SUBTEMA 1.1.1. Unidades fundamentales del Sistema Internacional y el Sistema Inglés.La física es una ciencia basada en las observaciones y medidas de los fenómenos físicos. Por consiguiente, es esencial que al empezar el estudio de la ella nos familiaricemos con las unidades mediante las cuales se efectuarán las mediciones.

MAGNITUDES FÍSICAS

Por ser una ciencia experimental, la física utiliza las magnitudes para efectuar cálculos en la solución de problemas. Magnitud es todo lo que puede ser medido.

Las dimensiones de un cuerpo, tales como la longitud, ancho, alto, masa, tiempo, son ejemplos de magnitudes. Medir es comparar una magnitud con otra de la misma clase.

La magnitud de una cantidad física es dada por un número y una unidad. La unidad es precisamente lo esencial, y el número expresa la magnitud.

SISTEMAS DE MEDIDAS Y UNIDADES PATRÓN

Actualmente existen dos sistemas de unidades de medida: el Sistema Inglés, que se aplica en Estados Unidos de Norteamérica, Inglaterra y Australia, y el Sistema Internacional o Métrico Decimal, que es usado en el resto del mundo.

Cada uno de los sistemas tienen sus estándares de longitud, masa y tiempo; a estas unidades se les denomina fundamentales porque casi todas las demás pueden medirse en función de ellas.

El Sistema Inglés utiliza como unidad fundamental de longitud el pie, la libra como unidad de masa y el segundo como unidad de tiempo.

El Sistema Inglés o Métrico fue creado en Francia después de la Revolución francesa (1791), es muy utilizado por los científicos y se divide en dos sistemas de unidades: el primero usa para la longitud el centímetro, para la masa el gramo y para el tiempo el segundo; se le conoce como sistema centímetro-gramo-segundo y se abrevia c.g.s.; actualmente, se ha sustituido por el sistema m.k.s., donde la unidad de longitud es el metro, la de masa es el kilogramo y la de tiempo el segundo; también se le conoce como sistema kilogramo-metro-segundo.

La ventaja del Sistema Internacional es que utiliza el sistema decimal, y relaciona las unidades ya sea multiplicando o dividiendo las cantidades entre 10.

En 1960 en París, durante la Conferencia Internacional sobre Pesas y Medidas, se definieron las unidades del Sistema Internacional (SI) y se pusieron en vigencia. Actualmente, los países de habla inglesa se hallan en vías de adoptar el sistema m.k.s.

ESTÁNDARES DE UNIDADES DE MEDIDA

El metro fue definido originalmente como la diezmillonésima parte de la distancia del Polo Norte al Ecuador.

Se determinó cuidadosamente sobre una barra de una aleación de platino e iridio la longitud exacta del metro. Actualmente el metro patrón se encuentra en Francia, en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas.

Posteriormente, el metro estándar se definió en términos de la longitud de la onda de luz, como 1 650 763.73 veces la longitud de onda de la luz naranja emitida por los átomos del gas Kr 86, (Kriptón 86).

Actualmente el metro se define como la longitud de la trayectoria recorrida por la luz en el vacío durante un intervalo de tiempo de 1/299 792 458 de segundo.

El kilogramo, estándar de masa, es un bloque de platino que se conserva en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas de Francia. El kilogramo es igual a 1 000 gramos.

Un gramo masa es la masa de un centímetro cúbico de agua a una temperatura de 4 grados Celsius.

La libra estándar se define hoy en términos del kilogramo estándar; la masa de una libra es igual a 0.4536 kilogramos.

El segundo es la unidad oficial de tiempo para los sistemas inglés y métrico decimal. Anteriormente fue definido en términos del día solar medio, el cual fue dividido en 24 horas, cada hora en 60 minutos y cada minuto en 60 segundos; por lo tanto se definió como 1186 400 parte del día solar medio. En 1964, el segundo se definió como el tiempo que tarda un átomo de Csl33 (Cesio 133) en realizar 9 162 631 770 vibraciones.

El newton (en honor de sir Isaac Newton) es la fuerza requerida para acelerar un kilogramo masa en un metro por segundo.

El joule es la cantidad de trabajo realizado por una fuerza de 1 newton que actúa sobre una distancia de un metro.

El joule se asocia con el calor específico del agua a 15 grados Celsius, y el valor 4 185.5 joules/kilogramo es conocido como equivalente mecánico del calor.

El ampere se define como la cantidad de corriente eléctrica constante que, si se mantiene en dos conductores paralelos de longitud infinita y de sección transversal despreciable que están separadas un metro en el vacío, produce entre ellas una fuerza igual a 2 x 107 newtons por metro de longitud.

El kelvin (en honor de lord Kelvin) se define como 1/273.15 la temperatura termodinámica del punto triple del agua (punto en que el hielo, el agua en su estado líquido y el vapor de agua coexisten en equilibrio); actualmente se ha adoptado el nombre de kelvin en lugar de grado kelvin.

MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS DE MEDICIÓN

En muchas ocasiones tenemos magnitudes muy grandes o muy pequeñas, para las cuales no nos son útiles las unidades que acabamos de estudiar.

Para estas magnitudes, hemos de utilizar otras unidades derivadas. En las tablas 2 y 3 se presentan los prefijos, símbolos y su valor exponencial para múltiples y submúltiplos, datos que serán muy útiles en este curso.