Sistema de Unidades

Unidades y sistemas

Habiendo concluido ya, según todos los razonamientos anteriores que la Física es aquella ciencia dedicada al estudio de la energía en sus diferentes formas o manifestaciones, tales como la masa, el movimiento y otras características y propiedades de los cuerpos, es evidente la necesidad ineludible de efectuar mediciones o comparaciones para cuantificar las magnitudes o dimensiones de los fenómenos relativos, utilizando para ello las unidades adecuadas.

Unida: Es una magnitud de la misma especie que otra a la que sirve de medida cuando se le compara con ella.

Sistema de Unidades: Es un conjunto o colección de unidades de diferentes especies, que permiten realizar la medición de una serie de fenómenos o propiedades.

En todo sistema de unidades pueden distinguirse dos tipos o clases de unidades : fundamentales y derivadas; siendo las primeras (fundamentales) aquellas que se tienen que elegir arbitrariamente para formar el sistema, mientras que las segundas son aquellas que se deducen de las fundamentales según las leyes requeridas para ello.

En los sistemas comúnmente empleados en la Física Clásica, conocidos como sistemas absolutos, se presentan como unidades fundamentales las que corresponden a las dimensiones de:

A partir de las cuáles se derivan las de:

cuyos conceptos serán analizados más adelante.

El conocimiento intuitivo o empírico de las dimensiones de: longitud, como la distancia entre dos puntos o una de las magnitudes del espacio; masa, como la cantidad de materia de un cuerpo o la medida de su inercia (resistencia para alterar su estado de reposo o de movimiento uniforme) ; y tiempo, como el intervalo comprendido entre los instantes correspondientes a dos hechos o fenómenos ocurridos, que nos permite saber cuál es su orden de ocurrencia, se considera suficiente en general para iniciar el estudio de la Física.

Sistema Métrico Decimal

En gran número de las nacionalidades del mundo, como en nuestro país, se utilizan los llamados sistemas métricos decimales, como el M.K.S y el c.g.s., tales que sus unidades fundamentales son:

Donde:

1 metro (del griego: metron = medida) es la longitud que existe entre las marcas extremas de una barra de platino iridiado que se conoce como METRO PATRÓN. (1 centímetro es la longitud igual a la centésima parte de 1 metro).

1 Kilogramo masa es la masa correspondiente a un cilindro de platino e iridio: el KILOGRAMO MASA PATRÓN. (1 gramo masa es la milésima parte del kilogramo masa patrón).

1 segundo es el tiempo equivalente a $\frac{1}{24\times 60\times 60}=\frac{1}{86400}$ (un ochenta y seis mil cuatrocientos avo) del día solar medio, igual al promedio de la duración de los días solares verdaderos.

El metro patrón y el kilogramo masa patrón se conservan cuidadosamente, en condiciones precisas de presión y temperatura, en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas en Sevres (cerca de París), Francia, y se tienen copias de ellos en las dependencias de los países que los utilizan en sus sistemas oficiales de medidas.

Aunque inicialmente (en 1889), al fundamentar la adopción de las unidades del sistema métrico decimal antes citadas, se consideró que: 1 m era igual a la diezmillonésima parte del cuadrante de un meridiano terrestre; y que: 1 Kg_m, era equivalente a la masa de un cubo de aristas iguales a 10 cm, de agua químicamente pura, a 4°C de temperatura y a la presión de 1 atmósfera, posteriormente se evitaron tales definiciones, porque las nuevas técnicas de medición mostraron que corresponden a valores solamente aproximados a los que se adoptaron como los patrones mencionados. Así, en 1960, durante la Conferencia General de Pesas y Medidas verificada en París, se consideró como definición más precisa la que establece que: 1 m es igual a 1,650,763.73 veces la longitud de la onda de la radiación anaranjada del espectro luminoso correspondiente al criptón 86.
Las medidas de longitud más usuales obtenidas al multiplicar o dividir 1 metro por una potencia de 10, se conocen como múltiplos y submúltiplos del metro, y son las siguientes: 

O sea que:

NOTA. Otros submúltiplos más pequeños: 1 milimicra (1 µµ) igual a la millonésima parte de 1 milímetro, y 1 angstrom (1 Å) igual a la décima parte de una milimicra o a la diezmillonésima parte de 1 milímetro, son empleados principalmente en estudios científicos relacionados con radiaciones y dimensiones y distancias de las partículas atómicas consideradas en la Física Nuclear. A partir de las anteriores unidades de longitud se obtienen las siguientes unidades de área o superficie y de volumen o capacidad, más comunes, a saber:

donde el decímetro cúbico (dm³) es también conocido con el nombre de litro (l).

Reciben la designación de Sistemas Gravitacionales aquellos que en su formación presentan como unidades fundamentales, elegidas arbitrariamente, las de:

Dentro de este tipo de sistemas se encuentran también un sistema M.K.S. y otro c.g.s., tales que sus unidades de Longitud y Tiempo, son iguales a las ya conocidas de los sistemas respectivos M.K.S. y c.g.s. absolutos, mientras que presentan con éstos la diferencia de utilizar como unidades de fuerza correspondiente:

1 kilogramo fuerza = 1Kg_f

1 gramo fuerza = 1 gr_f

que se definen como los pesos de un kilogramo masa y de un gramo masa, o sean las fuerzas con que la Tierra atrae a un kilogramo masa y a un gramo masa, respectivamente.

Sistema Inglés

En los países de habla inglesa, encabezados por Estados Unidos de Norteamérica e Inglaterra, se utilizan como sistemas oficiales de medida los sistemas F.P.S. (foot, pound, second), absoluto y gravitacional, cuyas medidas fundamentales son:

Donde:

1 pie (1 ft) es la longitud existente entre las marcas extremas del pie patrón, que es una barra de platino iridiado de forma especial.

1 libra masa (1 lb_m) es la masa del cilindro, también de platino iridiado, que se designa como libra masa patrón.

1 libra fuerza (1 lb_f) es el peso de una libra masa, o sea igual a la fuerza con que la Tierra atrae a una libra masa.

Tanto el pie patrón como la libra masa patrón se guardan cuidadosamente en la Torre de Londres, Inglaterra, en condiciones precisas de presión y temperatura.

Como múltiplos y submúltiplos de 1ft, coúnmente se usan los siguientes:

1 pulgada (inch) = 1 in se considera dividida fraccionariamente en: medios, cuartos, octavos, dieciseisavos, treintavos, etc.

Las equivalencias entre todas las unidades de los sistemas ingleses y las de los sistemas métricos correspondientes pueden observarse considerando los valores aproximados siguientes: