Una unidad de medida , o unidad de medida , es una magnitud definida de una cantidad , definida y adoptada por convención o por ley, que se utiliza como patrón para la medición de la misma clase de cantidad . [1] Cualquier otra cantidad de esa clase puede expresarse como múltiplo de la unidad de medida. [2]
Por ejemplo, una longitud es una cantidad física . El metro (símbolo m) es una unidad de longitud que representa una longitud predeterminada definida. Por ejemplo, cuando se hace referencia a "10 metros" (o 10 m), lo que en realidad se quiere decir es 10 veces la longitud predeterminada definida llamada "metro".
La definición, el acuerdo y el uso práctico de las unidades de medida han desempeñado un papel crucial en el quehacer humano desde los primeros tiempos hasta la actualidad. Antes, existían numerosos sistemas de unidades muy comunes. Ahora existe un estándar mundial, el Sistema Internacional de Unidades (SI), la forma moderna del sistema métrico .
En el ámbito comercial, los pesos y las medidas suelen estar sujetos a reglamentaciones gubernamentales para garantizar la equidad y la transparencia. La Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) tiene la misión de garantizar la uniformidad mundial de las medidas y su trazabilidad con respecto al Sistema Internacional de Unidades (SI).
La metrología es la ciencia del desarrollo de unidades de medida aceptadas a nivel nacional e internacional.
En física y metrología, las unidades son estándares para la medición de magnitudes físicas que necesitan definiciones claras para ser útiles. La reproducibilidad de los resultados experimentales es fundamental para el método científico . Un sistema estándar de unidades facilita esto. Los sistemas científicos de unidades son un refinamiento del concepto de pesos y medidas desarrollado históricamente para fines comerciales. [3]
La ciencia , la medicina y la ingeniería suelen utilizar unidades de medida más grandes o más pequeñas que las que se emplean en la vida cotidiana. La selección acertada de las unidades de medida puede ayudar a los investigadores a resolver problemas (véase, por ejemplo, el análisis dimensional ).
En las ciencias sociales no existen unidades de medida estándar.
Una unidad de medida es una cantidad estandarizada de una propiedad física, que se utiliza como factor para expresar cantidades presentes de esa propiedad. Las unidades de medida se encuentran entre las primeras herramientas inventadas por los seres humanos. Las sociedades primitivas necesitaban medidas rudimentarias para muchas tareas: construir viviendas de un tamaño y una forma adecuados, confeccionar ropa o intercambiar alimentos o materias primas.
Los primeros sistemas uniformes de medición conocidos parecen haber sido creados en algún momento entre el cuarto y tercer milenio a. C. entre los pueblos antiguos de Mesopotamia , Egipto y el valle del Indo , y quizás también en Elam, en Persia .
En la Biblia se mencionan pesos y medidas (Levítico 19:35-36). Es un mandamiento ser honesto y tener medidas justas.
En la Carta Magna de 1215 (La Gran Carta) con el sello del Rey Juan , presentada ante él por los Barones de Inglaterra, el Rey Juan acordó en la Cláusula 35 "Habrá una medida de vino en todo nuestro reino, y una medida de cerveza y una medida de maíz, a saber, el cuarto de Londres; y un ancho de telas teñidas, rojizas y de cota de malla, a saber, dos anas por debajo del orillo..."
En el siglo XXI, el sistema internacional es el sistema de unidades predominante en el mundo. Existen otros sistemas de unidades que se utilizan en muchos lugares, como el sistema consuetudinario de los Estados Unidos y el sistema imperial. Estados Unidos es el único país industrializado que aún no se ha convertido, al menos en su mayor parte, al sistema métrico. [4] El esfuerzo sistemático por desarrollar un sistema de unidades universalmente aceptable se remonta a 1790, cuando la Asamblea Nacional Francesa encargó a la Academia Francesa de Ciencias que elaborara dicho sistema de unidades. Este sistema fue el precursor del sistema métrico, que se desarrolló rápidamente en Francia, pero no alcanzó la aceptación universal hasta 1875, cuando 17 naciones firmaron el Tratado de la Convención Métrica. Después de la firma de este tratado, se estableció una Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM). La CGPM produjo el SI actual, que se adoptó en 1954 en la 10.ª Conferencia de Pesas y Medidas. Actualmente, Estados Unidos es una sociedad de sistema dual que utiliza tanto el SI como el sistema consuetudinario estadounidense. [5] [6]
El uso de una sola unidad de medida para una determinada cantidad tiene desventajas obvias. Por ejemplo, no resulta práctico utilizar la misma unidad para la distancia entre dos ciudades y la longitud de una aguja. Por lo tanto, históricamente se desarrollarían de forma independiente. Una forma de facilitar la lectura de números grandes o fracciones pequeñas es utilizar prefijos de unidad .
Sin embargo, en algún momento puede surgir la necesidad de relacionar las dos unidades y, en consecuencia, la necesidad de elegir una unidad para definir la otra o viceversa. Por ejemplo, una pulgada podría definirse en términos de un grano de cebada . Un sistema de medición es una colección de unidades de medición y reglas que las relacionan entre sí.
A medida que la ciencia fue avanzando, surgió la necesidad de relacionar los sistemas de medición de distintas magnitudes, como la longitud, el peso y el volumen. El esfuerzo por intentar relacionar los distintos sistemas tradicionales entre sí expuso muchas inconsistencias y dio lugar al desarrollo de nuevas unidades y sistemas.
Los sistemas de unidades varían de un país a otro. Algunos de los diferentes sistemas incluyen los sistemas centímetro-gramo-segundo , pie-libra-segundo , metro-kilogramo-segundo y el Sistema Internacional de Unidades , SI. Entre los diferentes sistemas de unidades utilizados en el mundo, el más utilizado y aceptado internacionalmente es el SI. Las unidades básicas del SI son el segundo, el metro, el kilogramo, el amperio, el kelvin, el mol y la candela; todas las demás unidades del SI se derivan de estas unidades básicas. [7] [8] : 132
Los sistemas de medición en uso moderno incluyen el sistema métrico , el sistema imperial y las unidades habituales de los Estados Unidos .
Históricamente, muchos de los sistemas de medición que se habían utilizado se basaban en cierta medida en las dimensiones del cuerpo humano. Dichas unidades, que pueden llamarse unidades antrópicas , incluyen el codo , basado en la longitud del antebrazo; el paso , basado en la longitud de una zancada; y el pie y la mano . [9] : 25 Como resultado, las unidades de medida podían variar no solo de un lugar a otro, sino de una persona a otra. Las unidades que no se basaban en el cuerpo humano podían basarse en la agricultura, como es el caso del furlong y el acre , ambos basados en la cantidad de tierra que puede ser trabajada por una yunta de bueyes .
Los sistemas métricos de unidades han evolucionado desde la adopción del sistema métrico original en Francia en 1791. El sistema métrico estándar internacional actual es el Sistema Internacional de Unidades (abreviado como SI). Una característica importante de los sistemas modernos es la estandarización . Cada unidad tiene un tamaño reconocido universalmente.
Tanto las unidades imperiales como las unidades tradicionales de EE. UU. derivan de unidades inglesas anteriores . Las unidades imperiales se usaban principalmente en la Mancomunidad Británica y el antiguo Imperio Británico . Las unidades tradicionales de EE. UU. siguen siendo el principal sistema de medición utilizado en los Estados Unidos fuera de la ciencia, la medicina, muchos sectores de la industria y algunos del gobierno y el ejército, y a pesar de que el Congreso autorizó legalmente la medida métrica el 28 de julio de 1866. [10] Se han dado algunos pasos hacia la metrificación estadounidense , en particular la redefinición de las unidades básicas estadounidenses e imperiales para derivar exactamente de las unidades del SI. Desde el acuerdo internacional de la yarda y la libra de 1959, la pulgada estadounidense e imperial ahora se define exactamente como0,0254 m , y la libra avoirdupois estadounidense e imperial ahora se define exactamente como0,453 592 37 kilogramos . [11]
Mientras que los sistemas de unidades anteriores se basan en valores unitarios arbitrarios, formalizados como estándares, las unidades naturales en física se basan en principios físicos o se seleccionan para facilitar el trabajo con ecuaciones físicas. Por ejemplo, las unidades atómicas (UA) se diseñaron para simplificar la ecuación de onda en física atómica . [12]
En las ciencias se pueden encontrar algunas unidades inusuales y no estándar , como la masa solar (2 × 10 30 kg ), el megatón (la energía liberada al detonar un millón de toneladas de trinitrotolueno , TNT) y el electronvoltio .
Para reducir la incidencia del fraude minorista, muchos estatutos nacionales tienen definiciones estándar de pesos y medidas que pueden usarse (de ahí la expresión " medida estatutaria "), y estas son verificadas por funcionarios legales. [ cita requerida ]
En contextos informales, una cantidad puede describirse como múltiplos de la de una entidad familiar, lo que puede ser más fácil de contextualizar que un valor en un sistema de unidades formal. Por ejemplo, una publicación puede describir una zona de un país extranjero como un número de múltiplos del área de una región local del lector. La propensión a utilizar ciertos conceptos con frecuencia puede dar lugar a "sistemas" de unidades definidos de forma imprecisa. [13] [14]
Para la mayoría de las magnitudes, es necesaria una unidad para comunicar los valores de esa magnitud física. Por ejemplo, transmitir a alguien una longitud determinada sin utilizar algún tipo de unidad es imposible, porque una longitud no se puede describir sin una referencia que dé sentido al valor dado.
Pero no todas las magnitudes requieren una unidad propia. Utilizando las leyes físicas, las unidades de magnitudes pueden expresarse como combinaciones de unidades de otras magnitudes. Por lo tanto, sólo se requiere un pequeño conjunto de unidades. Estas unidades se toman como unidades base y las otras unidades son unidades derivadas . Por lo tanto, las unidades base son las unidades de las magnitudes que son independientes de otras magnitudes y son las unidades de longitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura, intensidad luminosa y la cantidad de sustancia. Las unidades derivadas son las unidades de las magnitudes que se derivan de las magnitudes base y algunas de las unidades derivadas son las unidades de velocidad, trabajo, aceleración, energía, presión, etc. [7]
Los diferentes sistemas de unidades se basan en diferentes elecciones de un conjunto de unidades relacionadas, incluidas las unidades fundamentales y derivadas.
Según la norma ISO 80000-1 , [15] cualquier valor o magnitud de una cantidad física se expresa como una comparación con una unidad de esa cantidad. El valor de una cantidad física Z se expresa como el producto de un valor numérico { Z } (un número puro) y una unidad [ Z ]:
Por ejemplo, supongamos que "2 metros" es el valor numérico y es la unidad. A la inversa, el valor numérico expresado en una unidad arbitraria se puede obtener como:
Las unidades sólo se pueden sumar o restar si son del mismo tipo; sin embargo, las unidades siempre se pueden multiplicar o dividir, como solía explicar George Gamow . Sea "2 metros" y "3 segundos", entonces
Hay ciertas reglas que se aplican a las unidades:
La conversión de unidades es la conversión de la unidad de medida en la que se expresa una cantidad , normalmente mediante un factor de conversión multiplicativo que cambia la unidad sin cambiar la cantidad. Esto también suele interpretarse de forma imprecisa como la sustitución de una cantidad por una cantidad correspondiente que describe la misma propiedad física.
La conversión de unidades suele ser más fácil dentro de un sistema métrico como el SI que en otros, debido a la coherencia del sistema y sus prefijos métricos que actúan como multiplicadores de potencia de 10.Un ejemplo de la importancia de las unidades acordadas es el fracaso del Mars Climate Orbiter de la NASA , que se destruyó accidentalmente en una misión a Marte en septiembre de 1999 (en lugar de entrar en órbita) debido a errores de comunicación sobre el valor de las fuerzas: diferentes programas informáticos utilizaban diferentes unidades de medida ( newton frente a libra fuerza ). Se desperdiciaron cantidades considerables de esfuerzo, tiempo y dinero. [16] [17]
El 15 de abril de 1999, el vuelo de carga 6316 de Korean Air de Shanghái a Seúl se perdió debido a que la tripulación confundió las instrucciones de la torre (en metros) y las lecturas del altímetro (en pies). Tres tripulantes y cinco personas en tierra murieron. Treinta y siete resultaron heridas. [18] [19]
En 1983, un Boeing 767 (que gracias a las habilidades de planeo de su piloto aterrizó de manera segura y se hizo conocido como el Planeador Gimli ) se quedó sin combustible en pleno vuelo debido a dos errores al calcular el suministro de combustible del primer avión de Air Canada en utilizar medidas métricas. [20] Este accidente fue el resultado tanto de la confusión debido al uso simultáneo de medidas métricas e imperiales como de la confusión de medidas de masa y volumen.
Al planificar su viaje a través del Océano Atlántico en la década de 1480, Colón asumió erróneamente que la milla a la que se hace referencia en la estimación árabe de 56+2/3 La distancia entre las millas y el grado era la misma que la milla italiana, mucho más corta, de 1.480 metros. Por lo tanto, su estimación del tamaño del grado y de la circunferencia de la Tierra era aproximadamente un 25 % demasiado pequeña. [21] : 1 : 17
Air Canada dijo ayer que su avión Boeing 767 se quedó sin combustible en pleno vuelo la semana pasada debido a dos errores al calcular el suministro de combustible del primer avión de la aerolínea que utilizaba medidas métricas. Después de que ambos motores perdieran potencia, los pilotos realizaron lo que ahora se cree que es el primer aterrizaje de emergencia exitoso
de
un avión comercial.
Histórico
Legal
Información métrica
![{\displaystyle Z=\{Z\}\times [Z]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/def9bab2222172f53c7a8becf5e4185293817ff6)
![{\displaystyle [Z]=\mathrm {metro} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f6a8ec250d9a5d8cc852b7f4f0942e1753dbffd7)
![{\displaystyle \{Z\}=Z/[Z]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3f34ded144b10ed1870ed60970d3e48a6a968381)
![{\displaystyle 2\,\mathrm {metros} \times 3\,\mathrm {segundos} =\{Z\}\{W\}\times [Z][W]=6\,\mathrm {metros} \times \mathrm {segundos} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/eaad7f2e07c031f027c9064fad5a78e0b6fd7fe5)