IEC 80000 , el libro rojo IUPAP y el libro verde IUPAC . Por ejemplo, el símbolo recomendado para la magnitud física masa es m , y el símbolo recomendado para la cantidad de carga es Q .

Subíndices e índices [ editar ]

Los subíndices se usan por dos razones, simplemente para adjuntar un nombre a la cantidad o asociarlo con otra cantidad, o representar un componente específico de vector, matriz o tensor.

• Referencia del nombre: la cantidad tiene una sola letra con subíndices o superíndices , varias letras o una palabra completa, para especificar a qué concepto o entidad se refieren, y tienden a escribirse en tipografía romana vertical en lugar de en cursiva mientras la cantidad está en itálico. Por ejemplo E _k o E _cinética por lo general se utiliza para denotar la energía cinética y E _p o E _potencial se utiliza generalmente para denotar energía potencial .
• Referencia de cantidad: la cantidad tiene una sola letra con subíndices o superíndices , varias letras o una palabra completa, para especificar a qué medidas se refieren, y tienden a escribirse en cursiva en lugar de en tipografía romana vertical, mientras que la cantidad también es en cursiva. Por ejemplo, c _p o c _isobárico es la capacidad calorífica a presión constante .

El tipo de subíndices se expresa por su estilo, por ejemplo, por el estilo en cursiva: 'k' y 'p' son abreviaturas de las palabras cinética y potencial , mientras que p (cursiva) es el símbolo de la presión de cantidad física en lugar de una abreviatura de palabra.

• Índices: el uso de índices es para formalismo matemático usando notación de índice .

Scalars [ editar ]

Un escalar es una cantidad física que tiene magnitud pero no dirección. Los símbolos para cantidades físicas generalmente se eligen para que sean una sola letra del alfabeto latino o griego , y se imprimen en letra cursiva.

Vectores [ editar ]

Los vectores son cantidades físicas que poseen tanto magnitud como dirección. Los símbolos para las cantidades físicas que son vectores están en negrita, subrayados o con una flecha arriba. Si, por ejemplo, u es la velocidad de una partícula, la notación directa de su velocidad es u , u , o$${\ displaystyle {\ vec {u}} \, \!}.

Números y funciones elementales [ editar ]

Las cantidades numéricas, incluso aquellas denotadas por letras, generalmente se imprimen en tipo romano (vertical), aunque a veces pueden estar en cursiva. Los símbolos para funciones elementales (trigonométricas circulares, hiperbólicas, logarítmicas, etc.), cambios en una cantidad como Δ en Δ y operadores como d en d x , también se recomiendan para imprimir en tipo romano.

Ejemplos:

Los números reales son como de costumbre, como 1 o √ 2 ,

e para la base del logaritmo natural,

yo por la unidad imaginaria,

π para 3.14159265358979323846264338327950288 ...

δ x , Δ y , d z ,

sin α , sinh γ , log x

Unidades y dimensiones [ editar ]

Unidades [ editar ]

Artículo principal: Unidades de medida.

La mayoría de las cantidades físicas incluyen una unidad , pero no todas, algunas son adimensionales. Ni el nombre de una cantidad física, ni el símbolo usado para denotar, implica una elección particular de unidad, aunque las unidades SI generalmente se prefieren y se asumen hoy en día debido a su facilidad de uso y su aplicabilidad integral. Por ejemplo, una cantidad de masa podría estar representada por el símbolo m , y podría expresarse en unidades de kilogramos (kg), libras (lb) o daltons (Da).

Dimensiones [ editar ]

Artículo principal: análisis dimensional.

Joseph Fourier introdujo la noción de dimensión física de una cantidad física en 1822. ^[2] Por convención, las cantidades físicas se organizan en un sistema dimensional construido sobre cantidades básicas, cada una de las cuales se considera que tiene su propia dimensión.

Cantidades base [ editar ]

Las cantidades base son aquellas cantidades que son distintas en naturaleza y no pueden ser definidas por otras cantidades. Las cantidades base son aquellas cantidades en base a las cuales se pueden expresar otras cantidades. Las siete cantidades base del Sistema Internacional de Cantidades (ISQ) y sus unidades y dimensiones SI correspondientes se enumeran en la siguiente tabla. Otras convenciones pueden tener un número diferente de unidades base (por ejemplo, los sistemas de unidades CGS y MKS ).

Sistema internacional de unidades de cantidades base

Cantidad nombre / s	(Común) Símbolo / s de cantidad	Nombre de la unidad SI	Símbolo de unidad SI	Símbolo de dimensión
Longitud , anchura, altura, profundidad, distancia	a, b, c, d, h, l, r, s, w, x, y, z	metro	metro	L
Hora	t , τ	segundo	s	T
Masa	metro	kilogramo	kg	METRO
Temperatura	T , θ	kelvin	K	Θ
Cantidad de sustancia	norte	Topo	mol	norte
Corriente eléctrica	yo, yo	amperio	UNA	yo
Intensidad luminosa	Yo v	candela	discos compactos	J
Ángulo de plano	α , β , γ , θ , φ , χ	radián	rad	1
Ángulo sólido	ω , Ω	esteradiano	sr	1

Las dos últimas unidades angulares, el ángulo plano y el ángulo sólido , son unidades subsidiarias utilizadas en el SI, pero se tratan como adimensionales. Las unidades subsidiarias se utilizan por conveniencia para diferenciar entre una cantidad verdaderamente adimensional (número puro) y un ángulo , que son medidas diferentes.

Cantidades derivadas generales [ editar ]

Las cantidades derivadas son aquellas cuyas definiciones se basan en otras cantidades físicas (cantidades base).

Espacio [ editar ]

Las unidades base importantes aplicadas para el espacio y el tiempo se encuentran a continuación. Por lo tanto, el área y el volumen se derivan, por supuesto, de la longitud, pero se incluyen para completar, ya que ocurren con frecuencia en muchas cantidades derivadas, en particular en densidades.

(Común) Cantidad nombre / s	(Común) Símbolo de cantidad	Unidad SI	Dimensión
Posición (espacial) (vector)	r , r , a , d	metro	L
Posición angular, ángulo de rotación (puede tratarse como un vector o escalar)	θ , θ	rad	1
Área, sección transversal	A , S ,	m 2	L 2
Área vectorial (Magnitud del área de superficie, dirigida normal al planotangencial de la superficie)	$${\ displaystyle \ mathbf {A} \ equiv A \ mathbf {\ hat {n}}, \ quad \ mathbf {S} \ equiv S \ mathbf {\ hat {n}} \, \!}	m 2	L 2
Volumen	τ , V	m 3	L 3

Densidades, flujos, gradientes y momentos [ editar ]

Las cantidades derivadas importantes y convenientes, tales como densidades, flujos , flujos , corrientes , están asociadas con muchas cantidades. A veces, los términos diferentes como densidad de corriente y densidad de flujo , velocidad , frecuencia y corriente se usan indistintamente en el mismo contexto, a veces se usan de forma única.

Para aclarar estas cantidades derivadas de plantillas efectivas, permitimos que q sea cualquier cantidad dentro de algún ámbito de contexto (no necesariamente cantidades base) y presente en la tabla a continuación algunos de los símbolos más comúnmente utilizados, según corresponda, sus definiciones, uso, unidades SI y SI dimensiones - donde [q] es la dimensión de q .

Para las densidades de derivadas de tiempo, específicas, molares y de flujo de cantidades, no hay un símbolo, la nomenclatura depende del sujeto, aunque las derivadas de tiempo generalmente se pueden escribir usando notación de punto. Para generalidad usamos q _m , q _n , y F respectivamente. No se requiere necesariamente ningún símbolo para el gradiente de un campo escalar, ya que solo se necesita escribir el operador nabla / del ∇ o grad . Para densidad espacial, corriente, densidad actual y flujo, las notaciones son comunes de un contexto a otro, diferenciándose solo por un cambio en los subíndices.

Para densidad de corriente, $${\ displaystyle \ mathbf {\ hat {t}}}es un vector unitario en la dirección del flujo, es decir, tangente a una línea de flujo. Observe el producto de puntos con la unidad normal para una superficie, ya que la cantidad de corriente que pasa a través de la superficie se reduce cuando la corriente no es normal al área. Solo la corriente que pasa perpendicular a la superficie contribuye a que la corriente pase a través de la superficie, ninguna corriente pasa en el plano (tangencial) de la superficie.

Las anotaciones de cálculo a continuación se pueden utilizar de forma sinónima.

Si X es un n -Variable función $${\ displaystyle X \ equiv X \ left (x_ {1}, x_ {2} \ cdots x_ {n} \ right)}, entonces:

Diferencial El elemento de volumen de espacio n diferenciales$${\ displaystyle \ mathrm {d} ^ {n} x \ equiv \ mathrm {d} V_ {n} \ equiv \ mathrm {d} x_ {1} \ mathrm {d} x_ {2} \ cdots \ mathrm {d } x_ {n}},

Integral : la integral múltiple de X sobre elvolumen de espacio n es$${\ displaystyle \ int X \ mathrm {d} ^ {n} x \ equiv \ int X \ mathrm {d} V_ {n} \ equiv \ int \ cdots \ int \ int X \ mathrm {d} x_ {1} \ mathrm {d} x_ {2} \ cdots \ mathrm {d} x_ {n} \, \!}.

Cantidad	Simbolos tipicos	Definición	Significado, uso	Dimensión
Cantidad	q	q	Cantidad de una propiedad	[q]
Tasa de variación de la cantidad,Tiempo derivado.	$${\ displaystyle {\ dot {q}} \, \!}	$${\ displaystyle {\ dot {q}} \ equiv {\ frac {\ mathrm {d} q} {\ mathrm {d} t}}}	Tasa de cambio de propiedad con respecto al tiempo.	[q] T −1
Cantidad de densidad espacial	ρ = densidad de volumen ( n = 3),σ = densidad de superficie ( n = 2), λ = densidad lineal ( n = 1) No hay un símbolo común para la densidad del espacio n , aquí se usa ρ n .	$${\ displaystyle q = \ int \ rho _ {n} \ mathrm {d} V_ {n}}	Cantidad de bienes por unidad de espacio n  (longitud, área, volumen o dimensiones superiores)	[q] L - n
Cantidad especifica	q m	$${\ displaystyle q_ {m} = {\ frac {\ mathrm {d} q} {\ mathrm {d} m}} \, \!}	Cantidad de bienes por unidad de masa	[q] M −1
Cantidad molar	q n	$${\ displaystyle q_ {n} = {\ frac {\ mathrm {d} q} {\ mathrm {d} n}} \, \!}	Cantidad de bienes por mol de sustancia	[q] N −1
Gradiente de cantidad (si q es un campo escalar).		$${\ displaystyle \ nabla q}	Tasa de cambio de propiedad con respecto a la posición	[q] L −1
Cantidad espectral (para ondas EM)	q v , q ν , q λ	Se utilizan dos definiciones, para frecuencia y longitud de onda: $${\ displaystyle q = \ int q _ {\ lambda} \ mathrm {d} \ lambda} $${\ displaystyle q = \ int q _ {\ nu} \ mathrm {d} \ nu}	Cantidad de propiedad por unidad de longitud de onda o frecuencia.	[q] L −1 ( q λ ) [q] T ( q ν )
Flujo, flujo (sinónimo)	Φ F , F	Se utilizan dos definiciones;  Mecánica del transporte , física nuclear / física de partículas : $${\ displaystyle q = \ iiint F \ mathrm {d} A \ mathrm {d} t} Campo del vector : $${\ displaystyle \ Phi _ {F} = \ iint _ {S} \ mathbf {F} \ cdot \ mathrm {d} \ mathbf {A}}	Flujo de una propiedad a través de una sección transversal / superficie límite.	[q] T −1 L −2 , [F] L 2
Densidad de flujo	F	$${\ displaystyle \ mathbf {F} \ cdot \ mathbf {\ hat {n}} = {\ frac {\ mathrm {d} \ Phi _ {F}} {\ mathrm {d} A}} \, \!}	Flujo de una propiedad a través de una sección transversal / límite de superficie por unidad de sección transversal / área de superficie	[F]
Corriente	yo , yo	$${\ displaystyle I = {\ frac {\ mathrm {d} q} {\ mathrm {d} t}}}	Tasa de flujo de propiedad a través de una cruz. sección / límite de superficie	[q] T −1
Densidad de corriente (a veces llamada densidad de flujo en la mecánica de transporte)	j , J	$${\ displaystyle I = \ iint \ mathbf {J} \ cdot \ mathrm {d} \ mathbf {S}}	Tasa de flujo de propiedad por unidad de sección / área de superficie	[q] T −1 L −2
Momento de cantidad	m , m	Se pueden usar dos definiciones;  q es un escalar $${\ displaystyle \ mathbf {m} = \ mathbf {r} q} q es un vector: $${\ displaystyle \ mathbf {m} = \ mathbf {r} \ times \ mathbf {q}}	La cantidad en la posición r tiene un momento sobre un punto o ejes, a menudo se relaciona con la tendencia de rotación o energía potencial .	[q] L

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El significado del término cantidad física generalmente se entiende bien (todos entienden lo que significa la frecuencia de un fenómeno periódico o la resistencia de un cable eléctrico ). El término cantidad física no implica una cantidad físicamente invariante . La longitud, por ejemplo, es una cantidad física , pero es una variante bajo el cambio de coordenadas en la relatividad especial y general. La noción de cantidades físicas es tan básica e intuitiva en el ámbito de la ciencia, que no necesita ser explícitamente explicada o mencionada. Se entiende universalmente que los científicos (en la mayoría de los casos) tratarán con datos cuantitativos, a diferencia de los datos cualitativos. La mención explícita y la discusión de cantidades físicas no forman parte de ningún programa científico estándar, y son más adecuadas para un programa de filosofía de la ciencia o filosofía .

La noción de cantidades físicas.rara vez se usa en física, ni es parte de la física vernácula estándar. La idea es a menudo engañosa, ya que su nombre implica "una cantidad que puede medirse físicamente", aunque a menudo se usa incorrectamente para significar un invariante físico. Debido a la rica complejidad de la física, muchos campos diferentes poseen diferentes invariantes físicos. No se conoce el invariante físico sagrado en todos los campos posibles de la física. La energía, el espacio, el momento, el par, la posición y la longitud (solo para nombrar unos pocos) son variantes experimentales en alguna escala y sistema en particular. Además, se cuestiona la noción de que es posible medir "cantidades físicas", en particular en la teoría de campos cuánticos y las técnicas de normalización. Como los infinitos son producidos por la teoría.