Ejercicios resueltos de Física y Matemática
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Sistema internacional de medidas
Sistema internacional de medidas
Después de la Revolución Francesa los estudios para determinar un sistema de unidades único y universal concluyeron
con el establecimiento del Sistema Métrico Decimal. La adopción universal de este sistema
se hizo con el Tratado del Metro o la Convención del Metro, que se firmó en Francia el
20 de mayo de 1875, y en el cual se establece la creación de una organización
científica que tuviera, por una parte, una estructura permanente que permitiera
a los países miembros tener una acción común sobre todas las cuestiones que se
relacionen con las unidades de medida y que asegure la unificación mundial de
las mediciones físicas.
Así, el Sistema Internacional de
Unidades, abreviado SI, también denominado sistema internacional
de medidas, es el sistema de unidades más extensamente usado. Junto con el
antiguo sistema métrico decimal, que es
su antecedente y que ha mejorado, el SI también es conocido como sistema
métrico, 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 Pesas y Medidas, que
inicialmente definió seis unidades físicas básicas o fundamentales. En 1971 fue añadida la
séptima unidad básica, el mol.
El Sistema Internacional de Unidades está formado hoy
por dos clases de unidades: unidades básicas o fundamentales y unidades
derivadas.Unidades básicas
El Sistema Internacional de Unidades
consta de siete unidades básicas, también denominadas unidades fundamentales. De
la combinación de las siete unidades
fundamentales se obtienen todas las unidades derivadas.
Magnitud física fundamental
|
Unidad básica o fundamental
|
Símbolo
|
Observaciones
|
Longitud | metro | m | Se define en función de la velocidad de la luz |
Masa | kilogramo | kg | No se define como 1.000 gramos |
Tiempo | segundo | s | Se define en función del tiempo atómico |
Intensidad de corriente eléctrica | amperio o ampere | A | Se define a partir del campo eléctrico |
Temperatura | kelvin | K | Se define a partir de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. |
Cantidad de sustancia | mol | mol | Véase también Número de Avogadro Ver: PSU: Química, Pregunta 01_2005 |
Intensidad luminosa | candela | cd |
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 1.000 m,
del mismo modo que mili indica "milésima" y, por ejemplo, 1 mA es 0,001
A.
Definiciones para las unidades básicas
Unidad de longitud: metro (m) | El metro es la longitud de trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de 1/299.792.458 de segundo. |
Unidad de masa | El kilogramo (kg) es igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo |
Unidad de tiempo | El segundo (s) es la duración de 9.192.631.770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133. |
Unidad de intensidad de corriente eléctrica | El ampere (A) 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. |
Unidad de temperatura termodinámica | El kelvin (K), unidad de
temperatura termodinámica, es la fracción 1/273,16 de la temperatura
termodinámica del punto triple del agua. Observación: Además de la temperatura termodinámica (símbolo T) expresada en kelvins, se utiliza también la temperatura Celsius (símbolo t) definida por la ecuación t = T - T0 donde T0 = 273,15 K por definición. |
Unidad de cantidad de sustancia | El mol (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 emplee el mol, deben especificarse las unidades elementales, que pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones u otras partículas o grupos especificados de tales partículas. |
Unidad de intensidad luminosa | La candela (cd) es la unidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540 1012 hertz y cuya intensidad energética en dicha dirección es 1/683 watt por estereorradián. |
Además de las unidades básicas hay dos unidades suplementarias:
Unidades suplementarias del sistema internacional
(SI)
|
||
Magnitud
|
Unidad
|
|
Nombre
|
Símbolo
|
|
Ángulo plano | radián | rad |
Ángulo sólido | estereorradián | sr |
Unidades derivadas expresadas a partir de unidades básicas y suplementarias
Con esta denominación se hace referencia a
las unidades utilizadas para expresar magnitudes físicas que son resultado de
combinar magnitudes físicas tomadas como fundamentales.
Magnitud
|
Nombre
|
Símbolo
|
Superficie | metro cuadrado | m2 |
Volumen | metro cúbico | m3 |
Velocidad | metro por segundo | m/s |
Aceleración | metro por segundo cuadrado | m/s2 |
Masa en volumen | kilogramo por metro cúbico | kg/m3 |
Velocidad angular | radián por segundo | rad/s |
Aceleración angular | radián por segundo cuadrado | rad/s2 |
Definiciones para algunas unidades derivadas
Unidad de velocidad | Un metro por segundo (m/s o m s-1) es la velocidad de un cuerpo que, con movimiento uniforme, recorre, una longitud de un metro en 1 segundo |
Unidad de aceleración | Un metro por segundo cuadrado (m/s2 o m s-2) es la aceleración de un cuerpo, animado de movimiento uniformemente variado, cuya velocidad varía cada segundo, 1 m/s. |
Unidad de velocidad angular | Un radián por segundo (rad/s o rad s-1) 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 | Un radián por segundo cuadrado (rad/s2 o rad s-2) 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. |
Unidades SI derivadas con nombres y símbolos especiales
Magnitud
|
Nombre
|
Símbolo
|
Expresión en otras
unidades SI
|
Expresión en unidades
SI básicas
|
Frecuencia | hertz | Hz | s-1 | |
Fuerza | newton | N | m kg s-2 | |
Presión | pascal | Pa | N m-2 | m- 1 kg s-2 |
Energía, trabajo, cantidad de calor |
joule | J | N m | m2 kg s-2 |
Potencia | watt | W | J s-1 | m2 kg s-3 |
Cantidad de electricidad carga eléctrica |
coulomb | C | s A | |
Potencial eléctrico fuerza electromotriz |
volt | V | W A-1 | m2 kg s-3 A-1 |
Resistencia eléctrica | ohm | W | V A-1 | m2 kg s-3 A-2 |
Capacidad eléctrica | farad | F | C V-1 | m-2 kg-1 s4 A2 |
Flujo magnético | weber | Wb | V s | m2 kg s-2 A-1 |
Inducción magnética | tesla | T | Wb m2 | kg s-2 A1 |
Inductancia | henry | H | Wb A-1 | m2 kg s-2 A-2 |
Definiciones para las unidades con nombres especiales
Unidad de frecuencia | Un hertz (Hz) es la frecuencia de un fenómeno periódico cuyo periodo es 1 segundo. |
Unidad de fuerza | Un newton (N) es la fuerza que, aplicada a un cuerpo que tiene una masa de 1 kilogramo, le comunica una aceleración de 1 metro por segundo al cuadrado. |
Unidad de presión | Un pascal (Pa) es la presión uniforme que, actuando sobre una superficie plana de 1 metro cuadrado, ejerce perpendicularmente a esta superficie una fuerza total de 1 newton. |
Unidad de energía, trabajo, cantidad de calor | Un joule (J) es el trabajo producido por una fuerza de 1 newton, cuyo punto de aplicación se desplaza 1 metro en la dirección de la fuerza. |
Unidad de potencia, flujo radiante | Un watt (W) es la potencia que da lugar a una producción de energía igual a 1 joule por segundo. |
Unidad de cantidad de electricidad, carga eléctrica | Un coulomb (C) es la cantidad de electricidad transportada en 1 segundo por una corriente de intensidad 1 ampere. |
Unidad de potencial eléctrico, fuerza electromotriz | Un volt (V) es la diferencia de potencial eléctrico que existe entre dos puntos de un hilo conductor que transporta una corriente de intensidad constante de 1 ampere cuando la potencia disipada entre estos puntos es igual a 1 watt. |
Unidad de resistencia eléctrica | Un ohm (W) es la resistencia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor cuando una diferencia de potencial constante de 1 volt aplicada entre estos dos puntos produce, en dicho conductor, una corriente de intensidad 1 ampere, cuando no haya fuerza electromotriz en el conductor. |
Unidad de capacidad eléctrica | Un farad (F) es la capacidad de un condensador eléctrico que entre sus armaduras aparece una diferencia de potencial eléctrico de 1 volt, cuando está cargado con una cantidad de electricidad igual a 1 coulomb. |
Unidad de flujo magnético | Un weber (Wb) es el flujo magnético que, al atravesar un circuito de una sola espira produce en la misma una fuerza electromotriz de 1 volt si se anula dicho flujo en un segundo por decaimiento uniforme. |
Unidad de inducción magnética | Una tesla (T) es la inducción magnética uniforme que, repartida normalmente sobre una superficie de 1 metro cuadrado, produce a través de esta superficie un flujo magnético total de 1 weber. |
Unidad de inductancia | Un henry (H) es la inductancia eléctrica de un circuito cerrado en el que se produce una fuerza electromotriz de 1 volt, cuando la corriente eléctrica que recorre el circuito varía uniformemente a razón de un ampere por segundo. |
Como dijimos, los símbolos de las unidades pueden verse afectados de prefijos que actúan como múltiplos y submúltiplos decimales. Estos prefijos se colocan delante del símbolo de la unidad correspondiente sin espacio intermedio.
El conjunto del símbolo más el prefijo equivale a una nueva unidad que puede combinarse con otras unidades y elevarse a cualquier exponente (positivo o negativo). Los prefijos decimales se muestran en las tablas siguientes.
Múltiplos decimales
|
||
Prefijo
|
Símbolo
|
Factor
|
deca | da | 101 |
hecto | h | 102 |
kilo | k | 103 |
mega | M | 106 |
giga | G | 109 |
tera | T | 1012 |
peta | P | 1015 |
exa | E | 1018 |
zetta | Z | 1021 |
yotta | Y | 1024 |
Submúltiplos decimales
|
||
Prefijo
|
Símbolo
|
Factor
|
deci | d | 10-1 |
centi | c | 10-2 |
mili | m | 10-3 |
micro | μ | 10-6 |
nano | n | 10-9 |
pico | p | 10-12 |
femto | f | 10-15 |
atto | a | 10-18 |
zepto | z | 10-21 |
yocto | y | 10-24 |
Unidades en uso junto con el SI
El Comité Internacional (1969) ha reconocido que los usuarios podían tener
necesidad de utilizar las unidades SI en asociación con algunas unidades que no
pertenecen al Sistema Internacional pero que juegan un papel importante y que son
ampliamente extendidas.
Estas unidades, que fueron clasificadas en tres
categorías: las unidades en uso junto con el SI; las unidades mantenidas
temporalmente; las unidades a desaconsejar.
Reconsiderando esta clasificación,
el Comité Internacional (1996) aprobó una nueva clasificación de las unidades
de fuera del SI que pueden ser utilizadas con el SI: las unidades de uso con el
SI; las unidades en uso junto con el SI cuyo valor es obtenido
experimentalmente; otras unidades de uso junto con el SI,
correspondiente a necesidades específicas.
La lista de las unidades fuera del SI en uso junto con el SI, que incluimos abajo, comprende
unidades empleadas cotidianamente, en particular las unidades usuales de tiempo
y de ángulo, así como otras unidades cada vez más importantes desde el punto de
vista técnico.
Unidades fuera del Sistema Internacional en uso con el Sistema Internacional
Nombre
|
Símbolo
|
Valor en unidad SI
|
minuto
|
min
|
1 min = 60 s
|
hora
|
h
|
1 h = 60 min = 3.600 s
|
día
|
d
|
1 d = 24 h = 86.400 s
|
grado
|
º
|
1º = (π/180) rad |
minuto
|
'
|
1' = (1/60)º = (π/10.800) rad
|
segundo
|
''
|
1'' = (1/60)' = (π/648.000) rad
|
litro
|
l, L
|
1 l = 1 dm3 = 10-
3 m3
|
tonelada
|
t
|
1 t =
103 kg
|
belio
|
B
|
1 B = (1/2) ln 10 (Np)
|
neper
|
Np
|
1 Np = 1
|
Reglas de escrituras de nombres y símbolos de las unidades SI
Principios generales
Los principios generales concernientes a la escritura de los símbolos de las
unidades y de los nombres fueron primero propuestos en 1948,
siendo posteriormente adoptados y puestos en formato por la ISO/TC 12 (ISO 31, Magnitudes
y unidades).
Símbolos de las unidades SI
Los símbolos de las unidades SI (y muchos otros símbolos de las unidades fuera
del SI) deben ser escritos según las reglas siguientes:
• Los símbolos de las unidades se imprimen en caracteres romanos (rectos). En
general los símbolos de las unidades se escriben en minúsculas, pero, si el
nombre de la unidad deriva de un nombre propio, la primera letra del símbolo es
mayúscula. El nombre de la unidad propiamente dicha comienza siempre por una
minúscula, salvo si se trata de la primera palabra de una frase o del nombre
«grado Celsius».
• Los símbolos de las unidades quedan invariables en plural.
• Los símbolos de las unidades no están seguidos por un punto, salvo si se
encuentran situados al final de una frase, el punto releva en este caso de la
puntuación habitual.
Expresión algebraica de los símbolos de las unidades SI
De acuerdo
con los principios generales adoptados por la ISO/TC 12 (ISO 31), el Comité Internacional
recomienda que las expresiones algebraicas que comprenden símbolos de unidades
SI deben expresarse bajo una forma normalizada.
• Cuando una unidad derivada está formada multiplicando dos o varias unidades,
está expresada con la ayuda de símbolos de unidades separados por puntos a
media altura o por un espacio.
Por ejemplo: N • m o N m.
• Cuando una unidad derivada está formada dividiendo una unidad por otra, se
puede utilizar una barra inclinada (/), una barra horizontal o bien exponentes
negativos.
Por ejemplo: m/s o m • s–1.
• No se debe nunca hacer seguir sobre una misma línea una barra inclinada de un
signo de multiplicación o de división, al menos que paréntesis sean añadidos a fin de evitar toda ambigüedad.
Por ejemplo:
m/s2 o m • s–2 pero no m/s/s
m • kg/(s3 • A)
o m • kg • s–3 • A–1 pero no m • kg/s3/A
ni m • kg/s3 • A
Reglas de empleo de los prefijos SI
De acuerdo con los principios generales adoptados por la ISO (ISO
31), el Comité Internacional recomienda que se observen las reglas
siguientes en el empleo de
los prefijos SI:
• Los símbolos de los prefijos se imprimen en caracteres romanos (rectos), sin
espacio entre el símbolo del prefijo y el símbolo de la unidad.
• El conjunto formado por el símbolo de un prefijo junto al símbolo de una
unidad constituye un nuevo símbolo inseparable (símbolo de un múltiplo o
submúltiplo de esta unidad) que se puede elevar a una potencia positiva o
negativa y combinar con otros símbolos de unidades para formar símbolos de
unidades compuestas.
Por ejemplo:
1 cm3= (102 m)3 = 10–6 m3
µs–1 =
(10–6 s)–1 = 106 s–1
1 V/cm = (1 V)/(10–2 m) = 102 V/m
1 cm–1 = (10–2 m)–1 = 102 m–1.
• No se deben utilizar los prefijos compuestos, es decir formados por la
yuxtaposición de varios prefijos.
Por ejemplo: 1 nm pero no 1 mµm.
• Un prefijo
no debe ser nunca empleado solo.
Por ejemplo: 106/m3 pero no M/m3.
Fuente: http://www.profesorenlinea.cl/fisica/MedidasSistema_internacional.htm
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