Coherencia y Conversión de Unidades.
Las cantidades físicas se cuantifican en unidades de medida.
.
UNIDAD DE MEDIDA
Es una medida estándar o patrón que tiene un valor fijo y reproducible para tomar medidas exactas.
Las unidades de medida se relacionan convenientemente dando lugar a los sistemas de unidades.
SISTEMA DE UNIDADES
Conjunto unificado y coherente de unidades de medida, formado por unidades fundamentales y derivadas.
Los sistemas de unidades se clasifican de acuerdo a sus unidades fundamentales en: absolutos y gravitacionales.
m.k.s (metro, kilogramo, segundo)
Métrico
c.g.s (centímetro, gramo, segundo)
Absolutos
Ingles
m.kgf.s (metro, kilogramo- fuerza, segundo)
Gravitacionales c.gf.s. (Centímetro, gramo-fuerza, segundo)
Ingles
Algunos sistemas desaparecieron y continuaron en uso el Sistema Ingles (gravitacional), utilizado en Estados Unidos, Inglaterra y Australia y el métrico (absoluto) empleado en el resto del mundo.
Sistema Métrico creado en Francia en 1791, fue utilizado por los científicos de todo el mundo. Sus cantidades fundamentales son longitud, masa y tiempo.
El sistema métrico se ramifica en dos sistemas de unidades el m.k.s y el c.g.s.
Sistema Inglés desarrollado en Inglaterra, los países de habla inglesa lo aplican para fines comerciales y de ingeniería. Sus cantidades fundamentales son longitud, fuerza o peso y tiempo. Uno de los principales inconvenientes de este sistema es que sólo puede emplearse en mecánica y termodinámica y no existe un sistema ingles de unidades eléctricas.
En la tabla siguiente se presentan las cantidades fundamentales de dichos sistemas y sus unidades de medida.
Cantidades
Fundamentales
|
Sistema métrico
|
Cantidades
Fundamentales
|
Sistema
Ingles
| |
m.k.s.
|
c.g.s.
| |||
Longitud
|
metro
(m)
|
centímetro
(cm)
|
Longitud
|
pie
(ft)
|
Masa
|
kilogramo
(kg)
|
gramo
(g)
|
Fuerza o peso
|
libra
(lb)
|
Tiempo
|
segundo
(s)
|
segundo
(s)
|
Tiempo
|
segundo
(s)
|
El desarrollo de la ciencia, el comercio y la cooperación internacional, ha llevado a la necesidad de contar con un sistema universal de unidades de medida. Así en 1960 durante la XI Conferencia Internacional sobre pesas y medidas, celebrada en París, se adoptó, una forma revisada y complementada del sistema m.k.s para uso internacional; este sistema se conoce oficialmente como Sistema Internacional (SI) la abreviatura SI proviene del nombre en francés “ Système International “. Su uso ha sido legalizado en casi todas las naciones. Actualmente los países de habla inglesa se encuentran en periodo de cambio hacia estas unidades.
Para conformar el Sistema Internacional se seleccionaron siete cantidades fundamentales que son: longitud, masa, tiempo corriente eléctrica,temperatura termodinámica, cantidad de sustancia e intensidad luminosa. Una vez determinadas estas cantidades definieron la unidad de medida o patrón de cada una de ellas.
UNIDADES FUNDAMENTALES DEL SISTEMA INTERNACIONAL
Cantidad fundamental
|
Unidad fundamental
| |
Nombre
|
Símbolo
| |
Longitud
|
metro
|
m
|
Masa
|
kilogramo
|
kg
|
Tiempo
|
segundo
|
s
|
Corriente eléctrica
|
ampere
|
A
|
Temperatura, termodinámica
|
kelvin
|
K
|
Cantidad de sustancia
|
mol
|
mol
|
Intensidad luminosa
|
candela
|
cd
|
Este es un sistema perfectamente coherente, es decir hasta ahora no se ha descubierto ninguna cantidad física que no pueda ser expresada en términos de estas siete cantidades fundamentales.
Las unidades de medida se definieron científicamente de manera que tienen un valor fijo y pueden reproducirse en cualquier lugar con gran precisión.
De acuerdo al desarrollo de la ciencia dichas definiciones se actualizan continuamente. En el presente se expresan mediante constantes atómicas, ya que están disponibles en todas partes, son invariables y se pueden reproducir en cualquier laboratorio
Las cantidades derivadas del Sistema Internacional que se usarán en este curso se obtienen de las cantidades fundamentales de: longitud, masa y tiempo.
En la siguiente tabla se indican las unidades de medida de las cantidades físicas del Sistema Internacional que utilizaremos en el estudio de Física I.
SISTEMA INTERNACIONAL
Cantidad
Física
|
Unidad de medida
|
Símbolo
|
Longitud
|
metro
|
m
|
Masa
|
kilogramo
|
kg
|
Tiempo
|
segundo
|
s
|
Área ó superficie
|
metro cuadrado
|
m2
|
Volumen
|
metro cubico
|
m3
|
Velocidad
|
metro por segundo
| |
Aceleración
|
metro por segundo al cuadrado
| |
Fuerza
|
newton
|
N =
|
Cantidades fundamentales
Cantidades derivadas
En este libro trabajaremos básicamente con las unidades del Sistema Internacional aceptado casi mundialmente en la ciencia y la industria. También utilizaremos aunque en forma limitada el Sistema Ingles debido a que en Estados Unidos aún se emplea, no obstante que este país se encuentra en proceso de cambio hacia el Sistema Internacional.
En la siguiente tabla se presentan las unidades del Sistema Ingles que manejaremos en el curso de Física I.
SISTEMA INGLES.
Cantidad Física
|
Unidad de medida
|
Símbolo
|
Longitud
|
pie
|
( ft )
|
Fuerza
|
libra
|
( lb )
|
Tiempo
|
segundo
|
( s )
|
Area
|
pie cuadrado
|
ft2
|
Volumen
|
pie cubico
|
ft3
|
Velocidad
|
pie por segundo
| |
Aceleración
|
pie por segundo al cuadrado
| |
Masa
|
Slug
|
Slug=
|
Cantidades fundamentales
Cantidades derivadas
1.2.3 ANÁLISIS DIMENSIONAL Y CONVERSIÓN DE UNIDADES
OPERACIONES CON CANTIDADES FÍSICAS
Las cantidades físicas se expresan mediante símbolos algebraicos. Un símbolo algebraico se forma por número y literal, al igual que las cantidades físicas; por ejemplo una longitud se expresa como 20 m, 3 ft, 10 cm, etc. Es por ello que los cálculos de las cantidades físicas se realizan igual que lo hacemos con los símbolos algebraicos.
Las unidades que se utilicen para la resolución de toda ecuación o fórmula deben pertenecer a un mismo sistema (Internacional o Inglés).
SUMA
Para efectuar esta operación, todas las cantidades deben tener las mismas unidades. La operación se resuelve, sumando los números y escribiendo la misma unidad.
Ejemplo:
5 m + 2 m + 41 m = 48 m
RESTA
Para restar una cantidad de otra, deben tener las mismas unidades. Se realiza, restando los números y escribiendo la misma unidad.
Ejemplo:
7 m2 – 4 m2 = 3 m2
MULTIPLICACIÓN
Para efectuar la multiplicación las cantidades pueden tener distintas unidades. Para resolver esta operación, multiplica los números y posteriormente multiplica las unidades como literales algebraicas.
Ejemplo:
(2 m) (8 m ) = 16 m2
(9 m2) (3 m) = 27 m3
(5 ) ( 3 s) = 15 = 15 m
DIVISIÓN
Las cantidades que se dividen pueden tener distintas unidades. Para efectuar la operación, divide los números; a continuación divide las unidades como literales algebraicas
Ejemplo:
=
= 2 = 2
CONVERSIONES
En algunas ocasiones existe la necesidad de cambiar o convertir las unidades que se están empleando. Esta conversión de unidades se puede efectuar aplicando el principio de cancelación.
La conversión de una cantidad expresada en determinada unidad, a su equivalente en una unidad diferente de la misma clase, se basa en el hecho de que multiplicar o dividir cualquier cantidad por uno no afecta su valor. Mediante este método las conversiones pueden ser fácilmente realizadas, conociendo las cantidades equivalentes.
CANTIDADES EQUIVALENTES
Longitud
|
Volumen
|
Tiempo
|
1 m = 100 cm
|
1 m3 = 1 000 litros
|
1 hora = 60 min.
|
1 m = 1 000 mm
|
1 cm3 = 1 ml
|
1 min = 60 s
|
1 cm = 10 mm
|
1 l = 1 000 cm3
|
1 hora = 3 600 s
|
1 m = 39.37 in
|
1 l = 1 dm3
| |
1 m = 3.281 ft
|
1 galón = 3.785 litros
| |
1 m = 1.094 yd
| ||
1 km = 1000 m
| ||
1 in = 2.54 cm
| ||
1 ft = 0.3048 m
| ||
1 ft = 30.48 cm
|
Fuerza
|
Masa
|
1 ft = 12 in
| ||
1 mi = 1.609 km
|
1 lb = 4.45 N
|
1 slug = 14.59 kg
|
1 mi = 5280 ft
| ||
1 yd = 3.0 ft
| ||
1 yd = 3.0 ft
| ||
1 yd = 91.44 cm
| ||
1 in = 0.0254 m
|
Bibliografía:
http://html.rincondelvago.com/conversion-de-unidades.html
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