Las magnitudes derivadas son una de las bases fundamentales de la física y las ciencias naturales. A pesar de que en la cotidianidad solemos utilizar de manera inconsciente algunas de estas unidades, rara vez somos conscientes de lo que realmente significan y cómo se definen.
¿Qué son las magnitudes derivadas?
En términos simples, las magnitudes derivadas son aquellas que se construyen a partir de magnitudes fundamentales o básicas. Por lo tanto, si se quisiera definir, por ejemplo, la velocidad, se debe utilizar al menos una magnitud fundamental como la longitud y el tiempo. Es decir, la velocidad es una magnitud derivada que se obtiene por medio de la división de una longitud por un tiempo.
Las magnitudes fundamentales son independientes y no pueden definirse en función de otras magnitudes, mientras que las magnitudes derivadas son construidas a partir de las magnitudes fundamentales. En física existen siete magnitudes fundamentales: longitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura termodinámica, cantidad de sustancia e intensidad luminosa.
Las magnitudes derivadas surgen a partir de la necesidad de medir características comunes entre los fenómenos naturales. Estas magnitudes se pueden medir directa o indirectamente y expresarse con un valor numérico. Existen dos tipos de magnitudes: las escalares, que se pueden definir con un número, y las vectoriales, que requieren una dirección y un sentido.
Ejemplos de magnitudes derivadas
Algunos de los ejemplos más comunes de magnitudes derivadas son el volumen, la densidad y la velocidad. El volumen se define como la cantidad de espacio que ocupa un objeto tridimensional y se mide en metros cúbicos. La densidad, por su parte, es la cantidad de masa por unidad de volumen y se mide en kilogramos por metro cúbico.
La velocidad, como ya se ha mencionado, es una magnitud derivada que se define como la relación entre la longitud recorrida y el tiempo que se tarda en recorrerla. La unidad de medida para la velocidad es el metro por segundo o el kilómetro por hora, dependiendo del sistema de unidades que se esté utilizando.
Otras magnitudes derivadas comunes son el aceleración, la fuerza, la energía, la potencia, la presión, la intensidad luminosa, la tensión eléctrica, la permeabilidad, la resistencia eléctrica, el área, el potencial eléctrico, entre otras.
La aceleración
La aceleración es una magnitud derivada que se define como el cambio en la velocidad de un objeto en un intervalo determinado de tiempo. Es decir, se puede medir el cambio en la velocidad de un objeto por unidad de tiempo. La unidad de medida para la aceleración es el metro por segundo al cuadrado.
La fuerza
La fuerza es otra magnitud derivada muy común en física, se define como la cantidad de empuje que se ejerce sobre un objeto para producir movimiento. La unidad de medida para la fuerza es el Newton.
La energía
La energía es una magnitud derivada que se define como la capacidad de hacer trabajo. La unidad de medida para la energía es el Julio o Joule.
La potencia
La potencia es una magnitud derivada que se define como la cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo. La potencia se mide en vatios.
La presión
La presión es una magnitud derivada que se define como la cantidad de fuerza por unidad de área. La unidad de medida para la presión es el Pascales.
La intensidad luminosa
La intensidad luminosa se define como la cantidad de luz que emite una fuente de luz por unidad de ángulo sólido. La unidad de medida para la intensidad luminosa es la candela.
La tensión eléctrica
La tensión eléctrica es una magnitud que se define como la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito eléctrico. La unidad de medida es el Voltio.
La permeabilidad y la resistencia eléctrica
La permeabilidad y la resistencia eléctrica son magnitudes derivadas que se utilizan en la física del electromagnetismo. La permeabilidad se mide en Henry, mientras que la resistencia eléctrica se mide en Ohmios.
Unidades de medida derivadas
Las unidades de medida son la expresión cuantitativa de las magnitudes. El estándar global para las unidades de medida es el Sistema Internacional de Unidades (SI), que define siete unidades básicas para las magnitudes fundamentales.
A partir de estas siete unidades básicas, se pueden realizar combinaciones para alcanzar cualquier unidad derivada para la medición de otros fenómenos, como la fuerza, la energía y la presión.
El metro por segundo
El metro por segundo es la unidad de medida derivada para la medida de la velocidad o rapidez. Esta unidad de medida se define como la cantidad de metros que un objeto recorre en un segundo.
El metro cúbico
El metro cúbico es la unidad de medida para medir el volumen. Se define como la cantidad de espacio que ocupa un objeto tridimensional.
El pascal
El pascal es la unidad de medida para la presión. Se define como la cantidad de fuerza por unidad de área. Uno pascal es equivalente a una fuerza de un Newton por metro cuadrado.
El henrio
El henrio es la unidad de medida para la inductancia. Se define como la cantidad de flujo magnético generado en un conductor.
Otras unidades de medida derivadas
La lista de ejemplos de unidades de medida derivadas incluye el Litro para medir el volumen, el wattio para medir la potencia, el tesla para medir la densidad de flujo magnético y la ortza para medir la resistencia eléctrica.
Conversiones entre unidades de medida
Se pueden realizar conversiones entre diferentes tipos de unidades derivadas. Por ejemplo, para medir la magnitud de la fuerza se utilizan los Newtons, aunque también existe la unidad de medida dina.
En la medición de la energía, el trabajo y el calor se utilizan los joules en el ámbito científico, mientras que en la cotidianidad se utilizan las calorías.
Cómo enseñar las magnitudes derivadas
Es importante que los estudiantes dominen las magnitudes simples del Sistema Internacional y los factores de conversión para evitar confusiones. Para enseñar las magnitudes derivadas, se pueden realizar ejercicios prácticos que permitan comparar diferentes magnitudes derivadas con sus unidades de medida correspondientes.
Ejemplo práctico para enseñar las unidades de medida derivadas.
Los estudiantes pueden realizar un experimento para medir la fuerza necesaria para levantar diferentes objetos con diferentes pesos, utilizando una balanza. A partir de los datos obtenidos, se pueden calcular las magnitudes derivadas de la fuerza y la masa, para así comprender la relación entre las dos magnitudes y sus unidades de medida derivadas (Newton y Kilogramo)
Reflexiones finales
En conclusión, las magnitudes derivadas son una parte importante de las ciencias naturales y la física. Aunque las utilizamos de manera cotidiana, es fundamental comprender cómo se construyen, se miden y se definen estas magnitudes. Con una formación adecuada, podemos entender las complejas relaciones entre las magnitudes y sus unidades de medida correspondientes, lo cual nos permitirá resolver problemas cotidianos, crear soluciones innovadoras y, sobre todo, comprender el mundo en el que habitamos.
