Sistemas de unidades: tipos e características - Ciência - 2023

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o sistemas de unidades Eles consistem em conjuntos de padrões destinados a medir as várias quantidades usadas na ciência e na engenharia. Eles são baseados no padrão de algumas quantidades consideradas fundamentais, e o resto é derivado deles.

Há uma vantagem óbvia em unificar os critérios em relação às unidades que são utilizadas para medir as quantidades, já que, dessa forma, uma determinada medida significa a mesma para todos os usuários.

Ao nível do trabalho científico, para o qual a medição é essencial, o sistema métrico decimal, baseado em potências de 10, é utilizado há muitos anos, desde a sua criação na França durante a Revolução Francesa.

A Conferência Geral de Pesos e Medidas, uma autoridade internacional no assunto, propôs em 1960 a criação do Système International d'Unités, abreviado como SI, em francês e espanhol.


Este sistema é baseado no metro (m) para medir o comprimento, no quilograma (kg) para medir a massa e no (s) segundo (s) para o tempo.

Comprimento, massa e tempo são as três magnitudes fundamentais da mecânica, mas existem mais quatro magnitudes consideradas fundamentais: corrente elétrica, temperatura, intensidade da luz e quantidade de substância.

No entanto, existem outros sistemas de unidades que continuam a ser usados ​​com frequência, seja por motivos históricos, por costume ou porque de alguma forma facilitam alguns cálculos em determinados ramos de atividade.

Embora o Sistema Internacional esteja estabelecido na maior parte do mundo, nos Estados Unidos, Mianmar (antiga Birmânia) e Libéria (África Ocidental) continuam a usar seu próprio sistema de unidades.

Sistema métrico

Este sistema forma a base do Sistema Internacional de Unidades e mede comprimento, área, volume, capacidade e massa. Consiste na unidade base mais os múltiplos e submúltiplos correspondentes.


As unidades básicas são:

-Comprimento: metro

-Área: metro2

-Volume: metro3

-Capacidade: litro

-Massa: quilogramas

Além da unidade base, existem múltiplos e submúltiplos, alguns dos quais são mostrados na figura abaixo, juntamente com o respectivo prefixo. O esquema a seguir é válido quando a unidade básica é o metro, o litro ou o quilograma.

Para ir de um múltiplo para o da direita, multiplique a quantidade por 10. Por exemplo, uma medida de 5 metros é igual a 50 decímetros, 500 centímetros e 5000 milímetros.

Em vez disso, para ir de um múltiplo ao que segue à sua esquerda, divida a quantidade por 10. A mesma medida de 5 metros equivale a 0,5 decâmetros, 0,05 hectómetros ou 0,0005 quilómetros.


Sistema Internacional de Unidades (SI)

O Sistema Internacional de Unidades é baseado no sistema métrico e no conjunto de medidas denominado sistema MKS, iniciais de metro, quilograma e segundo.

Este sistema é aceito pela comunidade científica mundial para comunicar os resultados da vasta maioria de seus experimentos, embora unidades de outros sistemas também sejam usadas por razões históricas ou práticas.

- Unidades básicas do sistema internacional

Metro

É definido em termos da velocidade da luz como a distância percorrida pela luz no vácuo durante um intervalo de tempo de 1/299 792 458 segundos.

Segundo

É o tempo que uma oscilação da transição atômica dura entre dois níveis do átomo de Césio-133 e multiplicada por 9 192 631 770.

Quilograma

Desde maio de 2019, o quilograma tem uma nova definição baseada na constante de Planck, denotada como h e cujo valor é:

h = 6.626 070 040 x 10-34 kg m2 s-1

Como podemos ver, a constante de Planck envolve as outras duas quantidades fundamentais: comprimento e tempo. O medidor e o segundo são definidos conforme explicado acima.

Ampere

É usado para medir a intensidade da corrente.

Kelvin

É a unidade SI para temperatura.

Vela

É usado para medir a intensidade da luz.

Mol

A toupeira é igual a 6,022 x 1023 partículas elementares de substância.

Sistema Cegesimal de Unidades ou c.g.s

Este sistema, proposto por Gauss no início do século XIX, foi utilizado pelos cientistas até meados do século XX. Das respectivas iniciais das unidades básicas vem o nome de c.g.s: centímetro, grama e segundo.

- Unidades básicas do sistema cegesimal

Centímetro

Esta unidade faz parte do sistema decimal métrico e é igual a um centésimo de metro.

1 cm = 1 x 10 -2 m

Grama

É a unidade básica de massa, sendo equivalente a um milésimo de quilograma:

1 g = 1 x 10 -3 kg

Segundo

É definido da mesma forma que no SI.

- Unidades derivadas do sistema cegesimal

As unidades mencionadas correspondem às grandezas fundamentais usadas na Mecânica. Algumas das quantidades consideradas fundamentais no Sistema Internacional SI são definidas por meio de outras no c.g.s.

Por exemplo, a corrente elétrica é definida através do campo magnético, mas a vantagem do c.g.s. no eletromagnetismo é que as equações são simplificadas, porque muitas das constantes que estão presentes no SI não aparecem.

Estas são algumas das unidades derivadas mais populares no sistema c.g.s:

Garota

Esta unidade mede a aceleração. 1 gal é igual a 1 cm / s2.

Dyne

É a unidade de força e é definida como a força que deve ser aplicada a um objeto de massa 1 g para que adquira uma aceleração de 1 Gal.

Erg

Erg é usado para o trabalho e é igual a 1 x 10-7 joules.

Baria

Equivalente a um dina por cm2 e é usado para medição de pressão.

Gauss

Esta unidade é bem conhecida por gaussmeter, o aparelho usado para medir a intensidade do campo magnético. O Tesla (T) é a unidade SI, mas é bastante grande, então, para intensidades que são tratadas em muitos laboratórios, o Gauss, abreviado G, que é igual a 10-4 T.

Sistema Técnico de Unidades

Não é um sistema de unidades no sentido formal.

- Unidades fundamentais do sistema técnico

Comprimento / distância

A unidade é o metro, símbolo m.

Clima

A unidade é a segunda, dos símbolos s.

Força

A unidade é o quilograma-força, abreviado kg-f, também chamado kilopond (kp).

A definição formal de kg-f é a seguinte:

1 kg-f é a força com a qual a Terra atrai para o seu centro um objeto cuja massa é de 1 kg e que está ao nível do mar e a 45º de latitude norte.

Temperatura

A unidade é o grau centígrado, que é a unidade de uso diário e temperatura de laboratório em muitos países.

Foi criado pelo astrônomo sueco Anders Celsius (1701-1744) e usa como referência o ponto de congelamento e o ponto de ebulição da água. A equivalência com o Sistema Internacional é: 273,15 K = 0 ºC

- Unidades derivadas do sistema técnico

As unidades mencionadas na seção anterior são consideradas as unidades fundamentais deste sistema. Tal como acontece com o sistema c.g.s., há uma infinidade de unidades derivadas.

Vejamos alguns dos mais importantes:

Massa

Para massa, este sistema usa a unidade chamada u.t.m ou unidade técnica de massa, que é definida em termos da segunda lei de Newton, F = ma como:

m = F / a

Assim, a u.t.m é a massa que adquire uma aceleração de 1 m / s2 quando uma força de 1 kg-f é aplicada a ele e é equivalente a 9,8 kg no Sistema Internacional.

Energia e calor

O quilograma ou quilopondímetro é usado, o que equivale a 1 kg-força⋅m. Seu equivalente em SI é:

1 quilopondímetro = 9,81 joule.

Ao contrário de outros sistemas, o sistema técnico possui uma unidade para o calor, além daquela utilizada para a energia: a caloria. Também é comum usar a quilocaloria.

1 caloria = 4,1868 joule.

Poder

Para o poder do cavalos de força, CV abreviado, que equivale a 735,5 watts.

Sistema britânico de unidades

Foi usado por muito tempo em países de língua inglesa. Hoje o Reino Unido também trabalha com o Sistema Internacional, porém os Estados Unidos é um dos poucos países que ainda não migra para o SI.

Para as quantidades fundamentais de comprimento e tempo, o pé e o segundo são usados ​​respectivamente, embora o uso da jarda, da polegada e da milha seja frequente para os comprimentos.

Em termos de massa também existem muitas unidades e pequenas diferenças em ambos os lados do Atlântico.

Na Engenharia, o lesma como uma unidade de massa. É parte do sistema pé-libra-segundo (pés-libra-segundo) ou FPS, que em analogia com o sistema técnico, trabalha com a força e a partir dela define a unidade de massa.

- Unidades básicas do sistema britânico

Pé

É a unidade de comprimento do sistema britânico e é igual a 0,3048 m.

Pound-force (libra)

É a unidade de força, em analogia com o Sistema Técnico descrito acima. Seu equivalente em SI é calculado por:

1 libra = 4,44822 N

Segundo

Sua definição é a mesma em todos os sistemas.

- Unidades derivadas do sistema britânico

Como em outros sistemas de unidades, existem numerosas quantidades cujas unidades são derivadas das unidades básicas. Aqui temos alguns dos mais conhecidos:

lesma

olesma é definido analogamente a u.t.m.

Uma lesma é a massa tal que adquire uma aceleração de 1 pé / s2 quando submetido a uma força de 1 libra-força. É equivalente a aproximadamente 14,59 kg.

Unidades para velocidade e aceleração

Para velocidade e aceleração, pés / s (pés / s) e pés / s são usados ​​respectivamente2 (ft / s2) Então, por exemplo, a aceleração da gravidade nessas unidades é de 32 pés / s2.

Unidades para pressão

A pressão, que é definida como força por unidade de área, é uma quantidade derivada expressa em muitas unidades. No sistema britânico, teríamos a libra / pé2 ou lb-force / ft2.

Outra unidade muito comum na engenharia para medir pressão é o psi ou lb-força / polegada2.

Referências

  1. Figueroa, D. (2005). Série: Física para Ciência e Engenharia. Volume 1. Cinemática. Editado por Douglas Figueroa (USB).
  2. Giancoli, D. 2006. Física: Princípios com Aplicações. 6º. Ed Prentice Hall.
  3. Mott, R. 2006. Fluid Mechanics. 4º. Edição. Pearson Education.
  4. Splash Learn. O que é sistema métrico, definição com exemplos. Recuperado de: splashlearn.com.
  5. Toda ciência. Física, objetivos, magnitudes e medidas. Recuperado de: francesphysics.blogspot.com.
  6. Wikipedia. Sistema de medição. Recuperado de: en.wikipedia.org.
  7. Wikipedia. Sistema técnico de unidades. Recuperado de: es.wikipedia.org.
  8. Wikipedia. Sistema cegesimal de unidades. Recuperado de: es.wikipedia.org.