El siguiente artículo incluye información relevante acerca del Sistema Internacional de medidas (SI), así como recursos didácticos, fichas, tablas y ejercicios que serán de utilidad tanto para los estudiantes como para los profesores. Los mismos los podrás descargar en la sección final en formato PDF.
Necesitarás saber acerca del sistema internacional de medidas, ya sea si estás en un nivel de secundaria, liceo o preparatoria, o bien en la universidad estudiando una carrera científica. El tema de las unidades fundamentales junto con la notación científica y los vectores forman la base para estudiar física o en ingeniería. Es por esto que te enseñaremos a realizar conversiones de unidades entre diferentes sistemas y te mostraremos algunos ejercicios resueltos. Aprenderás a realizar conversiones y obtendrás muchos recursos.
El sistema de unidades SI y su importancia
Para estudiar los fenómenos naturales, es necesario hacer mediciones de varios aspectos de la naturaleza. Cada medición se asocia con una cantidad física, por ejemplo, la longitud de un objeto. Es por esto que es importante tener un estándar internacional para que todos podamos entender las mediciones.
Como todas las otras ciencias, la física se basa en observaciones experimentales y mediciones cuantitativas. Los experimentos requieren mediciones cuyos resultados generalmente se escriben en números. Así, en 1960, se estableció un conjunto de estándares para las cantidades fundamentales. Este sistema se llama el «Sistema internacional de medidas» o SI. Es utilizado por todos los científicos e ingenieros alrededor del mundo.
Algunos otros sistemas de unidades son:
- Sistema métrico decimal (MKS) que es la versión anterior del sistema internacional.
- Sistema cegesimal (CGS) propuesto por el físico matemático Karl Friedrich Gauss.
- El Sistema inglés el cual es utilizado mayormente en Estados Unidos e Inglaterra.
Por otro lado, es importante utilizar un estándar para que todos podamos manejar la misma información. Así, al expresar la magnitud de una cantidad física se escribe con un número y una unidad de medida. Ejemplo: 25 metros o 40 litros. Ambos son necesarios porque, por sí solos, el número o la unidad carecen de significado.
Si otra persona desea reproducir un experimento no tendrá problemas, ya que, podrá leer la información. Por ejemplo, si decimos que un edificio tiene una longitud de 25 m, queremos decir que es 25 veces más largo que la unidad de longitud, que por definición equivale a 1 metro.
Cantidades fundamentales y derivadas
Una cantidad física es una propiedad medible de un sistema físico o cuerpo, a la que se le pueden asignar distintos valores como resultado de un proceso de medición. Se expresa en números para describir cuantitativamente un fenómeno físico. Ejemplo: 20 o 40.
A continuación, se muestra cada cantidad o magnitud física junto a su respectiva unidad fundamental:
| Cantidad física | Unidad | Símbolo |
|---|---|---|
| longitud | metro | m |
| masa | kilogramo | kg |
| tiempo | segundo | s |
| corriente eléctrica | ampere | A |
| temperatura | kelvin | K |
| cantidad de sustancia | mol | mol |
| intensidad luminosa | candela | cd |
La mayoría de las otras magnitudes son cantidades derivadas, es decir, aquellas expresadas como una combinación matemática (multiplicación o división) de cantidades fundamentales. Por ejemplo:
Otros ejemplos:
- Área: es un producto de dos longitudes. La unidad es m2.
- Rapidez: una relación entre una longitud y un intervalo de tiempo. Las unidades son m/s.
- Volumen: resultado de combinar tres veces la longitud. La unidad es m3.
- Densidad: resultado de combinar masa (magnitud básica) con volumen (magnitud derivada). Las unidades son kg/m3
¿Notas como se utilizan las mismas unidades de las magnitudes fundamentales? Es porque las magnitudes o cantidades derivadas se deducen de las magnitudes básica. Es común que las cantidades derivadas se les llame también utilizando el nombre de algún físico o ingeniero. Por Ejemplo: Resistencia eléctrica se mide en ohm (Ω) y el campo magnético se mide en Tesla (T).
A continuación, te mostramos algunos ejemplos de cantidades derivadas:
| Cantidad física | Unidad | Símbolo |
|---|---|---|
| Potencia | watt | W |
| Fuerza | newton | N |
| Capacitancia | faradio | F |
| Energía | joule | J |
Definiciones de las unidades fundamentales:
- Longitud: la unidad es el metro (m). Un metro se definió 1983, como la distancia recorrida por la luz en el vacío durante un tiempo de 1/299 792 458 segundos.
- Masa: la unidad es el kilogramo (kg). Un kilogramo se definió en 1887, como la masa de un cilindro de aleación platino–iridio específico que se conserva en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas en Sèvres, Francia.
- Tiempo: la unidad es el segundo (s). Un segundo se definió en 1967, como el intervalo de tiempo durante el cual ocurren 9 192 631 770 oscilaciones de la onda electromagnética producto de la transición de dos estados específicos del átomo de Cesio 1332.
- Corriente eléctrica: la unidad es el amperio (A). 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 del otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2·10-7 newton por cada metro del conductor.
- Temperatura: la unidad es el kelvin (K). En el 2018 se redefinió el kelvin. Ahora se define al fijar el valor numérico de la constante de Boltzmann, k, en 1,380 649 × 10-23, cuando se expresa en la unidad J·K-1, igual a kg·m2·s-2·K-1, donde el kilogramo, el metro y el segundo se definen en función de h, c y ΔνCs.
- Intensidad luminosa: la unidad es candela (cd). Una candela se definió en 1979 como la 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.
- Cantidad de sustancia: la unidad es el mol (mol). El mol es la cantidad de átomos presentes en una esfera perfecta de silicio, cuya masa es de 0,028085 kg.
Sabías que…
Originalmente en el sistema internacional de medidas, el metro se definía como una diezmillonésima parte de la longitud del meridiano que pasa por Parías, desde el Polo Norte hasta el Ecuador.
Prefijos de las unidades del sistema internacional de medidas
El sistema métrico permite el uso de prefijos para indicar los múltiplos y subdivisiones de una unidad básica. Así, cuando se presentan cantidades muy grandes, o muy pequeñas, de alguna de las magnitudes físicas se requiere multiplicar las unidades del sistema internacional por potencias de base 10 para formar los múltiplos y submúltiplos.
Los prefijos van antes del nombre de la unidad, y sus símbolos también se anteponen a los símbolos de las unidades que se está manejando para expresar la cantidad. A continuación, se detalla la siguiente tabla de prefijos del SI.
¿Cuál es la importancia de los prefijos y cómo se usan?
La importancia de los prefijos radica en que permiten expresar de manera cómoda y práctica las cantidades grandes o pequeñas. Por ejemplo, cuando vamos en una autopista, vemos que las distancias entre estados o provincias están expresadas en kilómetros (km) y no en metros (m).
O cuando nos dicen la distancia que hay entre la Luna y la Tierra, (384 400 km) vemos que es expresada en kilómetros y no en metros o centímetros (cm), así podremos leer fácilmente la medida. Más ejemplos en la siguiente tabla:
Como dijimos, los prefijos siempre se colocan antes de la unidad. Por ejemplo:
- 150 kg: el prefijo kilo (k) se antepone a la unidad gramo (g), entonces se dice: 150 kilogramos.
- 60 nm: el prefijo nano (n) se antepone a la unidad metro (m), entonces se dice: 60 nanómetros.
- 235 cm: el prefijo centi (c) se antepone a la unidad metro (m), entonces se dice: 235 centímetros.
No se pueden usar así:
- 634 gk: el prefijo kilo (k) debe ir antes de la unidad gramo (g). Por lo que está incorrecto.
- 98 kcg: también está incorrecto porque no se pueden usar 2 prefijos como kilo y centi antes de una unidad. Solo se usa uno.
¿Cómo realizar las conversiones de unidades de un sistema a otro?
A pesar de que, el sistema internacional de medidas es reconocido mundialmente y es el estándar global en las investigaciones científicas, hoy en día todavía hay países que no lo utilizan del todo, y hay comercios que incluso utilizan otros sistemas como el sistema inglés, el cual contiene algunas unidades como: la yarda (yd), la pulgada (pulg) y la libra (lb). Es por esto que se debe realizar transformaciones de unidades de un sistema a otro.
Al momento de realizar una conversión debes procurar que las unidades de cada factor de conversión queden arriba o abajo, con relación al otro para que se pueda eliminar.
Debemos verificar las distintas equivalencias entre las unidades de los sistemas y utilizar los factores necesarios para realizar la operación.
Por ejemplo, si queremos saber los metros que hay en una milla:
