MEDICIONES

MEDICIONES
• Morales Robles Jonathan Israel
• Jael Antonio Pedrosa Garnica
• Jairo Jael Castañeda Puente
LAS CANTIDADES
FÍSICAS,
PATRONES Y
UNIDADES
• La física se basa en cantidades unidades como longitud,
masa, tiempo, fuerza, entre otras, que forman la base para
expresar las leyes científicas. Aunque algunas de estas
palabras son familiares en el lenguaje cotidiano, sus
definiciones científicas precisas y unidades de medida
pueden diferir.
• Los acuerdos sobre patrones de medida se logran en
conferencias internacionales ya que estas unidades son
fundamentales para mediciones precisas en una amplia
gama de escalas, desde partículas subatómicas hasta
mediciones prácticas.
• La mejora y mantenimiento de estos patrones, y la
búsqueda de patrones más precisos es un componente
esencial de la investigación científica.
EL SISTEMA INTERNACIONAL
DE UNIDADES
• Durante las reuniones de la Conferencia General
de Pesas y Medidas durante el periodo 1954-1971,
, se establecieron siete cantidades físicas como
unidades básicas del SI.
• la Conferencia General de Pesas y Medidas, en las
reuniones sostenidas durante el periodo 19601975 recomendó utilizar los prefijos para una
mayor comodidad en la representación de
cantidades de un dango muy amplio.
• Estas unidades fundamentales son la base del
Sistema Internacional de Unidades, ejemplos de
unidades derivadas del SI son: la fuerza, velocidad
y resistencia eléctrica, se construyen a partir de
estas unidades básicas.
EL PATRÓN DE TIEMPO
• El tiempo es abstracto no podemos cuestionar si existe o no en el
tiempo para nosotros sí existe y es de cierta forma medible en él
se basa la gran mayoría de procesos humanos el tiempo para
nosotros es una serie de preguntas y comparaciones en base a
otros sucesos que observamos.
• Para hacer un patrón o comparar algo con algo es necesario que
este se repita y no varía o varía muy poco para poder tomarlo de
referencia ante otros sucesos por ejemplo la duración de un día el
cual es lo que tarda la Tierra en girar sobre su propio eje.
• Otro método para medir el tiempo es según las vibraciones
periódicas de un cristal de cuarzo y calibrándolo contra la
rotación de la Tierra se puede medir el tiempo hoy en día existen
mejores formas de calcular el tiempo un ejemplo de estos son los
relojes atómicos en los en los cuales básicamente se basa en una
frecuencia característica de la radiación de las microondas
emitidas por un elemento, el cesio.
• Esta fue adoptada como un patrón internacional por la terciaba
conferencia general de pesas y medidas de 1967 donde se definió
como un segundo es el tiempo ocupado por 9,192,631,770
vibraciones de la radiación (de una longitud de onda específica)
emitifa por un atomo de cesio.
• Hoy en dia hay relojes de maser de hidrógeno los cuales tienen
una precisión de 1 s en 30 millones de años.
El patrón de longitud
• El primer patrón internacional de longitud fue una barra de una
aleación de platino e iridio, llamada metro patrón, definida por la
distancia entre líneas grabadas en la barra a 0°C. Aunque tenía una
ligera diferencia del valor deseado (0.023%), se crearon copias precisas
para calibrar otros patrones. Albert A. Michelson usó la longitud de
onda de la luz roja emitida por átomos de cadmio para obtener un
patrón más preciso en 1893. En 1960, se adoptó un patrón atómico para
el metro usando la longitud de onda de una luz anaranjada emitida por
átomos de criptón. En 1983, debido a la alta precisión en las mediciones
de la velocidad de la luz,el metro fue redefinido como la distancia
recorrida por una onda de luz en un intervalo de tiempo especificado.
En las palabras de la 17a. Conferencia General de Pesas y Medidas:
• El metro es la distancia recorrida por la luz en el vacío durante un
intervalo de tiempo de 1/299,792,458 de segundo. Esto es equivalente
a decir que la velocidad de la luz c se define ahora como:
c = 299,792,458 m/s (exactamente)
Esto fue necesario porque las mediciones de la velocidad de la luz eran
más precisas que el patrón anterior. La nueva definición utilizó la velocidad
de la luz junto con el patrón de tiempo para redefinir el metro.
EL PATRON DE MASA
• Para medir y cuantificar la masa se definió que la unidad de
medida para el SI sería el kilogramo.
• El patrón que definió un kilogramo de masa hasta 2019 es un
cilindro de aleación de platino e iridio que fue fabricado en
1889, el cual es almacenado en la Oficina Internacional de
Pesos y Medidas, en Francia.
• En aquel entonces para calibrar básculas y balanzas, y a su
vez estandarizar de manera internacional cuánta masa es un
kilogramo, se enviaron copias a otros países, donde por
medio de la técnica de brazos iguales se podia comparar un
objeto con la masa del cilindro de platino-iridio.
●
Este no el unico patrón existente para definir un
kilogramo, a escala atómica existe otro patrón en
el átomo de carbono, el cual pesa 12 unidades de
masa atómica. La unidad del SI usada para
relacionar Unidades de masa atómica es el mol
(cantidad de sustancia), la cual está definida por el
número de Avogadro.
1 mol = 6.0221367×10²³
●
Por lo tanto si se tiene un mol de carbono se
tienen 6.0221367×10²³ átomos de carbono, que
equivaldrían a 12 gramos. Y al hacer las
conversiones necesarias obtenemos que 1 Unidad
de masa atómica es igual a tener 1.661×10-²⁷
kilogramos.
Precisión y Cifras Significativas
• Con el avance de los instrumentos y las técnicas de medición
se ha obtenido una mayor precisión, y por lo tanto un mayor
número de cifras significativas, por ello es importante
conocer que reglas rigen como usar las cifras correctamente.
• Primera regla. Contar desde la izquierda los ceros que pueda
haber en nuestra cifra, los cuales no se tomarán en cuenta,
en el momento en que se tenga un número diferente de cero
comenzamos a contar esos números como cifras
significativas, incluyendo otros números ceros.
Ejemplo: x= 4 g (Una cifra significativa)
x= 0.004 Kg (Una cifra significativa)
Sin embargo, si se tiene x= 0.0040 se tendrían dos cifras
significativas por el cero a la derecha.
• Regla 2. Cuando se realiza el producto o cociente de dos números hay
que conservar un número de cifras significativas no mayor al menos
preciso de ambos factores.
Ejemplo: 7.8 × 3.1416 = 23.2
En este caso en el resultado se tiene un numero de tres cifras, y el
factor 7.8 solo tiene dos, sin embargo, al estar tan cerca de tener tres
cifras el resultado se puede expresar de esa manera.
• Regla 3. Cuando se suma o se resta, el numero menos significativo
dentro de la operación tiene la misma posición que el numero menos
significativo del resultado que da al operar la suma o resta.
Ejemplo:
211.3 +
25.21
0.124
-----------236.634
ANALISIS DIMENSIONAL
• El análisis dimensional es una herramienta utilizada para estudiar las
relaciones entre las diferentes cantidades físicas involucradas en un
fenómeno. Consiste en examinar las dimensiones y unidades de las variables
presentes en una ecuación o en una relación para comprender cómo se
relacionan entre sí.
• En el análisis dimensional, se consideran las dimensiones fundamentales
(como longitud, masa, tiempo, temperatura, corriente eléctrica, cantidad de
sustancia y luminosidad) y se utilizan reglas de conversión y operaciones
matemáticas para verificar la coherencia y la validez de las ecuaciones.
Ejemplo para pasar de Millas/hora a Metros/segundo:
(9 mi ÷ 1 h) (1 h ÷ 3600 s) (1.609 Km ÷ 1 mi) (1 000 m ÷ 1 Km) = 4 m/s
Primer problema
• El radio de un átomo de oro(Au) mide aproximadamente 1.44 Armstrong si se coloca un átomo detrás de otro
hasta formar un círculo con un radio de 2 cm ¿cuántos átomos de oro tendrá el perímetro de ese círculo?
P= perímetro
r= radio
cm = centímetro
Formula del perímetro de un círculo P=π2(r)
Armstrong (A)= 1.0×10^(-8) cm
-Respuesta
Perímetro del circulo P=4π cm
1.44(A) x 2 x 1x10^(-8)cm/1(A) = 2.88x10^(-8) cm
4πcm/2.88x10^(-8)cm = 4.3633231300x10^8 átomos de Au
Segundo problema
• La densidad del aire a presión atmosférica normal y a 25 grados centígrados es de 1.19 g/L ¿cuál es la masa en
kilogramos de aire en una habitación que mide 14.5ft x 16.5ft x 8.0ft?
ft = pie
cm = centímetro
L = litro
mL = militro
Kg = kilogramo
g = gramo
ft^3= 28316.8cm^3
-Respuesta
14.5ft x 16.5ft x 8.0ft = 1914 ft^3
1914 ft^3 x 28316.8cm^3 x 1mL x 0.001L x 1.19g x 1kg/(1ft^3 x 1cm^3 x 1mL x 1L x 1000g) = 64 kg