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27 de diciembre de 2014

Física: Unidades de medida - Daniel Aníbal Galatro




Un buen principio para comenzar a conocer esta ciencia.

Una presentación de este informe en formato Power Point puede obtenerse gratuitamente vía e-mail con solamente solicitarla por esa vía a danielgalatro@gmail.com
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Una UNIDAD DE MEDIDA es una cantidad estandarizada de una determinada magnitud física.

Una magnitud física es una propiedad o cualidad medible de un sistema físico, es decir, a la que se le pueden asignar distintos valores como resultado de una medición.

Las magnitudes físicas se miden usando un patrón que tenga bien definida esa magnitud, y tomando como unidad la cantidad de esa propiedad que posea el objeto patrón.

Las primeras magnitudes definidas estaban relacionadas con la medición de longitudes, áreas, volúmenes, masas patrón, y la duración de periodos de tiempo.

En términos generales, MAGNITUD es toda propiedad de los cuerpos que puede ser medida.

En general, una unidad de medida toma su valor a partir de un patrón o de una composición de otras unidades definidas previamente.

Las primeras unidades se conocen como unidades básicas o de base (fundamentales), mientras que las segundas se llaman unidades derivadas.

Entonces MEDIR es COMPARAR CON UNA UNIDAD.

SISTEMA DE UNIDADES es un conjunto de unidades de medida en el que ninguna magnitud tiene más de una unidad asociada.

Sistema cegesimal de unidades (sistema CGS o de Gauss)
es un sistema de unidades basado en el centímetro, el gramo y el segundo.

El sistema CGS ha sido casi totalmente reemplazado por el Sistema Internacional de Unidades (SI).
Sin embargo aún perdura su utilización en algunos campos científicos y técnicos muy concretos, con resultados ventajosos en algunos contextos (por ejemplo, en electromagnetismo).

La Oficina Internacional de Pesos y Medidas, reguladora del Sistema Internacional de Unidades, desaconseja su uso.

Sistema MKS de unidades
es un sistema de unidades que expresa las medidas utilizando como unidades fundamentales metro, el kilogramo y el segundo.

El sistema MKS de unidades sentó las bases para el Sistema Internacional de Unidades, que ahora sirve como estándar internacional.

El sistema MKS de unidades nunca ha tenido un organismo regulador, por lo que hay diferentes variantes que dependen de la época y el lugar.
La unidad de longitud y distancia del sistema M.K.S. es el metro
El metro es también la unidad principal de longitud del Sistema Internacional de Unidades.
Un metro es la distancia que recorre la luz en el vacío durante un intervalo
de 1/299 792 458 de segundo.

Su símbolo es m (no es una abreviatura: no admite mayúscula, punto ni plural).

La unidad de masa del sistema MKS es el kilogramo

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 (con una altura igual al diámetro) de 39 milímetros.

La unidad de tiempo de todos los sistemas de unidades es el segundo
Hasta 1967 se definía como 1/86.400 ava 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.
El segundo medido a partir del tiempo atómico es 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.

Sistema Técnico de Unidades

Un sistema técnico de unidades es cualquier sistema de unidades en el que se toma como magnitudes fundamentales la longitud, la fuerza, el tiempo y la temperatura.
No hay un sistema técnico normalizado de modo formal, pero normalmente se aplica este nombre específicamente al basado en el sistema métrico decimal y que toma:

-el metro como unidad de longitud y distancia,
-el kilogramo-fuerza o kilopondio como unidad de fuerza,
-el segundo como unidad de tiempo y
-la caloría como unidad de cantidad de calor.

Al estar basado en el peso en la Tierra, también recibe los nombres de sistema gravitatorio (o gravitacional) de unidades y sistema terrestre de unidades.

Unidades fundamentales del Sistema Técnico  (Práctico o Ingenieril)

Longitud (o distancia)
Como unidad de longitud se toma normalmente el metro, aunque cuando resulta poco práctico por resultar una unidad muy grande se toma el centímetro.

Fuerza
La unidad de fuerza es el kilogramo-fuerza (kgf) o kilopondio (kp), definido como
el peso que tiene un cuerpo de 1 kilogramo de masa (SI) en condiciones terrestres de gravedad normal (g = 9,80665 m/s2). Por tanto esta unidad es invariable y no depende de la gravedad local.

Esta unidad debe distinguirse del peso local de un cuerpo que tiene la masa de un 1 kg.

Tiempo
La unidad de tiempo es el segundo, de símbolo s.

Temperatura
Como unidad se ha preferido el grado Celsius.

Cantidad de calor
Como unidad de cantidad de calor se toma la kilocaloría.

Las demás unidades del sistema técnico (velocidad, masa, trabajo, etc.) se derivan de las anteriores mediante leyes físicas.

Masa
La unidad de masa se deriva usando la segunda ley de Newton m = F/a.
Queda definida como aquella masa que adquiere una aceleración de 1 m/s2 cuando se le aplica una fuerza de 1 kilopondio (o kilogramo-fuerza).
Se le llama unidad técnica de masa, que se abrevia u.t.m. (no tiene símbolo de unidad).
1 u.t.m. = 1 kgf / (1 m/s2) (definición)

Trabajo y energía
El trabajo y la energía mecánicos se expresan en kilográmetros (kgm) = kilogramos-fuerza x metro.
Un kilográmetro es el trabajo que realiza una fuerza de 1 kilogramo-fuerza, cuando desplaza su punto de aplicación una distancia de 1 metro en su misma dirección.
1 kgm o kpm = 1 kgf × 1 m (definición)

Presión
Es la relación entre una fuerza aplicada y el área de la superficie sobre la que se aplica.
presión = fuerza/área . La presión se expresa en kgf/cm2 (kilogramo-fuerza por centímetro cuadrado). No tiene nombre específico.
1 kgf/cm² = 98 066,5 Pa = 1 atmósfera

Sistema Internacional de Unidades (SI), también denominado Sistema Internacional de Medidas,
Es el sistema de unidades que se usa en casi todos los países.
Se instauró en 1960, a partir de la Conferencia General de Pesos y Medidas, durante la cual inicialmente se reconocieron seis unidades físicas básicas. En 1971 se añadió la séptima unidad básica: el mol.
Sus unidades (salvo el kilogramo masa) se basan en fenómenos físicos fundamentales. Las unidades del SI constituyen referencia internacional de las indicaciones de los instrumentos de medición.

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En resumen:
Vamos a completar ideas acerca de tres sistemas.

-El cgs o de Gauss, para pequeñas unidades. Tomamos como referencia los elementos que pueden colocarse sobre nuestra mesa de laboratorio.
-El MKS, para unidades mayores. Aquí pensamos en todo el laboratorio, considerando, por ejemplo, la mesa del mismo.
-El sistema técnico o práctico, centrando la atención no en las masas sino en su peso promedio, es decir, en la fuerza con que son atraídas por la Tierra.

Unidades fundamentales
No derivan de ninguna otra previa del sistema

Unidades derivadas
Unidades de velocidad: derivan de la definición de velocidad.
Velocidad = distancia/tiempo

En el cgs: cm/s
En el MKS: m/s
En el Técnico: m/s

Conversiones:
1 cm/s = 0,01 m/s
1 m/s = 100 cm/s

Unidades de aceleración:  derivan de la definición de aceleración.
aceleración = velocidad/tiempo
aceleración = distancia/tiempo2

En el cgs: cm/s2
En el MKS: m/s2
En el Técnico: m/s2

Conversiones:
1 cm/s2 = 0,01 m/s2
1 m/s2 = 100 cm/s2

Unidades de fuerza: derivan de la definición de fuerza (segunda ley de Newton).
Fuerza = masa x aceleración

En el cgs: g . cm/s2 (Dina)
En el MKS: kg . m/s2 (Newton)
En el Técnico: kgf (kilogramo-fuerza)

Conversiones:
1 kgf = 9,8 Newtons 1 kgf = 980.000 Dinas
1 Newton = 0,102 kgf 1 Newton = 100.000 Dinas
1 Dina = 0,00001 Newtons 1 Dina = 1 kgf . 9,8 / 100.000

Unidades de trabajo, energía y momento: derivan de la definición de trabajo.
trabajo = fuerza x distancia

En el cgs: g . cm2/s2 (Dina x cm) (Ergio)
En el MKS: kg . m2/s2 (Newton x m) (Julio)
En el Técnico: kgm (kilográmetro)

Conversiones:
1 kgm = 9,8 Julios 1 kgm = 9,8 x 10.000.000 Ergios
1 Julio = 0,102 kgm 1 Julio = 10.000.000 Ergios
1 Ergio = 1/98.000.000 kgf 1 Ergio = 1/10.000.000 Julios

Unidades de potencia: derivan de la definición de potencia.
Potencia = trabajo/tiempo

En el cgs: g . cm2/s3 (Ergio/s)
En el MKS: kg . m2/s3 (Julio/s) (Vatio) (W)
En el Técnico: kgm/s, HP y CV

Conversiones:
1 kgm/s = 9,8 Vatios 1 kgm/s = 9,8 x 10.000.000 Ergios/s
1 Vatio = 0,102 kgm/s 1 Vatio = 10.000.000 Ergios/s
1 Ergio/s = 1/98.000.000 kgm 1 Ergio/s = 1/10.000.000 Vatios

1 HP = 745,699 W
1 CV = 735,498 W

NOTA FINAL
Todas las unidades denotan cantidades ESCALARES.
En el caso de las MAGNITUDES VECTORIALES se interpreta que cada uno de los componentes
está expresado en la unidad indicada.

Prof. Daniel Aníbal Galatro
Esquel – Chubut – Argentina
Marzo de 2013
danielgalatro@gmail.com
http://conceptosdefisica.blogspot.com

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7 de julio de 2010

Intensidad de la luz - Definición - Unidades

INTENSIDAD LUMINOSA
En fotometría, la 'intensidad luminosa' se define como la cantidad de flujo luminoso que emite una fuente por unidad de ángulo sólido.

UNIDAD DE MEDIDA EN EL SI
Su unidad de medida en el Sistema Internacional de Unidades es la candela (cd), que es una unidad fundamental del sistema.

Una candela se define como la intensidad luminosa de una fuente de luz monocromática de 540 THz que tiene una intensidad radiante de 1/683 vatios por estereorradián, o aproximadamente 1.464 mW/sr.
La frecuencia de 540 THz corresponde a una longitud de onda de 555 nm, que se corresponde con la luz verde pálida cerca del límite de visión del ojo.
Ya que hay aproximadamente 12.6 estereorradianes en una esfera, el flujo radiante total sería de aproximadamente 18.40 mW, si la fuente emitiese de forma uniforme en todas las direcciones.
Una vela corriente produce con poca precisión una candela de intensidad luminosa.

CANDELAS, LÚMENES Y ESTEREORRADIANES
La intensidad luminosa en candelas se expresa como la relación entre el flujo luminoso en lúmenes y el ángulo en estereorradianes.
La candela (símbolo cd) es la unidad básica del SI de intensidad luminosa en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540×1012 hercios y de la cual la intensidad radiada en esa dirección es 1/683 vatios por estereorradián.

Esta cantidad es equivalente a la que en 1948, en la conferencia general de pesos y medidas, se definió como una sexagésima parte de la luz emitida por un centímetro cuadrado de platino puro en estado sólido a la temperatura de su punto de fusión (2046 K).
 
UNIDAD DE MEDIDA EN EL CGS: ¿POR QUÉ NO SE LA USA?
El sistema cegesimal de unidades, también llamado sistema CGS, es un sistema de unidades basado en el centímetro, el gramo y el segundo. Su nombre es el acrónimo de estas tres unidades.

El sistema CGS ha sido casi totalmente reemplazado por el Sistema Internacional de Unidades. Sin embargo aún perdura su utilización en algunos campos científicos y técnicos muy concretos, con resultados ventajosos en algunos contextos.
La Oficina Internacional de Pesos y Medidas, reguladora del Sistema Internacional de Unidades, valora y reconoce estos hechos e incluye en sus boletines referencias y equivalencias de algunas unidades electromagnéticas del sistema CGS gaussiano, aunque desaconseja su uso.
 
EL LUX - UNIDAD DE NIVEL DE ILUMINACIÓN
El lux (símbolo lx) es la unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades para la iluminancia o nivel de iluminación. Equivale a un lumen /m². Se usa en fotometría como medida de la intensidad luminosa, tomando en cuenta las diferentes longitudes de onda según la función de luminosidad, un modelo estándar de la sensibilidad a la luz del ojo humano.


1 lx = 1 lm/m2 = 1 cd · sr/m2

El lux es una unidad derivada, basada en el lumen, que a su vez es una unidad derivada basada en la candela.

Un lux equivale a un lumen por metro cuadrado, mientras que un lumen equivale a una candela x estereorradián. El flujo luminoso total de una fuente de una candela equivale a 4π lúmenes (puesto que una esfera comprende 4π estereorradianes).
La diferencia entre el lux y el lumen consiste en que el lux toma en cuenta la superficie sobre la que el flujo luminoso, se distribuye: 1000 lúmenes, concentrados sobre un metro cuadrado, iluminan esa superficie con 1000 lux. Los mismos mil lúmenes, distribuidos sobre 10 metros cuadrados, producen una iluminancia de sólo 100 lux. Una iluminancia de 500 lux es posible en una cocina con un simple tubo fluorescente. Pero para iluminar una fábrica al mismo nivel, se pueden requerir decenas de tubos. En otras palabras, iluminar un área mayor al mismo nivel de lux requiere un número mayor de lúmenes.


VIDEOCÁMARAS: NIVEL DE ILUMINANCIA EN LUX
Las especificaciones de videocámaras suelen incluir un nivel mínimo de iluminancia en lux, a partir del cual la cámara puede grabar una imagen satisfactorias. Una videocámara con buenas características de grabación en condiciones de luz escasa tendrá un valor bajo de lux. Las cámaras fotográficas no usan esta especificación, porque en condiciones de poca luz pueden tomar fotografías simplemente usando mayores tiempos de exposición, cosa que las videocámaras no pueden hacer, puesto que el tiempo de exposición viene determinado por las imágenes por segundo que deben registrar.

 
Fuentes: wikipedia y otros sitios en Internet.
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13 de agosto de 2009

El Metro Patrón Universal


Medir
Es comparar con una unidad patrón previamente elegida.



Metro

Un METRO era, inicialmente (1889), la diezmillonésima parte de la longitud del cuadrante terrestre que va desde el Polo Norte hasta el ecuador, pasando por París. Esa unidad se registró colocando dos marcas sobre una barra de Platino-Iridio.

Las dificultades que originaba la reproducción de esa medida hicieron que en 1960 se definiera al METRO como 1.650.763,73 veces la longitud de onda de la luz anaranjada emitida por el Kriptón-86 encerrado en gas Kriptón cuando se lo somete a una descarga eléctrica. Tampoco era sencilla de reproducir.
En 1983 se redefinió el METRO como la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299.792.456 segundos (1/c, donde c es la velocidad de la luz en el vacío).
Es la unidad de espacio en los sistemas MKS y técnico.

Longitud

También conocida como “espacio” o “distancia”, es la diferencia de posición de dos puntos. Es unidimensional (importa el largo pero no el ancho ni el alto). Su unidad de medida es el metro.

Algunos múltiplos del METRO (m) son:
· el decámetro (Dm o dam) = 10 m
· el hectómetro (hm) = 100 m
· el kilómetro (km) = 1.000 m

Algunos submúltiplos del METRO (m) son:
· el decímetro (dm) = 0,1 m
· el centímetro (cm) = 0,01 m (unidad de espacio en el sistema cgs).
· el milímetro (mm) = 0,001 m
· el micrón (micra) = 1 milésima de mm
· el milimicrón (milimicra) = 10 a la -9 m
· el ángstrom = 10 a la 10 m

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