Magnitud física

Diagnóstico
Magnitudes Físicas
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Contenidos
Artículos
Sistema Internacional de Unidades
1
Unidades derivadas del Sistema Internacional
11
Materia
13
Masa
19
Kilogramo
23
Metro
27
Segundo
30
Magnitud física
32
Sistema Métrico Legal Argentino
35
Referencias
Fuentes y contribuyentes del artículo
37
Fuentes de imagen, Licencias y contribuyentes
38
Licencias de artículos
Licencia
39
Sistema Internacional de Unidades
1
Sistema Internacional de Unidades
El
Sistema
Internacional
de
Unidades (abreviado SI del francés:
Le Système International d'Unités),
también
denominado
Sistema
Internacional de Medidas, es el
nombre que recibe el sistema de
unidades que se usa en todos los países
y es la forma actual del sistema
métrico decimal. El SI también es
conocido como «sistema métrico»,
Se destaca en rojo los tres únicos países que no han adoptado el Sistema Internacional de
Unidades como prioritario o único en su legislación; Birmania, Liberia y Estados Unidos.
especialmente en las naciones en las
que aún no se ha implantado para su
uso cotidiano. Fue creado en 1960 por la Conferencia General de Pesos y Medidas, que inicialmente definió seis
unidades físicas básicas. En 1971 se añadió la séptima unidad básica, el mol. Una de las principales características,
que constituye la gran ventaja del Sistema Internacional, es que sus unidades están basadas en fenómenos físicos
fundamentales. La única excepción es la unidad de la magnitud masa, el kilogramo, que está definida como «la masa
del prototipo internacional del kilogramo» o aquel cilindro de platino e iridio almacenado en una caja fuerte de la
Oficina Internacional de Pesos y Medidas. Las unidades del SI son la referencia internacional de las indicaciones de
los instrumentos de medida y a las que están referidas a través de una cadena ininterrumpida de calibraciones o
comparaciones. Esto permite alcanzar la equivalencia de las medidas realizadas por instrumentos similares,
utilizados y calibrados en lugares apartados y por ende asegurar, sin la necesidad de ensayos y mediciones
duplicadas, el cumplimiento de las características de los objetos que circulan en el comercio internacional y su
intercambiabilidad. Entre el 2006 y el 2009 el SI se ha unificando con la norma ISO 31 para formar el Sistema
Internacional de Magnitudes (ISO/IEC 80000, con la sigla ISQ).
Unidades básicas
El Sistema Internacional de Unidades consta de siete unidades básicas. Son las unidades utilizadas para expresar las
magnitudes físicas definidas como básicas, a partir de las cuales se definen las demás:[1]
Magnitud física
básica
Símbolo
dimensional
Unidad
básica
Símbolo de la
Unidad
Observaciones
Longitud
L
metro
m
Se define fijando el valor de la velocidad de la luz en el vacío.
Tiempo
T
segundo
s
Se define fijando el valor de la frecuencia de la transición hiperfina del
átomo de cesio.
Masa
M
kilogramo
kg
Es la masa del «cilindro patrón» custodiado en la Oficina Internacional
de Pesos y Medidas, en Sèvres (Francia).
Intensidad de
corriente eléctrica
I
amperio
A
Se define fijando el valor de constante magnética.
Temperatura
Θ
kelvin
K
Se define fijando el valor de la temperatura termodinámica del punto
triple del agua.
Cantidad de sustancia
N
mol
mol
Se define fijando el valor de la masa molar del átomo de carbono-12 a
12 gramos/mol. Véase también número de Avogadro
Intensidad luminosa
J
candela
cd
Véase también conceptos relacionados: lumen, lux e iluminación física
Sistema Internacional de Unidades
Las unidades básicas tienen múltiplos y submúltiplos, que se expresan mediante prefijos. Así, por ejemplo, la
expresión «kilo» indica ‘mil’ y, por lo tanto, 1 km son 1000 m, del mismo modo que «mili» indica ‘milésima’ y, por
ejemplo, 1 mA es 0,001 A.
Equivalencia
• Metro (m). Unidad de longitud.
Definición: un metro es la longitud de trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de 1/299 792
458 de segundo.
• Kilogramo (kg). Unidad de masa.
Definición: un kilogramo es una masa igual a la de un cilindro de 39 milímetros de diámetro y de altura, que
se encuentra en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas, en Sèvres; Francia.
• Segundo (s). Unidad de tiempo.
Definición: el segundo es la duración de 9192631770 periodos de la radiación correspondiente a la transición
entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133.
• Amperio o ampere (A). Unidad de intensidad de corriente eléctrica.
Definición: un amperio es la intensidad de una corriente constante que manteniéndose en dos conductores
paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un
metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2•10-7 newton por metro de longitud.
• Kelvin (K). Unidad de temperatura termodinámica.
Definición: un kelvin es la temperatura termodinámica correspondiente a la fracción 1/273,16 de la
temperatura termodinámica del punto triple del agua.
• Mol (mol). Unidad de cantidad de sustancia.
Definición: un mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como
átomos hay en 0,012 kilogramos de carbono 12. Cuando se emplea el mol, es necesario especificar las
unidades elementales, que pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones u otras partículas o grupos
especificados de tales partículas.
• Candela (cd). Unidad de intensidad luminosa.
Definición: una candela es la intensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una
radiación monocromática de frecuencia 540•1012 hercios y cuya intensidad energética en dicha dirección es
1/683 vatios por estereorradián.
Unidades derivadas
Con esta denominación se hace referencia a las unidades utilizadas para expresar magnitudes físicas que son
resultado de combinar magnitudes físicas tomadas como básicas.
El concepto no debe confundirse con los múltiplos y submúltiplos, los que son utilizados tanto en las unidades
básicas como en las unidades derivadas, sino que debe relacionarse siempre a las magnitudes que se expresan. Si
estas son longitud, masa, tiempo, intensidad de corriente eléctrica, temperatura, cantidad de sustancia o intensidad
luminosa, se trata de una magnitud básica, y todas las demás son derivadas.
2
Sistema Internacional de Unidades
Ejemplos de unidades derivadas
• Unidad de volumen o metro cúbico, resultado de combinar tres veces la longitud, una de las magnitudes básicas.
• Unidad de densidad o cantidad de masa por unidad de volumen, resultado de combinar la masa (magnitud básica)
con el volumen (magnitud derivada). Se expresa en kilogramos por metro cúbico y no tiene nombre especial.
• Unidad de fuerza, magnitud que se define a partir de la segunda ley de Newton (fuerza=masa × aceleración). La
masa es una de las magnitudes básicas pero la aceleración es derivada. Por tanto, la unidad resultante (kg • m •
s-2) es derivada. Esta unidad derivada tiene nombre especial, newton.[2]
• Unidad de energía, que por definición es la energía necesaria para mover un objeto una distancia de un metro
aplicándosele una fuerza de 1 Newton, es decir fuerza por distancia. Su nombre es el julio (unidad) (joule en
inglés) y su símbolo es J. Por tanto, J= N • m.
En cualquier caso, siempre es posible establecer una relación entre las unidades derivadas y las básicas mediante las
correspondientes ecuaciones dimensionales.
Definiciones de las unidades derivadas
Unidades con nombre especial
• Hertz o hercio (Hz). Unidad de frecuencia. a
Definición: un hercio es un ciclo por cada segundo.
• Newton (N). Unidad de fuerza.
Definición: un newton es la fuerza necesaria para proporcionar una aceleración de 1 m/s2 a un objeto cuya
masa es de 1 kg.
• Pascal (Pa). Unidad de presión.
Definición: un pascal es la presión que ejerce una fuerza de 1 newton sobre una superficie de 1 metro cuadrado
normal a la misma.
• Watt o vatio (W). Unidad de potencia.
Definición: un vatio es la potencia que da lugar a una producción de energía igual a 1 julio por segundo. En
términos eléctricos, un vatio es la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una
corriente eléctrica de 1 amperio.
• Coulomb o culombio (C). Unidad de carga eléctrica.
Definición: un culombio es la cantidad de electricidad transportada en un segundo por una corriente de un
amperio de intensidad.
• Volt o voltio (V). Unidad de potencial eléctrico y fuerza electromotriz.
Definición: la diferencia de potencial a lo largo de un conductor cuando una corriente con una intensidad de un
amperio utiliza un vatio de potencia.
3
Sistema Internacional de Unidades
• Ohm u ohmio (Ω). Unidad de resistencia eléctrica.
Definición: un ohmio es la resistencia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor cuando una
diferencia de potencial constante de 1 voltio aplicada entre estos dos puntos produce, en dicho conductor, una
corriente de intensidad 1 amperio, cuando no haya fuerza electromotriz en el conductor.
• Siemens (S). Unidad de conductancia eléctrica.
Definición: un siemens es la conductancia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor que tiene un
ohmio de resistencia.
• Farad o faradio (F). Unidad de capacidad eléctrica.
Definición: un faradio es la capacidad de un conductor con una diferencia de potencial de un voltio tiene como
resultado una carga estática de un culombio.
• Tesla (T). Unidad de densidad de flujo magnético e intensidad de campo magnético.
Definición: un tesla es una inducción magnética uniforme que, repartida normalmente sobre una superficie de
un metro cuadrado, produce a través de esta superficie un flujo magnético total de un weber.
• Weber o weberio (Wb). Unidad de flujo magnético.
Definición: un weber es el flujo magnético que al atravesar un circuito de una sola espira produce en la misma
una fuerza electromotriz de 1 voltio si se anula dicho flujo en 1 segundo por decrecimiento uniforme.
• Henry o henrio (H). Unidad de inductancia.
Definición: un henrio es la inductancia de un circuito en el que una corriente que varía a razón de un amperio
por segundo da como resultado una fuerza electromotriz autoinducida de un voltio.
• Radián (rad). Unidad de ángulo plano.
Definición: un radián es el ángulo que limita un arco de circunferencia cuya longitud es igual al radio de la
circunferencia.
• Estereorradián (sr). Unidad de ángulo sólido.
Definición: un estereorradián es el ángulo sólido que, teniendo su vértice en el centro de una esfera, intercepta
sobre la superficie de dicha esfera un área igual a la de un cuadrado que tenga por lado el radio de la esfera
• Lumen (lm). Unidad de flujo luminoso
Definición: un lumen es el flujo luminoso producido por una candela de intensidad luminosa, repartida
uniformemente en un estereorradián.
4
Sistema Internacional de Unidades
5
• Lux (lx). Unidad de iluminancia
Definición: un lux es la iluminancia producida por un lumen de flujo luminoso, en una superficie equivalente a
la de un cuadrado de un metro de lado.
• Becquerel o becquerelio (Bq). Unidad de actividad radiactiva
Definición: un becquerel (o becquerelio) es una desintegración nuclear por segundo.
• Gray (Gy). Unidad de dosis de radiación absorbida.
Definición: un gray es la absorción de un julio de energía ionizante por un kilogramo de material irradiado.
• Sievert (Sv). Unidad de dosis de radiación absorbida equivalente
Definición: un sievert es la absorción de un julio de energía ionizante por un kilogramo de tejido vivo
irradiado.
• Katal (kat). Unidad de actividad catalítica
Definición: un katal es la actividad catalítica responsable de la transformación de un mol de compuesto por
segundo
• Grado Celsius (°C). Unidad de temperatura termodinámica.
La magnitud de un grado Celsius (1 °C) es igual a la de un kelvin.
Definición:
, donde t es la temperatura en grados Celsius y T en kélvines.
Unidades sin nombre especial
En principio, las unidades de base se pueden combinar libremente para formar otras unidades. A continuación se dan
las más importantes
• Unidad de área.
Definición: un metro cuadrado es el área equivalente a la de un cuadrado de 1 metro de lado.
• Unidad de volumen.
Definición: un metro cúbico es el volumen equivalente al de un cubo de 1 metro de lado.
• Unidad de velocidad o rapidez.
Definición: un metro por segundo es la velocidad de un cuerpo que, con movimiento uniforme, recorre una
longitud de un metro en 1 segundo.
• Unidad de ímpetu lineal o cantidad de movimiento.
Sistema Internacional de Unidades
Definición: es la cantidad de movimiento de un cuerpo con una masa de 1 kilogramo que se mueve con una
velocidad instantánea de 1 metro por segundo.
• Unidad de aceleración.
Definición: es el aumento de velocidad regular que sufre un objeto, equivalente a un metro por segundo cada
segundo.
• Unidad de número de onda.
Definición: es el número de onda de una radiación monocromática cuya longitud de onda es igual a 1 metro.
• Unidad de velocidad angular.
Definición: es la velocidad de un cuerpo que, con una rotación uniforme alrededor de un eje fijo, gira en 1
segundo, 1 radián.
• Unidad de aceleración angular.
Definición: es la aceleración angular de un cuerpo animado de una rotación uniformemente variada alrededor
de un eje fijo, cuya velocidad angular varía 1 radián por segundo, en 1 segundo.
• Unidad de momento de fuerza y torque.
Definición: es el momento o torque producido cuando una fuerza de un newton actúa a un metro de distancia
del eje fijo de un objeto, impulsando la rotación del mismo.
• Unidad de viscosidad dinámica
Definición: es la viscosidad dinámica de un fluido homogéneo, en el cual, el movimiento rectilíneo y uniforme
de una superficie plana de 1 metro cuadrado, da lugar a una fuerza retardatriz de 1 newton, cuando hay una
diferencia de velocidad de 1 metro por segundo entre dos planos paralelos separados por 1 metro de distancia.
• Unidad de entropía
Definición: es el aumento de entropía de un sistema que recibe una cantidad de calor de 1 julio, a la
temperatura termodinámica constante de 1 kelvin, siempre que en el sistema no tenga lugar ninguna
transformación irreversible.
• Unidad de calor específico o capacidad calorífica
Definición: es la cantidad de calor, medida en julios, que, en un cuerpo homogéneo de una masa de 1
kilogramo, produce una elevación de temperatura termodinámica de 1 kelvin.
6
Sistema Internacional de Unidades
• Unidad de conductividad térmica
Definición: es la conductividad térmica de un cuerpo homogéneo isótropo, en la que una diferencia de
temperatura de 1 kelvin entre dos planos paralelos, de área 1 metro cuadrado y distantes 1 metro, produce
entre estos planos un flujo térmico de 1 vatio.
• Unidad de intensidad del campo eléctrico.
Definición: es la intensidad de un campo eléctrico, que ejerce una fuerza de 1 newton sobre un cuerpo cargado
con una cantidad de electricidad de 1 culombio.
• Unidad de rendimiento luminoso.
Definición: es el rendimiento luminoso obtenido de un artefacto que gasta un vatio de potencia y genera un
lumen de flujo luminoso.
Normas ortográficas para los símbolos
Los símbolos de las unidades son entidades matemáticas y no abreviaturas, por lo que deben escribirse siempre tal
cual están definidos (p. ej., «m» para metro y «A» para ampere o amperio) y acompañando al correspondiente valor
numérico. Al dar magnitudes, deben usarse preferentemente los símbolos y no los nombres (p. ej., «50 kHz» mejor
que «50 kilohertz» o «50 kilohercios») y los símbolos no deben pluralizarse. El valor numérico y el símbolo de las
unidades deben ir separados por un espacio (por ejemplo: 50 m es correcto; *50m es incorrecto).
Los símbolos de las unidades SI se expresan con minúsculas; sin embargo, si dichos símbolos corresponden a
unidades derivadas de nombres propios, su letra inicial es mayúscula (W, de Watt, V, de Volta, Wb, de Weber, Ω
(omega mayúscula), de Ohm, etc.). La única excepción es el litro, cuyo símbolo puede escribirse como L mayúscula
para evitar confusiones con el número 1.
Asimismo, los submúltiplos y los múltiplos, includio el kilo (k), también se escriben con minúscula; desde mega, se
escriben con mayúscula. Se han de escribir en letra redonda (y no en bastardillas) independientemente del resto del
texto.[3] Por ejemplo: MIDE 20 km DE LONGITUD. Esto permite diferenciarlos de las variables.
Los símbolos no cambian aunque su valor no sea la unidad, es decir, no debe añadirse una s. Tampoco debe
escribirse punto (.) a continuación de un símbolo, a menos que sea el que sintácticamente corresponde al final de una
frase. Por lo tanto, es incorrecto escribir, por ejemplo, el símbolo de kilogramos como *Kg (con mayúscula), *kgs
(pluralizado) o *kg. (con el punto). La única manera correcta de escribirlo es «kg». Esto se debe a que se quiere
evitar que haya malas interpretaciones: «Kg», podría entenderse como kelvin•gramo, ya que «K» es el símbolo de la
unidad de temperatura kelvin. Por otra parte, ésta última se escribe sin el símbolo de grados «°», pues su nombre
correcto no es «grado Kelvin» °K, sino sólo kelvin (K).
El símbolo de segundos es «s» (en minúscula y sin punto posterior) y no *seg ni tampoco *segs. Los amperios no
deben abreviarse Amps., ya que su símbolo es A (con mayúscula y sin punto). El metro se simboliza con m (no *Mt,
ni *mts.).
7
Sistema Internacional de Unidades
Normas ortográficas para los nombres
Al contrario que los símbolos, los nombres no están normalizados internacionalmente, sino que dependen de la
lengua (así lo establece explícitamente la norma ISO 80000); según el SI, se consideran siempre nombres comunes y
se tratan como tales.
Los nombres de las unidades debidos a nombres propios de científicos eminentes deben escribirse con idéntica
ortografía que el nombre de éstos, pero con minúscula inicial. No obstante lo anterior, son igualmente aceptables sus
denominaciones castellanizadas de uso habitual, siempre que estén reconocidas por la Real Academia Española
(ejemplos: amperio, culombio, faradio, voltio, vatio, etc.
Legislación sobre el uso del SI
El SI puede ser usado legalmente en cualquier país del mundo, incluso en aquellos que no lo han implantado. En
muchos otros países su uso es obligatorio. En aquellos que utilizan todavía otros sistemas de unidades de medidas,
como los Estados Unidos y el Reino Unido, se acostumbra indicar las unidades del SI junto a las propias, a efectos
de conversión de unidades.
El Sistema Internacional fue adoptado por la undécima Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM o
Conférence Générale des Poids et Mesures) en 1960.
• En Argentina, el SI fue adoptado a través de la ley Nº 19.511, sancionada el 2 de marzo de 1972, conocida como
Sistema Métrico Legal Argentino (SIMELA) [4].
• En Chile, el SI fue adoptado el 29 de enero de 1848 por la Ley de Pesos y Medidas.
• En Ecuador fue adoptado mediante la Ley Nº 1.456 de Pesas y Medidas y promulgada en el Registro Oficial Nº
468 del 9 de enero de 1974.
• En España, en el Art. 149 (Título VIII) de la Constitución se atribuye al Estado la competencia exclusiva de
legislar sobre pesos y medidas. La ley que desarrolla esta materia es la Ley 3/1985, del 18 de marzo, actualizada
posteriormente mediante Real Decreto 1317/1989, de 27 de octubre [5] con motivo de la entrada de España en la
Unión Europea.
• En México, la inclusión se ejecutó cuando se unió al Tratado del Metro (en su antigua denominación como
Sistema Métrico de Unidades) en tiempos del presidente Porfirio Díaz, el 30 de diciembre de 1890. Incluso hoy
en día, su definición y legalización como sistema estándar, legal y oficial está inscrita en la Secretaría de
Economía, bajo la forma de Norma Oficial Mexicana.[6]
• En Perú el Sistema Legal de Unidades de Medida del Perú (SLUMP), entra en vigencia por Ley 23560 del 31 de
diciembre de 1982, a partir del 31 de marzo de 1983.
• En Uruguay entra en vigencia el uso obligatorio del SI a partir del 1 de enero de 1983 por medio de la ley 15.298.
• En Venezuela, en el año 1960, el Gobierno Nacional aprobó en todas sus partes, la Convención Internacional,
relativa al Sistema métrico y el Reglamento anexo a la referida convención ratificada el 12 de junio de 1876.
Posteriormente en el año 1981 se dispuso mediante una resolución, publicada en la Gaceta Oficial Extraordinaria
Nº 2.823 de fecha 14 de julio de ese año, la especificación y referencia de las Unidades de Medidas del Sistema
Legal Venezolano.[7]
Tabla de múltiplos y submúltiplos
El separador decimal debe estar en la línea con los dígitos y se empleara la coma (,) salvo textos en inglés que
emplean el punto (.). No debe ponerse ningún otro signo entre los números. Para facilitar la lectura los números
pueden agruparse de a tres, pero no se deben utilizar ni comas ni puntos en los espacios entre grupos. Ejemplo:
123 456 789,987 546. En algunos países se acostumbra a separar los miles por un punto para facilitar su lectura
(Ejemplo: 123.456.789,987 546), siendo esta notación desaconsejada y ajena a la normativa establecida en el
Sistema Internacional de Unidades.[8]
8
Sistema Internacional de Unidades
1000n
10n
Prefijo
Símbolo
9
Escala Corta
Escala Larga
10008
1024
yotta
Y
Septillón
Cuatrillón
10007
1021
zetta
Z
Sextillón
Mil trillones
10006
1018
exa
E
Quintillón
Trillón
10005
1015
peta
P
Cuatrillón
Mil billones
10004
1012
tera
T
Trillón
Billón
10003
109
giga
G
Billón
10002
106
mega
10001
103
10002/3
Equivalencia decimal en los Prefijos del SI
Asignación
1 000 000 000 000 000 000 000 000
1991
1 000 000 000 000 000 000 000
1991
1 000 000 000 000 000 000
1975
1 000 000 000 000 000
1975
1 000 000 000 000
1960
Mil millones / Millardo 1 000 000 000
1960
M
Millón
1 000 000
1960
kilo
k
Mil / Millar
1 000
1795
102
hecto
h
Cien / Centena
100
1795
10001/3
101
deca
da
Diez / Decena
10
1795
10000
100
Uno / Unidad
1
ninguno
1000−1/3 10−1
deci
d
Décimo
0,1
1795
1000−2/3 10−2
centi
c
Centésimo
0,01
1795
1000−1
10−3
mili
m
Milésimo
0,001
1795
1000−2
10−6
micro
µ
Millonésimo
0,000 001
1960
1000−3
10−9
nano
n
Billonésimo
Milmillonésimo
0,000 000 001
1960
1000−4
10−12 pico
p
Trillonésimo
Billonésimo
0,000 000 000 001
1960
1000−5
10−15 femto
f
Cuatrillonésimo
Milbillonésimo
0,000 000 000 000 001
1964
1000−6
10−18 atto
a
Quintillonésimo
Trillonésimo
0,000 000 000 000 000 001
1964
1000−7
10−21 zepto
z
Sextillonésimo
Miltrillonésimo
0,000 000 000 000 000 000 001
1991
1000−8
10−24 yocto
y
Septillonésimo
Cuatrillonésimo
0,000 000 000 000 000 000 000 001
1991
Véase también
•
•
•
•
•
•
•
Prefijos del Sistema Internacional de Unidades
Sistema métrico decimal
Sistema Cegesimal de Unidades, de cgs (centímetro, gramo, segundo)
Sistema Técnico de Unidades o mks (metro, kilogramo, segundo)
Sistema Anglosajón de Unidades
Unidades de Planck
Sistema Métrico Legal Argentino
Sistema Internacional de Unidades
Referencias
[1] Ledanois, Jean Marie; López de Ramos, Aura L.. Ediciones de la Universidad Simón Bolívar (ed.): « Sistema Internacional de Unidades
(http:/ / books. google. es/ books?id=ukHjzFoHPtIC& printsec=frontcover#v=onepage& q& f=false)» (en español). Magnitudes, Dimensiones
y Conversiones de unidades pág. 7. Equinoccio. Archivado desde el original (http:/ / books. google. es/ books?id=ukHjzFoHPtIC& pg=PA7&
dq=Símbolo+ dimensional+ sistema+ de+ unidades& hl=es& ei=tuiyTJmXCYXOswb02Ym-DQ& sa=X& oi=book_result& ct=result&
resnum=2& ved=0CDUQ6AEwAQ#v=onepage& q=Símbolo dimensional sistema de unidades& f=false), el 1996. Consultado el 24 de
noviembre de 2010.
[2] Precisamente esta es una de las mejoras que ha hecho el SI respecto a sistemas métricos antiguos, puesto que antes coincidían las unidades de
masa y peso (o fuerza): el kilogramo. En ciencia se utilizaba el kilopondio o el kilogramo fuerza para el peso, pero era fácil confundirlas con la
unidad de masa y, de hecho, en la vida corriente se siguen identificando (al pesar en las compras, en la práctica se están usando kilopondios).
[3] Bureau International des Poids et Mesures. « The International System of Units, 5.1 Unit Symbols (http:/ / www. bipm. org/ utils/ common/
pdf/ si_brochure_8_en. pdf)» (en inglés)..
[4] http:/ / es. wikipedia. org/ wiki/ Sistema_M%C3%A9trico_Legal_Argentino#Definici. C3. B3n_de_las_unidades_de_base
[5] http:/ / www. cem. es/ cem/ es_ES/ common/ pop_externo. jsp?url=/ es/ legislacion/ 00000446RECURSO. pdf
[6] Centro Nacional de Metrología (CENAM). « Sistema Internacional de Unidades (SI) (http:/ / www. cenam. mx/ siu. aspx)». Consultado el 10
de enero del 2011.
[7] Servicio Autónomo Nacional de de Normalización, Calidad, Metrología y Reglamentos Técnicos (SENCAMER). « El Sistema Internacional
de Unidades (SI) (http:/ / www. sencamer. gob. ve/ node/ 31)». Consultado el 24 de noviembre de 2010.
[8] Bureau International des Poids et Mesures. « Resolution 10 of the 22nd meeting of the CGPM (2003) (http:/ / www. bipm. org/ jsp/ en/
ViewCGPMResolution. jsp?CGPM=22& RES=10)» (en inglés). Consultado el 2 de marzo de 2009.
Notas
• http://physics.nist.gov/Pubs/SP330/contents.html Physics.nist.gov/sp330]
• Guía del uso del Sistema Internacional de Unidades (en inglés) (http://physics.nist.gov/cuu/pdf/sp811.pdf)
• Centro Español de Metrología (http://www.cem.es/cem/es_ES/metrologia/sistemaunidades_basicas.
jsp?op=sistemaunidades_basicas)
• ScienceWorld.Wolfram.com (http://scienceworld.wolfram.com/physics/SI.html)
• BIPM.org (http://www.bipm.org/en/si/)
• B Oficial España: Unidades legales de medida (http://www.boe.es/boe/dias/1989/11/03/pdfs/
A34496-34500.pdf)
• B Oficial España: Añade 2 múltiplos y 2 submúltiplos de Unidades legales de medida (http://www.boe.es/boe/
dias/1997/12/03/pdfs/A35542-35543.pdf)
• Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 2056:1996 - Metrología. Vocabulario internacional de términos
fundamentales y generales. Instituto Ecuatoriano de Normalización, en Quito, Ecuador.
Enlaces externos
• Bureau International des Poids et Mesures - The International System of Mesures (http://www.bipm.org/utils/
common/pdf/si_brochure_8_en.pdf)
• National Institute of Standards & Technology - Guide for the Use of the International System of Units (SI) (http:/
/physics.nist.gov/cuu/pdf/sp811.pdf)
• IUPAP Commission Chairs C2. Symbols, Units, Nomenclature, Atomic Masses and Fundamental Constants
(http://www.iupap.org/index.html)* Widman.biz (http://www.widman.biz/Seleccion/Viscosidad/
Conversiones/Sistemas/sistemas.html) (conversor de medidas)
• VaxaSoftware.com (http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/gen.html) (definición de las unidades del SI;
múltiplos y submúltiplos)
• sc.ehu.es (http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/unidades/unidades/unidades.htm) (Sistema Internacional de
Unidades)
• Conversor de unidades online (http://www.valvias.com/prontuario-conversor-de-unidades.php)
• Conversor de unidades (http://www.convertworld.com/es/)
10
Unidades derivadas del Sistema Internacional
11
Unidades derivadas del Sistema Internacional
Las unidades derivadas son parte del Sistema Internacional de Unidades y se derivan de las unidades básicas que
son:
•
•
•
•
•
•
•
metro (m), unidad de longitud
kilogramo (kg), unidad de masa
segundo (s), unidad de tiempo
amperio (A), unidad de intensidad de corriente eléctrica
kelvin (K), unidad de temperatura
mol (mol), unidad de cantidad de sustancia
candela (cd), unidad de intensidad luminosa
De las cuales se obtienen:
Unidades derivadas que tienen nombre propio
Magnitud física
Nombre de la
unidad
Símbolo de la
unidad
Expresada en unidades
derivadas
Expresada en unidades
básicas
Frecuencia
Hercio
Hz
s-1
Fuerza
Newton
N
m·kg·s-2
Presión
Pascal
Pa
N·m-2
m-1·kg·s-2
Energía, trabajo, calor
Julio
J
N·m
m2·kg·s-2
Potencia
Vatio
W
J·s-1
m2·kg·s-3
Carga eléctrica
Coulomb
C
Potencial eléctrico, voltaje inducido
Voltio
V
J·C-1
m2·kg·s-3·A-1
Resistencia eléctrica
Ohmio
Ω
V·A-1
m2·kg·s-3·A-2
Conductancia eléctrica
Siemens
S
A·V-1
m-2·kg-1·s3·A2
Capacitancia eléctrica
Faradio
F
C·V-1
m-2·kg-1·s4·A2
Densidad de flujo magnético, inducción
magnética, polarización magnética
Tesla
T
V·s·m-2
kg·s-2·A-1
Flujo magnético
Weber
Wb
V·s
m2·kg·s-2·A-1
Inductancia
Henrio
H
V·A-1·s
m2·kg·s-2·A-2
Ángulo plano
Radián
rad
m·m-1
Ángulo sólido
Estereorradián
sr
m2·m-2
Flujo luminoso
Lumen
lm
cd·sr
Iluminancia
Lux
lx
lm·m-2
Actividad radiactiva
Becquerel
Bq
Dosis de radiación absorbida
Gray
Gy
J·kg-1
m2·s-2
Dosis equivalente
Sievert
Sv
J·kg-1
m2·s-2
A·s
cd·sr·m-2
s-1
Unidades derivadas del Sistema Internacional
12
Actividad catalítica
Katal
kat
Temperatura termodinámica
Celsius
°C
Área
Metro cuadrado
m2
Volumen
Metro cúbico
m3
mol·s-1
K − 273.15
Velocidad, rapidez
Velocidad angular
m·s-1
rad·s-1
Aceleración
Momento de fuerza
s-1
m·s-2
N·m
m2·kg·s-2
Densidad
kg·m-3
Volumen específico
m3·kg-1
Concentración
mol·m-3
Volumen molar
m3·mol-1
Energía molar
J·mol-1
m2·kg·s-2·mol-1
Energía específica
J·kg-1
m2·s-2
Densidad de energía
J·m-3
m-1·kg·s-2
Tensión superficial
N·m-1=J·m-2
kg·s-2
Densidad de flujo de calor
W·m-2
kg·s-3
Irradiancia
W·m-2
kg·s-3
Conductividad térmica
W·m-1·K-1
m·kg·s-3·K-1
Viscosidad cinemática, coeficiente de difusión
m2·s-1
Viscosidad dinámica
N·s·m-2 = Pa·s
m-1·kg·s-1
Permeabilidad
H·m-1
m·kg·s-2·A-2
Intensidad de campo eléctrico
V·m-1
m·kg·s-3·A-1
Intensidad de campo magnético
A·m-1
Luminancia
cd·m-2
Exposición (rayos X y gamma)
C·kg-1
kg-1·s·A
Tasa de dosis absorbida
Gy·s-1
m2·s-3
Materia
13
Materia
Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio. En física y filosofía, materia es el término para referirse a
los constituyentes de la realidad material objetiva, entendiendo por objetiva que pueda ser percibida de la misma
forma por diversos sujetos. Se considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos perceptibles o
detectables por medios físicos. Es decir es todo aquello que ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, se puede
sentir, se puede medir, etc.
También se usa el término para designar al tema que compone una obra literaria, científica, política, etc. Esta
distinción da lugar a la oposición "materia-forma", considerando que una misma materia, como contenido o tema,
puede ser tratado, expuesto, considerado, etc. de diversas formas: de estilo, de expresión, de enfoque o punto de
vista. Se usa también para hablar de una asignatura o disciplina en la enseñanza.
Concepto físico
En física, se llama materia a cualquier tipo de entidad física que es parte del universo observable, tiene energía
asociada, es capaz de interaccionar, es decir, es medible y tiene una localización espaciotemporal compatible con las
leyes de la física.
Clásicamente se consideraba que la materia tiene tres propiedades que juntas la caracterizan: que ocupa un lugar en
el espacio y que tiene masa y duración en el tiempo.
En el contexto de la física moderna se entiende por materia cualquier campo, entidad, o discontinuidad traducible a
fenómeno perceptible que se propaga a través del espacio-tiempo a una velocidad igual o inferior a la de la luz y a la
que se pueda asociar energía. Así todas las formas de materia tienen asociadas una cierta energía pero sólo algunas
formas de materia tienen masa.
Materia másica
La materia másica está jerárquicamente organizada en
varios niveles y subniveles. La materia másica puede
ser estudiada desde los puntos de vista macroscópico y
microscópico. Según el nivel de descripción adoptado
debemos adoptar descripciones clásicas o descripciones
cuánticas. Una parte de la materia másica,
concretamente la que compone los astros subenfriados
y las estrellas, está constituida por moléculas, átomos, e
iones. Cuando las condiciones de temperatura lo
permite la materia se encuentra condensada.
Nivel microscópico
El nivel microscópico de la materia másica puede
entenderse como un agregado de moléculas. Éstas a su
vez son agrupaciones de átomos que forman parte del
nivel microscópico. A su vez existen niveles
microscópicos que permiten descomponer los átomos
en constituyentes aún más elementales, que sería el
siguiente nivel son:
Los constituyentes básicos de la materia másica conocida son los
fermiones como los "quarks" (púrpura) y "leptones" (verde). Los
bosones (rojo) son "materia no-másica".
Materia
• Electrones: partículas leptónicas con carga eléctrica negativa.
• Protones: partículas bariónicas con carga eléctrica positiva.
• Neutrones: partículas bariónicas sin carga eléctrica (pero con momento magnético).
A partir de aquí hay todo un conjunto de partículas subatómicas que acaban finalmente en los constituyentes últimos
de la materia. Así por ejemplo virtualmente los bariones del núcleo (protones y neutrones) se mantienen unidos
gracias a un campo escalar formado por piones (bosones de espín cero). E igualmente los protones y neutrones,
sabemos que no son partículas elementales, sino que tienen constituyentes de menor nivel que llamamos quarks (que
a su vez se mantienen unidos mediante el intercambio de gluones virtuales).
Nivel macroscópico
Macroscópicamente, la materia másica se presenta en las condiciones imperantes en el sistema solar, en uno de
cuatro estados de agregación molecular: sólido, líquido, gaseoso y plasma. De acuerdo con la teoría cinética
molecular la materia se encuentra formada por moléculas y éstas se encuentran animadas de movimiento, el cual
cambia constantemente de dirección y velocidad cuando chocan o bajo el influjo de otras interacciones físicas.
Debido a este movimiento presentan energía cinética que tiende a separarlas, pero también tienen una energía
potencial que tiende a juntarlas. Por lo tanto el estado físico de una sustancia puede ser:
• Sólido: si la energía cinética es menor que la potencial.
• Líquido: si la energía cinética y potencial son aproximadamente iguales.
• Gaseoso: si la energía cinética es mayor que la potencial.
• Plasma: si la energía cinética es tal que los electrones tienen una energía total positiva.
Bajo ciertas condiciones puede encontrarse materia másica en otros estados físicos, como el condensado de
Bose-Einstein o el condensado fermiónico.
La manera más adecuada de definir materia másica es describiendo sus cualidades:
• Presenta dimensiones, es decir, ocupa un lugar en un espacio-tiempo determinado.
• Presenta inercia: la inercia se define como la resistencia que opone la materia a modificar su estado de reposo o
movimiento.
• La materia es la causa de la gravedad o gravitación, que consiste en la atracción que actúa siempre entre objetos
materiales aunque estén separados por grandes distancias.
Materia no-másica
Una gran parte de la energía del universo corresponde a formas de materia formada por partículas o campos que no
presentan masa, como la luz y la radiación electromagnética, las dos formada por fotones sin masa.
Otro tipo de partículas de las que no sabemos con seguridad si es másica son los neutrinos que inundan todo el
universo y son responsables de una parte importante de toda la energía del universo. Junto con estas partículas no
másicas, se postula la existencia de otras partículas como el gravitón, el fotino y el gravitino, que serían todas ellas
partículas sin masa aunque contribuyen a la energía total del universo.
14
Materia
Distribución de materia en el universo
Según los modelos físicos actuales,
sólo aproximadamente el 5% de
nuestro universo está formado por
materia másica ordinaria. Se supone
que una parte importante de esta masa
sería materia bariónica formada por
bariones y electrones, que sólo
supondrían alrededor de 1/1850 de la
masa de la materia bariónica. El resto
de nuestro universo se compondría de
materia oscura (23%) y energía oscura
(72%).
A pesar que la materia bariónica
representa un porcentaje tan pequeño,
Según estimaciones recientes, resumidas en este gráfico de la NASA, alrededor del 70%
la mitad de ella todavía no se ha
del contenido energético del Universo consiste en energía oscura, cuya presencia se
encontrado. Todas las estrellas,
infiere en su efecto sobre la expansión del Universo pero sobre cuya naturaleza última no
galaxias y gas observable forman
se sabe casi nada.
menos de la mitad de los bariones que
debería haber. La hipótesis principal sobre el resto de materia bariónica no encontrada es que, como consecuencia
del proceso de formación de estructuras posterior al big bang, está distribuida en filamentos gaseosos de baja
densidad que forman una red por todo el universo y en cuyos nodos se encuentran los diversos cúmulos de galaxias.
Recientemente (mayo de 2008) el telescopio XMM-Newton de la agencia espacial europea ha encontrado pruebas de
la existencia de dicha red de filamentos.[1]
Propiedades de la materia ordinaria
Propiedades generales
Las presentan los cuerpos sin distinción y por tal motivo no permiten diferenciar una sustancia de otra. Algunas de
las propiedades generales se les da el nombre de extensivas, pues su valor depende de la cantidad de materia, tales el
caso de la masa, peso, volumen, la inercia, la energía, impenetrabilidad, porosidad, divisibilidad, elasticidad,
maleabilidad, tenacidad y dureza entre otras.
Propiedades características
Permiten distinguir una sustancia de otra. También reciben el nombre de propiedades intensivas porque su valor es
independiente de la cantidad de materia. Las propiedades características se clasifican en:
15
Materia
16
Físicas
Es el caso de la densidad, el punto de fusión, el punto de ebullición, el coeficiente de solubilidad, el índice de
refracción, el módulo de Young y las propiedades organolépticas.
Químicas
Están contituidas por el comportamiento de las sustancias al combinarse con otras, y los cambios con su estructura
íntima como consecuencia de los efectos de diferentes clases de energía.
Ejemplos:
•
•
•
•
corrosividad de ácidos
poder calorífico
acidez
reactividad
Ley de la conservación de la materia
Como hecho científico la idea de que la masa se conserva se remonta al químico Lavoisier, el científico francés
considerado padre de la Química moderna que midió cuidadosamente la masa de las sustancias antes y después de
intervenir en una reacción química, y llegó a la conclusión de que la materia, medida por la masa, no se crea ni
destruye, sino que sólo se transforma en el curso de las reacciones. Sus conclusiones se resumen en el siguiente
enunciado: En una reacción química, la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma. El mismo principio
fue descubierto antes por Mijaíl Lomonosov, de manera que es a veces citado como ley de Lomonosov-Lavoisier,
más o menos en los siguientes términos: La masa de un sistema de sustancias es constante, con independencia de los
procesos internos que puedan afectarle, es decir, "La suma de los productos, es igual a la suma de los reactivos,
manteniéndose constante la masa". Sin embargo, tanto las telas modernas como el mejoramiento de la precisión de
las medidas han permitido establecer que la ley de Lomonosov-Lavoisier, se cumple sólo aproximadamente.
La equivalencia entre masa y energía descubierta por Einstein obliga a rechazar la afirmación de que la masa
convencional se conserva, porque masa y energía son mutuamente convertibles. De esta manera se puede afirmar que
la masa relativista equivalente (el total de masa material y energía) se conserva, pero la masa en reposo puede
cambiar, como ocurre en aquellos procesos relativísticos en que una parte de la materia se convierte en fotones. La
conversión en reacciones nucleares de una parte de la materia en energía radiante, con disminución de la masa en
reposo; se observa por ejemplo en procesos de fisión como la explosión de una bomba atómica, o en procesos de
fusión como la emisión constante de energía que realizan las estrellas.
Concepto filosófico
Desde el comienzo de la filosofía, y en casi todas las culturas, se encuentra este concepto vagamente formulado
como lo que permanece por debajo de las apariencias cambiantes de las cosas de la naturaleza. Según esa idea, todo
lo observable está dado en sus diversas y cambiantes apariencias en un soporte o entidad en la que radica el
movimiento y cambio de las cosas: la materia.
Principio único o diversos
Una cuestión filosófica importante fue si toda la materia o sustrato material tenía un principio único o tenía diversas
fuentes. Que dicho sustrato sea uno sólo, o varios principios materiales, (aire, fuego, tierra y agua), fue cuestión
planteada por los filósofos milesios; los eleatas, en cambio, cuestionaron la realidad del movimiento y, junto con los
pitagóricos, fundamentaron el ser en un principio formal del pensamiento, dejando a la materia meramente como
algo indeterminado e inconsistente, un no-ser.
Materia
El atomismo
Mayor trascendencia histórica ha tenido la teoría atomista de la antigüedad, puesta de nuevo en vigor por el
mecanicismo racionalista en el siglo XVII y XVIII, que supuso el soporte teórico básico para el nacimiento de la
ciencia física moderna.
Hilemorfismo
Platón y sobre todo Aristóteles elaboraron el concepto de forma, correlativo y en contraposición a la materia,
dándole a ésta el carácter metafísico y problemático que ha tenido a lo largo de la historia del pensamiento, al mismo
tiempo que ha servido como concepto que se aplica en otros contextos.
Es Aristóteles quien elaboró el concepto de materia de manera más completa, si bien el aspecto metafísico quedó
relegado a la escolástica.
Para Aristóteles, siguiendo la tradición de los milesios y de Platón, la característica fundamental de la materia es la
receptividad de la forma. La materia puede ser todo aquello capaz de recibir una forma. Por eso ante todo la materia
es potencia de ser algo, siendo el algo lo determinado por la forma.
En función de este concepto hay tantas clases de materias como clases de formas capaces de determinar a un ser.
Puesto que el movimiento consiste en un cambio de forma de la sustancia, el movimiento se explica en función de la
materia como potencia y el acto como forma de determinación de la sustancia.
La materia, en tanto que sustancia y sujeto, es la posibilidad misma del movimiento. Hay tantas clases de materia
cuantas posibles determinaciones de la sustancia en sus predicados.
Cuando las determinaciones son accidentales la materia viene dada por la situación de la sustancia en potencia
respecto a recepción de una nueva forma. Así el estar sentando en acto es materia en potencia para estar de pie; el
movimiento consiste en pasar de estar de pie en potencia, a estar de pie en acto.
El problema es la explicación del cambio sustancial que se produce en la generación y corrupción de la sustancia.
Aparece aquí el concepto metafísico de materia prima, pura potencia de ser que no es nada, puesto que no tiene
ninguna forma de determinación.
La tradicional fórmula escolástica por la que se suele definir la materia prima da idea de que realmente es difícil
concebir una realidad que se corresponda con dicho concepto: No es un qué (sustancia), ni una cualidad, ni una
cantidad ni ninguna otra cosa por las cuales se determina el ser. Una definición meramente negativa que incumple
las leyes mismas de la definición. Pura posibilidad de ser que no es nada.
Sin embargo el concepto aristotélico de materia ha tenido aplicaciones en diversos sentidos.
Errores comunes al estudiar la materia
Diferencia nominativa de magnitudes cuantificables
Sabemos que dentro de la clasificación de propiedades y magnitudes cuantificables existe el criterio: propiedades
físicas y químicas. En el caso de las propiedades físicas, estas se subdividen en escalares, vectoriales y tensoriales.
Dentro de las propiedades físicas tenemos la masa y dentro de las propiedades vectoriales está el peso. Ahora bien,
por la tergiversación de los conceptos mismos y por el mal uso cotidiano de las propiedades de la materia, se nomina
la masa como peso, siendo estas dos propiedades diametralmente opuestas. Una es la cantidad de materia que hay en
un sistema que ocupe algún volumen en el espacio y la segunda es la medida de la fuerza que ejerce la gravedad
sobre la masa misma.
Otro error muy común es la asignación de nombre a señaléticas (los cuales en muchos casos no corresponde).
Cuando en una carretera se asigna un letrero que dice: "Disminuir la velocidad al entrar a la ciudad" o "Velocidad
máxima: 120 km/h"; todos estos son erróneos, puesto que la velocidad es una magnitud vectorial y contempla en ella
17
Materia
18
no solo el valor (módulo) al que se desplace el móvil, sino que a la dirección, sentido, punto de aplicación y punto de
origen de este. En esos casos, deberíaa decir: Rapidez máxima. Y por esto mismo, el instrumento de medición de los
vehículos se llama en realidad rapidímetro u oggmetro, pero jamás Velocímetro (esto es una nominación y uso
incorrecto del concepto en su correcta acepción). Si vemos como un todo en el universo se puede comprender este
concepto.
Miscelánea
• El kilogramo es una unidad de la cantidad de materia, corresponde a la masa de un dm³ (1 litro) de agua pura a
4 °C de temperatura. A partir de esta medida, se creó un bloque de platino e iridio de la misma masa que se
denominó kilogramo patrón. Éste se conserva en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas de Sèvres (Francia).
• La cantidad de materia también puede ser estimada por la energía contenida en una cierta región del espacio, tal
como sugiere la fórmula E = m.c² que da la equivalencia entre masa y energía establecida por la teoría de la
relatividad de Albert Einstein.
• "Tabla de densidades" en [kg/m3]: Osmio 22300, Oro 19300 - Hierro 7960 - Cemento 3000 - Agua 1000 - Hielo
920 - Madera 600 a 900 - Aire 1,29.
• La temperatura es una magnitud que indica el grado de agitación térmica de una sustancia. Asimismo, cuando dos
sustancias que están en contacto tienen distintas temperaturas se produce una transferencia de energía térmica (en
forma de calor) hasta igualar ambas temperaturas. En el momento en que se igualan las temperaturas se dice que
estas dos sustancias están en equilibrio térmico.
• Los tres elementos químicos más abundantes en el universo son H, He y C; algunas de sus propiedades más
importantes son:
• Hidrógeno (H2): Densidad = 0,0899 kg/m³ Teb = -252,9 °C, Tf =-259,1 °C.
• Helio (He): Densidad = 0,179 kg/m³ Teb = -268,9 °C, Tf = -272,2 °C.
• Carbono (C): Densidad = 2267 kg/m³ Teb = 4027 °C, Tf = 3527 °C.
Véase también
• Antimateria
• Material
• Forma (filosofía)
Referencias
[1] ESA (ed.): « El XMM descubre parte de la materia perdida del universo (http:/ / www. esa. int/ esaCP/ SEMQLPZXUFF_index_0. html)».
Enlaces externos
•
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Masa
Masa
La masa, en física, es la cantidad de
materia de un cuerpo.[1] Es una propiedad
intrínseca de los cuerpos que determina la
medida de la masa inercial y de la masa
gravitacional. La unidad utilizada para
medir la masa en el Sistema Internacional de
Unidades es el kilogramo (kg). Es una
cantidad escalar y no debe confundirse con
el peso, que es una cantidad vectorial que
representa una fuerza.
Historia
El concepto de masa surge de la confluencia
Patrón de un kilogramo masa.
de dos leyes: la ley Gravitación Universal de
Newton y la 2ª Ley de Newton (o 2º
"Principio"). Según la ley de la Gravitación de Newton, la atracción entre dos cuerpos es proporcional al producto de
dos constantes, denominadas masa gravitacional —una de cada uno de ellos—, siendo así la masa gravitatoria una
propiedad de la materia en virtud de la cual dos cuerpos se atraen; por la 2ª ley (o principio) de Newton, la fuerza
aplicada sobre un cuerpo es directamente proporcional a la aceleración que experimenta, denominándose a la
constante de proporcionalidad: masa inercial del cuerpo.
Para Einstein la gravedad es una propiedad del espacio-tiempo: una deformación de la geometría del espacio-tiempo
por efecto de la masa de los cuerpos.[2]
No es obvio que la masa inercial y la masa gravitatoria coincidan. Sin embargo todos los experimentos muestran que
sí. Para la física clásica esta identidad era accidental. Ya Newton, para quien peso e inercia eran propiedades
independientes de la materia, propuso que ambas cualidades son proporcionales a la cantidad de materia, a la cual
denominó "masa". Sin embargo, para Einstein, la coincidencia de masa inercial y masa gravitacional fue un dato
crucial y uno de los puntos de partida para su teoría de la Relatividad y, por tanto, para poder comprender mejor el
comportamiento de la naturaleza. Según Einstein, esa identidad significa que: «la misma cualidad de un cuerpo se
manifiesta, de acuerdo con las circunstancias, como inercia o como peso.»
Esto llevó a Einstein a enunciar el Principio de equivalencia: «las leyes de la naturaleza deben expresarse de modo
que sea imposible distinguir entre un campo gravitatorio uniforme y un sistema referencial acelerado.» Así pues,
«masa inercial» y «masa gravitatoria» son indistinguibles y, consecuentemente, cabe un único concepto de
«masa» como sinónimo de «cantidad de materia», según formuló Newton.
En palabras de D. M. McMaster: «la masa es la expresión de la cantidad de materia de un cuerpo, revelada por su
peso, o por la cantidad de fuerza necesaria para producir en un cuerpo cierta cantidad de movimiento en un tiempo
dado.»[3]
En la física clásica, la masa es una constante de un cuerpo. En física relativista, la masa es función de la velocidad
que el cuerpo posee respecto al observador. Además, la física relativista demostró la relación de la masa con la
energía, quedando probada en las reacciones nucleares; por ejemplo, en la explosión de una bomba atómica queda
patente que la masa es una magnitud que trasciende a la masa inercial y a la masa gravitacional.
Es un concepto central en física, química, astronomía y otras disciplinas afines.
19
Masa
20
Masa inercial
La masa inercial para la física clásica viene determinada por la Segunda y Tercera Ley de Newton. Dados dos
cuerpos, A y B, con masas inerciales mA (conocida) y mB (que se desea determinar), en la hipótesis dice que las
masas son constantes y que ambos cuerpos están aislados de otras influencias físicas, de forma que la única fuerza
presente sobre A es la que ejerce B, denominada FAB, y la única fuerza presente sobre B es la que ejerce A,
denominada FBA, de acuerdo con la Segunda Ley de Newton:
.
donde aA y aB son las aceleraciones de A y B, respectivamente. Es necesario que estas aceleraciones no sean nulas,
es decir, que las fuerzas entre los dos objetos no sean iguales a cero. Una forma de lograrlo es, por ejemplo, hacer
colisionar los dos cuerpos y efectuar las mediciones durante el choque.
La Tercera Ley de Newton afirma que las dos fuerzas son iguales y opuestas:
.
Sustituyendo en las ecuaciones anteriores, se obtiene la masa de B como
.
Así, el medir aA y aB permite determinar mB en relación con mA, que era lo buscado. El requisito de que aB sea
distinto de cero hace que esta ecuación quede bien definida.
En el razonamiento anterior se ha supuesto que las masas de A y B son constantes. Se trata de una suposición
fundamental, conocida como la conservación de la masa, y se basa en la hipótesis de que la materia no puede ser
creada ni destruida, sólo transformada (dividida o recombinada). Sin embargo, a veces es útil considerar la variación
de la masa del cuerpo en el tiempo; por ejemplo, la masa de un cohete decrece durante su lanzamiento. Esta
aproximación se hace ignorando la materia que entra y sale del sistema. En el caso del cohete, esta materia se
corresponde con el combustible que es expulsado; la masa conjunta del cohete y del combustible es constante.
Masa gravitacional
Considérense dos cuerpos A y B con masas gravitacionales MA y MB, separados por una distancia |rAB|. La Ley de la
Gravitación de Newton dice que la magnitud de la fuerza gravitatoria que cada cuerpo ejerce sobre el otro es
donde G es la constante de gravitación universal. La sentencia anterior se puede reformular de la siguiente manera:
dada la aceleración g de una masa de referencia en un campo gravitacional (como el campo gravitatorio de la Tierra),
la fuerza de la gravedad en un objeto con masa gravitacional M es de la magnitud
.
Esta es la base según la cual las masas se determinan en las balanzas. En las balanzas de baño, por ejemplo, la fuerza
|F| es proporcional al desplazamiento del muelle debajo de la plataforma de pesado (véase Ley de Hooke), y la escala
está calibrada para tener en cuenta g de forma que se pueda leer la masa M.
Masa
21
Equivalencia de la masa inercial y la masa gravitatoria
Se demuestra experimentalmente que la masa inercial y la masa gravitacional son iguales —con un grado de
precisión muy alto—. Estos experimentos son esencialmente pruebas del fenómeno ya observado por Galileo de que
los objetos caen con una aceleración independiente de sus masas (en ausencia de factores externos como el
rozamiento).
Supóngase un objeto con masas inercial y gravitacional m y M, respectivamente. Si la gravedad es la única fuerza
que actúa sobre el cuerpo, la combinación de la segunda ley de Newton y la ley de la gravedad proporciona su
aceleración como:
Por tanto, todos los objetos situados en el mismo campo gravitatorio caen con la misma aceleración si y sólo si la
proporción entre masa gravitacional e inercial es igual a una constante. Por definición, se puede tomar esta
proporción como 1.
Consecuencias de la Relatividad
En la teoría especial de la relatividad la "masa" se refiere a la masa inercial de un objeto medida en el sistema de
referencia en el que está en reposo (conocido como "sistema de reposo"). El método anterior para obtener la masa
inercial sigue siendo válido, siempre que la velocidad del objeto sea mucho menor que la velocidad de la luz, de
forma que la mecánica clásica siga siendo válida.
Históricamente, se ha usado el término "masa" para describir a la magnitud E/c², (que se denominaba "masa relativista") y a m,
que se denominaba "masa en reposo". Los físicos no recomiendan seguir esta terminología, porque no es necesario tener dos
términos para la energía de una partícula y porque crea confusión cuando se habla de partículas "sin masa". En este artículo,
siempre se hace referencia a la "masa en reposo". Para más información, véase el 'Usenet Relativity FAQ' en la sección de
Enlaces externos.
En la mecánica relativista, la masa de una partícula libre está relacionada con su energía y su momento lineal según
la siguiente ecuación:
.
Que se puede reordenar de la siguiente manera:
El límite clásico se corresponde con la situación en la que el momento p es mucho menor que mc, en cuyo caso se
puede desarrollar la raíz cuadrada en una serie de Taylor:
El término principal, que es el mayor, es la energía en reposo de la partícula. Si la masa es distinta de cero, una
partícula siempre tiene como mínimo esta cantidad de energía, independientemente de su momentum. La energía en
reposo, normalmente, es inaccesible, pero puede liberarse dividiendo o combinando partículas, como en la fusión y
fisión nucleares. El segundo término es la energía cinética clásica, que se demuestra usando la definición clásica de
momento cinético o momento lineal:
y sustituyendo para obtener:
Masa
La relación relativista entre energía, masa y momento también se cumple para partículas que no tienen masa (que es
un concepto mal definido en términos de mecánica clásica). Cuando m = 0, la relación se simplifica en
donde p es el momento relativista.
Esta ecuación define la mecánica de las partículas sin masa como el fotón, que son las partículas de la luz.
Masa Convencional
Según el documento D28 "Conventional value of the result of weighing in air" de la Organización Internacional de
Metrología Legal (OIML), la masa convencional de un cuerpo es igual a la masa de un patrón de densidad igual a
8.000 kg/m3 que equilibra en el aire a dicho cuerpo en condiciones convencionalmente escogidas: temperatura del
aire igual a 20 °C y densidad del aire igual a 0,0012 g/cm3
Esta definición es fundamental para un comercio internacional sin controversias sobre pesajes realizados bajo
distintas condiciones de densidad del aire y densidad de los objetos. Si se pretendiera que las balanzas midan masa,
sería necesario contar con patrones de masa de la misma densidad que los objetos cuya masa interese determinar, lo
que no es práctico y es la razón por la que se definió la Masa Convencional, la cual es la magnitud que miden las
balanzas con mayor exactitud que masa.
Véase también
• Unidades de masa
• Masa invariante
• Ley de conservación de la materia
Referencias
[1] La masa en cnice.mec.es (http:/ / concurso. cnice. mec. es/ cnice2005/ 93_iniciacion_interactiva_materia/ curso/ materiales/ propiedades/
masa. htm)
[2] Michio Kaku, El Universo de Einstein, p. 76.
[3] MacMasters, D.M. (1964). Gran Enciclopedia del Mundo. Bilbao: Durvan, S.A. de Ediciones. B1.-1.021-1964.
Enlaces externos
• Organización Internacional de Metrología Legal (http://www.oiml.org/index.html?langue=es)
• ¿Cómo se puede medir allí la masa? (http://pwg.gsfc.nasa.gov/stargaze/Mmass.htm)
• Calculadora para conversión de unidades de masa (y peso) (http://www.projects.ex.ac.uk/trol/scol/ccmass.
htm)
• Conversor simple de unidades (http://www.conversiondemedidas.com/
cdmp-es-peso-kilogramos-libras-onzas-toneladas.php)
• Usenet Physics FAQ (http://math.ucr.edu/home/baez/physics/)
• Alemañ, R. (2009) “ Una aproximación geométrica a la equivalencia masa-energía en relatividad (http://journal.
lapen.org.mx/index_spanish.html.)”, Latin-American Journal of Physics Education, vol. 3 (nº 1), 121-126.
• What is relativistic mass? (http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SR/mass.html)
• Au sujet de la masse (http://www.physicscience.org/unification/9_ausujetdelamasse.asp)
22
Kilogramo
23
Kilogramo
kilogramo
El Patrón Nacional de kilogramo de los Estados Unidos es el que actualmente rige como medida estándar en ese país. Se implantó
en 1889 y es revisado y vuelto a certificar de forma periódica a partir del estándar internacional primario, que se encuentra en la
Oficina Internacional de Pesos y Medidas (Francia). Para otras imágenes relativas al kilogramo, véase los enlaces externos, debajo.
Estándar:
Unidades básicas del Sistema Internacional
Magnitud:
Masa
Símbolo:
kg
Expresada en:
1 kg =
Unidades naturales
5,609×1029 MeV/c2
Sistema Anglosajón de Unidades
2,2046226218488 lbs
El kilogramo es la unidad básica de masa del Sistema Internacional de Unidades (SI), y su patrón se define como la
masa que tiene el prototipo internacional, compuesto de una aleación de platino e iridio, que se guarda en la Oficina
Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) en Sèvres, cerca de París (Francia).
Es la única unidad que emplea un prefijo,[1] y la única unidad del SI que todavía se define por un objeto patrón y no
por una característica física fundamental. Su símbolo es kg (adviértase que no es una abreviatura: no admite
mayúscula, ni punto, ni plural. No debe confundirse con el símbolo del kelvin: K).
Historia
La primera definición, decidida durante la Revolución francesa, especificaba que era la masa de un decímetro cúbico
(un litro) de agua destilada a una atmósfera de presión y 3,98 °C, una temperatura singular dado que es la
temperatura a la cual el agua tiene la mayor densidad a presión atmosférica normal.[2] Esta definición era complicada
de realizar con exactitud, porque la densidad del agua depende levemente de la presión, y las unidades de la presión
incluyen la masa como factor, introduciendo una dependencia circular en la definición.
Para evitar estos problemas, el kilogramo fue redefinido mediante un objeto, cuya masa formalizó una cantidad
exacta para representar la definición original. Desde 1889, el Sistema Internacional de Medidas define que la unidad
debe ser igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo (IPK), que se fabrica con una aleación de platino e
iridio (en proporción de 90% y 10%, respectivamente, medida por el peso) y se trabaja a máquina en forma de
cilindro circular recto (altura = diámetro) de 39 milímetros. El prototipo internacional se guarda en la Oficina
Internacional de Pesos y Medidas, ubicada en Sèvres, en las cercanías de París. Se realizaron varias copias oficiales
Kilogramo
del prototipo del kilogramo, disponibles como prototipos nacionales, que se comparan al prototipo de París ("Le
Grand Kilo") cada 40 años. Este prototipo internacional es uno de tres cilindros hechos originalmente en 1879. En
1883 el IPK demostró ser indistinguible de la masa del estándar del kilogramo en ese entonces, y se ratificó
formalmente como el kilogramo en la primera Conferencia General de Pesas y Medidas en 1889.[2]
Por definición, el error en la medición del peso del IPK es exactamente cero, pues el IPK es el kilogramo. Sin
embargo, a lo largo del tiempo se han podido detectar pequeños cambios comparando el estándar frente a sus copias
oficiales. Comparando las masas relativas entre los estándares en un cierto plazo se estima la estabilidad del
estándar. El prototipo internacional del kilogramo parece haber perdido cerca de 50 microgramos en los últimos 100
años, y la razón de la pérdida sigue siendo desconocida.[3]
Actualmente se están realizando experimentos para definir el kilogramo mediante leyes físicas. Se establecieron dos
vías principales de investigación: la primera basada en fijar el valor del número de Avogadro, para luego materializar
la unidad de masa con una esfera de silicio, casi perfecta en su geometría y composición isotópica, cuyas
características dimensionales se pueden conocer con gran exactitud. Específicamente, se determina el volumen
ocupado por la esfera y cada uno de sus átomos, y finalmente, con el número de Avogadro, se determina la masa. La
otra alternativa consiste en fijar el valor de la carga del electrón o el de la constante de Planck, y luego mediante
mediciones eléctricas se materializa el kilogramo utilizando un dispositivo denominado balanza de Watt. Varios
institutos nacionales de metrología están trabajando en la puesta a punto de un sistema de este tipo, por ejemplo, el
desarrollado por Bryan Kibble del National Physical Laboratory (Reino Unido). A principios de 2011, poco antes de
la celebración de la Conferencia General de Pesas y Medidas de ese mismo año, existe consenso en que el método
que va a utilizar es el de la constante de Plank,[4] pero se ignora si se adoptará el cambio en esta conferencia, a la
espera de una conclusión unánime de todos los laboratorios en lo referente a la reproducibilidad y exactitud de este
método, ya que para ello es necesario disponer primero de varias balanzas operativas.[5]
Gramo
El gramo es el término al cual se aplican los prefijos del SI. La razón por la que la unidad básica de la masa tiene un
prefijo es histórica. Originalmente, el sistema decimal de unidades fue comisionado por Luis XVI de Francia y en los
planes originales, el kilogramo fue llamado supuestamente grave. Un gramo era simplemente un nombre alternativo
para un milésimo de un grave, llamado propiamente miligrave, y una tonelada era un nombre alternativo para 1000
graves, llamado propiamente kilograve. Sin embargo, el sistema métrico no entró en vigor hasta después de la
revolución francesa. En aquel momento, el "grave conocido" había llegado a ser incorrectamente político, puesto que
es una palabra alternativa para el título "Conde" (cognada con el margrave británico y el conde alemán), y los títulos
de la nobleza no eran considerados compatibles con la noción del Liberté, égalité, fraternité.
El gramo era también la unidad básica del más viejo sistema de medida: el sistema CGS, que no es muy ampliamente
utilizado.
Otros
También es común que se utilice la voz como unidad de fuerza en el Sistema Técnico, aunque debe hacerse bajo el
nombre de kilogramo-fuerza o kilopondio. El kilogramo fuerza o kilopondio es, por definición, el peso de una masa
de 1 kilogramo en la gravedad estándar en la superficie terrestre; esto es, 9,80665 m/s2. Por eso una masa de 1
kilogramo (Sistema Internacional de Unidades), pesa 1 kilogramo fuerza (Sistema Técnico) solamente si la gravedad
tiene ese valor.
24
Kilogramo
25
Múltiplos y submúltiplos del kilogramo
Múltiplos
Submúltiplos
1027 kg = yottatonelada
10-1 kg = hectogramo
1024 kg = zettatonelada
10-2 kg = decagramo
1021 kg = yottagramo o exatonelada
10-3 kg = gramo
1018 kg = zettagramo o petatonelada
10-4 kg = decigramo
1015 kg = exagramo o teratonelada
10-5 kg = centigramo
1012 kg = petagramo o gigatonelada
10-6 kg = miligramo
109 kg = teragramo o megatonelada
10-9 kg = microgramo
106 kg = gigagramo o kilotonelada
10-12 kg = nanogramo
105 kg = hectotonelada
10-15 kg = picogramo
104 kg = decatonelada
10-18 kg = femtogramo
103 kg = megagramo o tonelada
10-21 kg = attogramo
102 kg = quintal métrico o decitonelada 10-24 kg = zeptogramo
101 kg = miriagramo o centitonelada
Equivalencias
1 kilogramo es igual a:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1 000 000 mg
100 000 cg
10 000 dg
1000 g
100 dag
10 hg
0,1 mag
0,01 q
0,001 t
10-27 kg = yoctogramo
Kilogramo
26
Véase también
• Masa
• Sistema Internacional de Unidades
• Unidades de masa
Referencias
[1] Convenciones y estilos en Chemkeys Internet (2002). « Convenciones y estilos (http:/ / www. chemkeys. com/ esp/ ag/ uyc_3/ sidu_2/ cye_9/
cye_9. htm)». Consultado el 2007.
[2] Explora la ciencia Internet (2006). « El kilogramo patrón tiene algunos problemas de peso (http:/ / www. exploralaciencia. profes. net/
ver_noticia. aspx?id=5757)». Consultado el 2007.
[3] Stefan Aust, jefe redactor (2003). «Reporte de Der Spiegel, Revista». #26.
[4] « El kilo pierde peso (http:/ / www. elmundo. es/ elmundo/ 2011/ 01/ 24/ ciencia/ 1295828932. html)». Consultado el 24 de enero de 2011.
[5] « El kilogramo se basará en la constante de Planck (http:/ / www. elpais. com/ articulo/ sociedad/ kilogramo/ basara/ constante/ Planck/
elpepusoc/ 20110128elpepusoc_10/ Tes)». Consultado el 29 de enero de 2011.
Enlaces externos
• Convertir kg en otras unidades (http://unit-converter.org/es/masa.html)
•
Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Kilogramo. Commons
•
Wikcionario tiene definiciones para kilogramo.Wikcionario
• Posible redefinición del kilogramo a partir del cristal de silicio (http://www.tendencias21.net/
Posible-redefinicion-del-kilogramo-a-partir-del-cristal-de-silicio_a1593.html)
Metro
27
Metro
metro
Estándar:
Unidades básicas del Sistema Internacional
Magnitud:
Longitud
Símbolo:
m
Expresada en:
1m=
Unidades de Planck 6,3·1034
El metro es la unidad principal de longitud del
Sistema Internacional de Unidades. Su
símbolo es m (adviértase que no es una
abreviatura: no admite mayúscula, punto ni
plural).
La definición dada por la Oficina
Internacional de Pesos y Medidas es la
siguiente:
Un metro es la distancia que recorre la luz en
el vacío durante un intervalo de 1/299.792.458
de segundo.[1]
Aleación de platino-iridio, antiguo estándar del metro.
Inicialmente esta unidad de longitud fue
creada por la Academia de las Ciencias
francesa en 1791 y definida como la diezmillonésima parte de la distancia que separa el polo de la línea del ecuador
terrestre. Si este valor se expresara de manera análoga a como se define la milla náutica, se correspondería con la
longitud de meridiano terrestre que forma un arco de 1/10 de segundo de grado centesimal.
En 1889 se realizaron mediciones para obtener dicha longitud[2] que se materializaron en un metro patrón de platino
e iridio depositado en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (París).
Etimología
La palabra metro proviene de la palabra griega "μέτρον" (metron), que significa "medida",[3] y que fue convertida en
una medida de longitud en Francia con el nombre de "mètre".
Definiciones del metro desde 1795[4]
Base de la definición
Fecha Incertidumbre Incertidumbre
Absoluta
Relativa
1
1795
0.5–0.1 mm
Primer prototipo Metre des Archives de barra de platino estándar.
1799
0.05–0.01 mm 10−5
Barra de platino-iridio en el punto de fusión del hielo (primer CGPM)
1889
0.2–0.1 µm
10−7
Barra de platino-iridio en el punto de fusión del hielo, a presión atmosférica, soportada por dos rodillos
(7th CGPM)
1927
n.a.
n.a.
Transición atómica hiperfina; 1 650 763,73 longitudes de onda de la luz en transición con Kriptón 86
(11th CGPM)
1960
0.01–0.005 µm 10−8
/10000000 parte del cuarto de meridiano terrestre, medido entre Barcelona y Dunkerque
10−4
Metro
28
Distancia atravesada por la luz en el vacío en 1/299792458 partes de un segundo (17º CGPM )
1983
0.1 nm
Múltiplos y submúltiplos de metro
Múltiplos
Submúltiplos
1024 m = yottametro
10-1 m = decímetro
1021 m = zettametro
10-2 m = centímetro
1018 m = exámetro
10-3 m = milímetro
1015 m = petámetro
10-6 m = micrómetro
1012 m = terámetro
10-9 m = nanómetro
109 m = gigámetro
10-10 m = ångström
106 m = megámetro
10-12 m = picómetro
104 m = miriámetro 10-15 m = femtómetro
103 m = kilómetro
10-18 m = attómetro
102 m = hectómetro
10-21 m = zeptómetro
101 m = decámetro
10-24 m = yoctómetro
Equivalencias en el Sistema Internacional de Unidades
•
0,000 000 000 000 000 000 000 001 Ym •
10 dm
•
0,000 000 000 000 000 000 001 Zm
•
100 cm
•
0,000 000 000 000 000 001 Em
•
1 000 mm
•
0,000 000 000 000 001 Pm
•
1 000 000 μm
•
0,000 000 000 001 Tm
•
1 000 000 000 nm
•
0,000 000 001 Gm
•
10 000 000 000 Å
•
0,000 001 Mm
•
1 000 000 000 000 pm
•
0,0001 Mam
•
1 000 000 000 000 000 fm
•
0,001 km (antiguamente Km)
•
1 000 000 000 000 000 000 am
•
0,01 hm (antiguamente Hm)
•
1 000 000 000 000 000 000 000 zm
•
0,1 dam (antiguamente Dm)
•
1 000 000 000 000 000 000 000 000 ym
Equivalencias en otras unidades
10−10
Metro
29
Unidades métricas
expresadas en un sistema no internacional 1 metro
Unidades no Internacionales
expresadas en el Sistema Internacional
=
39,37 pulgadas
1 pulgada
=
1 centímetro =
0,3937 pulgadas
1 pulgada
=
2,54 centímetros
0,03937 pulgadas
1 pulgada
=
25,4 milímetros
1 milímetro
=
1 metro
=
1×1010 Ångström
1 nanómetro =
10 Ångström
0,0254 metros
1 Ångström = [[1 E-10 m|1×10-10 metros]]
1 Ångström =
100 picómetros
Véase también
• Sistema Internacional de Unidades
• Unidades de longitud
• Prefijos del Sistema Internacional
Referencias
[1] La BIPM no hace la distinción entre Vacío cuántico y Espacio vacío. Resolution 1 of the 17th CGPM (http:/ / www. bipm. org/ en/ CGPM/
db/ 17/ 1/ ) (CGPM, 1984), retrieved from BIPM database (BIPM, n.d.) on 24 August 2008.
[2] Ver Historia del Sistema métrico decimal.
[3] « METRO (http:/ / etimologias. dechile. net/ ?metro)».
[4] Cardarelli, Francois Encydopaedia of scientific units, weights, and measures: their SI equivalences and origins, Springer-Verlag London
Limited 2003, ISBN 1-85233-682-X, page 5, table 2.1, data from Giacomo, P., Du platine a la lumiere, Bull. Bur. Nat. Metrologie, 102 (1995)
5–14.
Enlaces externos
• Conversión de metro en otras unidades (http://unit-converter.org/es/longitud.html)
Segundo
30
Segundo
Segundo
Estándar:
Sistema Internacional de Unidades
Magnitud:
Tiempo
Símbolo:
s
Expresada en:
1s=
Unidades de Planck 1,9·1043
El segundo es la unidad de tiempo en el Sistema Internacional de Unidades, el Sistema Cegesimal de Unidades y el
Sistema Técnico de Unidades.
Un minuto equivale a 60 segundos y una hora equivale a 3600 segundos.
Su símbolo es s (adviértase que no es una abreviatura: no admite mayúscula, punto ni plural).
Hasta 1967 se definía como la ochenta y seis mil cuatrocientosava parte de la duración que tuvo el día solar medio
entre los años 1750 y 1890 y, a partir de esa fecha, su medición se hace tomando como base el tiempo atómico.
Según la definición del Sistema Internacional de Unidades:
Un segundo es la duración de 9 192 631 770 oscilaciones de la radiación emitida en la transición entre los dos
niveles hiperfinos del estado fundamental del isótopo 133 del átomo de cesio (133Cs), a una temperatura de 0 K.[1]
Esto tiene por consecuencia que se produzcan desfases entre el segundo como unidad de tiempo astronómico y el
segundo medido a partir del tiempo atómico, más estable que la rotación de la Tierra, lo que obliga a ajustes
destinados a mantener concordancia entre el tiempo atómico y el tiempo solar medio.
Origen
Según John Swain, físico de la Northeastern University, el origen del nombre corresponde primero al origen del
término minuto. Este término se refiere al latín minuta (parte pequeña) es decir, una minuta de hora, un pequeño
segmento de la hora. El valor de 60 divisiones de hora para un minuto, probablemente tenga su origen la facilidad de
obtener múltiplos en este sistema numérico. Luego, con la capacidad tecnológica obtenida a finales del siglo XIV, se
pudo a su vez dividir el minuto en partes iguales, estas llamadas segundas minutas, que rápidamente pasaron a
llamarse segundos.
Uso correcto del símbolo en textos
En textos en español, es frecuente encontrar abreviaturas no oficiales para el segundo, tales como seg. o sg. Nótese
que no se debe utilizar abreviaturas para las unidades de tiempo: el símbolo correcto según el Sistema Internacional
de Unidades es «s». Igualmente, debe dejarse un espacio entre el número y el símbolo y no debe añadirse un punto
tras el símbolo (excepto al final de una oración).
• Ejemplos de uso incorrecto: 13 seg, 13 seg., 13 sg, 13 s., , 13”
• El uso correcto para estos casos, es: 13 s
Para más detalles, pueden consultarse las normas ortográficas relativas a las unidades del Sistema Internacional.
Segundo
31
Múltiplos del SI
A continuación una tabla de los múltiplos y submúltiplos del Sistema Internacional de Unidades.
Múltiplos del Sistema Internacional para segundo (s)
Submúltiplos
Múltiplos
Valor
Símbolo
Nombre
Valor
Símbolo
Nombre
10–1 s
ds
decisegundo
101 s
das
decasegundo
10–2 s
cs
centisegundo
102 s
hs
hectosegundo
10–3 s
ms
millisegundo
103 s
ks
kilosegundo
10–6 s
µs
microsegundo
106 s
Ms
megasegundo
10–9 s
ns
nanosegundo
109 s
Gs
gigasegundo
10–12 s
ps
picosegundo
1012 s
Ts
terasegundo
10–15 s
fs
femtosegundo
1015 s
Ps
petasegundo
10–18 s
as
attosegundo
1018 s
Es
exasegundo
10–21 s
zs
zeptosegundo
1021 s
Zs
zettasegundo
10–24 s
ys
yoctosegundo
1024 s
Ys
yottasegundo
Prefijos comunes de unidades están en negrita.
Véase también
•
•
•
•
•
•
Segundo intercalar
Tiempo
Fecha
Hora
Día
Año
Referencias
[1] « Official BIPM definition (http:/ / www. bipm. org/ en/ si/ si_brochure/ chapter2/ 2-1/ second. html)». BIPM. Consultado el 01-10-2009.
Magnitud física
Magnitud física
Una magnitud física es una propiedad o cualidad de un objeto o sistema físico a la que se le pueden asignar distintos
valores como resultado de una medición cuantitativa. Seguramente entre las primeras magnitudes definidas resultan
la longitud de un segmento y la superficie de un cuadrado. Las magnitudes físicas se cuantifican usando un patrón
que tenga bien definida esa magnitud, y tomando como unidad la cantidad de esa propiedad que posea el objeto
patrón. Por ejemplo, se considera que la longitud del metro patrón es 1.
Existen magnitudes básicas y derivadas, y constituyen ejemplos de magnitudes físicas: la masa, la longitud, el
tiempo, la carga eléctrica, la densidad, la temperatura, la velocidad, la aceleración, y la energía. En términos
generales, es toda propiedad de los cuerpos que puede ser medida. De lo dicho se desprende la importancia
fundamental del instrumento de medición en la definición de la magnitud.[1]
La Oficina Internacional de Pesos y Medidas, por medio del Vocabulario Internacional de Metrología (International
Vocabulary of Metrology, VIM), define a la magnitud como un atributo de un fenómeno; un cuerpo o sustancia que
puede ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente.[2]
A diferencia de las unidades empleadas para expresar su valor, las magnitudes físicas se expresan en cursiva: así, por
ejemplo, la "masa" se indica con "m", y "una masa de 3 kilogramos" la expresaremos como m = 3 kg.
Tipos de magnitudes físicas
Las magnitudes físicas pueden ser clasificadas de acuerdo a varios criterios:
• Según su forma matemática, las magnitudes se clasifican en escalares, vectoriales o tensoriales.
• Según su actividad, se clasifican en magnitudes extensivas e intensivas.
Magnitudes escalares, vectoriales y tensoriales
• Las magnitudes escalares son aquellas que quedan completamente definidas por un número y las unidades
utilizadas para su medida. Esto es, las magnitudes escalares están representadas por el ente matemático más
simple, por un número. Podemos decir que poseen un módulo, pero que carecen de dirección y sentido. Su valor
puede ser independiente del observador (v.g.: la masa, la temperatura, la densidad, etc.) o depender de la posición
o estado de movimiento del observador (v.g.: la energía cinética)
• Las magnitudes vectoriales son las magnitudes que quedan caracterizadas por una cantidad (intensidad o
módulo), una dirección y un sentido. En un espacio euclidiano, de no más de tres dimensiones, un vector se
representa mediante un segmento orientado. Ejemplos de estas magnitudes son: la velocidad, la aceleración, la
fuerza, el campo eléctrico, intensidad luminosa, etc.
Además, al considerar otro sistema de coordenadas asociado a un observador con diferente estado de
movimiento o de orientación, las magnitudes vectoriales no presentan invariancia de cada uno de los
componentes del vector y, por tanto, para relacionar las medidas de diferentes observadores se necesitan
relaciones de transformación vectorial. En mecánica clásica también el campo electrostático se considera un
vector; sin embargo, de acuerdo con la teoría de la relatividad esta magnitud, al igual que el campo magnético,
debe ser tratada como parte de una magnitud tensorial.
• Las magnitudes tensoriales son las que caracterizan propiedades o comportamientos físicos modelizables
mediante un conjunto de números que cambian tensorialmente al elegir otro sistema de coordenadas asociado a un
observador con diferente estado de movimiento o de orientación.
De acuerdo con el tipo de magnitud, debemos escoger leyes de transformación de las componentes físicas de las
magnitudes medidas, para poder ver si diferentes observadores hicieron la misma medida o para saber qué medidas
obtendrá un observador conocidas las de otro cuya orientación y estado de movimiento respecto al primero sean
32
Magnitud física
conocidos.
Magnitudes extensivas e intensivas
Una magnitud extensiva es una magnitud que depende de la cantidad de sustancia que tiene el cuerpo o sistema.
Las magnitudes extensivas son aditivas. Si consideramos un sistema físico formado por dos partes o subsistemas, el
valor total de una magnitud extensiva resulta ser la suma de sus valores en cada una de las dos partes. Ejemplos: la
masa y el volumen de un cuerpo o sistema, la energía de un sistema termodinámico, etc.
Una magnitud intensiva es aquella cuyo valor no depende de la cantidad de materia del sistema. Las magnitudes
intensivas tiene el mismo valor para un sistema que para cada una de sus partes consideradas como subsistemas.
Ejemplos: la densidad, la temperatura y la presión de un sistema termodinámico en equilibrio.
En general, el cociente entre dos magnitudes extensivas da como resultado una magnitud intensiva. Ejemplo: masa
dividida por volumen representa densidad.
Sistema Internacional de Unidades
El Sistema Internacional de Unidades se basa en dos tipos de magnitudes físicas:
• Las siete que toma como fundamentales, de las que derivan todas las demás. Son longitud, tiempo, masa,
intensidad de corriente eléctrica, temperatura, cantidad de sustancia e intensidad luminosa.
• Las derivadas, que son las restantes y que pueden ser expresadas con una combinación matemática de las
anteriores.
Unidades básicas o fundamentales del SI
Las magnitudes básicas no derivadas del SI son las siguientes:
• Longitud: metro (m). El metro es la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299 792 458 segundos. Este
patrón fue establecido en el año 1983.
• Tiempo: segundo (s). El segundo es la duración de 9 192 631 770 períodos de la radiación correspondiente a la
transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del cesio-133. Este patrón fue establecido en el
año 1967.
• Masa: kilogramo (kg). El kilogramo es la masa de un cilindro de aleación de Platino-Iridio depositado en la
Oficina Internacional de Pesas y Medidas. Este patrón fue establecido en el año 1887.
• Intensidad de corriente eléctrica: amperio (A). El amperio o ampere es la intensidad de una corriente constante
que, manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular
despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro, en el vacío, produciría una fuerza igual a 2×10-7
newton por metro de longitud.
• Temperatura: kelvin (K). El kelvin es la fracción 1/273,16 de la temperatura del punto triple del agua.
• Cantidad de sustancia: mol (mol). El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades
elementales como átomos hay en 12 gramos de carbono-12.
• Intensidad luminosa: candela (cd). La candela es la unidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que
emite una radiación monocromática de frecuencia 540×1012 Hz y cuya intensidad energética en dicha dirección es
1/683 vatios por estereorradián.
33
Magnitud física
Unidades Fundamentales en el Sistema Cegesimal C.G.S.
• Longitud: centímetro (cm): 1/100 del metro (m) S.I.
• Tiempo: segundo (s): La misma definición del S.I.
• Masa: gramo (g): 1/1000 del kilogramo (kg) del S.I.
Unidades Fundamentales en el Sistema Gravitacional Métrico Técnico
• Longitud: metro (m). La misma definición del Sistema Internacional.
• Tiempo: segundo (s).La misma definición del Sistema Internacional.
• Fuerza: kilogramo-fuerza (kgf). El peso de una masa de 1 kg (S.I.), en condiciones normales de gravedad
(g = 9,80665 m/s2).
Magnitudes físicas derivadas
Una vez definidas las magnitudes que se consideran básicas, las demás resultan derivadas y se pueden expresar como
combinación de las primeras.
Las unidades derivadas se usan para las siguientes magnitudes: superficie, volumen, velocidad, aceleración,
densidad, frecuencia, periodo, fuerza, presión, trabajo, calor, energía, potencia, carga eléctrica, diferencia de
potencial, potencial eléctrico, resistencia eléctrica, etcétera.
Algunas de las unidades usadas para esas magnitudes derivadas son:
• Fuerza: newton (N) que es igual a kg·m/s2
• Energía: julio (J) que es igual a kg·m2/s2
Véase también
• Sistema de unidades
• Principio de Fourier
Referencias
[1] Monsó Ferré, Fernando (2008). Física y Química 3º ESO. Barcelona (España): edebé. pp. 199. ISBN 9788423692460.
[2] JCGM (2008). « International Vocabulary of Metrology – Basic and General Concepts and Associated Terms (VIM) 3rd Ed. (http:/ / www.
bipm. org/ utils/ common/ documents/ jcgm/ JCGM_200_2008. pdf)» (en inglés) (pdf) pág. 16. Consultado el 07-03-2010.
Enlaces externos
•
Wikisource contiene obras originales de o sobre Patrones oficiales de las magnitudes (España).Wikisource
• Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) - The International System of Mesures (http://www.bipm.
org/utils/common/pdf/si_brochure_8_en.pdf)
34
Sistema Métrico Legal Argentino
35
Sistema Métrico Legal Argentino
El SIMELA (Sistema Métrico Legal Argentino) es el sistema de medidas que se utiliza en Argentina.
La nota que acompaña al proyecto de ley reza:
El sistema métrico Legal Argentino (SIMELA), adopta las mismas unidades, múltiplos y submúltiplos del Sistema
Internacional (SI). El SIMELA fue establecido por la ley 19.511 [1] de 1972, como único sistema de unidades de uso
autorizado en Argentina.
Definición de las unidades de base
Magnitud
Unidad
Símbolo
Longitud
metro
m
Masa
kilogramo kg
Tiempo
segundo
s
Intensidad de corriente eléctrica amperio
A
Temperatura
kelvin
K
Intensidad luminosa
candela
Cd
Cantidad de sustancia
mol
mol
Definición de las unidades suplementarias
Magnitud
Unidad
Ángulo plano radián
Símbolo
rad
Ángulo sólido estereorradián sr
Definición de las unidades derivadas
Magnitud
Unidad
Símbolo
Superficie
metro cuadrado
m2
Volumen
metro cúbico
m3
Frecuencia
hercio
Hz
Densidad
kilogramo por metro cúbico
kg/m3
Velocidad
metro por segundo
m/s
Velocidad angular
radián por segundo
rad/s
Aceleración
metro por segundo al cuadrado m/s2
Aceleración angular
radián por segundo al cuadrado rad/s2
Fuerza
newton
N
1 N=1 kg m/s2
Presión (tensión mecánica)
pascal
Pa
1 Pa=1 N/m2
Viscosidad cinemática
metro cuadrado por segundo
m2/s
1 Hz=1 ciclo/s
Sistema Métrico Legal Argentino
36
Viscosidad dinámica
newton por segundo
por metro cuadrado
N s/m2
Trabajo,
energía o
cantidad de calor
julio
J
1 J=1 N m
Potencia
vatio
W
1 W=1 J/s
Cantidad de electricidad
coulomb
C
1 C=1 A s
Tensión eléctrica,
diferencia de potencial o
fuerza electromotriz
voltio
V
1 V=1 W/A
Intensidad de campo eléctrico
voltio por metro
V/m
Resistencia eléctrica
ohm
Ω
1 Ω=1 V/A
Conductancia eléctrica
siemens
S
1 S=1 Ω-1
Capacidad eléctrica
faradio
F
1 F=1 A s/V
Flujo de inducción magnética
weber
Wb
1 Wb=1 V s
Inductancia
henrio
H
1 H=1 V s/A
Inducción magnética
tesla
T
1 T=1 Wb/m2
Intensidad de campo magnético
amperio por metro
A/m
Fuerza magnetomotriz
amperio
A
Flujo luminoso
lumen
lm
Luminancia
candela por metro cuadrado
cd/m2
Iluminación
lux
lx
Número de ondas
uno por metro
m-1
Entropía
julio por kelvin
J/K
Calor específico
julio por kilogramo kelvin
J/kg K
Conductividad térmica
vatio por metro kelvin
W/m K
Intensidad energética
vatio por estereorradián
W/sr
Actividad de una fuente radiactiva uno por segundo
Véase también
•
•
•
•
Magnitud física
Unidad de medida
Símbolo
Sistema internacional de unidades
Referencias
[1] http:/ / www. inti. gob. ar/ metrologia/ pdf/ 19511. pdf
s-1
1 lm=1 cd sr
1 lx=1 lm/m2
Fuentes y contribuyentes del artículo
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Fuentes de imagen, Licencias y contribuyentes
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