Cuando la física estudia algún aspecto de la naturaleza lo primero que hace es deslindar lo más claramente posible cuál es la parte de la naturaleza que le interesa, separándola del resto. La parte que está bajo estudio se llama sistema. Qué es lo que forma parte del sistema y qué es lo que no lo integra es una cuestión que se debe decidir claramente desde el comienzo. Esta decisión está librada al criterio del estudioso y es en gran medida arbitraria. Aunque muchas veces se toma por razones prácticas o de conveniencia, una decisión juiciosa sobre esta cuestión es fundamental para que el tratamiento sea sencillo y a la vez útil. Como veremos, en muchos casos la definición del sistema queda implícita ya que es bastante obvia, pero esto no debe llevar al lector a creer que el tema se pueda soslayar: una afirmación puede ser cierta o falsa según como se haya definido al sistema. 

Al estudiar un sistema físico estamos interesados en una o varias de sus características, a las que denominamos sus propiedades físicas, cuya descripción se hace en términos de lo que llamamos magnitudes. 

Por ejemplo si el sistema que consideramos es un gas encerrado en un recipiente las magnitudes físicas que lo describen serán la presión p del gas, el volumen V que ocupa, su cantidad (o sea su masa m, o bien el número n de moles), su temperatura T, etc.

El objeto de las leyes físicas es establecer relaciones entre las magnitudes que caracterizan al sistema, de modo tal que conocidos los valores de algunas de ellas se puedan calcular o predecir los valores de las otras y su evolución con el correr del tiempo. En el caso de un gas en un recipiente citado antes, p, V, T y n están relacionadas, en el equilibrio, por medio de la fórmula aproximada  pV = nRT 

donde R es una constante universal.  Esta fórmula expresa una ley física, llamada ecuación de estado de los gases ideales. 

Las leyes que rigen el comportamiento de sistemas complejos son lógicamente complicadas, lo que hace difícil la tarea del físico. Sin embargo hay una estrategia extraordinariamente útil y fructífera que permite atacar estas dificultades. Consiste en dividir un sistema complejo en partes más simples, estudiar cada parte por separado, y deducir las propiedades del conjunto a partir de las propiedades de las partes que lo componen y de sus interacciones. 

La importancia de este enfoque no es sólo práctica (porque permite abordar problemas que se presentan como sumamente complicados) sino también conceptual, ya que permite una enorme síntesis del conocimiento porque condensa muchas leyes y relaciones en pocas leyes más fundamentales referidas a sistemas simples, a partir de las cuales se deducen todas las demás mediante procedimientos lógicos y aplicando fórmulas matemáticas. Se tiene así una poderosa herramienta que permite atacar un número muy grande de problemas. Eso es lo que estudiaremos en estas páginas.

Vemos así que los elementos básicos con que trabaja el físico para construir su estructura de leyes son las magnitudes físicas.  Las magnitudes físicas son los datos que vienen de la observación y la experiencia. De lo dicho se desprende que el concepto de magnitud está íntimamente relacionado con la idea de medición. Más precisamente, una magnitud física queda definida cuando se conocen las prescripciones para medirla, es decir asociarle valores numéricos comparándola con otra de la misma clase tomada como unidad. Por ejemplo la longitud (de un objeto) es una magnitud que queda definida cuando se especifica el procedimiento a seguir para medirla.

Este procedimiento puede ser, verbigracia, comparar la longitud en cuestión con una regla graduada y contar cuántas veces la unidad en que está dividida la regla entra en la longitud que se está midiendo.

En física, una magnitud es una propiedad o cualidad de un cuerpo que puede ser observado y medido. La magnitud puede ser cuantificada mediante métodos directos o indirectos, sirviéndose de herramientas y dispositivos de medición.

Todas las mediciones físicas, ya sea que se realicen con los instrumentos más sencillos o con los aparatos más complicados, dan lugar a medidas que pueden expresarse mediante cantidades escalares o vectoriales, según el caso.

• Las escalares

Son aquellas que quedan definidas exclusivamente por un módulo, es decir, por un número acompañado de una unidad de medida. Por ejemplo, "el tanque de gasolina de mi auto tiene capacidad de 100 L" o "la distancia entre dos postes es de 100 m". Escalar es sinónimo de "número". 

Las cantidades escalares que tienen las mismas unidades físicas pueden sumarse o restarse según las reglas habituales del álgebra de los números. Por ejemplo, una porción de 60 calorías (cal) de maíz seguida de una porción de 200 calorías de donas da  60 cal+200 cal=260 cal de energía. 

Cuando multiplicamos una cantidad escalar por un número, obtenemos la misma cantidad escalar, pero con un valor mayor (o menor). 

Por ejemplo, si el desayuno de ayer tenía 200 cal de energía y el de hoy tiene cuatro veces más energía que ayer, entonces el desayuno de hoy tiene 4(200 cal)=800 cal de energía.

Dos cantidades escalares también pueden multiplicarse o dividirse entre sí para formar una cantidad escalar derivada. Por ejemplo, si un tren recorre una distancia de 100 km en 1,0 h, su rapidez es de 100,0 km/1,0 h = 27,8 m/s, donde la rapidez es una cantidad escalar derivada que se obtiene al dividir la distancia entre el tiempo.

La Oficina Internacional de Pesas y Medidas, define a la magnitud como un atributo de un fenómeno, un cuerpo o sustancia que puede ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente. 

• Las vectoriales

Son aquellas que quedan totalmente definidas por un módulo, una dirección, un sentido y un punto de aplicación. Ej.: velocidad, fuerza, aceleración, desplazamiento etc. Las magnitudes vectoriales se representan gráficamente por vectores (Fig. 1). En esencia un vector es un segmento rectilíneo con una determinada orientación. Simbólicamente se representan con una letra que simboliza a la magnitud física con una flecha encima.

Las componentes de un vector son:

• Un origen o punto de aplicación. Punto A.

• Un escalar o módulo,a, dado por la longitud del segmento AA’. El módulo es siempre positivo e independiente de la dirección del vector.

• Una dirección, recta que contiene al segmento AA’.

• Un sentido, que se indica mediante una punta de flecha

Las magnitudes se dividen en dos tipos: fundamentales y derivadas. Existe solamente siete magnitudes fundamentales, pero hay decenas de derivadas. La diferencia entre ambas recae en que las derivadas parten de las fundamentales, siendo una combinación de estas para medir una variedad de fenómenos físicos y químicos.

Patrones de Medida 

¿Cómo se calculaba la distancia en la antigüedad?

 En la época en que se construyó el templo de Amón entre 1524 y 1212 A.C, el codo real venía utilizándose en Egipto como medida estándar.

La figura 1 nos muestra una vara egipcia de medición está grabada con jeroglíficos que representan los nombres de las divinidades protectoras (fila superior) y de las medidas (fila central): un dígito; una palma de cuatro dígitos; una palma más un pulgar; un puño de seis dígitos; una palma doble; un palmo corto; un palmo largo; 16 dígitos; un codo nórdico de 18 dígitos; un codo corto y un codo real.

Hay codos de codos

En el norte de Europa también se empleaba el codo, longitud del antebrazo y la mano, equivalente a unos 18 dígitos egipcios. Los romanos encontraron su uso tan arraigado que se vieron obligados a adoptarlo. Desde el 3000 AC hasta mediados del siglo XIX, el codo fue la unidad básica de medida en toda Europa. También se emplearon otras partes del cuerpo humano como unidades comerciales:

El problema de usar el cuerpo humano como base del sistema de medidas es la dificultad de establecer una medida uniforme. En el siglo XII, los ingleses resolvieron el problema definiendo la yarda en función de la longitud del brazo del rey Enrique I. Sin embargo, los sucesivos monarcas impusieron su propio brazo como unidad de medida, hasta que en el siglo XVI, Isabel I logró unificar el sistema para siempre, al establecer la yarda compuesta de 36 pulgadas.

Patrones de medida estándar

Se han establecido siete magnitudes fundamentales de las que se pueden derivar todas las demás (magnitudes derivadas). A estas siete magnitudes fundamentales hay que añadir dos magnitudes complementarias: Ángulo plano y Ángulo sólido. Para estudiar toda la Mecánica sólo son necesarias tres: M,L,T (masa, longitud, tiempo).
A cada una de las magnitudes fundamentales se le asigna una unidad fundamental y de estas unidades se derivan todas las demás.

Múltiplos y submúltiplos decimales