Unidad de medida

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 estándar para medir la misma cantidad . ^{[ 1 ]} Cualquier otra cantidad de ese tipo puede expresarse como un múltiplo de la unidad de medida. ^{[ 2 ]} Por ejemplo, una longitud es una magnitud física . El metro (símbolo: m) es una unidad de longitud que representa una longitud definida y predeterminada. Por ejemplo, cuando se hace referencia a "10  metros" (o 10  m), se quiere decir 10 veces la longitud definida y predeterminada llamada "metro".

La definición, el consenso y el uso práctico de las unidades de medida han desempeñado un papel crucial en la actividad humana desde la antigüedad hasta nuestros días. Antiguamente, existía una gran variedad de sistemas de unidades . Ahora, existe un estándar global, el Sistema Internacional de Unidades (SI), que es la versión moderna del sistema métrico y que sustituye al sistema cgs .

En el comercio, las pesas y medidas suelen estar sujetas a regulación gubernamental para garantizar la equidad y la transparencia. La Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) tiene la responsabilidad de asegurar la uniformidad mundial de las mediciones y su trazabilidad al Sistema Internacional de Unidades (SI) . ^{[ 3 ]}

La metrología es la ciencia que desarrolla unidades de medida aceptadas a nivel nacional e internacional. ^{[ 4 ]} En física y metrología, las unidades son estándares para la medición de magnitudes físicas que requieren 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 perfeccionamiento del concepto de pesos y medidas desarrollado históricamente con fines comerciales. ^{[ 5 ]}

La ciencia , la medicina y la ingeniería suelen utilizar unidades de medida mayores y menores que las que se usan en la vida cotidiana. La selección adecuada de las unidades de medida puede ayudar a los investigadores a resolver problemas (véase, por ejemplo, el análisis dimensional ).

Una unidad de medida es una cantidad estandarizada de una propiedad física, utilizada como factor para expresar cantidades de dicha propiedad. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Las unidades de medida fueron algunas de las primeras herramientas inventadas por los humanos. Las sociedades primitivas necesitaban medidas rudimentarias para muchas tareas, algunas de las cuales son: construir viviendas de tamaño y forma adecuados, confeccionar ropa o intercambiar alimentos o materias primas. Antes del establecimiento del sistema métrico decimal en Francia durante la Revolución Francesa a finales del siglo XVIII, ^{[ 6 ]} muchas unidades de longitud se determinaban por el tamaño de partes del cuerpo humano . ^{[ 7 ]}

Los primeros sistemas de medición uniformes conocidos parecen haber sido creados en algún momento entre el cuarto y el tercer milenio a. C. entre los antiguos pueblos de Mesopotamia , Egipto y el valle del Indo , y quizás también en Elam , Persia . ^{[ 8 ] [ 9 ]}

En la Biblia se mencionan pesas y medidas (Levítico 19:35-36). Es un mandamiento ser honesto y usar 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 grano, es decir, el cuarto de galón de Londres; y un ancho de telas teñidas, rojizas y de cota de malla , es decir, dos codos 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, como el Sistema de Unidades de los Estados Unidos y el Sistema Imperial . Estados Unidos es el único país industrializado que aún no ha adoptado, al menos en su mayor parte, el sistema métrico. ^{[ 10 ]} 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 la creación de dicho sistema. Este sistema fue el precursor del sistema métrico, que se desarrolló rápidamente en Francia, pero no alcanzó aceptación universal hasta 1875, cuando 17 naciones firmaron el Tratado de la Convención Métrica. Tras la firma de este tratado, se estableció la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM). La CGPM elaboró ​​el SI actual, que fue adoptado en 1954 en la 10.ª Conferencia de Pesas y Medidas. Actualmente, Estados Unidos es una sociedad con un sistema dual que utiliza tanto el SI como el Sistema de Unidades de los Estados Unidos. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

La definición formal de unidad de medida (o unidad de medida ) es ^{[ 1 ]}

Cantidad escalar real, definida y adoptada por convención, con la cual se puede comparar cualquier otra cantidad del mismo tipo para expresar la razón de las dos cantidades como un número.

Numerosos ejemplos de magnitudes físicas , como la longitud , el tiempo o la masa , aparecen en la Lista de magnitudes físicas , que también sirve como lista de unidades de medida .

El uso de una única unidad de medida para una cantidad determinada presenta inconvenientes evidentes. Por ejemplo, resulta poco práctico utilizar la misma unidad para la distancia entre dos ciudades y la longitud de una aguja. Por lo tanto, históricamente, se desarrollaron de forma independiente. Una manera de facilitar la lectura de números grandes o fracciones pequeñas es utilizar prefijos de unidad .

En algún momento, sin embargo, podría surgir la necesidad de relacionar ambas unidades y, por consiguiente, la de elegir una para definir la otra, o viceversa. Por ejemplo, una pulgada podría definirse en términos de un grano de cebada . Un sistema de medición es un conjunto de unidades de medida y reglas que las relacionan entre sí.

Con el avance de la ciencia , surgió la necesidad de relacionar los sistemas de medición de diferentes magnitudes, como la longitud, el peso y el volumen. El intento de relacionar los distintos sistemas tradicionales entre sí puso de manifiesto muchas inconsistencias y propició el desarrollo de nuevas unidades y sistemas.

Los sistemas de unidades varían de un país a otro. Algunos de los diferentes sistemas incluyen el centímetro-gramo-segundo , el pie-libra-segundo , el 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 base 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 base. ^{[ 13 ] [ 14 ] : 132}

Los sistemas de medición que se utilizan en la actualidad incluyen el sistema métrico , el sistema imperial y las unidades de medida habituales en los Estados Unidos .

Sistemas métricos

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 (SI). Una característica importante de los sistemas modernos es la estandarización . Cada unidad tiene un tamaño universalmente reconocido.

Tanto las unidades imperiales como las unidades consuetudinarias estadounidenses derivan de unidades inglesas anteriores . Las unidades imperiales se usaban principalmente en la Commonwealth británica y el antiguo Imperio Británico . Las unidades consuetudinarias estadounidenses 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 el sistema métrico el 28 de julio de 1866. ^{[ 17 ]} Se han dado algunos pasos hacia la metrificación estadounidense , en particular la redefinición de las unidades básicas estadounidenses e imperiales para que deriven exactamente de las unidades del SI. Desde el acuerdo internacional de yarda y libra de 1959, la pulgada estadounidense e imperial se define ahora exactamente como0,0254 m  , y la libra avoirdupois estadounidense e imperial ahora se define como exactamente0,453 592 37 kg  . ^{[ 18 ]}

Para la mayoría de las magnitudes, es necesaria una unidad para comunicar valores de dicha magnitud física. Por ejemplo, es necesario utilizar algún tipo de unidad para transmitir una longitud determinada, ya que una longitud solo puede describirse en relación con una magnitud definida y comprensible, como otra longitud conocida por ambas personas.

No todas las magnitudes requieren una unidad específica. Mediante las leyes físicas, las unidades de las magnitudes pueden expresarse en términos de una combinación de unidades de otras magnitudes. Esto permite utilizar un pequeño conjunto de unidades para definir todas las demás. Estas unidades se consideran unidades base y las demás unidades son unidades derivadas . Así, las unidades base son las unidades de las magnitudes que son independientes de otras magnitudes. En el SI, estas son las unidades de longitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura, intensidad luminosa y 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. ^{[ 13 ]}

Los distintos sistemas de unidades se basan en diferentes elecciones de un conjunto de unidades relacionadas, que incluyen unidades fundamentales y derivadas.

Las unidades solo se pueden sumar o restar si son del mismo tipo; sin embargo, siempre se pueden multiplicar o dividir, como solía explicar George Gamow .${\displaystyle Z}$ser "2 metros" y${\displaystyle W}$"3 segundos", entonces

${\displaystyle 2\,\mathrm {metros} \times 3\,\mathrm {segundos} =\{Z\}\{W\}\times [Z][W]=6\,\mathrm {metros} \times \mathrm {segundos} }$.

Existen ciertas reglas que se aplican a las unidades:

• Solo se pueden sumar términos semejantes. Cuando una unidad se divide por sí misma, el resultado es una unidad sin unidades. Cuando se multiplican o dividen dos unidades diferentes, el resultado es una nueva unidad, denominada por la combinación de las unidades. Por ejemplo, en el SI, la unidad de velocidad es el metro por segundo (m/s). Véase análisis dimensional . Una unidad se puede multiplicar por sí misma, creando una unidad con un exponente (p. ej., m² ^/ s² ⁾ . En resumen, las unidades obedecen las leyes de los exponentes. (Véase exponenciación ).
• Algunas unidades tienen nombres especiales, pero deben tratarse como sus equivalentes. Por ejemplo, un newton (N) equivale a 1  kg⋅m/s² ^. Así, una magnitud puede tener varias unidades; por ejemplo, la unidad de tensión superficial puede denominarse N/m (newton por metro) o kg/s² ⁽ kilogramo por segundo al cuadrado).

Los desarrolladores de software en una amplia variedad de campos, incluyendo aplicaciones científicas, sanitarias y financieras, han buscado adoptar enfoques que reduzcan errores y fallos relacionados con las unidades de medida. En la programación orientada a objetos, esto se suele lograr utilizando el patrón Quantity para asociar el valor y la unidad. ^{[ 23 ]} (En aplicaciones financieras, es común representar valores monetarios almacenándolos con la moneda; esto se conoce a menudo como el patrón Money). ^{[ 24 ]} El lenguaje de programación F# cuenta con soporte sintáctico para representar unidades de medida, convertirlas y comprobar su seguridad de tipos en tiempo de compilación. ^{[ 25 ]}

Un ejemplo de la importancia de las unidades consensuadas es el fracaso del Orbitador Climático de Marte de la NASA , que fue destruido accidentalmente en una misión a Marte en septiembre de 1999 (en lugar de entrar en órbita) debido a malentendidos sobre el valor de las fuerzas: diferentes programas informáticos utilizaban distintas unidades de medida ( newton frente a libra fuerza ). Se desperdiciaron considerables cantidades de esfuerzo, tiempo y dinero. ^{[ 26 ] [ 27 ]}

El 15 de abril de 1999, el vuelo de carga 6316 de Korean Air , que cubría la ruta Shanghái - Seúl, se perdió debido a que la tripulación confundió las instrucciones de la torre de control (en metros) con las lecturas del altímetro (en pies). Tres miembros de la tripulación y cinco personas en tierra fallecieron. Treinta y siete personas resultaron heridas. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

En 1983, un Boeing 767 (que gracias a las habilidades de planeo de su piloto aterrizó sano y salvo y se hizo conocido como el Planeador de Gimli ) se quedó sin combustible en pleno vuelo debido a dos errores en el cálculo del suministro de combustible del primer avión de Air Canada en utilizar medidas métricas. ^{[ 30 ]} Este accidente fue el resultado de la confusión debida al uso simultáneo de medidas métricas e imperiales y de la confusión entre medidas de masa y volumen.

Al planificar su viaje a través del océano Atlántico en la década de 1480, Colón supuso erróneamente que la milla a la que se refería la estimación árabe de 56 + 2/3 millas para el tamaño de un grado era la misma que la milla italiana , mucho más corta , de 1480 metros. Por lo tanto , su estimación del tamaño del grado y de la circunferencia de la Tierra fue aproximadamente un 25 % menor de lo real. ^{[ 31 ] : 1 : 17}

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• Rowlett, Russ (2018) ¿Cuántos? Un diccionario de unidades de medida
• Manual NIST 44 , Especificaciones, tolerancias y otros requisitos técnicos para dispositivos de pesaje y medición.
• Sitio web oficial de SI
• Marco del Sistema de Cantidades : Biblioteca y Calculadora del Sistema de Cantidades para Conversiones de Unidades y Predicción de Cantidades
• Lista de unidades con factores de conversión seleccionados

Histórico

• "Convenciones aritméticas para la conversión entre el sistema de medidas romano [ es decir, otomano ] y el egipcio" es un manuscrito de 1642, en árabe, que trata sobre unidades de medida.
• "Pesos y medidas"  . Nueva Enciclopedia Internacional . 1905.

Legal

• Irlanda – Ley de Metrología de 1996
• Texto del Reglamento de Unidades de Medida de 1995 vigente en la actualidad (incluidas sus modificaciones) en el Reino Unido, procedente de legislation.gov.uk .

Información métrica

• BIPM (sitio web oficial)
• El Código Unificado de Unidades de Medida (UCUM)