Estándares y Unidades

¡Hola!

En Física se trata de medir... Medir, buscar patrones y relacionar. De la misma manera que una carpintera mide para colocar una madera, o un modisto mide una tela para cortar; un físico mide magnitudes para entender, relacionar y crear explicaciones.

Aquí hablaremos de qué es medir y cómo lo hacemos.

-Esto mide siete…

-¿Siete? ¿Siete qué?

Magnitudes

Una magnitud es una cantidad física que se puede medir. El peso de una persona es un medible, la altura lo es, la temperatura del agua también… 

Entonces, la cuestión es:¿Cómo hacemos para medir?

Unidades

Una vez que tenemos identificado qué vamos a medir, determinar la cantidad requiere de unidades. ¿Qué significa eso? Necesito tener alguna unidad de referencia para decir: “Esto mide tanto”. Una medida es un número y una unidad de medida.

Las unidades son medidas estándares aceptadas mundialmente, entonces todas las medidas que realizamos podemos escribirlas o determinarlas comparando con esos estándares. Eso es así para que todos puedan entenderlas.

Desde chicos sabemos medir distancias, al menos podemos compararlas. Seguramente vos puedas medir tu altura y sabrás hacerlo. Si te digo que yo mido 1,75…: ¿vos sabés que significa eso? ¿Se entiende cuanto mido? 

¿Yo mido 1,75 que? ¿Es mucho, es poco o es normal?

Para que podamos entenderlo necesitamos de una Unidad de medida, sin eso el número anterior puede ser 1,75 litros; 1,75 yardas; 1,75 pies…. ¿Y cuánto es?

Cada medida necesita de un número y una unidad, y ese número surge de comparar cuántas veces entra la magnitud en la unidad elegida.

Medidas de Referencia - Estándares

Las unidades patrones fueron cambiando con el tiempo. En algunos casos por caprichos: los Reyes definían sus propias medidas según las partes del cuerpo: pie, pulgada, codo; en otros casos para mejorar la precisión: el metro patrón fue una barra de metal, luego una medida de la Tierra. ¡¿¡¿Si en la historia todo fue cambiando, hoy qué unidad uso?!?!

Patrones actuales:

Longitud

La unidad de longitud es el metro, se define como la longitud del trayecto que recorre la luz en el vacío en un intervalo de tiempo de 1/299 792 458 de segundo.

Masa

La unidad de masa en kilogramos se define respecto a la constante de Planck \((\mathbb{h})\), importante en Física Cuántica. Previamente, se tomaba como Kg de referencia a la masa de un cilindro específico hecho de una aleación de platino e iridio guardado en algún lugar de Francia.

Tiempo

La unidad de tiempo es el segundo, su definición actual es algo extraña: son la cantidad de vibraciones de la radiación del átomo de Cesio 133. Se definió de varias maneras en la historia: tiempo de oscilación de un péndulo, fracción del tiempo orbital de la Tierra, etc. Hoy está definida así para ganar precisión y constancia en el tiempo.

Y para ordenar tanto lío de cosas que cambian y que sirven más o menos, hay un organismo internacional que ordena un poco las cosas:

Sistema Internacional de Unidades

Las unidades de medidas hoy en día están aceptadas internacionalmente, según un Organismo que las certifica: Bureau International des Poids et Mesures.

Se recomienda y se acepta el Sistema Internacional de Medidas (y sus siglas: SI), cuyo objetivo es definir todas las unidades de medidas a partir de 7 Constantes Universales*.

¿Cuáles son las Unidades de Medidas aceptadas?

Te resumo en un cuadro las unidades aceptadas en el SI:

Ahora ya sabemos cómo debemos representar las magnitudes físicas: número que surge por comparación y una unidad de medida.

A todo esto, debemos agregarle una cosa más: abreviaciones para las cantidades.

¿Por qué la vamos a complicar ahora con esto?

Y la respuesta es muy sencilla, porque nos sirve cuando manejamos cantidades chicas o grandes; o muy muy muy chicas, o muy muy muy grandes. Ja!

Ejemplo de esto: 

¿Cuántas moléculas de agua (H2O) hay en 1 litro de agua?

¿Cuánto mide de ancho una cadena de ADN?

¿Cuánto dura un aleteo de un colibrí?

Todas estas respuestas son números grandes o chicos, y escribimos el valor con un número y un factor que los multiplica para lograr comodidad.

Factores de Conversión:

Esos factores también están estandarizados por la misma agencia: Son los prefijos para escribir múltiplos y submúltiplos decimales de las Unidades.

Claramente no hace falta memorizar todo esto, sólo alcanza con entender cómo funcionan y recurrir a las tablas cuando se necesiten. Las más usuales o cotidianas, se memorizan con el uso.

¡Un ejemplo de esto es el Kilogramo!

Todos usamos diariamente la unidad Kilogramo \((Kg)\). Si vemos en la tabla:

\[1 \mathbb{Kg} = 1 . 10^{3} \mathbb{g} = 1000 gramos\]

Otros ejemplos cotidianos:

Longitud

\[1 nanómetro = 1 \mathbb{nm} = 1. 10^{-9} \mathbb{m} = 0,000000001 \mathbb{m}\]

\[1 milímetro = 1 \mathbb{mm} = 1 . 10^{-3} \mathbb{m} = 0,001 \mathbb{m}\]

\[1 centímetro = 1 \mathbb{cm} = 1. 10^{-2} \mathbb{m} = 0,01 \mathbb{m}\]

Masa

\[1 miligramo =1 \mathbb{mg} = 1. 10^{-3} \mathbb{g}= 0,001 \mathbb{g}\]

\[1 microgramo = 1 \mathbb{\mu g} = 1. 10^{-6} \mathbb{g} = 0,000001 \mathbb{g}\]

Tiempo

\[1 nanosegundo = 1 \mathbb{ns} = 1. 10^{-9} \mathbb{s} = 0,000000001 \mathbb{s}\]

\[1 milisegundo = 1 \mathbb{ms} = 1. 10^{-3} \mathbb{s} = 0,001 \mathbb{s}\]

¡Luego de todo lo que vimos, ya puedes empezar con los ejercicios!

¡Let's go!

 *¿Qué son las Constantes Universales?

Son números que aparecen en problemas físicos como constantes. Si son constantes, no cambian… Entonces permanecen invariantes en el tiempo:

Velocidad de la luz en el vacío \((c)\); Constante de Planck \((h)\); Carga Eléctrica elemental \((e)\); Constante de Boltzmann \((k)\); Número de Avogadro \((N_{AV})\); Frecuencia de decaimiento hiperfino del Cesio \((\delta \nu_{Cs})\); Eficacia luminosa de radiación visible \((\kappa_{cd})\).

La definición de cada constante escapa a esta parte del curso.