Unidad de medida - Unit of measurement

La antigua oficina de Pesas y Medidas en Seven Sisters, Londres
Unidades de medida, Palazzo della Ragione , Padua

Una unidad de medida es una magnitud definida de una cantidad , definida y adoptada por convención o por ley, que se utiliza como estándar para medir el mismo tipo de cantidad. Cualquier otra cantidad de ese tipo puede expresarse como un múltiplo de la unidad de medida. Por ejemplo, una longitud es una cantidad física . El metro es una unidad de longitud que representa una longitud predeterminada definida. Cuando decimos 10 metros (o 10 m), en realidad nos referimos a 10 veces la longitud predeterminada definida llamada "metro". La medición es un proceso para determinar qué tan grande o pequeña es una cantidad física en comparación con una cantidad de referencia básica del mismo tipo.

La definición, el acuerdo y el uso práctico de las unidades de medida han jugado un papel crucial en el esfuerzo humano desde edades tempranas hasta el presente. Una multitud de sistemas de unidades solían ser muy comunes. Ahora existe un estándar global, el Sistema Internacional de Unidades (SI), la forma moderna del sistema métrico .

En el comercio, los pesos y las medidas suelen ser objeto de reglamentación gubernamental para garantizar la equidad y la transparencia. La Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) tiene la tarea de garantizar la uniformidad mundial de las medidas y su trazabilidad al Sistema Internacional de Unidades (SI).

La metrología es la ciencia del desarrollo de unidades de medida aceptadas a nivel nacional e internacional.

En física y metrología, las unidades son estándares para la medición de cantidades físicas que necesitan definiciones claras para ser útiles. La reproducibilidad de los resultados experimentales es fundamental para el método científico . Un sistema estándar de unidades facilita esto. Los sistemas científicos de unidades son un refinamiento del concepto de pesos y medidas desarrollado históricamente con fines comerciales.

La ciencia , la medicina y la ingeniería a menudo usan unidades de medida más grandes y más pequeñas que las que se usan en la vida cotidiana. La selección juiciosa de las unidades de medida puede ayudar a los investigadores a resolver problemas (ver, por ejemplo, análisis dimensional ).

En las ciencias sociales , no existen unidades estándar de medida y la teoría y práctica de la medida se estudia en psicometría y la teoría de la medida conjunta .

Historia

Una unidad de medida es una cantidad estandarizada de una propiedad física, que se utiliza como factor para expresar las cantidades que ocurren de esa propiedad. Las unidades de medida se encontraban entre las primeras herramientas inventadas por los humanos. Las sociedades primitivas necesitaban medidas rudimentarias para muchas tareas: construir viviendas de un tamaño y forma adecuados, confeccionar ropa o intercambiar alimentos o materias primas.

Los primeros sistemas uniformes de medición conocidos parecen haber sido creados en algún momento del cuarto y tercer milenio antes de Cristo entre los pueblos antiguos de Mesopotamia , Egipto y el valle del Indo , y quizás también Elam en Persia .

Los pesos y medidas se mencionan en la Biblia (Levítico 19: 35–36). Es un mandamiento ser honesto y tomar medidas justas.

En la Carta Magna de 1215 (La Gran Carta) con el sello del Rey Juan , presentado ante él por los Barones de Inglaterra, el Rey Juan estuvo de acuerdo en la Cláusula 35 "Habrá una medida de vino en todo nuestro reino, y una medida de cerveza y una medida de maíz, a saber, el litro de Londres; y un ancho de telas teñidas, rojizas y de cota de malla, es decir, dos codos debajo del orillo ... "

A partir del siglo XXI, los sistemas de unidades múltiples se utilizan en todo el mundo, como el sistema consuetudinario de los Estados Unidos, el sistema consuetudinario británico y el sistema internacional. Sin embargo, Estados Unidos es el único país industrializado que aún no se ha convertido al menos en su mayoría al sistema métrico. El esfuerzo sistemático por desarrollar un sistema de unidades universalmente aceptable se remonta a 1790, cuando la Asamblea Nacional francesa encargó a la Academia de Ciencias de Francia que elaborara dicho sistema de unidades. Este sistema fue el precursor del sistema métrico que se desarrolló rápidamente en Francia, pero no adquirió aceptación universal hasta 1875 cuando 17 naciones firmaron el Tratado de la Convención Métrica. Después de la firma de este tratado, se estableció una Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM). La CGPM produjo el sistema SI actual que fue adoptado en 1954 en la décima conferencia de pesos y medidas. Actualmente, Estados Unidos es una sociedad de sistema dual que utiliza tanto el sistema SI como el sistema tradicional estadounidense.

Sistemas de unidades

El uso de una sola unidad de medida para alguna cantidad tiene inconvenientes obvios. Por ejemplo, no es práctico utilizar la misma unidad para la distancia entre dos ciudades y la longitud de una aguja. Así, históricamente se desarrollarían de forma independiente. Una forma de facilitar la lectura de números grandes o fracciones pequeñas es utilizar prefijos de unidad .

Sin embargo, en algún momento puede surgir la necesidad de relacionar las dos unidades y, en consecuencia, la necesidad de elegir una unidad para definir la otra o viceversa. Por ejemplo, una pulgada podría definirse en términos de un grano de cebada . Un sistema de medida es una colección de unidades de medida y reglas que las relacionan entre sí.

A medida que avanzaba la ciencia , surgió la necesidad de relacionar los sistemas de medición de diferentes cantidades, como la longitud, el peso y el volumen. El esfuerzo de intentar relacionar diferentes sistemas tradicionales entre sí expuso muchas inconsistencias y provocó el desarrollo de nuevas unidades y sistemas.

El sistema de unidades varía de país a país y de algunos de los diferentes sistemas de unidades son sistema CGS de unidades , sistema FPS de unidades , sistema MKS de unidades y sistema SI de unidades . Entre los diferentes sistemas de unidades que se utilizan en el mundo, el más utilizado y aceptado internacionalmente es el Sistema Internacional de Unidades , o sistema SI de unidades. En este sistema de unidades SI, hay siete unidades básicas SI y tres unidades suplementarias. Las unidades básicas del SI son metro, kilogramo, segundo, kelvin, amperio, candela y el mol y las tres unidades SI suplementarias son radianes, estereorradián y becquerel. Todas las demás unidades del SI pueden derivarse de estas unidades base.

Los sistemas de medición de uso moderno incluyen el sistema métrico , el sistema imperial y las unidades habituales de Estados Unidos .

Sistemas tradicionales

Históricamente, muchos de los sistemas de medición que se habían utilizado se basaban en cierta medida en las dimensiones del cuerpo humano. Como resultado, las unidades de medida podrían variar no solo de un lugar a otro, sino también de una persona a otra.

Sistemas métricos

Los sistemas métricos de unidades han evolucionado desde la adopción del sistema métrico original en Francia en 1791. El sistema métrico estándar internacional actual es el Sistema Internacional de Unidades (abreviado como SI). Una característica importante de los sistemas modernos es la estandarización . Cada unidad tiene un tamaño reconocido universalmente.

Un ejemplo de metricación en 1860 cuando la Toscana se convirtió en parte de la Italia moderna (por ejemplo, una "libbra" = 339,54 gramos)

Tanto las unidades imperiales como las unidades habituales de EE. UU. Derivan de unidades inglesas anteriores . Las unidades imperiales se utilizaron principalmente en la Commonwealth británica y el antiguo Imperio Británico . Las unidades habituales de EE. UU. Siguen siendo el principal sistema de medición utilizado en los Estados Unidos fuera de la ciencia, la medicina, muchos sectores de la industria y algunos del gobierno y el ejército, y a pesar de que el Congreso ha autorizado legalmente la medida métrica el 28 de julio de 1866. Algunos pasos hacia EE. UU. Se han realizado mediciones , particularmente la redefinición de las unidades imperiales y estadounidenses básicas para derivar exactamente de las unidades del SI. Desde el acuerdo internacional de yarda y libra de 1959, la pulgada imperial y estadounidense se define ahora exactamente como0,0254  m , y la libra avoirdupois imperial y estadounidense ahora se define exactamente como453,592 37  g .

Sistemas naturales

Si bien los sistemas de unidades anteriores se basan en valores unitarios arbitrarios, formalizados como estándares, algunos valores unitarios ocurren naturalmente en la ciencia. Los sistemas de unidades basados ​​en estos se denominan unidades naturales . Al igual que las unidades naturales, las unidades atómicas (au) son un sistema conveniente de unidades de medida que se utiliza en física atómica .

También se puede encontrar un gran número de unidades inusuales y no estándar . Estos pueden incluir la masa solar (2 × 10 30  kg ), el megatón (la energía liberada al detonar un millón de toneladas de trinitrotolueno , TNT) y el electronvoltio .

Control legal de pesos y medidas

Para reducir la incidencia del fraude minorista, muchos estatutos nacionales tienen definiciones estándar de pesos y medidas que se pueden usar (de ahí " medida de estatuto "), y estos son verificados por funcionarios legales.

Comparación informal con conceptos familiares

En entornos informales, una cantidad puede describirse como múltiplos de la de una entidad familiar, que puede ser más fácil de contextualizar que un valor en un sistema de unidades formal. Por ejemplo, una publicación puede describir un área en un país extranjero como varios múltiplos del área de una región local para los lectores. La propensión a que ciertos conceptos se utilicen con frecuencia puede dar lugar a "sistemas" de unidades poco definidos.

Unidades base y derivadas

Para la mayoría de las cantidades, es necesaria una unidad para comunicar los valores de esa cantidad física. Por ejemplo, es imposible transmitir a alguien una longitud en particular sin utilizar algún tipo de unidad, porque una longitud no se puede describir sin una referencia utilizada para dar sentido al valor dado.

Pero no todas las cantidades requieren una unidad propia. Usando leyes físicas, las unidades de cantidades se pueden expresar como combinaciones de unidades de otras cantidades. Por lo tanto, solo se requiere un pequeño conjunto de unidades. Estas unidades se toman como unidades base y las otras unidades son unidades derivadas . Así, las unidades base son las unidades de las cantidades que son independientes de otras cantidades y son las unidades de longitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura, intensidad luminosa y cantidad de sustancia. Las unidades derivadas son las unidades de las cantidades que se derivan de las cantidades base y algunas de las unidades derivadas son las unidades de velocidad, trabajo, aceleración, energía, presión, etc.

Los diferentes sistemas de unidades se basan en diferentes elecciones de un conjunto de unidades relacionadas, incluidas las unidades fundamentales y derivadas.

Cálculos con unidades de medida

Unidades como dimensiones

Cualquier valor de una cantidad física se expresa como una comparación con una unidad de esa cantidad. Por ejemplo, el valor de una cantidad física Z se expresa como el producto de una unidad [Z] y un factor numérico:

Por ejemplo, sea ​​"2 candelabros", luego candelero.

El signo de la multiplicación generalmente se omite, al igual que se omite entre las variables en la notación científica de fórmulas. La convención utilizada para expresar cantidades se conoce como cálculo de cantidades . En las fórmulas, la unidad [Z] puede tratarse como si fuera una magnitud específica de una especie de dimensión física : consulte el análisis dimensional para obtener más información sobre este tratamiento.

Las unidades solo se pueden sumar o restar si son del mismo tipo; sin embargo, las unidades siempre se pueden multiplicar o dividir, como solía explicar George Gamow . Sea "2 candelabros" y "3 conductores de taxi", luego

"2 candelabros" veces "3 taxistas" candelabro cabdriver.

Debe hacerse una distinción entre unidades y estándares. Una unidad está fijada por su definición y es independiente de condiciones físicas como la temperatura. Por el contrario, un estándar es una realización física de una unidad y realiza esa unidad solo bajo ciertas condiciones físicas. Por ejemplo, un metro es una unidad, mientras que una barra de metal es un estándar. Un metro tiene la misma longitud independientemente de la temperatura, pero una barra de metal tendrá exactamente un metro de largo solo a una determinada temperatura.

Hay ciertas reglas que deben usarse cuando se trata de unidades:

  • Trate las unidades algebraicamente. Solo agregue términos similares. Cuando una unidad se divide por sí misma, la división produce una unidad sin unidades. Cuando se multiplican o dividen dos unidades diferentes, el resultado es una nueva unidad, denominada por la combinación de las unidades. Por ejemplo, en SI, la unidad de velocidad es metros por segundo (m / s). Ver análisis dimensional . Una unidad se puede multiplicar por sí misma, creando una unidad con un exponente (por ejemplo, m 2 / s 2 ). En pocas palabras, las unidades obedecen a las leyes de los índices. (Ver Exponenciación ).
  • Algunas unidades tienen nombres especiales, sin embargo, deben tratarse como sus equivalentes. Por ejemplo, un newton (N) equivale a 1 kg⋅m / s 2 . Así, una cantidad puede tener varias designaciones de unidad, por ejemplo: la unidad de tensión superficial puede denominarse N / m (newton por metro) o kg / s 2 (kilogramo por segundo al cuadrado).

Expresar un valor físico en términos de otra unidad

La conversión de unidades implica la comparación de diferentes valores físicos estándar, ya sea de una sola cantidad física o de una cantidad física y una combinación de otras cantidades físicas.

Empezando con:

reemplace la unidad original con su significado en términos de la unidad deseada , por ejemplo , si , entonces:

Ahora y ambos son valores numéricos, así que calcule su producto.

O, lo que es matemáticamente lo mismo, multiplique Z por la unidad, el producto sigue siendo Z :

Por ejemplo, tiene una expresión para un valor físico Z que involucra la unidad de pies por segundo ( ) y la quiere en términos de la unidad de millas por hora ( ):

  1. Encuentre hechos que relacionen la unidad original con la unidad deseada:
    1 milla = 5280 pies y 1 hora = 3600 segundos
  2. A continuación, utilice las ecuaciones anteriores para construir una fracción que tenga un valor de unidad y que contenga unidades tales que, cuando se multiplique por el valor físico original, cancele las unidades originales:
  3. Por último, multiplique la expresión original del valor físico por la fracción, llamada factor de conversión , para obtener el mismo valor físico expresado en términos de una unidad diferente. Nota: dado que los factores de conversión válidos no tienen dimensiones y tienen un valor numérico de uno , multiplicar cualquier cantidad física por dicho factor de conversión (que es 1) no cambia esa cantidad física.

O como ejemplo, utilizando el sistema métrico, tiene un valor de economía de combustible en la unidad de litros por cada 100 kilómetros y lo desea en términos de la unidad de microlitros por metro :

Implicaciones del mundo real

Un ejemplo de la importancia de las unidades acordadas es la falla del Mars Climate Orbiter de la NASA , que fue accidentalmente destruido en una misión a Marte en septiembre de 1999 en lugar de entrar en órbita debido a fallas de comunicación sobre el valor de las fuerzas: diferentes programas de computadora utilizaron diferentes unidades de medición ( newton versus libra fuerza ). Se desperdiciaron cantidades considerables de esfuerzo, tiempo y dinero.

El 15 de abril de 1999, el vuelo de carga 6316 de Korean Air de Shanghai a Seúl se perdió debido a que la tripulación confundió las instrucciones de la torre (en metros) y las lecturas del altímetro (en pies). Murieron tres tripulantes y cinco personas en tierra. Treinta y siete resultaron heridos.

En 1983, un Boeing 767 (que gracias a las habilidades de planeador de su piloto aterrizó de manera segura y se conoció como el planeador Gimli ) se quedó sin combustible en pleno vuelo debido a dos errores al calcular el suministro de combustible del primer avión de Air Canada en usar. medidas métricas. Este accidente fue el resultado tanto de la confusión debida al uso simultáneo de medidas métricas e imperiales como de la confusión de las medidas de masa y volumen.

Al planificar su viaje a través del Océano Atlántico en la década de 1480, Colón supuso erróneamente que la milla a la que se hace referencia en la estimación árabe de 56⅔ millas para el tamaño de un grado era la misma que la milla italiana en realidad mucho más corta de 1.480 metros. Su estimación del tamaño del grado y de la circunferencia de la Tierra era, por tanto, un 25% demasiado pequeña.

Ver también

Notas

enlaces externos

Histórico
Legal
Información métrica