Artículo 001 - Magnitudes, Unidades y Sistema Internacional

Magnitudes, Unidades y Sistema Internacional

Este tema, aunque bastante simple, es elemental para comprender los conceptos en física.

Dado lo anterior, comenzaremos definiendo algunos términos relacionados:


Definiciones

Magnitud: Es toda propiedad susceptible de ser medida.

Algunas magnitudes frecuentes son: distancia, tiempo velocidad, masa, densidad, fuerza, etc.

Medición: Es el acto de comparar una magnitud particular con otra similar y estandarizada, denominada unidad, determinándose cuántas veces se contiene la última en la primera.

Por ejemplo, si con una huincha medimos el largo de un lápiz y nos resulta una medida de 25 cm, esto significa que la longitud de dicho lápiz logra contener 25 veces a la unidad de longitud "centímetro" (cm). Otro ejemplo: si con un cronómetro medimos que una piedra lanzada tarda en caer 4 s, significa que dicho tiempo contiene 4 veces a la unidad de tiempo "segundo" (s).

Unidad: Es la cuantía de una magnitud que se define como referencia para efectuar la medición de otra magnitud de la misma naturaleza. Las unidades están frecuentemente bien definidas, y por lo general son conocidas por una gran cantidad de personas.

En los ejemplos anteriores, las unidades corresponden a "centímetro" y "segundo", respectivamente. Éstas, al ser reconocidas internacionalmente, permiten establecer claramente la longitud del lápiz y la duración de la caída de la piedra.

Sistema Internacional de Unidades

Actualmente, existe el Sistema Internacional de Unidades, el cual ha sido adoptado por la mayor parte del mundo. Éste se basa en la definición de ciertas magnitudes denominadas Magnitudes Fundamentales, las cuales se consideran la base para la definición del resto de las magnitudes conocidas, denominadas Magnitudes Derivadas. Este sistema considera la existencia de siete magnitudes fundamentales, asociando a cada una de ellas una unidad, como se describe a continuación:

En este sistema, el resto de las magnitudes se consideran como Derivadas, puesto que pueden definirse a partir de operaciones matemáticas de magnitudes fundamentales. La siguiente tabla muestra algunas. Por ejemplo, la velocidad puede definirse como Longitud (L) dividida en tiempo (T), de modo que su unidad en el Sistema Internacional de Unidades corresponde a metro dividido segundo (m/s).

Prefijos del Sistema Internacional

El Sistema Internacional de Unidades define una unidad por cada magnitud, fundamental o derivada. Sin embargo, dicha unidad puede ser grande o muy pequeña para cierta aplicación física. Por ejemplo, pensando en el caso simple de la magnitud "Longitud", la unidad "metro" puede ser muy pequeña (por ejemplo, la distancia desde la Tierra al Sol: 150.000.000.000 m, aprox.), o muy grande (por ejemplo, el diámetro de un átomo de hidrógeno: 0,000 000 000 1 m, aprox.). Con el fin de evitar la utilización de números excesivamente grandes o pequeños, el Sistema Internacional define ciertos prefijos estandarizados que amplifican o reducen la cuantía de dichas unidades. A continuación, se indica un listado con los prefijos más usuales:

De este modo, la distancia desde la Tierra al Sol puede expresarse como 150 Gm (gigámetros), y el diámetro del átomo de hidrógeno puede escribirse como 10 nm (nanómetros). Algunos ejemplos más cercanos a la vida cotidiana son el kilómetro (km = 10³ m), utilizado para medir distancias en carretera, o el centímetro (cm = 10^-2 m), utilizado para tomar medidas en sastrería u otras aplicaciones.

Conversión de Unidades

La existencia de estos prefijos implica que existen varias alternativas para expresar una magnitud. Por ejemplo, podríamos expresar una distancia de 3 km en cm. Para efectuarlo, sólo debemos expresar dichas magnitudes cambiando tales prefijos por factores numéricos. Entonces:

Ahora bien, este mismo método es útil para transformar unidades que están expresadas en forma compuesta. Por ejemplo, podemos transformar una rapidez de 60 km/h en m/s (sabiendo que 1 h = 60 min y 1 min = 60 s):