1.5 MAGNITUDES FÍSICAS

Patrones, Medidas y Sistemas de Unidades

Durante el desarrollo de la Física siempre existió la necesidad de comprender nuestro mundo. Ninguna ciencia ha intervenido en forma tan activa para revelarnos las causas y efectos de los hechos naturales. Basta dar un vistazo al pasado, para percibir la necesidad continua de efectuar las primeras mediciones que durante la experimentación se tenían que hacer, hasta llegar al descubrimiento de leyes y teorías. Es posible medir algunos atributos o cualidades (propiedades) de las personas, animales, plantas, objetos, sustancias; otros no se pueden medir.

Las cualidades o atributos que se pueden medir se llaman magnitudes físicas. Las cualidades o atributos que no se pueden medir (odio, amor, belleza, patriotismo, etc.) no son magnitudes físicas.

Medir ha sido siempre una necesidad para el hombre. El cazador tiene que calcular la distancia que lo separa de su presa, el optometrista debe de determinar la graduación de los lentes del paciente. El topógrafo tiene que calcular las superficies y la demarcación de los terrenos. En fin el hombre necesita medir para conocer.

Comparar unas cosas con otras es algo tan natural en el hombre como respirar. La comparación es la base de la medida. Hacemos comparaciones que van de las muy sencillas y naturales, como que la silla es más pequeña que la mesa o que el perro pesa más que el gato, hasta comparaciones expresadas en términos de medidas numéricas más precisas, como la caja tiene una masa de 50 kg, lo que quiere decir que la masa de la caja es 50 veces mayor que la de 1 kg.

Al hacer una comparación general de dos objetos, primero debemos identificar alguna propiedad común que nos proporcione una base para equipararlos. De esta manera, al comparar el largo de la mesa con el metro, lo que confrontamos son las longitudes de ambos cuerpos.

En la ciencia y la técnica, la medición es el proceso por el cual se asigna un número a una propiedad física de algún cuerpo o fenómeno con propósito de comparación. La medida consta de un número y una unidad.

Medir es comparar una cantidad con otra cantidad tomada como referencia (unidad). Cada medida consta de un número y una unidad. La unidad identifica la clase de dimensión y la magnitud es la cantidad de referencia usada como una base conveniente de comparación.

Unidad de medida o patrón toda magnitud de valor conocido y preferentemente definido, que se utiliza como referencia para medir y expresar el valor de otras magnitudes de la misma especie.

Una magnitud o dimensión puede ser expresada en diferentes unidades. Por ejemplo, la longitud es posible medirla en diferentes unidades, como: el milímetro, el centímetro, el metro, el kilómetro, la pulgada, el pie, las yardas, las millas, etc. Sin embargo, ante las necesidades de comunicación del hombre, existe la de expresar esas magnitudes a una base o referencia que sirva como unidad común, la cual se definirá como patrón de referencia.

Durante su historia, el hombre ha inventado numerosas unidades antes de crear un sistema internacional. Al conjunto de unidades y dimensiones que se consideran fundamentales constituye un sistema de unidades.

Las unidades fundamentales son aquellas que no se definen en función de otras.

Las unidades que se definen en función de las fundamentales, se llaman derivadas. Son el resultado de multiplicar o dividir entre sí las fundamentales (véase cuadro1.4).

En el sistema de unidades, éstas deben ser accesibles e invariables y estar perfectamente definidas, para permitir una homogeneidad en los usuarios.

El Sistema Internacional (SI) se adopta desde 1960, siendo el primer sistema científico compatible, completo y armonizado internacionalmente, está constituido por:

1. Los patrones de medida
2. El método para formar unidades mayores y menores.
3. Las definiciones de las magnitudes derivadas.

Las unidades fundamentales del SI, son siete; sus unidades y símbolos aparecen en siguiente tabla.

El Sistema Internacional también está integrado por dos unidades suplementarias: el radián, para medir ángulos en un plano y el esterradían, para medir un ángulo sólido.

Figura 1.7 El radián y el esterradián.

En ciertos casos de la vida cotidiana y en cálculos científicos no siempre se expresa las operaciones o el resultado en término de las unidades fundamentales o derivadas de ellas. Por ejemplo, para expresar la distancia de una ciudad a otra utilizamos kilómetros y no en metros; para definir la longitud de un bolígrafo lo hacemos en términos de centímetros. En otras palabras, muchos resultados se expresan en términos de múltiplos (mayores que la unidad) y submúltiplos (menores que la unidad) de las unidades.


En el sistema internacional se emplean ciertos prefijos que se anteponen a la unidad (cuadro 1.5).

Sistemas de Unidades Absolutos o Físicos

En la mecánica (rama de la Física) es común el uso de un subsistema del SI, conocido como el Sistema MKS absoluto, debido a que utiliza como unidades fundamentales al metro-kilogramo-segundo.

Sistemas de unidades técnicos o gravitacionales

 

A continuación damos las equivalencias de las unidades fundamentales.

 
NOTA: El kilogramo fuerza se define como el peso o fuerza de atracción gravitacional que se ejerce sobre un kilogramo patrón, en un lugar donde la aceleración de la gravedad tiene un valor de 9.8 m/s2.