En
este apartado, jóvenes alumnos, analizaremos lo relacionado con "Los
Sistemas de Unidades" más conocidos y utilizados en nuestra región por
la Física y en nuestra vida diaria.
Es por ello que deseo que presten atención, pues este Tema es fundamental para comprender el análisis matemático y lógico, así como mejorar nuestro razonamiento y comprensión de los procesos físicos y fenómenos naturales que estudiaremos en los temas siguientes.
Es por ello que deseo que presten atención, pues este Tema es fundamental para comprender el análisis matemático y lógico, así como mejorar nuestro razonamiento y comprensión de los procesos físicos y fenómenos naturales que estudiaremos en los temas siguientes.
Para comenzar... ten en cuenta que para cuantificar cualquier magnitud se requiere la asignación de un valor numérico referido a una unidad de medida tomada como patrón de medida.
Nota que aparecen nuevos términos que a menudo se utilizan, es por ello que primero vamos a definirlos:
- Magnitud: en Física, es la propiedad de los cuerpos con la que se mide y se determinan los tamaños y estándares de espacio (altura, superficie, peso, tiempo, temperatura, longitud). Ejemplos: 60; 2.5; 1,260; 0.00045, etc.
- Unidad física: es la que va asociada con una magnitud para que se comprenda plenamente el concepto y pueda ser completamente reproducida. Ejemplos: 30 Pesos; 0.5m; 100cm; 40pulg; etc. Las unidades aparecen subrayadas.
- Patrón de medida: es una representación física de una unidad de medición que, generalmente se establece de una manera arbitraria y estandarizada o o en base a un fenómeno natural que incluye constantes física y atómicas.Ejemplos: 1m se ha convenido que mide 100cm; la fuerza de gravedad es 9.81m/s2.
Sin embargo, al verse el hombre en la necesidad de estandarizar esta situación, debido a que son muchos los sistemas inventados y esto genera confusión y tedio, ha convenido estandarizar y regular el uso de los Sistemas de Unidades y los ha reducido a un grupo que, aunque pequeño, satisface la necesidad de medir de la mayoría en el mundo.
Estos sistemas son:
Sistema Internacional:
Este sistema, llamado simplemente Sistema SI, fue adoptado en 1960 y actualmente es preocupación de la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM). Asigna una, y solamente una unidad llamada unidad base, a cada una de las siete dimensiones que se han elegido como fundamentales.
De esta manera, las 7 magnitudes fundamentales quedan definidas de la siguiente manera:
· Longitud: El metro (m) es la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1 / 299 792 458 s.
·
Masa: El kilogramo (kg) es la duración de 9 192 631 770
veces el período de oscilación de la radiación del átomo 133Cs.
·
Tiempo: El segundo (s) es la duración de 9 192 631 770 veces
el período de oscilación de la radiación del átomo 133Cs.
·
Mol: El mol (mol) es la cantidad de sustancia de un sistema
que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0.012 kg de
carbono.
·
Corriente
eléctrica: El ampere (A) es la
corriente constante que, si se mantiene entre dos conductores paralelos de
longitud infinita y sección transversal despreciable, situados en el vacío y
separados 1m, produce entre ellos una fuerza de 2x107 N/m.
·
Temperatura: El kelvin (K) es 1/273.16 la temperatura termodinámica
del punto triple del agua.
·
Intensidad
luminosa: La candela (cd) es la
intensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite radiación
monocromática de frecuencia 540x1012 hertz y que posee una
intensidad radiante en esa dirección de 1/683 watts/estereorradián.
Estas unidades base y sus
definiciones se consignan en la siguiente tabla:
SISTEMA INTERNACIONAL DE
UNIDADES (SI): UNIDADES BASE o FUNDAMENTALES.
DIMENSION
|
UNIDAD BASE
|
SIMBOLO UNIVERSAL
|
Longitud
|
Metro
|
m
|
Masa
|
Kilogramo
|
kg
|
Tiempo
|
Segundo
|
s
|
Intensidad de corriente
eléctrica
|
Ampere
|
A
|
Temperatura termodinámica
|
kelvin
|
K
|
Intensidad luminosa
|
Candela
|
cd
|
Cantidad de substancia
|
mol
|
mol
|
Sistema MKS y CG:
OBJETIVO:
Diferenciar los sistemas más importantes del SI
SISTEMA MKS (metro, kilogramo, segundo)
El nombre del
sistema está tomado de las iniciales de sus unidades fundamentales.
Siendo así, la unidad de longitud del sistema M.K.S. es el METRO: Es una longitud igual a la del metro patrón que se conserva en la Oficina Internacional de pesas y medidas, es decir, el Sistema Internacional.
Siendo así, la unidad de longitud del sistema M.K.S. es el METRO: Es una longitud igual a la del metro patrón que se conserva en la Oficina Internacional de pesas y medidas, es decir, el Sistema Internacional.
La unidad de masa
es el KILOGRAMO: Es una masa igual a la del kilogramo patrón que se
conserva en la Oficina Internacional de pesas y medidas.
Un kilogramo (Kg.) es aproximadamente igual a la masa de un decímetro cúbico de agua destilada a 4º C.
Un kilogramo (Kg.) es aproximadamente igual a la masa de un decímetro cúbico de agua destilada a 4º C.
La unidad de tiempo de todos los sistemas de unidades es el SEGUNDO y Se define como la 86,400ava parte del día solar medio.
Los
días tienen diferente duración según las épocas del año y la distancia de la
Tierra al Sol. El día solar medio es el promedio de duración de cada No de los
días del año.
SISTEMA C.G.S. (centímetro, gramo, segundo).
El sistema
C.G.S. llamado también sistema cegesimal, es usado particularmente en
trabajos
científicos. Sus unidades son submúltiplos del sistema M.K.S.
La unidad de longitud es el CENTÍMETRO, o centésima parte del
metro.
La unidad de masa es el GRAMO, o milésima parte del kilogramo.
La unidad de tiempo es el SEGUNDO.
La unidad de masa es el GRAMO, o milésima parte del kilogramo.
La unidad de tiempo es el SEGUNDO.
Unidad/Sistema
|
C.G.S
|
M.K.S(SI)
|
Técnico
|
otros
1
|
otros
2
|
Masa
|
g
|
Kg
|
slug
|
Lb
|
|
Longitud
|
cm
|
m
|
m
|
pulg
|
pie
|
Tiempo
|
s
|
s
|
s
|
s
|
s
|
Velocidad
|
cm/s
|
m/s
|
m/s
|
pulg/s
|
pie/s
|
Aceleración
|
cm/s2
|
m/s2
|
m/s2
|
pulg/s2
|
pie/s2
|
Fuerza
|
dina
|
N
|
Kgf
|
Lbf
|
|
Presión
|
dina/cm2
|
Pa = N/m2
|
Kgf/m2
|
Lbf/pulg2
|
atm o lbf/pie2
|
Trabajo
|
ergio
|
(J) Joule
|
B.T.U
|
cal
|
|
Potencia
|
ergio/s
|
Watt (J/s)
|
H.P
|
C.V
|
cal/s
|
Momento
|
dina.cm
|
N.m
|
Kgf.m
|
Lbf.pulg
|
Lbf.pie
|
Sistema INGLÉS: Es utilizado por algunas naciones de habla inglesa, como Estados Unidos de Norte América e Inglaterra, que usan otras medidas que no pertenecen a nuestro sistema decimal de pesas y medidas. Esas medidas se llaman inglesas y tienen nombres y valores distintos de los que nosotros usamos.
Por ejemplo: Para medir longitudes, en vez del metro, usan la Milla, la Yarda, el Pie, la Pulgada, entre otras.
Las dimensiones y unidades
fundamentales más conocidas de este sistema se exponen a continuación:
DIMENSION
|
UNIDAD BASE
|
SIMBOLO UNIVERSAL
|
Longitud
|
Pie
|
ft
|
Masa
|
Libra
|
lb
|
Tiempo
|
Segundo
|
s
|
Aunque es común que aparezcan
otras que también son muy frecuentes encontrarlas en los libros a la hora de
resolver problemas de conversión de unidades principalmente; por ejemplo:
DIMENSION
|
UNIDAD BASE
|
SIMBOLO UNIVERSAL
|
Longitud
|
Pie
|
ft
|
Milla
|
mill
|
|
pulgada
|
in
|
|
Yarda
|
yda
|
|
Área ó Superficie
|
Metro cuadrado
|
m2
|
Pie cuadrado
|
ft2
|
|
Centímetro cuadrado
|
cm2
|
|
Milla cuadrada
|
mill2
|
|
Masa
|
Libra
|
lb
|
Onza
|
oz
|
|
Volumen
|
Galón
|
gal
|
Cuarto
|
qt
|
|
Pie cúbico
|
ft3
|
Unidades Físicas Derivadas:
Después de haber analizado las Unidades Base o Fundamentales de la Física, deseo presentarles las Unidades Derivadas; es decir, las que resultan de combinar las unidades Fundamentales; es decir, ya sea que se multipliquen o dividan:
Por ejemplo: Si combinamos 2 unidades de Longitud, obtendremos la Unidad Derivada llamada: AREA ó SUPERFICIE; esto es… m por m = m2.
Si combinamos 3 unidades de Longitud, obtendremos la Unidad Derivada llamada: VOLUMEN esto es… m por m por m = m3.
Si combinamos una unidad de Longitud entre una de tiempo, obtendremos la Unidad Derivada llamada: VELOCIDAD, esto es… m/s = V.
Y así por el estilo. A continuación, te muestro una tabla con las Unidades derivadas en el sistema Internacional más utilizadas en Física:
Unidades derivadas: Se expresan en términos de las unidades
fundamentales.
Magnitud
Derivada
|
Nombre de la
Unidad Derivada
|
Símbolo en el
(SI)
|
Área
|
metro cuadrado
|
m2
|
Volumen
|
metro cúbico
|
M3
|
Densidad
|
kilogramo por metro cúbico
|
kg / m3
|
Velocidad
|
metro por segundo
|
m / s
|
Aceleración
|
metro por segundo al
cuadrado
|
m / s2
|
Fuerza
|
newton (N)
|
1 N = 1 kg·m / s2
|
Presión
|
Pascal (Pa)
|
1 Pa = 1 N / m2
|
Trabajo, energía
|
julio (J)
|
1 J = 1 N·m
|
Potencia
|
watio (W)
|
1 W = 1 J/s
|
Frecuencia
|
hercio (Hz)
|
1 Hz = 1 s-1
|
Carga
|
culombio ©
|
1 C = 1 A·s
|
Potencial
|
voltio (V)
|
1 V = 1 J / C
|
Resistencia
|
ohmio (Ω)
|
1 = 1 V / A
|
Capacidad
|
faradio (F)
|
1 F = 1 C / V
|
Campo magnético
|
tesla (T)
|
1 T = 1 N / ( A·m )
|
Flujo magnético
|
weber (Wb)
|
1 Wb = 1 T·m2
|
Inductancia
|
henrio (H)
|
1 H = 1 J / A2
|
Como pudimos observar, las
unidades anteriores están expresadas en el Sistema Internacional de Medidas
(SI). No obstante, en muy común que aparezcan en otros Sistemas, tales como el Inglés,
o el CGS;
es por ello que se hace necesario aprender a realizar las Conversiones de Unidades entre
los distintos Sistemas de Unidades dados. Esto nos ocupará a
continuación.
CONVERSIÓN DE UNIDADES
Alguna persona que vive en
Estados Unidos y desea pasear por nuestro país (México), deberá efectuar la
Conversión de su Moneda (Dólares) a la nuestra (Pesos); así que será necesario realizar
un proceso de conversión de unidades. Claro está, que también nosotros podemos
viajar a los EE.UU, pero tendríamos que hacer la conversión de nuestra moneda.
Para realizar esta acción tan
necesaria en nuestra vida académica-profesional, debemos contar de antemano con
lo que se conoce como las Tablas de Conversión de Unidades; aunque en muchos
casos esto no es tan necesario, siempre y cuando nos familiaricemos con las
equivalencias y las pongamos en práctica, así lograremos mantener este conocimiento
a la mano…pero no importa; con estas herramientas que están disponibles en los
libros o en Internet, es fácil lograrlo.
Por lo tanto, aprovecho para
dejarles una tabla de equivalencias que, aunque no abarca todas, es bastante
útil y contiene lo necesario para practicar:
Unidades de Longitud
Unidad (SI)
|
Símbolo (SI)
|
Equivalencia (SI)
|
1 Kilómetro
|
Km.
|
1.000 m.
|
1 Hectómetro
|
Hm.
|
100 m.
|
1 Decámetro
|
Dm.
|
10 m.
|
1 metro
|
m.
|
1 m.
|
1 decímetro
|
dm.
|
0,100 m.
|
1 centímetro
|
cm.
|
0,010 m.
|
1 milímetro
|
mm.
|
0,001 m.
|
Unidades de Superficie
Unidad (SI)
|
Símbolo (SI)
|
Equivalencia (SI)
|
1 Kilómetro cuadrado
|
Km2.
|
1.000.000 m2.
|
1 Hectómetro cuadrado
|
Hm2.
|
10.000 m2.
|
1 Decámetro cuadrado
|
Dm2.
|
100 m2.
|
1 metro cuadrado
|
m2.
|
1 m2.
|
1 decímetro cuadrado
|
dm2.
|
0,010000 m2.
|
1 centímetro cuadrado
|
cm2.
|
0,000100 m2.
|
1 milímetro cuadrado
|
mm2.
|
0,000001 m2.
|
Unidades de Volumen
Unidad (SI)
|
Símbolo (SI)
|
Equivalencia (SI)
|
1 Kilómetro cúbico
|
Km3.
|
1.000.000.000 m3.
|
1 Hectómetro cúbico
|
Hm3.
|
1.000.000 m3.
|
1 Decámetro cúbico
|
Dm3.
|
1.000 m3.
|
1 metro cúbico
|
m3.
|
1 m3.
|
1 decímetro cúbico
|
dm3.
|
0,001000000 m3.
|
1 centímetro cúbico
|
cm3.
|
0,000001000 m3.
|
1 milímetro cúbico
|
mm3.
|
0,000000001 m3.
|
Kilolitro
|
KL.
|
1.000 l.
|
Hectolitro
|
HL.
|
100 l.
|
Decalitro
|
DL.
|
10 l.
|
litro
|
l.
|
1 l.
|
decilitro
|
dl.
|
0,100 l.
|
centilitro
|
cl.
|
0,010 l.
|
mililitro
|
ml.
|
0,001 l.
|
Unidades de Masa
Unidad (SI)
|
Símbolo (SI)
|
Equivalencia (SI)
|
1 Tonelada
|
Tn.
|
1.000 Kg.
|
1 Quintal
|
Q.
|
46,08 Kg.
|
1 Kilogramo
|
Kg.
|
1.000 g.
|
1 Hectogramo
|
Hg.
|
100 g.
|
1 Decagramo
|
Dg.
|
10 g.
|
1 gramo
|
g.
|
1 g.
|
1 decigramo
|
dg.
|
0,100 g.
|
1 centigramo
|
cg.
|
0,010 g.
|
1 miligramo
|
mg.
|
0,001 g.
|
