Seguro que has oído hablar de los metros, los segundos, los kilogramos, etc. Imagínate ahora, por un momento, que estas medidas no existieran: si un día cualquiera irías al mercado para comprar, ¿cómo indicarías cuanto quieres de algo en específico? A lo mejor para las manzanas puedes decir el número de manzanas que quieres, pero esto no sería tan fácil si quisieras comprar lentejas o arroz; para dar cualquier información sobre cantidad, tendrías que contar los granos de arroz que quieres. Es más, ni tan siquiera serías capaz de saber cuánto has tardado en ir y volver del mercado, ni la distancia que has recorrido. ¡Esto sería horrible! Por suerte, conocemos las unidades que no permiten que esto nos suceda.
Ahora, imagínate que esta situación hipotética te pudiese pasar en un país extranjero; ¡sería otro gran problema! Pero, tranquilo: gracias al Sistema internacional de unidades (independientemente del lugar del mundo en el que nos encontremos) somos capaces de comunicarnos y entenderlos con otra gente, aunque no hablemos el mismo idioma.
¿Qué es el Sistema Internacional de Unidades?
El Sistema Internacional de Unidades, o sistema SI, es un conjunto de valores utilizados para medir magnitudes físicas en todo el mundo. El sistema SI consta de 7 unidades básicas que definen, a su vez, 22 unidades derivadas (cada una con su nombre y símbolo especiales).
El sistema funciona como un estándar para comunicar valores acordados: el kilogramo, el metro y el segundo forman parte del sistema SI —que también se conoce como sistema métrico—. El sistema SI se emplea en múltiples disciplinas, desde las ciencias naturales hasta las artes y las ciencias sociales. Saber leer y usar el sistema SI nos permite intercambiar información.
Tabla del Sistema Internacional de Unidades
Las siete unidades básicas son:
| Unidad | Símbolo | Uso |
| Metro | m | Longitud de un objeto |
| Kilogramo | kg | Masa de un objeto |
| Mol | mol | Número de partículas de una sustancia |
| Segundo | s | Mide el tiempo |
| Candela | cd | Luminosidad de un objeto |
| Kelvin | K | Temperatura de un objeto |
| Amperio | A | Corriente eléctrica |
Tabla 1: Unidades básicas del Sistema Internacional de Unidades.
¿Qué ventajas tiene el Sistema Internacional de Unidades?
El sistema SI es un conjunto de valores empleados oficialmente en todo el mundo para realizar mediciones. Se emplea en todos los ámbitos del desarrollo, para medir y compartir información. Son muchas las ventajas de utilizar el sistema SI; por ejemplo, el comercio mundial depende del SI para intercambiar productos.
Este sistema es:
- Universal: el sistema SI se utiliza en casi todos los países del mundo.
- Versátil: el sistema SI ofrece varias formas de medir cantidades grandes y pequeñas.
- Amplio: las unidades básicas del SI pueden combinarse para obtener unidades más complejas.
- Completo: podemos describir cualquier objeto empleando las magnitudes del SI.
- Repetible: el sistema SI puede reproducirse en cualquier lugar.
Fig. 1: Una de las principales ventajas del sistema SI es que es repetible. Al verter 200 ml del mismo líquido en estos jarrones se obtiene siempre la misma cantidad de volumen y masa.
¿Para qué se utiliza el sistema SI?
El sistema SI no solo se emplea para medir, sino también para fabricar. Si medimos una vez, podemos utilizar esas medidas para fabricar la misma pieza varias veces.
El sistema SI se emplea para intercambiar y vender mercancías en todo el mundo. La ciencia y la investigación también utilizan las unidades del SI para medir las cantidades científicas.
Unidades del Sistema Internacional
Para entender cómo funcionan las unidades del SI, es fundamental conocer su significado. En algunos casos, el significado de una unidad del SI es fácil de entender.
Si, por ejemplo, quieres saber la velocidad de tu coche, el velocímetro puede decirte que es de \(33\, \mathrm{km/h}\) o \(33\) kilómetros por hora. En este caso, tu coche estaría recorriendo \(33\) kilómetros cada hora.
A veces, las unidades se expresan con exponentes negativos, como \(\mathrm{m^{-1}}\). Se emplea un exponente negativo, en lugar de la barra oblicua, para significar "por".
Por ejemplo, el caso anterior también podría expresarse como \(33\mathrm{km}\cdot\mathrm{h^{-1}}\). Así, \(33\,\mathrm{km/h}\) es igual a \(33\mathrm{km}\cdot\mathrm{h^{-1}}\).
Uso de los Sistemas Internacionales de Medida
Una forma de utilizar las unidades del SI es convertir las unidades derivadas en unidades básicas para entender su significado. Otras herramientas del sistema SI son los prefijos, la forma estándar y los símbolos que nos permiten expresar las unidades más fácilmente.
Unidades derivadas en el sistema SI
Las unidades derivadas en el sistema SI —que resultan de la combinación de las básicas— se utilizan para explicar procesos más complejos, como la presión, la velocidad, el área, la capacitancia, el trabajo, etc. Algunos ejemplos de unidades derivadas son los siguientes:
- Presión: se mide en pascales (\(\mathrm{Pa}\)) y se utiliza para describir la cantidad de fuerza aplicada sobre un área. Es igual a Newtons por metro cuadrado (\(\mathrm{Nm^{-2}}\)).
- Fuerza: se mide en Newtons (\(\mathrm{N}\)) y se utiliza para describir la aceleración de una masa a 1 metro por segundo cuadrado, utilizando kilogramos por metro por segundo cuadrado (\(\mathrm{kg\cdot m\cdot s^{-2}}\).
- Área: se mide en metros cuadrados (\(\mathrm{m^{2}}\)) y representa la superficie dentro de un perímetro.
Cualquier unidad derivada puede convertirse a sus unidades básicas.
Conversión de unidades derivadas a unidades básicas
Para convertir las unidades derivadas en unidades básicas, necesitamos conocer la equivalencia de cada unidad derivada. Sustituyendo todas las unidades derivadas por sus unidades básicas, obtenemos expresiones que utilizan solo las siete unidades elementales.
Veamos los dos ejemplos siguientes.
Digamos que tenemos \(39\) Pascales. El pascal es la presión sobre una superficie, siendo la presión una fuerza.
El Pascal, por tanto, es la fuerza sobre una superficie y, como la fuerza se mide en Newtons, podemos cambiar \(39\) Pascales por \(39\) Newtons sobre metro cuadrado:
$$39\mathrm{Pa}=39\dfrac{\mathrm{N}}{\mathrm{m^2}}$$
A continuación, podemos convertir los newtons a sus unidades básicas:
$$39\mathrm{Pa}=39\dfrac{\mathrm{N}}{\mathrm{m^2}}=39\dfrac{\mathrm{kg\cdot m}}{\mathrm{s^2\cdot m^2}}$$
Eliminando los metros, obtenemos la siguiente expresión:
$$39\dfrac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m\cdot s^2}}$$
Si tienes \(10\) Pascales, puedes convertirlos de la siguiente manera:
\[10\mathrm{Pa}=10\mathrm{\dfrac{kg}{m\cdot s^2}}\]
Aquí, \(10\mathrm{Pa}\) son \(10\) kilogramos por metro por segundo al cuadrado.
Símbolos, forma estándar y prefijos del Sistema Internacional
El sistema SI ofrece varias formas de expresar las cantidades:
- Prefijos: un ejemplo representativo es cuando se dice un millón de Newtons es lo mismo que un Meganewton. En este caso, Mega el prefijo.
- Forma estándar: también conocidos como factores de forma, utilizan exponentes para acortar los números. Por ejemplo, 1 millón de Newtons puede expresarse como \(1\cdot 10^6\) Newtons.
- Símbolos: pueden sustituir tanto a los prefijos como a los factores de forma. Por ejemplo, 1 millón de Newtons equivale a 1 \(\mathrm{MN}\), siendo \(\mathrm{M}\) el significado de Mega y \(\mathrm{N}\) el símbolo de Newtons.
Fig. 2: En una regla, cm es el nombre corto de la unidad centímetro. También es el símbolo de la unidad del centímetro en el sistema SI.
Otros sistemas de unidades y la historia del SI
El sistema SI —que es el estándar mundial para el comercio, la tecnología y la economía— se utiliza en todo el mundo. Sin embargo, hay otros dos sistemas que se emplean en algunos países —como Estados Unidos, Reino Unido, Tailandia y Liberia, entre otros— en combinación con el SI.
Se trata del Sistema Consuetudinario de los Estados Unidos (USCS) y el Sistema Imperial, que utilizan unidades diferentes
La historia del Sistema Internacional de Unidades
El sistema SI se creó, inicialmente, en la Francia del siglo XIX para unificar las medidas. Antes de esto, el sistema de medidas francés estaba formado por muchas unidades, que no eran sencillas de convertir. Esto dificultaba mucho la vida cotidiana,
la ciencia y el comercio.
Durante la revolución francesa, la Asamblea Nacional fue organizada por un grupo de revolucionarios, pensadores y trabajadores libres, conocido como el tercer estado. Uno de los muchos objetivos del grupo era generar un sistema moderno de unidades para la Nueva República de Francia. Nuestro sistema SI moderno se basa en el sistema desarrollado por ese grupo.
Conferencia sobre pesos y medidas (1860)
En 1875, diecisiete países firmaron un tratado diplomático. En él se establecía el sistema SI como sistema de medidas estándar. El tratado firmado introdujo los prototipos del metro y el kilogramo, pero carecía de magnitudes como el amperio, el mol, la candela y el kelvin.
Cambios en el sistema SI
La unidad de temperatura utilizada en el siglo XVIII era el Celsius, que estuvo en uso hasta la 10ª Conferencia General de Pesas y Medidas, donde se adoptó el Kelvin. En 1948 se introdujo la candela como unidad para medir la luminosidad de un objeto. En 1960, se adoptó el segundo como una pequeña porción del tiempo que tarda la tierra en girar.
Redefinición del sistema SI
El sistema métrico, que es la base del sistema SI, empleaba un conjunto de objetos con un peso de un kilogramo y una longitud de un metro. Como las copias de estos objetos tenían ligeras variaciones en su longitud/peso, se cambiaron por nuevas definiciones que utilizan constantes universales.
Las nuevas definiciones introducidas posteriormente usan constantes universales, como la masa del cilindro de platino-iridio almacenado en París, que define el kilogramo y la longitud recorrida por la velocidad de la luz para definir el metro.
Utilización de unidades del SI - Puntos clave
- El sistema de unidades del SI es el principal sistema utilizado en todo el mundo.
- Las principales ventajas del sistema SI son que proporciona un sistema base para medir cualquier propiedad física y que es un estándar en la mayoría de los países.
- Para entender las unidades derivadas del SI, necesitamos saber cómo están compuestas.
- Los prefijos, los factores de forma y los símbolos nos permiten expresar las unidades más fácilmente.
- Existen otros sistemas de unidades que se utilizan junto al sistema SI en países como Estados Unidos y el Reino Unido.
References
- Fig. 2: Tools (https://www.flickr.com/photos/frumbert/2370966054/) by Tim (https://www.flickr.com/photos/frumbert/) licensed by CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/).
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