Cantidad física

Una cantidad física es una propiedad física de un material o sistema que se puede cuantificar mediante medición. Una cantidad física se puede expresar como un valor, que es la multiplicación algebraica de un ' Valor numérico ' y un ' Unidad '. Por ejemplo, la cantidad física de masa se puede cuantificar como '32.3 kg ', donde '32.3' es el valor numérico y 'kg' es la Unidad.

Una cantidad física posee al menos dos características en común.

1. Gran magnitud.
2. Unidades

Símbolos y nomenclatura

Las recomendaciones internacionales para el uso de símbolos para cantidades se establecen en ISO/IEC 80000, el libro rojo de IUPAP y el libro verde de IUPAC. Por ejemplo, el símbolo recomendado para la cantidad física masa es m, y el símbolo recomendado para la cantidad carga eléctrica es Q.

Subíndices e índices

Los subíndices se utilizan por dos razones, simplemente para adjuntar un nombre a la cantidad o asociarla con otra cantidad, o indexar un componente específico (p. ej., fila o columna).

• Referencia del nombre: La cantidad tiene una letra única subscripta o superscrita, un grupo de letras, o palabra completa, para etiquetar a qué concepto o entidad se refieren, a menudo para distinguirlo de otras cantidades con el mismo símbolo principal. Estos subscriptos o superscriptos tienden a ser escritos en vertical tipografía romana en lugar de itálica mientras que el símbolo principal que representa la cantidad está en itálico. Por ejemplo E_k o E_kinetic se utiliza generalmente para denotar energía cinética y E _p o E _potencial generalmente se utiliza para denotar la energía potencial.
• Referencia de la cantidad: La cantidad tiene una letra única subscripta o superscrita, un grupo de letras, o una palabra completa, parametrizar a qué medida/s se refieren. Estos subscriptos o superscriptos tienden a ser escritos en itálica en lugar de vertical tipografía romana; el símbolo principal que representa la cantidad está en itálico. Por ejemplo c_p o c_presión es la capacidad de calor a la presión dada por la cantidad en el subscript.

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

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

Tamaño

Las cantidades físicas pueden tener diferentes "tamaños", como un escalar, un vector o un tensor.

Escaleras

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

Vectores

Los vectores son cantidades físicas que poseen magnitud y dirección y cuyas operaciones obedecen a los axiomas de un espacio vectorial. Los símbolos para las cantidades físicas que son vectores están en negrita, subrayados o con una flecha arriba. Por ejemplo, si u es la velocidad de una partícula, entonces las notaciones directas para su velocidad son u, u, o u→ → {displaystyle {vec {fnMicrosoft Sans Serif}.

Tensores

Los escalares y los vectores son los tensores más simples, que se pueden usar para describir cantidades físicas más generales. Por ejemplo, el tensor de tensión de Cauchy posee cualidades de magnitud, dirección y orientación.

Números y funciones elementales

Las cantidades numéricas, incluso las indicadas con letras, generalmente se imprimen en letra romana (vertical), aunque a veces en cursiva. Los símbolos para funciones elementales (trigonométricas circulares, hiperbólicas, logarítmicas, etc.), cambios en una cantidad como Δ en Δy u operadores como d en dx, también se recomiendan para estar impreso en tipo romano.

Ejemplos:

• Números reales, como 1 o √2,
• e, la base de logaritmos naturales,
• i, la unidad imaginaria,
• π para la relación de la circunferencia del círculo con su diámetro, 3.141592653589793846264338327950288...
• δx, ΔSí., dz, representando diferencias (finito o de otro modo) en las cantidades x, Sí. y z
• pecado α, sinh γ, log x

Unidades y dimensiones

Unidades

A menudo hay una opción de unidad, aunque las unidades SI (incluidos los submúltiplos y los múltiplos de la unidad básica) se usan generalmente en contextos científicos debido a su facilidad de uso, familiaridad internacional y prescripción. Por ejemplo, una cantidad de masa podría representarse con el símbolo m y podría expresarse en unidades de kilogramos (kg), libras (lb) o daltons (Da).

Dimensiones

La noción de dimensión de una cantidad física fue introducida por Joseph Fourier en 1822. Por convención, las cantidades físicas se organizan en un sistema dimensional construido sobre cantidades base, cada una de las cuales se considera que tiene su propio propia dimensión.

Cantidades base

Las cantidades base son aquellas cantidades que son de naturaleza distinta y, en algunos casos, históricamente no se han definido en términos de otras cantidades. Las cantidades base son aquellas cantidades a partir de las cuales se pueden expresar otras cantidades. Las siete magnitudes base del Sistema Internacional de Magnitudes (ISQ) y sus correspondientes unidades SI y dimensiones 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).

Las dos últimas unidades angulares, ángulo plano y 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 generales derivadas

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

Espacio

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

Cantidad		SI unit	Dimensiones
Descripción	Símbolos
(Espacial) posición (vector)	r, R, a, d	m	L
Posición angular, ángulo de rotación (puede tratarse como vector o escalar)	Silencio, Silencio	rad	Ninguno
Zona, sección transversal	A, SΩ	m2	L2
Vector area (Magnitud de superficie, dirigida normal a plano tangencial de superficie)	A↑ ↑ An^ ^ ,S↑ ↑ Sn^ ^ {displaystyle mathbf {A} equiv Amathbf {hat {n}quad mathbf {S} equiv Smathbf {hat {n} ,!	m2	L2
Volumen	τ, V	m3	L3

Densidades, flujos, gradientes y momentos

Las cantidades derivadas importantes y convenientes, como densidades, flujos, flujos, corrientes están asociadas con muchas cantidades. A veces, diferentes términos 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 efectivas derivadas de plantillas, dejamos que q sea cualquier cantidad dentro de algún ámbito de contexto (no necesariamente cantidades base) y presentamos en la siguiente tabla algunas de los símbolos más utilizados cuando corresponda, sus definiciones, uso, unidades SI y dimensiones SI, donde [q] denota la dimensión de q.

Para las derivadas temporales, las densidades específicas, molares y de flujo de las cantidades, no hay un solo símbolo, la nomenclatura depende del tema, aunque las derivadas temporales generalmente se pueden escribir usando la notación overdot. Por 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 de corriente y flujo, las notaciones son comunes de un contexto a otro, diferenciándose únicamente por un cambio en los subíndices.

Para la densidad actual, t^ ^ {displaystyle mathbf {}} es un vector de unidad en la dirección del flujo, es decir, tangente a una línea de flujo. Observe el producto de punto 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 para la zona. Sólo el paso actual perpendicular a la superficie contribuye al paso actual a través de la superficie, ninguna corriente pasa dentro el plano (tangencial) de la superficie.

Las notaciones de cálculo a continuación se pueden usar como sinónimos.

Si X es una función n-variable X↑ ↑ X()x1,x2⋯ ⋯ xn){displaystyle Xequiv Xleft(x_{1},x_{2}cdots x_{n}right)}, entonces

Diferencial El elemento de volumen n-espacio diferencial es dnx↑ ↑ dVn↑ ↑ dx1dx2⋯ ⋯ dxn{displaystyle mathrm {d} V_{n}equiv mathrm {d} x_{1}mathrm {d} x_{2}cdots mathrm {d} x_{n},

Integral: La múltiple integral de X sobre el n- volumen espacial ∫ ∫ Xdnx↑ ↑ ∫ ∫ XdVn↑ ↑ ∫ ∫ ⋯ ⋯ ∫ ∫ ∫ ∫ Xdx1dx2⋯ ⋯ dxn{displaystyle int Xmathrm {d} ^{n}xequiv int Xmathrm {d} V_{n}equiv int cdots int int Xmathrm {d} x_{1}mathrm {d} x_{2}cdots mathrm {d} ¡Oh!.

Cantidad	Símbolos típicos	Definición	Significado, uso	Dimensión
Cantidad	q	q	Cantidad de una propiedad	[q]
Tasa de cambio de cantidad, derivado del tiempo	qÍ Í {displaystyle { dot {},!}	qÍ Í ↑ ↑ dqdt{displaystyle { dot {}equiv} {fnK} {fnK}}	Tasa de cambio de propiedad con respecto al tiempo	[q]T−1
Cantidad densidad espacial	*** = densidad de volumen (n = 3), σ = densidad de superficie (n = 2), λ = densidad lineal (n = 1) No hay símbolo común para n- densidad espacial, aquí. ***n se utiliza.	q=∫ ∫ *** *** ndVn{displaystyle q=int rho ¿Qué? V_{n}	Cantidad de propiedad por unidad n-espacio (longitud, área, volumen o dimensiones superiores)	[q]L−n
Cantidad específica	qm	qm=dqdm{displaystyle ¿Qué? ¡Oh!	Cantidad de bienes por unidad de masa	[q]M−1
Cantidad de molido	qn	qn=dqdn{displaystyle ¿Qué? ¡No!	Cantidad de propiedad por topo de sustancia	[q]N−1
Cantidad gradiente (si q es un campo de escalar).		Silencio Silencio q{displaystyle nabla q}	Tasa de cambio de propiedad con respecto a la posición	[q]L−1
Cantidad espectral (para ondas EM)	qv, q., qλ	Se utilizan dos definiciones, para frecuencia y longitud de onda: q=∫ ∫ qλ λ dλ λ {displaystyle q=int q_{lambda }mathrm {d} lambda } q=∫ ∫ q.. d.. {displaystyle q=int q_{nu }mathrm {d} nu }	Cantidad de propiedad por unidad longitud de onda o frecuencia.	[q]L−1 ()qλ) [q]T ()q.)
Flux, flujo (sinónimo)	CCPRF, F	Se utilizan dos definiciones; Mecánica de transporte, física nuclear y física de partículas: q=∫ ∫ FdAdt{displaystyle q=iiint Fmathrm {d} Amathrm {d} t} Campo vectorial: CCPR CCPR F=∫ ∫ SF⋅ ⋅ dA{displaystyle Phi _{F}=iint {}cdot mathrm {d} mathbf {A}	Flujo de una propiedad a pesar de una sección transversal / frontera superficial.	[q]T−1L−2, [F]L2
Densidad de flujo	F	F⋅ ⋅ n^ ^ =dCCPR CCPR FdA{displaystyle mathbf {F} cdot mathbf {hat {n} ={frac {mathrm {d} Phi _{F}{mathrm {d} A},!}	Flujo de una propiedad a pesar de una sección transversal / frontera superficie por unidad sección transversal / superficie	[F]
Corriente	i, I	I=dqdt{displaystyle I={fracmathrm {d}{mathrm {d} t}} {}}}	Tasa de flujo de propiedad a través de una cruz sección / límite de superficie	[q]T−1
Densidad actual (a veces llamada densidad de flujo en mecánica de transporte)	j, J	I=∫ ∫ J⋅ ⋅ dS{displaystyle I=iint mathbf {J} cdot mathrm {d} mathbf {S}	Tasa de flujo de propiedad por unidad sección transversal / superficie	[q]T−1L−2
Momento de cantidad	m, M	Se pueden utilizar dos definiciones; q es un escalar: m=rq{displaystyle mathbf {m} =mathbf {r} q} q es un vector: m=r× × q{displaystyle mathbf {m} =mathbf {r} times mathbf {q}	Cantidad a 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

El significado del término cantidad física generalmente se entiende bien (todo el mundo entiende 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 invariable. Longitud por ejemplo es una cantidad física, sin embargo, es variante bajo cambio de coordenadas en 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 deletreada o incluso mencionada. Se entiende universalmente que los científicos (la mayoría de las veces) tratarán con datos cuantitativos, a diferencia de los datos cualitativos. La mención y discusión explícitas de cantidades físicas no es parte de ningún programa de ciencia estándar y es más adecuada 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 suele ser engañosa, ya que su nombre implica 'una cantidad que se puede medir físicamente', pero a menudo se usa incorrectamente para referirse a un invariante físico. Debido a la rica complejidad de la física, muchos campos diferentes poseen diferentes invariantes físicos. No existe una invariante física conocida sagrada en todos los campos posibles de la física. La energía, el espacio, el impulso, el par, la posición y la longitud (solo por nombrar algunos) se encuentran experimentalmente variantes en alguna escala y sistema en particular. Además, la noción de que es posible medir "cantidades físicas" se cuestiona, particularmente en la teoría cuántica de campos y las técnicas de normalización. Como los infinitos son producidos por la teoría, las "medidas" reales realizadas no son realmente las del universo físico (ya que no podemos medir infinitos), son las del esquema de renormalización que depende expresamente de nuestro esquema de medición, sistema de coordenadas y sistema métrico. sistema.