MLT -2. El concepto de dimensión se debe a Fourier que, en su obra “Théorie analytique de la
chaleur”, dice: “Es necesario hacer notar que cada magnitud, indeterminada o constante, tiene
una dimensión que le es propia, y que los términos de una no podrían ser comparados si no
tuviesen el mismo exponente de dimensiones”. Es decir, las ecuaciones deben de ser homogéneas
dimensionalmente hablando. Esta es la idea que subyace en el fondo de todo el Análisis
Dimensional y es lo que hemos oído alguna vez cuando nos dicen que no se pueden sumar peras con
manzanas; aunque esto no es estrictamente cierto, puesto que 3 peras y 2 manzanas son 5 frutas.
Del concepto de magnitud, dimensión y homogeneidad de las ecuaciones físicas se ocupa el
llamado Análisis Dimensional.
El Análisis Dimensional tiene aplicaciones en:
1. Detección de errores de cálculo.
2. Resolución de problemas cuya solución directa conlleva dificultades matemáticas
insalvables. Por ejemplo, Rayleigh, precursor del Análisis Dimensional junto a Fourier, lo
empleo por primera vez en Mecánica de Fluidos.
3. Creación y estudio de modelos reducidos. Por ejemplo, los túneles aerodinámicos.
4. Consideraciones sobre la influencia de posibles cambios en los modelos, tanto cambios
reales como imaginarios.
5.2. Conceptos básicos.
Observables: Se denominan observables a los entes que se pueden caracterizar por algún efecto
observable. Ejemplo: Color, longitud, miedo, tiempo, etc.
Observables comparables: Dos observables, (A) y (B), se dicen que son comparables si se puede
definir la relación
( )
( )
A
n B = (1)
siendo n un número cualquiera. La física sólo se interesa por los observables que son comparables.
La longitud de una mesa puede compararse con la longitud de un bolígrafo y podemos decir que
una es n veces la otra. Sin embargo, la hermosura o el miedo son observables no comparables,
Capítulo 5. Análisis dimensional.
Técnicas Experimentales Básicas
jmorente@ugr.es
84
puesto que no podemos decir, por ejemplo, que una persona haya pasado 3.5 veces más miedo que
otra viendo una película de terror.
En el caso de observables comparables, podemos definir criterios de igualdad y suma:
Criterio de igualdad: Diremos que un observable (A) es igual a otro (B), si ocurre:
( ) con 1 ( )
A
n n B = = (2)
Criterio de suma: Sean tres observables, (A1), (A2) y (A3), comparables con otro observable (A0),
mediante las relaciones
1 2 3
12 3
00 0
() () ( ) , y , () () ()
A A A
nn n
AA A == = (3)
diremos que
1 2 3 123 ( ) ( ) ( ) cuando ocurra que A A A nn n + = += (4)
Establecidos los entes de los que se hace cargo la Física, pasamos a la definición de
magnitud, cantidad y unidad.
Magnitud: Se define como magnitud al conjunto de todos los observables que son comparables
entre sí.
Cantidad: Se denomina cantidad a cada uno de los elementos del conjunto que define una
magnitud.
La altura de un edificio, la dista
MLT -2. El concepto de dimensión se debe a Fourier que, en su obra “Théorie analytique de la
chaleur”, dice: “Es necesario hacer notar que cada magnitud, indeterminada o constante, tiene
una dimensión que le es propia, y que los términos de una no podrían ser comparados si no
tuviesen el mismo exponente de dimensiones”. Es decir, las ecuaciones deben de ser homogéneas
dimensionalmente hablando. Esta es la idea que subyace en el fondo de todo el Análisis
Dimensional y es lo que hemos oído alguna vez cuando nos dicen que no se pueden sumar peras con
manzanas; aunque esto no es estrictamente cierto, puesto que 3 peras y 2 manzanas son 5 frutas.
Del concepto de magnitud, dimensión y homogeneidad de las ecuaciones físicas se ocupa el
llamado Análisis Dimensional.
El Análisis Dimensional tiene aplicaciones en:
1. Detección de errores de cálculo.
2. Resolución de problemas cuya solución directa conlleva dificultades matemáticas
insalvables. Por ejemplo, Rayleigh, precursor del Análisis Dimensional junto a Fourier, lo
empleo por primera vez en Mecánica de Fluidos.
3. Creación y estudio de modelos reducidos. Por ejemplo, los túneles aerodinámicos.
4. Consideraciones sobre la influencia de posibles cambios en los modelos, tanto cambios
reales como imaginarios.
5.2. Conceptos básicos.
Observables: Se denominan observables a los entes que se pueden caracterizar por algún efecto
observable. Ejemplo: Color, longitud, miedo, tiempo, etc.
Observables comparables: Dos observables, (A) y (B), se dicen que son comparables si se puede
definir la relación
( )
( )
A
n B = (1)
siendo n un número cualquiera. La física sólo se interesa por los observables que son comparables.
La longitud de una mesa puede compararse con la longitud de un bolígrafo y podemos decir que
una es n veces la otra. Sin embargo, la hermosura o el miedo son observables no comparables,
Capítulo 5. Análisis dimensional.
Técnicas Experimentales Básicas
jmorente@ugr.es
84
puesto que no podemos decir, por ejemplo, que una persona haya pasado 3.5 veces más miedo que
otra viendo una película de terror.
En el caso de observables comparables, podemos definir criterios de igualdad y suma:
Criterio de igualdad: Diremos que un observable (A) es igual a otro (B), si ocurre:
( ) con 1 ( )
A
n n B = = (2)
Criterio de suma: Sean tres observables, (A1), (A2) y (A3), comparables con otro observable (A0),
mediante las relaciones
1 2 3
12 3
00 0
() () ( ) , y , () () ()
A A A
nn n
AA A == = (3)
diremos que
1 2 3 123 ( ) ( ) ( ) cuando ocurra que A A A nn n + = += (4)
Establecidos los entes de los que se hace cargo la Física, pasamos a la definición de
magnitud, cantidad y unidad.
Magnitud: Se define como magnitud al conjunto de todos los observables que son comparables
entre sí.
Cantidad: Se denomina cantidad a cada uno de los elementos del conjunto que define una
magnitud.
La altura de un edificio, la dista
Linea de tiempo de los principales apotadores del calculoJesus Penagos
ACUÑA VELASCO MARIA FERNANDA
ESTUDILLO ALFONSO ALEJANDRO
LOPEZ SANCHEZ IVAN
MARTINEZ NUCAMENI JAIME DAMIAN
PENAGOS MADARIAGA SAMUEL DE JESÚS
PEREZ TAMAYO CELENA DE JESÚS
Linea de tiempo de los principales apotadores del calculoJesus Penagos
ACUÑA VELASCO MARIA FERNANDA
ESTUDILLO ALFONSO ALEJANDRO
LOPEZ SANCHEZ IVAN
MARTINEZ NUCAMENI JAIME DAMIAN
PENAGOS MADARIAGA SAMUEL DE JESÚS
PEREZ TAMAYO CELENA DE JESÚS
1. TEOREMA
DE
𝝅
Teorema
para
el
análisis
adimensional,
con
el
objetivo
de
encontrar
la
relación
entre
varias
variables.
Un
ejemplo
es
el
teorema
de
Buckingham
que
establece
dicha
relación,
con
el
objetivo
de
encontrar
ecuaciones
donde
las
variables
estén
involucradas
y
se
llegue
a
un
análisis
adimensional.
Las
magnitudes
se
establecen
en
cantidades
físicas
donde
las
variables
que
intervienen
son
independientes.
Los
pasos
a
seguir
para
desarrollar
el
Teorema
de
Buckingham
son:
1) Obtener
parámetros
adimensionales
para
las
variables
que
depende
la
función.
2) A
Cada
cantidad
física
ubicar
en
que
dimensiones
se
encuentra
3) Dependiendo
de
las
dimensiones
que
haya
serán
las
variables
que
se
tomaran
para
el
análisis.
4) No.
De
parámetros
adimensionales
=
n-‐m
n=
Cantidad
Física
m=Dimensión
5) De
los
parámetros
no
tomar
repetidas
ni
tampoco
que
se
eliminen
unidades
6) Evaluar
los
parámetros
con
las
variables
que
quedaron
fuera.
7) Elevar
cada
uno
de
los
parámetros
a
“tal
“
exponente
(ej.
A,
b,
c,
…)
8) Encontrar
los
valores
de
dichos
exponentes
por
medio
de
algebra
9) Una
vez
encontrados
sustituir
y
establecer
el
valor
para
π,
y
hacerlo
así
para
n
π
10)Por
ultimo
π1
hacerla
en
función
de
π2,
π3,
πn.
EJEMPLO:
F
=
f
(v,
M,
d,
h
)
1)
2)
Cantidad
Física
(n)
Dimensión
(m)
𝑀𝐿
F
𝑇!
𝐿
V
𝑇
𝑀
M
𝐿𝑇
d
L
h
L
3)
4)
n=
5
m=
3
5-‐3=2
• Vaschy, A.: "Sur les lois de similitude en physique". Annales Télégraphiques 19, 25-28 (1892)
Buckingham, E.: On physically similar systems. Illustrations of the use of dimensional equations. Physical Review 4, 345-376 (1914).
2. 5)
6)
Variables
subrayadas
se
utilizaran
para
el
análisis
y
se
relacionaran
con
las
demás.
7)
𝜋! = 𝑉 ! 𝑀! 𝑑 ! 𝐹
!! ! !
!"
8)
9)
𝜋! = ! !" 𝐿! ! !
L:
0=
a
–b
+c
+1
a=
-‐1
M:
0=
b+1
b=
-‐1
T:
0=
-‐a
–b
-‐2
c=
-‐1
𝜋! =
𝐿! 𝑀 ! !
𝜋! =
𝐿 𝐿
𝑇 𝐿𝑇
L:
0=
a
–b
+c
+1
a=
0
M:
0=
b
b=0
T:
0=
-‐a
–b
c=
-‐1
𝐹
𝑉 𝑀 𝑑
𝜋! = 𝑉 ! 𝑀! 𝑑 ! ℎ
𝐿
𝜋! =
𝑑
*NOTA:
Cuando
haya
una
variable
con
las
mismas
dimensiones
de
las
variables
establecidas
para
el
análisis
quedaran
ellas
mismas
en
el
valor
de
pi.
10)
F
=
f
(v,
M,
d,
h
)
𝜋! = 𝑓(𝜋! )
𝐹
𝐿
= 𝑓( )
𝑉 𝑀 𝑑 .
𝑑
• Vaschy, A.: "Sur les lois de similitude en physique". Annales Télégraphiques 19, 25-28 (1892)
Buckingham, E.: On physically similar systems. Illustrations of the use of dimensional equations. Physical Review 4, 345-376 (1914).