Unidad de medida básica

Una unidad básica de medida (también denominada unidad fundamental ) es una unidad de medida adoptada para una magnitud básica . Una magnitud básica es una de las magnitudes físicas elegidas convencionalmente , donde ninguna magnitud de dicho subconjunto puede expresarse en términos de las demás. Las unidades básicas del SI , o Sistema Internacional de Unidades , son el metro, el kilogramo, el segundo, el amperio, el kelvin, el mol y la candela.

Un múltiplo de una unidad es un múltiplo entero de una unidad dada; asimismo, un submúltiplo de una unidad es un submúltiplo o una fracción unitaria de una unidad dada. ^{[ 1 ]} Los prefijos de unidades son múltiplos y submúltiplos comunes de unidades en base 10 o base 2.

Mientras que una unidad base es aquella que ha sido designada explícitamente como tal, ^{[ 2 ]} una unidad derivada es una unidad para una magnitud derivada , que implica la combinación de magnitudes con unidades diferentes; ^{[ 1 ]} varias unidades derivadas del SI tienen nombres especiales. Una unidad derivada coherente no implica factores de conversión .

En el lenguaje de la medición , las magnitudes físicas son aspectos cuantificables del mundo, como el tiempo , la distancia , la velocidad , la masa , la temperatura , la energía y el peso , y se utilizan unidades para describir su magnitud o cantidad. Muchas de estas magnitudes están relacionadas entre sí por diversas leyes físicas, y como resultado, las unidades de una magnitud pueden expresarse generalmente como un producto de potencias de otras unidades; por ejemplo, el momento lineal es la masa multiplicada por la velocidad, mientras que la velocidad es la distancia dividida por el tiempo. Estas relaciones se analizan en el análisis dimensional . Aquellas que pueden expresarse de esta manera en términos de las unidades base se denominan unidades derivadas .

En el Sistema Internacional de Unidades (SI), existen siete unidades básicas: kilogramo , metro , candela , segundo , amperio , kelvin y mol . Se han definido varias unidades derivadas, muchas de ellas con nombres y símbolos especiales.

En 2019, las siete unidades básicas del SI se redefinieron en términos de siete constantes definitorias. Por lo tanto, las unidades básicas del SI ya no son estrictamente necesarias, pero se conservaron por razones tanto históricas como prácticas. ^{[ 3 ]} Véase la revisión del SI de 2019 .

Un conjunto de dimensiones básicas de una magnitud es un conjunto mínimo de unidades tal que toda magnitud física puede expresarse en términos de este conjunto. Las dimensiones básicas tradicionales son masa , longitud , tiempo , carga y temperatura , pero en principio, podrían utilizarse otras magnitudes básicas. La corriente eléctrica podría utilizarse en lugar de la carga, o la velocidad en lugar de la longitud. Algunos físicos no han reconocido la temperatura como una dimensión básica, ya que simplemente expresa la energía por partícula por grado de libertad, la cual puede expresarse en términos de energía (o masa, longitud y tiempo). ^{[ 4 ]} Duff argumenta que solo los valores adimensionales tienen significado físico y que todas las unidades dimensionales son construcciones humanas. ^{[ 5 ]}

Existen otras relaciones entre magnitudes físicas que pueden expresarse mediante constantes fundamentales, y hasta cierto punto resulta arbitrario decidir si se conserva la constante fundamental como una magnitud con dimensiones o simplemente se define como la unidad o un número fijo adimensional , reduciendo así en uno el número de magnitudes base explícitas. La cuestión ontológica reside en si estas constantes fundamentales existen realmente como magnitudes dimensionales o adimensionales. Esto equivale a considerar la longitud como sinónimo de tiempo o a entender la carga eléctrica como una combinación de masa, longitud y tiempo, lo cual puede parecer menos natural que pensar en la temperatura como una medida de la misma materia que la energía (que se expresa en términos de masa, longitud y tiempo).

Por ejemplo, el tiempo y la distancia están relacionados entre sí por la velocidad de la luz , c , que es una constante fundamental. Es posible utilizar esta relación para eliminar la unidad base del tiempo o la de la distancia. Consideraciones similares se aplican a la constante de Planck , h , que relaciona la energía (con dimensión expresable en términos de masa, longitud y tiempo) con la frecuencia (con dimensión expresable en términos de tiempo). En física teórica es habitual utilizar unidades (unidades naturales) en las que c = 1 y ħ = 1. Una elección similar puede aplicarse a la permitividad del vacío , ε ₀ .

• Se podría eliminar el metro o el segundo estableciendo c en la unidad (o en cualquier otro número fijo adimensional).
• Entonces se podría eliminar el kilogramo estableciendo ħ como un número adimensional.
• Se podría eliminar el amperio estableciendo la permitividad del vacío ε ₀ o la carga elemental e a un número adimensional.
• Se podría eliminar el mol como unidad básica estableciendo la constante de Avogadro N _A en 1. Esto es lógico, ya que se trata de una constante de escala técnica.
• Se podría eliminar el kelvin, ya que se puede argumentar que la temperatura simplemente expresa la energía por partícula por grado de libertad , la cual puede expresarse en términos de energía (o masa, longitud y tiempo). Dicho de otro modo, la constante de Boltzmann k _B es una constante de escala técnica y podría establecerse en un número adimensional fijo.
• De manera similar, se podría eliminar la candela, ya que se define en términos de otras cantidades físicas a través de una constante de escala técnica, K _cd .
• Eso deja una dimensión base y una unidad base asociada, pero quedan varias constantes fundamentales para eliminar también eso; por ejemplo, se podría usar G , la constante gravitacional , m _e , la masa en reposo del electrón , o Λ, la constante cosmológica .

Las opciones preferidas varían según el campo de la física. El uso de unidades naturales implica que cada magnitud física se expresa como un número adimensional, lo cual es señalado por los físicos que cuestionan la existencia de magnitudes básicas incompatibles. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

• Unidades características
• Análisis dimensional
• unidades naturales
• Una (unidad)