Ciclo de Aprendizajes Comunes

CENTRO DE EDUCACION ALTERNATIVA
“SIMON BOLIVAR”
KISWARAS – EL ALTO

Asignatura: Ciencias Naturales

Sistemas de unidades de medida

Todas las ciencias experimentales, entre ellas la Física y la Química, se basan en observaciones cuantitativas de algunas magnitudes que se denominan medidas. La medida de cualquier magnitud se expresa por un número acompañado de una unidad que presta su significación al número.

Se define como medida la comparación de una cantidad de una magnitud determinada con otra cantidad de la misma magnitud que se toma como unidad, o el número de veces que una magnitud contiene a otra que se toma como referencia. Íntimamente relacionados con el concepto de medida están los términos unidad, dimensiones, patrón y uniformidad.

Unidad es el nombre de una cantidad patrón de una magnitud que se toma como referencia en las comparaciones de magnitud. Ejemplos de unidades son el kilogramo, el metro, el segundo o el amperio.

Patrón es un objeto concreto y real que se toma como ejemplo o referencia física de una unidad. Por ejemplo, el cilindro de platino-iridio, patrón de referencia del kilogramo que se guarda en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas de París, es un patrón que se emplea para la calibración de otras medidas de la misma magnitud. Un patrón debe representar a la magnitud específica de la forma más precisa, uniforme y estable posible, por esa razón algunos patrones, aun conservando la magnitud, se cambian con el tiempo o la tecnología disponible. Así, el metro, que se definió como la diezmillonésima parte de la longitud de un cuadrante de meridiano terrestre, ha pasado a ser desde 1983, la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299,792,458 segundos.

La uniformidad es la base de cualquier sistema de unidades, que requiere patrones fiables de medida disponibles en cualquier lugar y situación para que ésta resulte lo más independiente posible, sin tener en cuenta el lugar y tiempo de la comparación.

Los primeros sistemas de medidas incluían únicamente las unidades fundamentales tiempo, longitud y masa, además de sus derivadas, superficie y volumen. Los actuales sistemas han incluido nuevas unidades conforme se han ido descubriendo nuevas magnitudes físicas, como temperatura, carga eléctrica, luminosidad, etc.

Metrología es la ciencia que se ocupa de la medida; surge como una necesidad de desarrollar unidades de medida precisas, no dependientes de otras magnitudes (dentro de lo posible) y establecer patrones estables y rigurosos. La metrología también realiza y conserva patrones uniformes.

La necesidad de utilizar medidas surge en la Antigüedad, como una consecuencia lógica de muchas actividades humanas. Las primeras medidas siempre han estado relacionadas con dimensiones físicas propias del hombre, así surgen el palmo, el pie o el codo. Algunas medidas surgen como consecuencia de la actividad humana, por ejemplo la legua, el camino que recorre un hombre andando en una hora, o la yugada, la superficie que labra una pareja de bueyes en una jornada.


El sistema Métrico decimal

En el Siglo de la Luces, apareció el primer sistema racional, el métrico decimal, creado y adoptado en Francia durante la Revolución del siglo XVIII, y basado en la definición de patrones operacionales y en el uso del sistema decimal para formar unidades secundarias. La propagación del sistema métrico a otros países fue bastante rápida debido a las notables ventajas de éste sobre los sistemas de unidades medievales. Al cabo de un tiempo se adoptaron estándares comunes a todos los países y el sistema métrico se convirtió en un sistema internacional de unidades.

La medida básica y fundamental en que se basó el sistema fue el metro, definido como "la diezmillonésima parte del meridiano terrestre". Tomar como referencia de longitud el perímetro terrestre ya había sido propuesto, con el nombre de milla, en 1670 por el teólogo francés Gabriel Mouton, que propuso que la unidad fundamental de longitud fuera el minuto sexagesimal del meridiano.

En 1792, la Academia de las Ciencias francesa nombró una comisión formada, entre otros, por los prestigiosos matemáticos Jean Charles Borda, Joseph Louis Lagrange, Pierre Simon de Laplace y Gaspard Mongue y Condorcet, para el establecimiento de un nuevo sistema de unidades. Esta comisión decidió que el nuevo patrón de medida fuera la diezmillonésima parte del meridiano terrestre que pasa por París.

La medición fue realizada, entre Dunkerque y Barcelona, por los geómetras Merchain y Delambres, que finalizaron su labor a finales de 1800. El 29 de noviembre de 1800 se aprobó la nueva unidad fundamental llamada metro, que se impuso por ley. Un año antes, con los trabajos preliminares, Etienne Lenoir había depositado en el archivo estatal de París una barra de platino iridiada con dos marcas que definían un metro de longitud, y una masa normalizada igualmente de platino de un kilogramo de masa. El kilogramo fue inicialmente una unidad arbitraria elegida libremente por la convención como patrón.

En 1806, los matemáticos y físicos Pierre Francoise, André Mechain y Jean-Baptiste-Joseph Delambre establecieron las bases científicas del sistema métrico decimal con la definición de la relación entre las diferentes unidades, múltiplos y submúltiplos, que quedaron de la siguiente manera:

La unidad de longitud es el metro estándar, definido, según se ha apuntado más arriba, como la diezmillonésima parte de la longitud de un cuadrante de meridiano terrestre.

La unidad de masa es el gramo, definido como la masa de un centímetro cúbico de volumen de agua pura a la temperatura de su máxima densidad (4°C). El patrón del Kilogramo es un cilindro de platino conocido como kilogramo de Archives.

Éstas eran las unidades básicas a partir de la cuales se deducían las unidades secundarias de volumen y área.

La unidad de capacidad es el litro, que se define como el volumen de un cubo de 1 decímetro de arista.

La unidad de superficie se define como el área de un cuadrado de 10 metros de lado. En la práctica se usa el múltiplo hectárea, que equivale a 100 unidades de área.

Los nombres de los múltiplos de diez y fracciones decimales de las unidades estándar son construidos con prefijos derivados del griego.

Múltiplos y submúltiplos

Múltiplos y
Submúltiplos Prefijos Símbolos
1018 exa- E
1015 peta- P
1012 tera- T
109 giga- G
106 mega- M
103 kilo- k
102 hecto- h
10 deca- da
10-1 deci- d
10-2 centi- c
10-3 mili- m
10-6 micro- m
10-9 nano- n
10-12 pico- p
10-15 femto f
10-18 atto a

El nuevo Sistema Internacional de Unidades

Si el sistema métrico decimal surgió por la necesidad de los científicos del siglo XVIII de contar con un sistema racional de unidades que sustituyera a la gran variedad de sistemas medievales, bastante irracionales, de la misma forma, el nuevo Sistema Internacional de Unidades surgió como una necesidad de los científicos del siglo XX, enfrentados a una gran variedad de subsistemas creados en cada especialidad. Además, los patrones definidos durante el siglo XVIII no eran lo suficientemente precisos para la tecnología y las necesidades del siglo XX.

Después de largas discusiones, la decimoprimera Conferencia General de Pesos y Medidas, reunida en París en octubre de 1960, formuló un Nuevo Sistema Internacional de Unidades, basado en el sistema MKS (metro, kilogramo y segundo). En este sistema se adoptaron seis unidades para seis magnitudes básicas, cuyos patrones son definidos de la siguiente forma:

Longitud

Unidad: el metro, que desde 1983 se define como la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299,792,458 segundos.

Masa

Unidad: el kilogramo. El estándar de la unidad de masa es un cilindro de aleación de iridio y platino conservado en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas, localizada en Sèvres, Francia. Ésta es la única unidad que está definida mediante un artefacto.

Tiempo

Unidad, el segundo, definido como la duración de 9,192,631,170 ciclos de la radiación emitida en una transición específica del átomo de Cesio 133.

Temperatura termodinámica

Unidad: el grado Kelvin. La escala de temperatura termodinámica o de Kelvin, usada en el SI, tiene su origen, o punto cero, en el cero absoluto (estado de la materia definido por la termodinámica), y tiene su punto fijo en el punto triple del agua, definido como los valores de la temperatura y la presión para los cuales las tres fases del agua (sólido, líquido y gas) coexisten en equilibrio.

La escala Celsius está definida a partir de la escala Kelvin: el punto triple del agua es definido como 0.01° en la escala Celsius.

Cantidad de una substancia

Unidad: el mol, que se define como la cantidad de una substancia determinada para que contenga el mismo número de entidades fundamentales de la substancia (partículas subatómicas, átomos o moléculas) como átomos se encuentran en 0,012 kilogramos de carbono 12.

Corriente eléctrica

Unidad: el amperio, definido como la magnitud de la corriente que, al fluir en el mismo sentido por dos cables conductores paralelos separados por una distancia de un metro en el espacio vacío, resulta en una fuerza de atracción (magnética) mutua igual a 2x10-7 newton por cada metro de longitud de cable.

Intensidad luminosa

Unidad: la candela, definida como la intensidad luminosa de una superficie de 1/600,000 m2 de una cavidad radiante a la temperatura de fusión del platino (2.042 K). Una nueva definición más precisa, pero menos comprensible, equipara la candela con la intensidad luminosa de una fuente radiante de una intensidad de 1/683 W por estereorradián a una frecuencia de 5,4·1014 Hz.

Las unidades para las restantes magnitudes físicas se definen a partir de las unidades de las seis magnitudes básicas.

Cuadro de unidades del S.I.

Magnitud Unidad Dimensiones Símbolo

Unidades elementales

Longitud metro ---- m
Masa kilogramo ---- kg
Tiempo segundo ---- s
Corriente eléctrica amperio ---- A
Temperatura kelvin ---- K
Intensidad luminosa candela ---- cd
Ángulo Plano radián ---- rad
Ángulo Sólido estereoradián ---- sr

Unidades derivadas

Aceleración

Área
Capacitancia
Carga
Densidad
Intensidad de Campo eléctrico
Energía

Fuerza
Frecuencia
Iluminación
Inductancia

Viscosidad
Cinemática

Luminancia

Flujo luminoso campo magnético

Flujo magnético
Potencia
Presión
Resistencia
Velocidad

Viscosidad
Voltaje