Seguro que estás familiarizado con unidades físicas como el metro, los gramos, los segundos, etc., porque las utilizamos diariamente. Pero, ¿te has planteado alguna vez su importancia en la vida cotidiana? Imaginemos por un momento que no existiesen: para medir las cosas tendríamos que emplear algún tipo de referencia.
Por ejemplo, podríamos medir las cosas con cantidad de palmas de la mano. Entonces, tú podrías medir 10 palmas de mano. Pero, claro, cada palma de mano es diferente, por lo que si te midiese otra persona a lo mejor medirías 9 palmas o 12, ¡y sin haberte encogido o crecido!
Es por esto que las unidades son tan importantes en la comunidad científica y en nuestro diario vivir, ya que evitan cualquier errores de este y confusiones en las mediciones que necesitemos hacer. ¡Vamos a entenderlas en más detalle!
¿Qué son las unidades en física?
En ciencia, las unidades son una referencia establecida que permite definir el valor de una magnitud. Se utilizan para medir una magnitud física, como la masa o la longitud.
Fig. 1: Cuando se pesa un producto, se mide la propiedad física del peso, utilizando la unidad de masa; la unidad estándar son los kilogramos, o las libras.
La magnitud física es la propiedad que se mide, mientras que las unidades son la referencia que permite a otros conocer el valor de esa medida.
Los siguientes dos ejemplos sencillos muestran lo que entendemos por medir magnitudes físicas:
La rama de un árbol tiene una longitud de \(2,3\) metro:
- La longitud es una magnitud física de la rama.
- Los metros son las unidades que nos indican su longitud con respecto a una referencia.
En este caso, nuestra referencia es un metro, por lo que la rama mide el doble más \(0,3\) veces la longitud de un metro.
Necesitas \(200\) gramos de pan para hacer torrijas por la mañana.
- El peso del pan es la propiedad que estás midiendo.
- Los gramos son las unidades que utilizas como referencia.
¿Por qué usamos las unidades?
Las unidades proporcionan una referencia estandarizada que puede reproducirse en todas partes. Si se utilizara una referencia arbitraria, no podría medirse con precisión el mismo valor dos veces. Algo similar a lo que hemos visto en la introducción de este artículo.
Para explicarlo mejor, utilizaremos un ejemplo familiar.
Supongamos que tienes un trozo de madera y quieres construir una silla. Necesitas que todas las patas tengan la misma longitud exacta, o la silla se volcará.
Para medir de manera efectiva siempre la misma longitud, necesitas un patrón. Digamos que usas un lápiz como referencia y lo utilizas para medir la longitud de la primera pata. La pata mide cuatro lápices. Por tanto, consideras que puedes utilizar fácilmente el lápiz para medir la madera de las otras tres patas.
Pero, ¿qué pasa si quieres dar instrucciones a un amigo sobre cómo has hecho tu silla?
Las instrucciones dicen que has utilizado un trozo de madera que mide cuatro lápices de largo. Puede que tu amigo tenga un lápiz, pero la longitud del lápiz no está estandarizada: algunos lápices serán más cortos o más largos que el tuyo. Como consecuencia, las instrucciones para hacer la silla no funcionarán y tu amigo hará una silla más alta o más baja que la tuya.
Esperemos que no le tengas que dejar tú una de las patas...
Sin embargo, ¿qué pasaría si utilizaras una referencia fija para tu silla?
Digamos que, esta vez, utilizas una regla para medir la madera de las patas de la silla que, según determinas, mide 45 cm. Ahora, tu amigo sí puede utilizar su propia regla y reproducir de manera exacta la silla que tú has hecho.
Fig. 2: Medir unidades es importante a la hora de fabricar o construir objetos, ya que nos permite reproducir el trabajo con extactitud.
Unidades del Sistema Internacional
El Sistema Internacional de Unidades (SI) es un sistema de medición unificado. Está compuesto por siete unidades que miden las siete magnitudes físicas elementales.
Este sistema es el único sistema de unidades que tiene carácter oficial en casi todos los países.
Unidades básicas del Sistema Internacional
Las unidades básicas del SI sirven para medir las magnitudes físicas fundamentales.
Estas unidades básicas son las siguientes
Metro: se utiliza para medir la longitud; su símbolo es \(\mathrm{m}\).
Segundo: se utiliza para medir el tiempo; su símbolo es \(\mathrm{s}\).
Kilogramo: se utiliza para medir la masa; su símbolo es \(\mathrm{kg}\).
Candela: sirve para medir la luminosidad; su símbolo es \(\mathrm{cd}\).
Amperio: sirve para medir la corriente eléctrica; su símbolo es \(\mathrm{A}\).
Kelvin: sirve para medir la temperatura; su símbolo es \(\mathrm{K}\).
Mol: se utiliza para medir el número de partículas contenidas en una muestra de una sustancia; su símbolo es \(\mathrm{mol}\).
No obstante, las unidades estándar utilizadas por el SI han cambiado en las últimas décadas: han pasando de utilizar pesos y longitudes estándar a depender, ahora, de cantidades constantes.
Un ejemplo de ello es el kilogramo, cuya definición es la masa de un litro de agua.
Unidades derivadas del Sistema Internacional
Las unidades derivadas son aquellas que se han creado mediante una combinación de las unidades básicas. Estas unidades derivadas miden cantidades físicas más complejas.
Con las unidades básicas, únicamente podemos medir el tiempo, la longitud y otras propiedades físicas elementales. Sin embargo, si combinamos las unidades básicas, podemos medir cosas más complejas.
Tras combinar las unidades de dos mediciones diferentes, podemos determinar la velocidad de un objeto, midiendo la distancia que recorre y el tiempo que tarda en recorrerla.
La siguiente lista presenta algunas unidades derivadas del SI.
Pascal: se utiliza para medir la presión; su símbolo es \(\mathrm{Pa}\).
Joules: se emplea para medir la energía; su símbolo es \(\mathrm{J}\).
Newton: se usa para medir la fuerza; su símbolo es \(\mathrm{N}\).
Hertz: se utiliza para medir la frecuencia de un proceso; su símbolo es \(\mathrm{Hz}\).
Voltio: sirve para medir el potencial eléctrico; su símbolo es \(\mathrm{V}\).
Lux: se usa para medir la cantidad de luminosidad; su símbolo es \(\mathrm{lx}\).
Ohm: se emplea para medir la resistencia al flujo eléctrico; su símbolo es \(\mathrm{\Omega}\).
Becquerel: sirve para medir la radiación por desintegración; su símbolo es \(\mathrm{Bq}\).
Henry: se usa para medir la inductancia; su símbolo es \(\mathrm{H}\).
Weber: se utiliza para medir el flujo de un campo magnético; su símbolo es \(\mathrm{Wb}\).
Tabla de unidades de medida
A continuación, podemos ver todas las unidades de las que hemos hablado organizadas en una tabla. Primero, tenemos las unidades básicas del SI y, después, las derivadas. Además, podemos observar que hay otras unidades que no son del Sistema Internacional, sino que se utilizan en otros sistemas como el Sistema Anglosajón de Unidades:
| Unidad | Magnitud física | Símbolo |
| Metro | Longitud | \(\mathrm{m}\) |
| Segundo | Tiempo | \(\mathrm{s}\) |
| Kilogramo | Masa | \(\mathrm{kg}\) |
| Candela | Luminosidad | \(\mathrm{cd}\) |
| Amperio | Corriente eléctrica | \(\mathrm{A}\) |
| Kelvin | Temperatura | \(\mathrm{K}\) |
| Mol | Número de partículas | \(\mathrm{mol}\) |
Tabla 1: Tabla con las unidades fundamentales del Sistema Internacional.
| Unidad | Magnitud física | Símbolo | Unidades fundamentales |
| Pascal | Presión | \(\mathrm{Pa}\) | \(\mathrm{kg/m\cdot s^2}\) |
| Julio (Joule) | Energía | \(\mathrm{J}\) | \(\mathrm{kg\cdot m/s^2}\) |
| Newton | Fuerza | \(\mathrm{N}\) | \(\mathrm{kg\cdot m/s^2}\) |
| Hertz | Frecuencia | \(\mathrm{Hz}\) | \(\mathrm{1/s}\) |
| Voltio | Potencial eléctrico | \(\mathrm{V}\) | \(\mathrm{kg\cdot m^2/s^3\cdot A}\) |
| Lux | Cantidad de luminosidad | \(\mathrm{lx}\) | \(\mathrm{cd/m^2}\) |
| Ohm | Resistencia | \(\mathrm{\Omega}\) | \(\mathrm{m^2\cdot kg/s^3\cdot A^2}\) |
| Becquerel | Radiación por desintegración | \(\mathrm{Bq}\) | \(\mathrm{1/s}\) |
| Henry | Inductancia magnética | \(\mathrm{H}\) | \(\mathrm{m^2\cdot kg/s^2\cdot A^2}\) |
| Weber | Flujo magnético | \(\mathrm{Wb}\) | \(\mathrm{m^2\cdot kg/s^2\cdot A}\) |
Tabla 2: Tabla con las unidades derivadas del Sistema Internacional
| Unidad | Magnitud física | Símbolo | Unidades del SI |
| Pulgada | Longitud | \(\mathrm{ln}\) | \(25,4\cdot 10^{-3}\, \mathrm{m}\) |
| Pie | Longitud | \(\mathrm{ft}\) | \(0,3048\, \mathrm{m}\) |
| Yarda | Longitud | \(\mathrm{yd}\) | \(0,9144\, \mathrm{m}\) |
| Milla | Longitud | \(\mathrm{mile}\) | \(1609,344\, \mathrm{m}\) |
| Libra | Masa | \(\mathrm{lb}\) | \(453,59\cdot 10^{-3}\, \mathrm{kg}\) |
| Onza | Masa | \(\mathrm{oz}\) | \(28,35\cdot 10^{-3}\, \mathrm{kg}\) |
| Fahrenheit | Temperatura | \(\mathrm{ºF}\) | \(\mathrm{(33,8°F − 32)\cdot 5/9 = 1°C}\) |
Tabla 3: Tabla con las unidades del Sistema Anglosajón de Unidades
Unidades de medida - Puntos clave
- Las unidades son las referencias que empleamos para medir las propiedades de un objeto.
- Las unidades son importantes porque nos permiten reproducir las mediciones.
- La tecnología, la fabricación y los bienes dependen del uso de unidades.
- Las unidades del SI son el sistema estándar de medición actual.
- Las unidades básicas del SI son el kelvin, la candela, el metro, el kilogramo, el mol, el amperio y el segundo.
- Las unidades pueden combinarse, dando lugar a unidades derivadas que se utilizan para describir propiedades más complejas.
- Ejemplos de unidades derivadas son la velocidad y la aceleración.
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