Capítulo I.- Nociones básicas sobre sistemas de medida

Capítulo I.- Nociones básicas sobre sistemas de medida

La Física es una ciencia fundamental de la naturaleza que se preocupa de aquello que puede ser mensurado y cuyos fenómenos pueden ocurrir en el mundo macroscópico o en el mundo microscópico. En el primero se puede citar la distancia entre la Tierra y el Sol, próxima a los es decir ciento cincuenta millones de kilómetros, y como la luz en el vacío viaja con una rapidez cercana a los , de manera que un rayo de luz emitido por el Sol demora en llegar a la superficie de la Tierra. Para el mundo microscópico se puede mencionar que el radio de la órbita del electrón en el átomo de hidrógeno es .

La ciencia impone como requisitos fundamentales para contribuir al conocimiento, el definir cada uno de los conceptos de manera precisa y la medida exacta de los mismos. Las técnicas de medida y del análisis matemático son relevantes en el estudio de las ciencias físicas y dado el alto grado de mensurabilidad de los fenómenos en que ellas intervienen permite que se les clasifique como ciencia exacta.

La medida de toda magnitud consiste en compararla cuantitativamente con un patrón de medida el cual tiene un determinado valor unitario que sirve de base para la comparación. Para medir la distancia entre dos puntos cualesquiera se compara esa distancia con el patrón de longitud que es el metro. Los patrones de medida están estandarizados por normas científicas y técnicas internacionales de manera que fijen y preserven los tamaños de las unidades. Una unidad de medida es un valor o cantidad en función del cual se expresan otros valores o cantidades. Por lo general, una unidad de medida se fija por definición y es independiente de condiciones físicas. Un patrón debe ser la encarnación física de una unidad, aún cuando, por lo general, un patrón sólo es la verdadera encarnación de la unidad en determinadas condiciones.

Existen dos métodos de medición: por comparación directa, donde el patrón es comparado directamente con la magnitud que se desea medir; y por comparación indirecta, que es un mecanismo que transforma una señal de entrada en una señal de salida que es función de la primera, es decir .

Todas las magnitudes físicas pueden expresarse en función de un reducido número de unidades básicas o fundamentales. La selección de las unidades patrón para esas unidades fundamentales, y que se utilizan para describir las unidades de las demás magnitudes físicas, constituye lo que se denomina sistema de unidades. Todo sistema de unidades consta de unidades fundamentales y unidades derivadas.

El sistema de unidades utilizado universalmente es el Sistema Internacional de Medidas, SI, el cual tiene siete unidades fundamentales, las cuales se mencionan en la Tabla adjunta y que se definen a continuación:

Magnitud funadamental Longitud Tiempo Masa Temperatura Corriente eléctrica Cantidad de sustancia Intensidad luminosa

Unidad metro segundo kilógramo kelvin ampere mol candela

Símbolo

Longitud: La unidad patrón de longitud, el metro, símbolo , estaba definida originalmente como la distancia comprendida entre dos rayas grabadas sobre una barra de una aleación de platino e iridio que se guarda en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, en Sèvres, Francia. Se escogió esta longitud de modo que la distancia entre el paralelo del Ecuador y el Polo Norte a lo largo del meridiano que pasa por París fuese igual a . El metro patrón se define hoy como la distancia recorrida por la luz en el vacío durante un tiempo de . Esto supone que la velocidad de la luz en el medio vacío es exactamente .

Tiempo: La unidad de tiempo, el segundo, símbolo , se definió originalmente en función de la rotación de la Tierra, de modo que correspondía a del día solar medio. Actualmente se define en función de una frecuencia característica asociada con el átomo de cesio . Todos los átomos, después de absorber energía, emiten luz con longitudes de onda y frecuencias características del elemento considerado. Existe una frecuencia y una longitud de onda particular asociadas a cada transición energética dentro del átomo de un elemento y todas las experiencias manifiestan que estas magnitudes son constantes. El segundo se define de modo que la frecuencia de la luz emitida en una determinada transición del cesio es . Con estas definiciones, las unidades fundamentales de longitud y tiempo son accesibles a cualquier laboratorio científico del mundo.

Masa: La unidad de masa, el kilogramo, símbolo , es igual a , se define de modo que corresponde a la masa de un cuerpo patrón concreto, también conservado en Sèvres. Un duplicado del patrón de masa se guarda en el National Bureau of Standards, NIST, de Gaithersburg, Maryland, USA. El peso de un objeto en un punto determinado de la Tierra es proporcional a su masa. Así, las masas de tamaño ordinario pueden compararse a partir de su peso.

Intensidad de corriente eléctrica: La unidad de medida de la intensidad de la corriente eléctrica es el ampere o amperio, símbolo , el cual se define como la intensidad de corriente eléctrica constante que al circular por dos conductores rectos y paralelos, de longitud infinita y sección transversal circular despreciable, situados en el vacío y separados por una distancia de , genera entre éstos conductores una fuerza igual a . El ampere es equivalente a la corriente que circula por un conductor cuando la sección transversal de este es atravesada por una carga neta de en el intervalo de tiempo de

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