LOS SISTEMAS DE UNIDADES

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.

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.

Es por ello que el hombre en su afán de medir cualquier cosa que ha tenido a su alcance, ha creado lo que se conoce como Sistemas de Unidades, con Patrones de medida. Algunos países y/o regiones han diseñado e inventado sus propias unidades y sus propios patrones de media que les permiten de tal manera que cuentes con un sistema de medición confiable y competitivo con otros sistemas de otros lugares.

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.

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.

 
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. 

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.