Unidades

 La física es una ciencia experimental. Estudia los procesos del mundo físico, estableciendo un conjunto limitado de leyes que nos permiten explicar la gama más amplia posible de fenómenos observados y predecir las consecuencias de nuevas experiencias. Al ser una ciencia experimental significa que los fenómenos a analizar deben ser observados y medidos.

Las afirmaciones en física que no pueden verificarse experimentalmente no tienen sentido. Analice el proceso de medición, que es el proceso básico de la tecnología.

El proceso de medición es un proceso físico, un proceso físico experimental, y siempre involucra tres sistemas.

• El sistema de destino que desea medir.

• Sistema de medida o aparato de medida.

• Un sistema de comparación definido como una unidad. Por lo general, adjunto o contenido dentro de un indicador o instrumento.

Reglas y otros instrumentos.

unidades (escala específica marcada en la misma regla o barra estándar específica). Para definir claramente el proceso de medición, también es necesario especificar el sistema de objetos, el dispositivo de medición y la tecnología para la interacción de la unidad. En particular, el proceso físico correspondiente a esta tecnología que se realiza entre el dispositivo de medición y el dispositivo se denomina "calibrar" el dispositivo.

Una dimensión es una unidad generalizada.

Todo lo que se puede medir en unidades de masa tiene dimensiones de masa (M). Análogamente la longitud se mide en función de unidades que tienen la dimensión L, etc.

Se puede definir una nueva dimensión si se dispone de la ley física que la forma.

Por ejemplo, se puede definir fuerza (F) en función de la masa y la aceleración a través de la segunda ley de Newton:

F = m.a

Las dimensiones serán: [F] = [M].[L]/[0]

Medición de cantidades 

Cuando se estudian operaciones y procesos de ingeniería, es necesario estudiar las fórmulas matemáticas que definen el proceso. Estas fórmulas matemáticas de magnitud son ecuaciones funcionales de fenómenos y representan leyes de la naturaleza o convenciones. Para representar el conjunto de todas las cantidades posibles, no es necesario tener más que unas pocas unidades, es suficiente tomar algunas cantidades como cantidades básicas y establecer arbitrariamente la cantidad de cada unidad como una unidad. . Para sistemas mecánicos, tres cantidades (longitud, masa o fuerza y tiempo) suelen ser suficientes. A partir de estas cantidades básicas se pueden definir otras cantidades llamadas derivadas (velocidad, aceleración, presión, trabajo, energía, etc.). Cambiar la unidad cambia el valor numérico de la misma cantidad. Esto se llama cambiar la unidad o conversión, y necesitamos conocer las reglas para convertir el valor numérico de la cantidad.

SISTEMAS DE UNIDADES

Historia de las unidades 

Las diferencias en los sistemas de pesos y medidas usados por varios países han causado (y aún lo hacen) confusión y error en el comercio que se lleva a cabo. Irlanda, Liberia, Birmania y la antigua colonia británica todavía tienen sus propios sistemas de medición que Gran Bretaña ha utilizado durante 800 años.

De hecho, el Reino Unido se unió oficialmente al sistema decimal métrico en 1995, pero las cifras oficiales no siempre coinciden con la realidad. Por ejemplo, la distancia entre las señales de tráfico es de millas. Irlanda va a un ritmo más lento, pero ya hay cuentakilómetros en las carreteras y la gasolina se vende por litro.

Sin embargo, la comida y la bebida se venden indistintamente en unidades métricas e imperiales. En cuanto a la temperatura del, en USA todavía mide grados Fahrenheit y la corriente es de 110 voltios, 60 ciclos, pero en México, Argentina y otros países el anda a 220 voltios, 50 ciclos.

Otras diferencias también ocurren con números grandes. El número 1,000,000,000 es billones para nosotros, pero para los estadounidenses es 1 billón, y nuestro billones es un billón. Etc.

Las antiguas unidades normalmente se fijaban arbitrariamente,

• la tradición indica que la pulgada (2.54 cm) correspondería a la medida tomada desde la uña a la base del pulgar del rey David I; 

• el pie (30,48 cm.) sería la medida del largo del pie de Carlomagno; 

• la yarda (91,44 cm) sería la medida desde el hombro hasta la punta de los dedos del rey Enrique I de Inglaterra; 

• la milla provendría de los “Mille Passum” o los mil pasos que podía dar un soldado romano (un paso correspondía a 1.61 m, por lo que la milla es 1.61 km); 

• la legua era el radio de la máxima visión en un terreno plano; 

• el acre, la superficie arable en una mañana; etc.

Estas unidades de medida tradicionales variaban de a diferentes civilizaciones, pero en la antigüedad era posible medir con bastante precisión, ya que Eratóstenes determinó el radio de la Tierra de en el año 200 a.

Su método es muy simple pero muestra mucha visión e ingenio. La base de la técnica de Eratóstenes se basa en el entendimiento de que los rayos del sol que llegan a la tierra son prácticamente paralelos porque la distancia entre la tierra y el sol es muy grande en comparación con el tamaño de la tierra.

MAGNITUDES FÍSICAS

• Magnitudes Físicas: 

Son propiedades a las que se les asignan valores numéricos y pueden cuantificarse según modelos ya establecidos.

Estos incluyen masa, longitud, tiempo, densidad, temperatura, velocidad, aceleración, energía, etc. Clases de Cantidades: Escalar, Vectorial, Tensor Global y Cantidades Agregadas

Tipos de Cantidades: Las Cantidades

• Escalares, vectores y tensores

• Magnitudes extensivas e intensivas

se pueden clasificar de acuerdo a diferentes criterios: o Las cantidades se clasifican en escalares, vectores o tensores según su forma matemática.

Escalares, Vectores, Tensores: 

• Magnitudes escalares: Están completamente definidas por el número y las unidades utilizadas para medirlo. Es decir, una cantidad escalar está representada por la unidad matemática más simple, el número. Se podría decir que tiene el módulo, pero le falta la dirección y sense. Su valor puede ser independiente del observador (p. ej., masa, temperatura, densidad, etc.) o puede depender de la posición del observador o del estado de movimiento (p. ej., energía cinética).

• Magnitudes vectoriales: Son magnitudes caracterizadas por cantidad (fuerza o módulo), dirección y significado. En el espacio euclidianode dimensión 3 o menos, los vectores están representados por segmentos en las direcciones. Ejemplos de estas cantidades incluyen velocidad, aceleración, fuerza y campos eléctricos. 

Además, considerando diferentes sistemas de coordenadas asociados con observadores con diferentes estados de movimiento u orientaciones, la cantidad vectorial 

En mecánica clásica también el campo electrostático se considera un vector; sin embargo, de acuerdo con la teoría de la relatividad esta magnitud, al igual que el campo magnético, debe ser tratada como parte de una magnitud tensorial.

• Magnitudes tensoriales: 

Son las que caracterizan propiedades o comportamientos físicos modelizables mediante un conjunto de números que cambian tensorialmente al elegir otro sistema de coordenadas asociado a un observador con diferente estado de movimiento o de orientación.

De acuerdo con el tipo de magnitud, debemos escoger leyes de transformación de las componentes físicas de las magnitudes medidas, para poder ver si diferentes observadores hicieron la misma medida o para saber qué medidas obtendrá un observador conociendo las de otro cuya orientación y estado de movimiento respecto al primero sean conocidos.

• Magnitudes extensivas e intensivas

Una magnitud extensiva: es una magnitud que depende de la cantidad de sustancia que tiene el cuerpo o sistema.

Las magnitudes extensivas son aditivas.

Si el sistema físico consta de dos partes, el valor total de la masa es la suma de los valores respectivos de las dos partes.

Ejemplos: masa y volumen de un objeto o sistema, energía de un sistema termodinámico, etc.

• Cantidad Agregada: 

Cantidad cuyo valor no depende de la cantidad de sustancia en el sistema.

• Esto significa que un sistema tiene el mismo valor que cada parte de ese sistema y se considera un subsistema abierto.

• Ejemplos: densidad de la materia, temperatura y presión de un sistema termodinámico en equilibrio.

• En general, el cociente entre dos grados grandes da un grado fuerte de. Por ejemplo, la división entre masa y volumen representa la densidad.

Unidades básicas o fundamentales del SI: 

Las magnitudes básicas no derivadas del SI son las siguientes:

• Longitud: metro [m]. El metro es la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299 792 458 segundos. Este patrón fue establecido en el año 1983. 

• Tiempo: segundo [s]. El segundo es la duración de 9 192 631 770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del cesio-133. Este patrón fue establecido en el año 1967. 

• Masa: kilogramo [kg]. El kilogramo es la masa de un cilindro de aleación de Platino-Iridio depositado en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas. Este patrón fue establecido en el año 1887. 

• Intensidad de corriente eléctrica: amperio [A]. El amperio o ampere es la intensidad de una corriente constante que, manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro, en el vacío, produciría una fuerza igual a 2×10-7 newton por metro de longitud. 

• Temperatura: kelvin [K]. El kelvin es la fracción 1/273,16 de la temperatura del punto triple del agua. 

• Cantidad de sustancia: mol [mol]. El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 12 gramos de carbono-12. 

• Intensidad luminosa: candela [cd]. La candela es la unidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540×1012 Hz y cuya intensidad energética en dicha dirección es 1/683 vatios por estereorradián.

UNIDADES FUNDAMENTALES EN EL SISTEMA CEGESIMAL C.G.S.

• Longitud: centímetro (cm): 1/100 del metro (m) S.I.

• Tiempo: segundo (s): La misma definición del S.I.

• Masa: gramo (g): 1/1000 del kilogramo (kg) del S.I.

Unidades Fundamentales en el Sistema Gravitacional Métrico Técnico

• Longitud: metro (m). La misma definición del Sistema Internacional. 

• Tiempo: segundo (s). La misma definición del Sistema Internacional

• Fuerza: kilogramo-fuerza (kgf). El peso de una masa de 1 kg (S.I.),en condiciones normales de gravedad (g = 9,80665 m/s2).

MAGNITUDES FÍSICAS DERIVADAS

Una vez definidas las magnitudes que se consideran básicas, las demás resultan derivadas y se pueden expresar como combinación de las primeras.

Las unidades derivadas se usan para las siguientes magnitudes: 

• superficie, 

• volumen, 

• velocidad, 

• aceleración, 

• densidad, 

• frecuencia, 

• periodo,

• fuerza, 

• presión, 

• trabajo, 

• calor, 

• energía, 

• potencia, 

• carga eléctrica, 

• diferencia de potencial,

• potencial eléctrico, 

• resistencia eléctrica, etcétera.

Algunas de las unidades usadas para esas magnitudes derivadas son:

• Fuerza: newton [N]: que es igual a [kg·m·s-2]. 

• Energía: julio [J]: que es igual a [kg·m2·s-2].