1. Introducción
Tomado del libro Física General de Hector Pérez Montiel. Pub. Cultural.
El lenguaje de la Física y la tecnología es universal.Los hechos y las leyes deben expresarse de manera precisa y congruente si se desea decir la misma cosa con el mismo término.
Una cantidad física se mide en comparación con otro patrón conocido.Por ejemplo, podríamos tener la necesidad de conocer la longitud de una barra metálica. Con los instrumentos apropiados, podría determinarse la longitud de la barra igual a 12 "pies", solo se realiza una comparación con la longitud de un patrón conocido como "pie".
Desde tiempos remotos el hombre ha tenido la necesidad de medir, es decir, saber cuál es la magnitud de un objeto comparándolo con otro de la misma especie que le sirva de base o patrón, pero el problema ha sido encontrar el patrón de medida.
Muy posiblemente, a partir de que el hombre se volvió sedentario y comenzó a cultivar la tierra nació la necesidad de hacer mediciones.
Las mediciones hechas en Egipto por los primeros cadeneros o estira cables, como al parecer se les llamaba, eran realizadas con cuerdas anudadas, o con marcas, que correspondían a unidades de longitud convencionales, como el denominado "codo".
La necesidad de medir regiones más o menos extensas gestó conocimientos empíricos, desconectados y rudimentarios que después evolucionaron. Quizá en un principio el hombre uso como patrones de medida su propio cuerpo; luego muy posiblemente la de los animales que utilizaba para apoyarse en sus faenas diarias, como la Alzada de un Caballo la cual era medida en palmos, es decir tantas veces la anchura de su mano. La distancia entre la punta del dedo meñique y la punta del dedo pulgar, con la mano extendida, era considerada como medio codo y ésta era la distancia entre el codo y la punta de los dedos. El pie fue otra medida y se la consideraba como las tres cuartas partes del codo.
2. Sistema de unidades.
Un sistema de unidades es un conjunto de unidades de medida consistente, estándar y uniforme. En general definen unas pocas unidades de medida a partir de las cuales se deriva el resto.
1.- Sistema Internacional de unidades. (SI).
2.- Sistema MkS (metro, kilogramo, segundo).
3.- Sistema CgS (centímetro, gramo, segundo).
4.- Sistema Ingles.
La necesidad del hombre y el intercambio comercial entre países del mundo, hizo posible que los Sistemas de Unidades evolucionaran, quedando algunos prácticamente en el olvido.
3.- Breve historia de los Sistemas de Unidades.
Sistema Métrico Decimal. Es el abuelo de los sistemas que usamos los hispanohablantes. Fue el primer sistema de unidades bien definido que hubo en el mundo, implantado en 1795 como resultado de la Convención Mundial de Ciencias, celebrada en París, Francia; este sistema tiene división decimal y sus unidades fundamentales son: el metro, el kilogramo-peso y el litro. Además, para definir las unidades fundamentales utiliza datos de carácter general como las dimensiones de la Tierra y la densidad del agua.
Hacia 1670, un religioso de Lyon, Gabriel Mouton, propuso una unidad basada en la medida del meridiano terrestre y definió también una serie de múltiplos y submúltiplos basado en un sistema decimal.
En 1675 el científico italiano Tito Livio Burattini renombra la medida universal de Wilkins, metro (en griego, medida) y toma por definición exacta la del péndulo descrito antes (y no la de 38 pulgadas de Prusia), llegando a una longitud de 993,9 mm. Pero este valor depende de la aceleración de la gravedad y varia ligeramente de un lugar a otro.
Luis XVI de Francia, encargó a un grupo de sabios (entre los que estaba Lavoisier) estudiar las posibilidades de un nuevo sistema de medidas, comisión que propuso como unidad de longitud el metro y de peso el grave (de gravedad) (dividido en 1000 gramos). Sus trabajos sentaron las bases para la creación del sistema métrico decimal. Lavoisier llegó a decir de él que «nada más grande ni más sublime ha salido de las manos del hombre que el sistema métrico decimal».(Wikipedia).
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La Revolución francesa y el nacimiento del sistema métrico
El sistema métrico decimal fue introducido durante la Revolución francesa, en su esfuerzo por cambiar absolutamente todas las instituciones de la vieja sociedad siguiendo modelos racionales. Hasta entonces, los patrones de medidas y pesos variaban notablemente de un país a otro e incluso dentro de un país de una región a otra lo cual ocasionaba muchas confusiones e incluso trampas al usarse para diferentes mediciones los mismos nombres tal cual ha ocurrido con la legua, la milla, la libra, el pie, la pulgada etc.
Aunque ya en la monarquía se empezaron estudios para establecer un nuevo sistema, en 1790 la Asamblea Nacional se pronuncia, a propuesta de Talleyrand, aconsejado por Condorcet, por la creación de un sistema de unidades estable, uniforme y sencillo y elige la unidad de longitud de Burattini como unidad básica. Ya comprobado que la longitud de un péndulo que oscila en un segundo, varía dependiendo del lugar donde se encuentre, en 1793 y provisionalmente, se elige como unidad la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre . Se encarga a dos científicos, Delambre y Méchain hacer las mediciones geodésicas necesarias, lo que, con la colaboración del español Gabriel Ciscar, harán durante siete años.9 Se decidió medir la longitud del meridiano que va desde la torre del fuerte en Montjuīc, en Barcelona a Dunkerque, que era el segmento más largo sobre tierra y casi totalmente dentro de territorio francés. A pesar de que durante el proceso de medición hubo hostilidades ocasionales entre Francia y España —guerra del Rosellón—, el desarrollo del nuevo sistema de medidas se consideró de tal importancia que el grupo de medición francés fue escoltado por tropas españolas dentro de España a fin de asegurar la continuidad de la medición.
A partir del metro se definieron las unidades de volumen —el litro, igual a un decímetro cúbico—, de peso —el grave igual al de un litro de agua destilada— y de superficie —el área, igual a un cuadrado de 10 m, o 1 dam, de lado—: se creó así el sistema métrico decimal. Ese mismo año la Convención Nacional ordena la construcción de patrones para el metro y el grave.
La Asamblea invitó a varios países a participar en el establecimiento del nuevo sistema pero, dado el rechazo del resto de las naciones al régimen revolucionario francés, la Asamblea se quedó sola y, si bien aceptó el metro, no le gustó el nombre de grave —cuyo nombre estaba relacionado con el abolido título de conde en cierta forma— y prefirió el gramo. Encontraron entonces el problema de que hacer un gramo-patrón era muy complicado, por pequeño, y esta es la razón «histórica» por la que una unidad básica incluye en su nombre el prefijo de un múltiplo.
Los patrones del metro y del kilogramo, en platino, previstos por los decretos de la convención nacional —y presenciada por funcionarios del gobierno francés, de varios países invitados y muchos de los más renombrados sabios de la época—, se depositaron en los Archivos Nacionales el 4 de mesidor del año VII (22 de junio de 1799) en lo que se considera habitualmente como el acto fundacional del sistema métrico.
Creado por ley en 1795, el sistema métrico se hace obligatorio en Francia en su quinto aniversario por decreto del 13 de brumario del año IX (4 de noviembre de 1800), prohibiendo el empleo de cualquier otro sistema.
Napoleón, que abolió el calendario republicano cuando llegó al poder, no se atrevió con el sistema métrico, aunque no fuera de su gusto.
Una de las ventajas del sistema métrico decimal fue su división decimal ya que mediante el uso de prefijos como deci, centí o mili, algunos submúltiplos de la unidad, podemos referirnos a decímetro, como la décima parte del metro(0.1 m); a centímetro, como la centésima parte parte del metro (0.01m); y al milímetro, como la milésima parte del metro (0.001 m). Lo mismo sucede para el litro o el kilogramo, de manera que al hablar de prefijos como deca, hecto, kilo, algunos de los múltiplos de la unidad, podemos mencionar al decámetro, hectómetro o kilómetro como equivalentes a 10, 100 o 1000 metros, respectivamente.
Sistema MkS. El Sistema MKS de Unidades expresa las medidas utilizando como unidades fundamentales metro, kilogramo y segundo (MKS).
El sistema MKS de unidades sentó las bases para el Sistema Internacional de Unidades, que ahora sirve como estándar internacional. El sistema MKS de unidades nunca ha tenido un organismo regulador, por lo que hay diferentes variantes que dependen de la época y el lugar.
El nombre del sistema está tomado de las iniciales de sus unidades fundamentales.
La unidad de longitud del sistema M.K.S. es el metro:
- Metro: es una longitud igual a la del metro patrón que se conserva en la Oficina Internacional de pesas y medidas.
La unidad de masa es el kilogramo:
- Kilogramo: es una masa igual a la del kilogramo patrón que se conserva en la Oficina Internacional de pesas y medidas. Un kilogramo (jamás se abrevia, es un símbolo kg y al serlo no puede mayusculizar, ni llevar punto ni pluralizar) es aproximadamente igual a la masa de un decímetro cúbico de agua destilada a 4 ºC.
La unidad de tiempo de todos los sistemas de unidades es el segundo (s).
- Segundo: se define como 1/86.400 parte del día solar medio.
Sistema Cgs (Sistema Cegesimal de unidades). l Sistema Cegesimal de Unidades, también llamado sistema CGS, es un sistema de unidades basado en el centímetro, el gramo y el segundo. Su nombre es el acrónimo de estas tres unidades.
Fue propuesto por Gauss en 1832, e implantado por la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia (BAAS, ahora BA) en 1874 incluyendo las reglas de formación de un sistema formado por unidades básicas y unidades derivadas.1
El sistema CGS ha sido casi totalmente reemplazado por el Sistema Internacional de Unidades (SI). Sin embargo aún perdura su utilización en algunos campos científicos y técnicos muy concretos, con resultados ventajosos en algunos contextos.
Sistema Inglés de Unidades (Anglosajón).La importancia que aun tiene el sistema inglés en la vida diaria. El sistema inglés de unidades, es aun usado amplia mente en los Estados Unidos de América y, cada vez en menor medida, en algunos países con tradición británica. Debido a la intensa relación comercial que tiene nuestro país con los EUA, existen en México muchos productos fabricados con especificaciones en este sistema. Ejemplos de ello son los productos de madera, tornillería, cables conductores y perfiles metálicos. Algunos instrumentos como los medidores de presión para neumáticos automotrices y otros tipos de manómetros frecuentemente emplean escalas en el sistema inglés. El Sistema Inglés de unidades son las unidades no-métricas que se utilizan actualmente en los Estados Unidos y en muchos territorios de habla inglesa (como en el Reino Unido ), pero existen discrepancias entre los sistemas de Estados Unidos e Inglaterra. Este sistema se deriva de la evolución de las unidades locales a través de los siglos, y de los intentos de estandarización en Inglaterra. Las unidades mismas tienen sus orígenes en la antigua Roma. Hoy en día, estas unidades están siendo lentamente reemplazadas por el Sistema Internacional de Unidades, aunque en Estados Unidos la inercia del antiguo sistema y el alto costo de migración ha impedido en gran medida el cambio.
Sistema Internacional de Unidades (SI). Wikipedia.
El Sistema Internacional de Unidades (SI, del francés Le Système International d’Unités) es la versión moderna del sistema métrico y el sistema de unidades que se usa en casi todos los países del mundo. Está constituido por siete unidades básicas: amperio, kelvin, segundo, metro, kilogramo, candela y mol, además de muchas unidades derivadas de las cuales veintidós tienen nombres especiales, prefijos para denotar múltiplos y submúltiplos de las unidades y reglas para escribir el valor de las magnitudes.
Una de las características trascendentales del SI es que sus unidades se basan en fenómenos físicos fundamentales.
El SI se creó en 1960 por la 11.ª Conferencia General de Pesas y Medidas, durante la cual inicialmente se reconocieron seis unidades físicas básicas (las actuales excepto el mol). El mol se añadió en 1971. Entre los años 2006 y 2009 se armonizó el Sistema Internacional de Magnitudes —a cargo de las organizaciones ISO y CEI— con el SI. El resultado es el estándar ISO/IEC 80000.
4. ¿Qué es medir? ¿Qué es magnitud? ¿Que es unidad de medida?
a) Medir: Es comparar una magnitud con otra de la misma especie que de manera arbitraria o convencional se toma como base, unidad o patrón de medida.
b) Magnitud: Se llama magnitud a todo aquello que puede ser medido. La longitud de un cuerpo(ya sea largo, ancho, alto, su profundidad, su espesor, su diámetro externo o interno).
c) Unidad de Medida: Recibe el nombre de unidad de medida o patrón toda magnitud de valor conocido y perfectamente definido que se utiliza como referencia para medir y expresar el valor de otras magnitudes de la misma especie.
5. Magnitudes Fundamentales.
Se les llama magnitudes fundamentales por que no dependen de ninguna otra magnitud física.
En el sistema internacional son siete.
Son aquellas que resultan de multiplicar o dividir entre sí las magnitudes fundamentales.
