¡Estimada comunidad de hive, reciban todo un cordial saludo! Es un placer para mi estar de nuevo por este medio compartiendo un poco sobre un contenido relacionado con ciencia, en eta oportunidad haremos un análisis sobre las mediciones en las diferentes ramas de la física.
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Aun cuando en la física los principios fundamentales están entrelazados entre sí como unidades completamente dependientes, tradicionalmente se ha establecido una división atada, cronológicamente, al desarrollo de esta ciencia. Así, se habla de Física Clásica y Física Moderna. Siendo la primera una parte que abarca hasta finales del siglo XIX y tiene como prioridad las siguientes áreas del conocimiento:
- Mecánica: Fundamentalmente estudia todo lo concerniente a movimiento.
- Calor y temperatura: Esta rama de la Física clásica estudia como pueden ser afectados los cuerpos que se someten a efectos térmicos.
- Movimiento ondulatorio: Estudia las características de las ondas, sean estas sonoras o no.
- Óptica: Trata los fenómenos físicos asociados con los efectos luminosos.
- Electromagnetismo: Explica las interacciones eléctricas y magnéticas con la materia.
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La llamada física moderna comienza a desarrollarse a principios del siglo XX y trata algunos aspectos no explicados mediante la Física Clásica y estrechamente relacionados tanto con los secretos íntimos del átomo como con el movimiento a velocidades cercanas a la de la Luz. La teoría de la relatividad de Einstein, la superconductividad, la Física Cuántica y la Física de Semiconductores, son algunos ejemplos de los campos donde la Física Moderna ha desarrollado sus modelos.
Ahora bien, conociendo un poco sobre las diferentes ramas de la física y sabiendo que las hipótesis científicas deben ser comprobadas mediante el uso de la experimentación, quien la plasmo dramáticamente Albert Einstein de la siguiente manera: “Un solo experimento puede demostrar que me equivoco. La realización de innumerables experimentos no bastan para probar que estoy en lo cierto”.
La experimentación requiere la realización de medidas. Pero, ¿Qué medimos? Si estamos en estudio de un cuerpo que cae libremente, se pueden medir cantidades como tiempo transcurrido y la rapidez con la cual el cuerpo desciende, pueden expresarse numéricamente y se definen como magnitudes físicas. Las magnitudes físicas son, por tanto, susceptibles de ser medidas. En general, podemos decir que:
Medir es comparar una magnitud con otra magnitud que se toma como unidad patrón. Figuera (2009).
Así que, cuando decimos que una persona mide 1,70 m, estamos comparando su altura con la unidad patrón de la longitud: el metro. De acuerdo con esto, sabemos que la persona mide más de un metro y menos de dos metros. El conocimiento más cercano sobre lo que esta medida representa, lo estudiamos posteriormente.
La medición de las magnitudes físicas, envuelve dos factores: el valor numérico y la unidad en la cual se expresa. Así, tenemos:
4 m (Valor numérico: 4; unidad: metro)
10 Kg (Valor numérico: 10; unidad: kilogramo)
Hasta finales del siglo XVIII, las unidades de medida no estaban regidas por alguna norma, lo que dificultaba el intercambio de información en la comunidad científica y entorpecía las relaciones comerciales entre las naciones. Anteriormente, se hablaba de codos, curtas, pies, leguas, entre otras unidades que, en algunos casos, tenían que ver con las dimensiones del cuerpo humano correspondientes a los reyes. Así, por ejemplo, el codo era la distancia entre el codo y el extremo de la mano; el pie correspondía a la medida del pie humano. Como era de esperarse, la longitud de un codo o de un pie variaba de una persona a otra, interfiriendo con la uniformidad de las medidas.
Aun cuando en los países de habla inglesa todavía se utilizan en el quehacer diario algunas de las antiguas medidas, estas fueron definidas, posteriormente, en base a patrones menos sujetos a variabilidad.
En vista de las dificultades ya descritas, el mundo científico de los siglos XVII y XVIII comenzó a proponer la adopción de patrones de medida, con las características siguientes:
a) Universalidad: el patrón puede ser utilizado en cualquier área de la ciencia y en cualquier lugar del planeta.
b) Accesibilidad: el patrón puede ser reproducido comercialmente, de manera que cualquiera pueda tener acceso al mismo.
c) Invariancia: el patrón debe mantener sus características en el tiempo, bajo diversas condiciones ambientales.
En abril de 1795 se firma en Paris el decreto que dio origen al Sistema Métrico Decimal. El metro fue el primer patrón adoptado por la comunidad científica internacional. Se estableció, así, el metro como la unidad fundamental de longitud. La longitud es un concepto asociado con la idea de distancia, al metro se le abrevia con la letra m. Ahora bien, ¿Cómo se mide el metro? Su definición ha cambiado varias veces.
En 1889, el metro se definió como la diez millonésima parte (10 e -7) de la distancia sobre un meridiano desde el ecuador al polo terrestre. Esta distancia se marcó en una barra de platino y se mantuvo en condiciones de temperatura y presión constantes en Paris.
Para 1960, como consecuencia del perfeccionamiento de las técnicas ópticas, se determino que las marcas, cuya separación definía al metro sobre la barra de platino, eran ambiguas. Se definió, entonces, al metro en base a la longitud de onda de la luz anaranjada emitida por un isótopo del elemento Kripton en estado gaseoso. Se hizo equivaler el metro a 1.650.763,73 longitudes de onda de esa luz.
Luego en 1983, la búsqueda de una mayor exactitud, en la XVII Conferencia General de Pesas y Medidas se estableció el patrón que, actualmente, está vigente y que define al metro como la distancia que recorre la luz en el vacío en 1/ 299.798,458 segundos.
Fue también en 1960, cuando se acordó adoptar el Sistema Internacional de Medidas (SI) con el metro (m) como unidad de longitud, el kilogramo (Kg) como unidad de masa y el segundo (s) como unidad de tiempo.
La masa de un cuerpo es un concepto usualmente asociado a la cantidad de materia que posee. En un principio, el kilogramo se definió como la masa de un litro de agua bajo ciertas condiciones de temperatura y presión. En 1901, se definió el kilogramo patrón como la masa de un cilindro constituido por una aleación de Platino e Iridio. Este patrón se conserva en Francia, en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas. Hasta los momentos este patrón no ha tenido modificaciones.
Por otra parte, el tiempo se definió, en principio, con base al día solar medio; es decir, la duración de una revolución completa de la Tierra alrededor del sol, que corresponde a 86.400 segundos. De acuerdo a esto, el segundo equivalía a 1 / 86.400 partes del dia solar medio. La exactitud de esta definición se vio comprometida por la disminución gradual de la velocidad de la Tierra y porque hay existen variaciones en el día solar medio de un año al otro.
En la búsqueda de un patrón más exacto, en 1967 se definió el segundo en base a un patrón atómico: un segundo corresponde a la duración de 9.192.631.770 periodos de un átomo de Cesio, cuando éste vibra de cierta forma.
Aun cuando el metro, el kilogramo y el segundo fueron los primeros patrones definidos en el SI, posteriormente se agregaron otros patrones de medida, que completan el cuadro de las unidades físicas básicas. Dichas unidades se presentan en la siguiente tabla:
A partir de las unidades básicas, se han establecido las llamadas unidades derivadas, que se definen a partir de las unidades básicas. Algunas son:
Es necesario acotar que, en un comienzo, al sistema en el cual el metro (m), el kilogramo (Kg) y el segundo (s) eran las unidades básicas se le denominó sistema MKS (metro, kilogramo, segundo). Con la incorporación de otras unidades, al sistema de unidades básicas se le llamó Sistema Internacional (SI).
Referencias
Figuera, J. (2009). Física, Texto y problemario. Caracas: Ediciones CO-BO.
Serway, R & Jewett, J. (2005). Física para Ciencias e Ingenierías, Volumen II. México: International Thomson Editores, S.A
Nota: Los diagramas presentados en esta publicación son diseñados y editados por mi persona utilizando elementos e imágenes del programa Microsoft Power Point.
