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LAS CANTIDADES FISICAS, PATRONES Y UNIDADES
El material fundamental que constituye la física la forman las cantidades físicas, en funciones de las cuales se expresan las leyes de esta ciencia. Entre estás están longitud, masa, tiempo, fuerza, velocidad, densidad, resistividad, temperatura, intensidad luminosa, intensidad del campo magnético, y muchas mas. Muchas de estas palabras, tales comolongitud y fuerza, son parte de nuestro vocabulario cotidiano. Por ejemplo, podría decirse: ‘recorrería cualquier distancia (longitud) para ayudarte mientras no emplees la fuerza para obligarme hacerlo``. Sin embargo, en física no debemos engañarnos con los significados cotidianos de estas palabras. Las definiciones científicas precisas de longitud y de fuerza no tienen conexión alguna con los usosde estas palabras en la frase entre comillas.
Podemos definir una cantidad algebraica, por ejemplo, L para longitud, o cualquier otra que elijamos, y podemos suponer que es exactamente conocida. Sin embargo, cuando tratamos de asignar una unidad a un valor particular de esa cantidad, encontramos dificultades para establecer un patrón, de manera que quienes tienen la necesidad de comparar unalongitud con otra, concuerden con las unidades de medición. Antiguamente, la medida inglesa de longitud era la yarda, determinada por el tamaño de la cintura del rey. Podemos fácilmente deducir cuales eran los problemas de un patrón así: por un lado, es difícilmente accesible a quienes necesitan calibrar sus propios patrones secundarios y, por otro, no es in variable al cambio con el paso del tiempo.Por fortuna, no es necesario definir y concordar sobre patrones para cada cantidad física. Ciertas cantidades elementales pueden ser más difíciles de establecer como patrones, y las cantidades más complejas pueden a menudo ser expresadas en función de las unidades elementales longitud y tiempo, por ejemplo, estuvieron durante muchos años entre las cantidades físicas más precisamente mensurablesy fueron generalmente aceptadas como patrones. Por lo contrario, la velocidad fue menos sujeto de medición precisa y, por lo tanto tratada como una unidad derivada (velocidad = longitud / tiempo). Sin embargo, hoy día las mediciones de la velocidad de la luz a llegado a una precisión más allá del patrón anterior de longitud; todavía tratamos la longitud como una unidad fundamental, pero el patrónpara su medición deriva ahora de los patrones de velocidad y tiempo.
El problema básico es, por lo tanto, elegir el número más pequeño posibles de cantidades físicas como fundamentales y estar de acuerdo con los patrones para su medición. Estos patrones deben ser tanto accesibles como invariables, lo cual puede ser difícil de satisfacer de manera simultánea. Si el kilogramo patrón, por ejemplo,ha de ser un objeto invariable, debe ser inaccesible y mantenerse aislado más allá de los efectos del uso y de la corrosión.
Los acuerdos respectos a los patrones han sido logrados luego de unas serie de reuniones internacionales de la Conferencia General de Pesos y Medidas que se inició en 1882; la 19a. Reunión tuvo lugar en 1991. Una vez que un patrón ha sido aceptado, tal vez es el segundocomo una unidad de tiempo, entonces puede aplicarse la unidad a una amplia gama de mediciones, desde la duración de vida del patrón (mayor de segundos) hasta la duración de vida de las partículas menos estables que pueden ser producidas en nuestras laboratorios (alrededor de segundos). Cuando expresamos un valor tal como en unidades de segundos, significa que la duración de vida del patrón y elintervalo de tiempo que se definió arbitrariamente como el patrón segundo es de . Para lograr tal medición, debemos tener una manera de comparar los instrumentos de medición del laboratorio con el patrón. Muchas de estas comparaciones son indirectas, ya que ningún instrumento de medición es capaz de operar con precisión sobre 40 órdenes de magnitud. Sin embargo, es esencial al proceso de la...