Sistema Internacional de Unidades

El Sistema Internacional de Unidades, conocido por la abreviatura internacional SI en todos los idiomas y en ocasiones pleonásticamente como el sistema SI, es el sistema moderno forma del sistema métrico y el sistema de medida más utilizado en el mundo. Establecido y mantenido por la Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM), es el único sistema de medición con estatus oficial en casi todos los países del mundo, empleado en la ciencia, la tecnología, la industria y el comercio cotidiano.

El SI comprende un sistema coherente de unidades de medida que comienza con siete unidades básicas, que son el segundo (símbolo s, la unidad de tiempo), metro (m, longitud), kilogramo (kg, masa), amperio (A, corriente eléctrica), kelvin (K, temperatura termodinámica), mol (mol, cantidad de sustancia) y candela (cd, intensidad luminosa). El sistema puede acomodar unidades coherentes para un número ilimitado de cantidades adicionales. Estas se denominan unidades derivadas coherentes, que siempre se pueden representar como productos de potencias de las unidades base. Se han proporcionado veintidós unidades derivadas coherentes con nombres y símbolos especiales.

Las siete unidades básicas y las 22 unidades derivadas coherentes con nombres y símbolos especiales pueden usarse en combinación para expresar otras unidades derivadas coherentes. Dado que los tamaños de las unidades coherentes serán convenientes solo para algunas aplicaciones y no para otras, el SI proporciona veinticuatro prefijos que, cuando se agregan al nombre y símbolo de una unidad coherente, producen veinticuatro unidades SI adicionales (no coherentes). por la misma cantidad; estas unidades no coherentes son siempre múltiplos y submúltiplos decimales (es decir, potencia de diez) de la unidad coherente. El SI pretende ser un sistema en evolución; se crean unidades y prefijos y se modifican las definiciones de unidades a través de acuerdos internacionales a medida que avanza la tecnología de medición y mejora la precisión de las mediciones.

Desde 2019, las magnitudes de todas las unidades SI se han definido declarando que siete constantes definitorias tienen ciertos valores numéricos exactos cuando se expresan en términos de sus unidades SI. Estas constantes definitorias son la velocidad de la luz en el vacío c, la frecuencia de transición hiperfina del cesio Δν _Cs, la constante de Planck h, la carga elemental e, la constante de Boltzmann k, la constante de Avogadro N_A, y la eficacia luminosa K_cd. La naturaleza de las constantes definitorias varía desde constantes fundamentales de la naturaleza como c hasta la constante puramente técnica K_cd. Antes de 2019, h, e, k y N_A no se definieron como a priori, sino cantidades medidas con mucha precisión. En 2019, sus valores se fijaron por definición en sus mejores estimaciones en ese momento, asegurando la continuidad con las definiciones anteriores de las unidades base.

La forma actual de definir el SI es el resultado de un movimiento de décadas hacia una formulación cada vez más abstracta e idealizada en la que las realizaciones de las unidades se separan conceptualmente de las definiciones. Una consecuencia es que, a medida que se desarrollan la ciencia y la tecnología, se pueden introducir realizaciones nuevas y superiores sin necesidad de redefinir la unidad. Un problema con los artefactos es que pueden perderse, dañarse o cambiarse; otra es que introducen incertidumbres que no pueden reducirse con los avances de la ciencia y la tecnología. El último artefacto utilizado por la IS fue el Prototipo Internacional del Kilogramo, un cilindro de platino-iridio.

La motivación original para el desarrollo del SI fue la diversidad de unidades que habían surgido dentro de los sistemas centímetro-gramo-segundo (CGS) (específicamente la inconsistencia entre los sistemas de unidades electrostáticas y electromagnéticas) y la falta de coordinación entre las diversas disciplinas que los utilizan. La Conferencia General de Pesos y Medidas (francés: Conférence générale des poids et mesures – CGPM), que fue establecida por la Convención del Metro de 1875, reunió a muchas organizaciones internacionales para establecer las definiciones y estándares de un nuevo sistema y para estandarizar las reglas para escribir y presentar las medidas. El sistema se publicó en 1960 como resultado de una iniciativa que comenzó en 1948, por lo que se basa en el sistema de unidades metro-kilogramo-segundo (MKS) en lugar de cualquier variante del CGS.

Introducción

Países que utilizan los sistemas métricos (SI), imperiales y consuetudinarios estadounidenses a partir de 2019.

El Sistema Internacional de Unidades, o SI, es un sistema decimal y métrico de unidades establecido en 1960 y actualizado periódicamente desde entonces. El SI tiene un estatus oficial en la mayoría de los países, incluidos los Estados Unidos, Canadá y el Reino Unido, aunque estos tres países se encuentran entre un puñado de naciones que, en diversos grados, también continúan utilizando sus sistemas tradicionales. No obstante, con este nivel de aceptación casi universal, el SI "ha sido utilizado en todo el mundo como el sistema de unidades preferido, el lenguaje básico para la ciencia, la tecnología, la industria y el comercio".

Los únicos otros tipos de sistemas de medición que todavía tienen un uso generalizado en todo el mundo son los sistemas de medición tradicionales imperiales y estadounidenses, y se definen legalmente en términos del SI. Existen otros sistemas de medición menos extendidos que se utilizan ocasionalmente en determinadas regiones del mundo. Además, hay muchas unidades individuales que no pertenecen al SI que no pertenecen a ningún sistema integral de unidades, pero que, sin embargo, todavía se usan regularmente en campos y regiones particulares. Ambas categorías de unidades también suelen definirse legalmente en términos de unidades SI.

Órgano de control

El SI fue establecido y es mantenido por la Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM). En la práctica, la CGPM sigue las recomendaciones del Comité Consultivo de Unidades (CCU), que es el propio órgano que realiza las deliberaciones técnicas sobre los nuevos desarrollos científicos y tecnológicos relacionados con la definición de unidades y el SI. El CCU reporta al Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM), el cual, a su vez, reporta a la CGPM. Consulte a continuación para obtener más detalles.

Todas las decisiones y recomendaciones relativas a las unidades se recogen en un folleto llamado El Sistema Internacional de Unidades (SI), que es publicado por la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) y actualizado periódicamente.

Resumen de las unidades

Unidades básicas del SI

El SI selecciona siete unidades para que sirvan como unidades base, correspondientes a siete cantidades físicas base. Son los segundos, con el símbolo s, que es la unidad SI de la cantidad física de tiempo; el metro, símbolo m, la unidad SI de longitud; kilogramo (kg, la unidad de masa); amperio (A, corriente eléctrica); kelvin (K, temperatura termodinámica); mol (mol, cantidad de sustancia); y candela (cd, intensidad luminosa). Todas las unidades del SI se pueden expresar en términos de unidades base, y las unidades base sirven como un conjunto preferido para expresar o analizar las relaciones entre unidades.

Unidades derivadas del SI

El sistema permite un número ilimitado de unidades adicionales, llamadas unidades derivadas, que siempre se pueden representar como productos de potencias de las unidades base, posiblemente con un multiplicador numérico no trivial. Cuando ese multiplicador es uno, la unidad se llama unidad derivada coherente. La base y las unidades derivadas coherentes del SI juntas forman un sistema coherente de unidades (el conjunto de unidades SI coherentes). Se han proporcionado veintidós unidades derivadas coherentes con nombres y símbolos especiales. Las siete unidades básicas y las 22 unidades derivadas con nombres y símbolos especiales pueden usarse en combinación para expresar otras unidades derivadas, que se adoptan para facilitar la medición de diversas cantidades.

Por qué SI mantuvo la distinción entre unidades base y derivadas

Antes de su redefinición en 2019, el SI se definía a través de las siete unidades base a partir de las cuales se construían las unidades derivadas como productos de las potencias de las unidades base. Después de la redefinición, el SI se define fijando los valores numéricos de siete constantes definitorias. Esto tiene el efecto de que, en principio, la distinción entre las unidades básicas y las unidades derivadas no es necesaria, ya que todas las unidades, tanto las básicas como las derivadas, pueden construirse directamente a partir de las constantes definitorias. Sin embargo, la distinción se mantiene porque 'es útil e históricamente bien establecida', y también porque la serie de normas ISO/IEC 80000 especifica cantidades base y derivadas que necesariamente tienen las unidades SI correspondientes.

Prefijos métricos SI y la naturaleza decimal del SI

Como todos los sistemas métricos, el SI usa prefijos métricos para construir sistemáticamente, para la misma cantidad física, un conjunto de unidades que son múltiplos decimales entre sí en un amplio rango.

Por ejemplo, mientras que la unidad de longitud coherente es el metro, el SI proporciona una gama completa de unidades de longitud más pequeñas y más grandes, cualquiera de las cuales puede ser más conveniente para cualquier aplicación determinada; por ejemplo, las distancias de conducción normalmente se dan en kilómetros (símbolo km) en lugar de en metros. Aquí el prefijo métrico 'kilo-' (símbolo 'k') representa un factor de 1000; por lo tanto, 1 km = 1000 m.

La versión actual del SI proporciona veinticuatro prefijos métricos que significan potencias decimales que van desde 10⁻³⁰ a 10³⁰, el más reciente adoptado en 2022. La mayoría de los prefijos corresponden a potencias enteras de 1000; los únicos que no son los de 10, 1/10, 100 y 1/100.

En general, dada cualquier unidad coherente con un nombre y símbolo separados, se forma una nueva unidad simplemente agregando un prefijo métrico apropiado al nombre de la unidad coherente (y un símbolo de prefijo correspondiente al nombre de la unidad coherente). símbolo). Dado que el prefijo métrico significa una potencia particular de diez, la nueva unidad es siempre un múltiplo o submúltiplo de potencia de diez de la unidad coherente. Así, la conversión entre diferentes unidades del SI para una misma cantidad física es siempre a través de una potencia de diez. Esta es la razón por la cual el SI (y los sistemas métricos en general) se denominan sistemas decimales de unidades de medida.

La agrupación formada por un símbolo de prefijo adjunto a un símbolo de unidad (por ejemplo, 'km', 'cm') constituye un nuevo símbolo de unidad inseparable. Este nuevo símbolo se puede elevar a una potencia positiva o negativa y se puede combinar con otros símbolos de unidades para formar símbolos de unidades compuestas. Por ejemplo, g/cm³ es una unidad SI de densidad, donde cm³ debe interpretarse como (cm)³.

Unidades SI coherentes y no coherentes

Cuando se utilizan prefijos con las unidades SI coherentes, las unidades resultantes ya no son coherentes, porque el prefijo introduce un factor numérico distinto de uno. La única excepción es el kilogramo, la única unidad SI coherente cuyo nombre y símbolo, por razones históricas, incluyen un prefijo.

El conjunto completo de unidades SI consta tanto del conjunto coherente como de los múltiplos y submúltiplos de unidades coherentes formados mediante el uso de los prefijos SI. Por ejemplo, el metro, el kilómetro, el centímetro, el nanómetro, etc. son todas unidades SI de longitud, aunque solo el metro es una unidad SI coherente. Una declaración similar se aplica a las unidades derivadas: por ejemplo, kg/m³, g/dm³ , g/cm³, Pg/km³, etc. son todas unidades SI de densidad, pero de estas, solo kg/m³ es una unidad SI coherente.

Además, el metro es la única unidad de longitud coherente del SI. Cada cantidad física tiene exactamente una unidad SI coherente, aunque esta unidad puede expresarse en diferentes formas usando algunos de los nombres y símbolos especiales. Por ejemplo, la unidad SI coherente de momento lineal puede escribirse como kg⋅m/s o como N⋅s, y ambas formas están en uso (por ejemplo, compare respectivamente aquí^:205 y aquí^:135).

Por otro lado, varias cantidades diferentes pueden compartir la misma unidad SI coherente. Por ejemplo, el joule por kelvin (símbolo J/K) es la unidad SI coherente para dos cantidades distintas: capacidad calorífica y entropía; otro ejemplo es el amperio, que es la unidad SI coherente tanto para la corriente eléctrica como para la fuerza magnetomotriz. Por eso es importante no usar la unidad sola para especificar la cantidad.

Además, la misma unidad SI coherente puede ser una unidad base en un contexto, pero una unidad derivada coherente en otro. Por ejemplo, el amperio es una unidad base cuando es una unidad de corriente eléctrica, pero una unidad derivada coherente cuando es una unidad de fuerza magnetomotriz. Como quizás un ejemplo más familiar, considere la lluvia, definida como el volumen de lluvia (medido en m³) que cayó por unidad de área (medido en m³) class="nowrap">m²). Dado que m³/m² = m, se deduce que la unidad de precipitación SI derivada coherente es el metro, aunque el metro es también la unidad SI de longitud base.

Unidades ajenas al SI permitidas

Existe un grupo especial de unidades que se denominan "unidades no pertenecientes al SI que se aceptan para su uso con el SI". Consulte las unidades que no pertenecen al SI mencionadas en el SI para obtener una lista completa. La mayoría de estos, para ser convertidos a la unidad SI correspondiente, requieren factores de conversión que no son potencias de diez. Algunos ejemplos comunes de tales unidades son las unidades de tiempo habituales, a saber, el minuto (factor de conversión de 60 s/min, ya que 1 min = 60 s), la hora (3600 s), y el día (86400 s); el grado (para medir ángulos planos, 1° = π/180 rad); y el electronvoltio (un unidad de energía, 1 eV = 1.602176634×10⁻¹⁹ J).

Nuevas unidades

El SI pretende ser un sistema en evolución; se crean unidades y prefijos y se modifican las definiciones de unidades a través de acuerdos internacionales a medida que avanza la tecnología de medición y mejora la precisión de las mediciones.

Definiendo magnitudes de unidades

Desde 2019, las magnitudes de todas las unidades del SI se definen de forma abstracta, lo que se separa conceptualmente de cualquier realización práctica de las mismas. Es decir, las unidades SI se definen declarando que siete constantes definitorias tienen ciertos valores numéricos exactos cuando se expresan en términos de sus unidades SI. Probablemente la más conocida de estas constantes es la velocidad de la luz en el vacío, c, que en el SI por definición tiene el valor exacto de c = 299792458 m/s. Las otras seis constantes son Δν_Cs, la frecuencia de transición hiperfina del cesio; h, la constante de Planck; e, la carga elemental; k, la constante de Boltzmann; N_A, la constante de Avogadro; y K_cd, la eficacia luminosa de la radiación monocromática de frecuencia 540×10¹² Hz . La naturaleza de las constantes definitorias varía desde constantes fundamentales de la naturaleza como c hasta la constante puramente técnica K_cd. Antes de 2019, h, e, k y N_A no se definieron como a priori, sino cantidades medidas con mucha precisión. En 2019, sus valores se fijaron por definición en sus mejores estimaciones en ese momento, asegurando la continuidad con las definiciones anteriores de las unidades base.

En cuanto a las realizaciones, las que se cree que son las mejores realizaciones prácticas actuales de las unidades se describen en las mises en pratique , que también son publicados por el BIPM. La naturaleza abstracta de las definiciones de unidades es lo que hace posible mejorar y cambiar las mises en pratique a medida que se desarrollan la ciencia y la tecnología sin tener que cambiar las propias definiciones.

En cierto sentido, esta forma de definir las unidades SI no es más abstracta que la forma en que las unidades derivadas se definen tradicionalmente en términos de unidades base. Considere una unidad derivada particular, por ejemplo, el joule, la unidad de energía. Su definición en términos de unidades base es kg⋅m²/s². Incluso si las realizaciones prácticas del metro, el kilogramo y el segundo están disponibles, una realización práctica del julio requeriría algún tipo de referencia a la definición física subyacente de trabajo o energía, algún procedimiento físico real para realizar la energía en la cantidad de un joule tal que se puede comparar con otras instancias de energía (como el contenido de energía de la gasolina que se pone en un automóvil o de la electricidad que se entrega a un hogar).

La situación con las constantes definitorias y todas las unidades del SI es análoga. De hecho, puramente matemáticamente hablando, las unidades del SI se definen como si declaráramos que son las unidades de la constante definitoria las que ahora son las unidades base, con todas otras unidades SI son unidades derivadas. Para aclarar esto, primero tenga en cuenta que cada constante definitoria puede tomarse como determinante de la magnitud de la unidad de medida de esa constante definitoria; por ejemplo, la definición de c define la unidad m/s como 1 m/s = c/299792458 ('la velocidad de un metro por segundo es igual a uno 299792458 ésima parte de la velocidad de la luz'). De esta forma, las constantes definitorias definen directamente las siguientes siete unidades:

Además, se puede demostrar, mediante el análisis dimensional, que cada unidad SI coherente (ya sea base o derivada) se puede escribir como un producto único de las potencias de las unidades de las constantes que definen el SI (en completa analogía con el hecho de que cada unidad SI derivada coherente se puede escribir como un producto único de las potencias de las unidades SI básicas). Por ejemplo, el kilogramo se puede escribir como kg = (Hz)(J⋅s)/(m/s)². Así, el kilogramo se define en términos de las tres constantes definitorias Δν_Cs, c, y h porque, por un lado, estas tres constantes definitorias definen respectivamente las unidades Hz, m/s, y J⋅s, mientras que, por el contrario, el kilogramo puede escribirse en términos de estas tres unidades, a saber, kg = (Hz)(J⋅s)/(m/s)². Mientras que la pregunta de cómo realizar realmente el kilogramo en la práctica, en este punto, todavía estaría abierto, eso no es r Realmente diferente del hecho de que la cuestión de cómo realizar realmente el joule en la práctica sigue abierta en principio, incluso una vez que uno ha logrado las realizaciones prácticas del metro, el kilogramo y el segundo.

Especificación de constantes fundamentales frente a otros métodos de definición

La forma actual de definir el SI es el resultado de un movimiento de décadas hacia una formulación cada vez más abstracta e idealizada en la que el las realizaciones de las unidades se separan conceptualmente de las definiciones.

La gran ventaja de hacerlo de esta manera es que, a medida que se desarrollan la ciencia y la tecnología, se pueden introducir realizaciones nuevas y superiores sin necesidad de redefinir las unidades. Las unidades ahora se pueden realizar con una precisión que, en última instancia, está limitada solo por la estructura cuántica de la naturaleza y nuestras habilidades técnicas, pero no por las definiciones en sí mismas. Cualquier ecuación física válida que relacione las constantes definitorias con una unidad puede usarse para realizar la unidad, creando así oportunidades para la innovación... con mayor precisión a medida que avanza la tecnología.' En la práctica, los Comités Consultivos del CIPM proporcionan las llamadas "mises en pratique" (técnicas prácticas), que son las descripciones de lo que actualmente se cree que son las mejores realizaciones experimentales de las unidades.

Este sistema carece de la simplicidad conceptual de usar artefactos (referidos como prototipos) como realizaciones de unidades para definir esas unidades: con prototipos, la definición y la realización son lo mismo. Sin embargo, el uso de artefactos tiene dos grandes desventajas que, en cuanto es tecnológica y científicamente factible, conducen a abandonarlos como medios para definir unidades. Una gran desventaja es que los artefactos se pueden perder, dañar o cambiar. La otra es que en gran medida no pueden beneficiarse de los avances en ciencia y tecnología. El último artefacto utilizado por la IS fue el Kilogramo Prototipo Internacional (IPK), un cilindro particular de platino-iridio; desde 1889 hasta 2019, el kilogramo fue por definición igual a la masa del IPK. Las preocupaciones sobre su estabilidad, por un lado, y el progreso en las mediciones precisas de la constante de Planck y la constante de Avogadro, por el otro, llevaron a una revisión de la definición de las unidades base, que entró en vigor el 20 de mayo de 2019. Esta fue la mayor cambio en el SI desde que se definió y estableció formalmente por primera vez en 1960, y dio como resultado las definiciones descritas anteriormente.

En el pasado, también hubo otros enfoques para las definiciones de algunas de las unidades del SI. Uno hizo uso de un estado físico específico de una sustancia específica (el punto triple del agua, que se usó en la definición del kelvin); otros se refirieron a prescripciones experimentales idealizadas (como en el caso de la antigua definición SI del amperio y la antigua definición SI (originalmente promulgada en 1979) de la candela).

En el futuro, el conjunto de constantes definitorias que usa el SI puede modificarse a medida que se encuentren constantes más estables, o si resulta que otras constantes se pueden medir con mayor precisión.

Historia

La motivación original para el desarrollo del SI fue la diversidad de unidades que habían surgido dentro de los sistemas centímetro-gramo-segundo (CGS) (específicamente la inconsistencia entre los sistemas de unidades electrostáticas y electromagnéticas) y la falta de coordinación entre las diversas disciplinas que los utilizan. La Conferencia General de Pesos y Medidas (francés: Conférence générale des poids et mesures – CGPM), que fue establecida por la Convención del Metro de 1875, reunió a muchas organizaciones internacionales para establecer las definiciones y estándares de un nuevo sistema y para estandarizar las reglas para escribir y presentar las medidas.

Adoptado en 1889, el uso del sistema de unidades MKS sucedió al sistema de unidades centímetro-gramo-segundo (CGS) en el comercio y la ingeniería. El sistema de metros y kilogramos sirvió como base para el desarrollo del Sistema Internacional de Unidades (SI abreviado), que ahora sirve como estándar internacional. Debido a esto, los estándares del sistema CGS fueron reemplazados gradualmente por estándares métricos incorporados del sistema MKS.

En 1901, Giovanni Giorgi propuso a la Associazione elettrotecnica italiana [it] (AEI) que este sistema, ampliado con una cuarta unidad a tomar de las unidades de electromagnetismo, se utilizará como sistema internacional. Este sistema fue fuertemente promovido por el ingeniero eléctrico George A. Campbell.

El Sistema Internacional se publicó en 1960, basado en las unidades MKS, como resultado de una iniciativa que comenzó en 1948.

Autoridad de control

El SI está regulado y desarrollado continuamente por tres organizaciones internacionales que se establecieron en 1875 bajo los términos de la Convención del Metro. Son la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM), el Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) y la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM). La máxima autoridad recae en la CGPM, que es un órgano plenario a través del cual sus Estados miembros actúan juntos en asuntos relacionados con la ciencia de la medición y los estándares de medición; por lo general se reúne cada cuatro años. La CGPM elige al CIPM, que es un comité de 18 personas de científicos eminentes. El CIPM opera en base al asesoramiento de varios de sus Comités Consultivos, que reúnen a expertos mundiales en sus campos específicos como asesores en asuntos científicos y técnicos. Uno de estos comités es el Comité Consultivo de Unidades (CCU), que se encarga de asuntos relacionados con el desarrollo del Sistema Internacional de Unidades (SI), elaboración de sucesivas ediciones del folleto SI y asesoramiento al CIPM en materias relativas a las unidades de medida. Es el CCU el que considera en detalle todos los nuevos desarrollos científicos y tecnológicos relacionados con la definición de unidades y el SI. En la práctica, cuando se trata de la definición del SI, la CGPM simplemente aprueba formalmente las recomendaciones de la CIPM, que, a su vez, sigue los consejos de la CCU.

El CCU tiene como miembros: laboratorios nacionales de los Estados Miembros de la CGPM encargados de establecer normas nacionales; organizaciones intergubernamentales y organismos internacionales pertinentes; comisiones o comités internacionales; sindicatos científicos; miembros personales; y, como miembro nato de todos los Comités Consultivos, el Director del BIPM.

Todas las decisiones y recomendaciones relativas a las unidades se recogen en un folleto denominado Sistema Internacional de Unidades (SI), que edita el BIPM y actualiza periódicamente.

Unidades y prefijos

El Sistema Internacional de Unidades consta de un conjunto de unidades base, unidades derivadas y un conjunto de multiplicadores decimales que se utilizan como prefijos. Las unidades, excluidas las unidades prefijadas, forman un sistema coherente de unidades, que se basa en un sistema de cantidades de tal manera que las ecuaciones entre los valores numéricos expresados en unidades coherentes tienen exactamente la misma forma, incluidos los factores numéricos, que las correspondientes ecuaciones entre las cantidades. Por ejemplo, 1 N = 1 kg × 1 m/s² dice que un newton es la fuerza necesaria para acelerar una masa de un kilogramo a un metro por segundo cuadrado, relacionado mediante el principio de coherencia con la ecuación que relaciona las cantidades correspondientes: F = m × a.

Las unidades derivadas se aplican a cantidades derivadas, que por definición pueden expresarse en términos de cantidades base y, por lo tanto, no son independientes; por ejemplo, la conductancia eléctrica es la inversa de la resistencia eléctrica, con la consecuencia de que el siemens es el inverso del ohm, y del mismo modo, el ohm y siemens se pueden reemplazar con una relación de un amperio y un voltio, porque esas cantidades llevan un relación definida entre sí. Otras cantidades derivadas útiles se pueden especificar en términos de la base SI y las unidades derivadas que no tienen unidades con nombre en el SI, como la aceleración, que se define en unidades SI como m/s².

Unidades base

Las unidades básicas del SI son los componentes básicos del sistema y todas las demás unidades se derivan de ellas.

Unidades de base

Nombre de la unidad	Signatura de unidad	Signo de dimensión	Nombre	Símbolos típicos	Definición
segundo	s	T	tiempo	t{displaystyle t}	La duración 9192631770 períodos de la radiación correspondientes a la transición entre los dos niveles de hiperfino del estado del suelo del cesio-133 átomo.
metre	m	L	longitud	l{displaystyle l}, h{displaystyle h}, a{displaystyle a}, b{displaystyle b}, x{displaystyle x}, Sí.{displaystyle y}, r{displaystyle r}, etc.	La distancia viajada por la luz en un vacío en 1/299792458 segundos.
kilogramo	kg	M	masa	m{displaystyle m}	El kilogramo se define estableciendo la constante Planck h exactamente 6.62607015×10−34−J⋅s ()J = kg⋅m2⋅s−2), dadas las definiciones del metro y el segundo.
ampere	A	I	corriente eléctrica	I,i{displaystyle Yo...	El flujo de exactamente 1/1.602176634×10−19 tiempos de la carga elemental e por segundo. Equilibrio aproximadamente 6.2415090744×1018 cargos elementales por segundo.
kelvin	K	.	termodinámica	T{displaystyle T}	El kelvin se define estableciendo el valor numérico fijo de la constante Boltzmann k a 1.380649×10,23 a 23J⋅K−1, (J = kg⋅m2⋅s−2), dada la definición del kilogramo, el metro, y el segundo.
mole	mol	N	cantidad de sustancia	n{displaystyle n}	La cantidad de sustancia de exactamente 6.02214076×1023 entidades elementales. Este número es el valor numérico fijo de la constante Avogadro, NA, cuando se expresa en la unidad mol−1.
candela	cd	J	intensidad luminosa	Iv{displaystyle I_{v}	La intensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite radiación monocromática de frecuencia 5.4×1014 hertz y que tiene una intensidad radiante en esa dirección 1/683 watt per steradian.
Notas ^ En el contexto de la SI, la segunda es la unidad de base coherente del tiempo, y se utiliza en las definiciones de unidades derivadas. El nombre "segundo" históricamente surgió como la división sexagesimal de segundo nivel (1.602) de cierta cantidad, la hora en este caso, que la SI clasifica como una unidad "aceptada" junto con su división sexagesimal de primer nivel el minuto. ^ Las signaturas de longitud varían mucho con el contexto. Los problemas que implican cantidades intuitivas de tres dimensiones a menudo utilizan l{displaystyle l}, w{displaystyle w}, y h{displaystyle h} para longitud, distancia y altura, respectivamente. Más generalmente, los físicos tienden a establecer el sistema de coordenadas de un problema dado para que un eje se encuentre convenientemente paralelo a la longitud que se mide. La longitud es entonces a menudo denotada ya sea por alguna constante (por ejemplo. a{displaystyle a}, b{displaystyle b}) a lo largo de dicho eje, o por el mismo símbolo que el eje mismo (por ejemplo. x{displaystyle x}, Sí.{displaystyle y}, o r{displaystyle r} para ejes horizontales, verticales y radiales, respectivamente). ^ A pesar del prefijo "kilo-", el kilogramo es la unidad base coherente de masa, y se utiliza en las definiciones de unidades derivadas. Sin embargo, los prefijos para la unidad de masa se determinan como si el gramo fuera la unidad base. ^ Cuando se utiliza el mole, las entidades elementales deben ser especificadas y pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones, otras partículas o grupos específicos de tales partículas.

Unidades derivadas

Las unidades derivadas en el SI están formadas por potencias, productos o cocientes de las unidades base y son potencialmente ilimitadas en número. Las unidades derivadas están asociadas con cantidades derivadas; por ejemplo, la velocidad es una cantidad que se deriva de las cantidades base de tiempo y longitud y, por lo tanto, la unidad derivada del SI es el metro por segundo (símbolo m/s). Las dimensiones de las unidades derivadas se pueden expresar en términos de las dimensiones de las unidades base.

Pueden usarse combinaciones de unidades base y derivadas para expresar otras unidades derivadas. Por ejemplo, la unidad SI de fuerza es el newton (N), la unidad SI de presión es el pascal (Pa), y el pascal se puede definir como un newton por metro cuadrado (N/m²).

Arreglo de las principales medidas en física basadas en la manipulación matemática de longitud, tiempo y masa.

Unidades adimensionales

La unidad de una cantidad adimensional es uno (símbolo 1), pero rara vez se muestra. El radián y el estereorradián también son cantidades adimensionales, pero usan los símbolos rad y sr respectivamente.

Prefijos

Se agregan prefijos a los nombres de las unidades para producir múltiplos y submúltiplos de la unidad original. Todos estos son potencias enteras de diez, y por encima de cien o por debajo de una centésima todas son potencias enteras de mil. Por ejemplo, kilo- denota un múltiplo de mil y milli- denota un múltiplo de una milésima, por lo que hay mil milímetros en el metro y mil metros en el kilómetro. Los prefijos nunca se combinan, por ejemplo, una millonésima de metro es un micrómetro, no un milimilímetro. Los múltiplos del kilogramo se nombran como si el gramo fuera la unidad base, por lo que una millonésima de kilogramo es un miligramo, no un microkilogramo. Cuando se utilizan prefijos para formar múltiplos y submúltiplos de las unidades base y derivadas del SI, las unidades resultantes ya no son coherentes.

El BIPM especifica 24 prefijos para el Sistema Internacional de Unidades (SI):

Se aceptan unidades ajenas al SI para su uso con SI

Muchas unidades ajenas al SI continúan utilizándose en la literatura científica, técnica y comercial. Algunas unidades están profundamente arraigadas en la historia y la cultura, y su uso no ha sido reemplazado por completo por sus alternativas SI. El CIPM reconoció y reconoció tales tradiciones al compilar una lista de unidades que no pertenecen al SI aceptadas para su uso con SI:

Aunque no es una unidad SI, el litro puede ser utilizado con unidades SI. Es equivalente a (10 cm)³= (1 dm)³= 10⁻³m³.

Algunas unidades de tiempo, ángulo y unidades heredadas que no pertenecen al SI tienen un largo historial de uso. La mayoría de las sociedades han utilizado el día solar y sus subdivisiones no decimales como base del tiempo y, a diferencia del pie o la libra, estos eran los mismos independientemente de dónde se midieran. El radián, siendo 1/2π de una revolución, tiene ventajas matemáticas pero rara vez se usa para la navegación. Además, las unidades utilizadas en la navegación alrededor del mundo son similares. La tonelada, el litro y la hectárea fueron adoptados por la CGPM en 1879 y se han conservado como unidades que pueden usarse junto con las unidades SI, habiéndoseles dado símbolos únicos. Las unidades catalogadas son las siguientes:

Estas unidades se usan en combinación con las unidades SI en unidades comunes como el kilovatio-hora (1 kW⋅h = 3,6 MJ).

Nociones comunes de las unidades métricas

Las unidades básicas del sistema métrico, como se definió originalmente, representaban cantidades o relaciones comunes en la naturaleza. Todavía lo hacen: las cantidades modernas definidas con precisión son refinamientos de definición y metodología, pero aún con las mismas magnitudes. En los casos en que no se requiera o no esté disponible la precisión del laboratorio, o cuando las aproximaciones sean lo suficientemente buenas, las definiciones originales pueden ser suficientes.

• Un segundo 1/60 de un minuto, que es 1/60 de una hora, que es 1/24 de un día, así que un segundo es 1/86400 de un día (el uso de la base 60 se remonta a tiempos babilónicos); un segundo es el tiempo que toma un objeto denso para caer libremente 4.9 metros de descanso.
• La longitud del ecuador está cerca 40000000m (más precisamente 40075014.2 m). De hecho, las dimensiones de nuestro planeta fueron utilizadas por la Academia Francesa en la definición original del metro.
• El metro está cerca de la longitud de un péndulo que tiene un período de 2 segundos; la mayoría de las mesas de comedor son de unos 0,75 metros de altura; un humano muy alto (Basketball adelante) es de unos 2 metros de altura.
• El kilogramo es la masa de un litro de agua fría; un centímetro cúbico o mililitro de agua tiene una masa de un gramo; una moneda de 1 euro pesa 7.5 g; una moneda de Sacagawea US de 1 dólar pesa 8.1 g; una moneda de 50 pence del Reino Unido pesa 8.0 g.
• Un candela es sobre la intensidad luminosa de una vela moderadamente brillante, o 1 potencia de vela; una bombilla incandescente de 60 W de tungsteno llenado tiene una intensidad luminosa de aproximadamente 64 candelas.
• Un topo de una sustancia tiene una masa que es su masa molecular expresada en unidades de gramos; la masa de un topo de carbono es de 12.0 g, y la masa de un topo de sal de mesa es de 58.4 g.
• Puesto que todos los gases tienen el mismo volumen por topo a una temperatura y presión dadas lejos de sus puntos de licuación y solidificación (ver gas perfecto), y el aire es sobre 1/5 oxígeno (masa molecular 32) y 4/5 nitrógeno (masa molecular 28), la densidad de cualquier gas cercano al aire se puede obtener a una buena aproximación dividiendo su masa molecular en 29 (porque 4/5 × 28 + 1/5 × 32 = 28,8 ♥ 29). Por ejemplo, el monóxido de carbono (masa molecular 28) tiene casi la misma densidad que el aire.
• Una diferencia de temperatura de un kelvin es la misma que un grado Celsius: 1/100 de la diferencia de temperatura entre los puntos de congelación y hirviendo de agua a nivel del mar; la temperatura absoluta en kelvins es la temperatura en grados Celsius más cerca 273; la temperatura corporal humana es de unos 37 °C o 310 K.
• Una bombilla incandescente de 60 W con un valor de 120 V (tensión de red USB) consume 0.5 A a este voltaje. Una bombilla de 60 W con un valor de 230 V (tensión europea de los principales) consume 0.26 A a este voltaje.

Convenciones lexicográficas

Nombres de unidades

Según el Folleto SI, los nombres de las unidades deben tratarse como sustantivos comunes del idioma de contexto. Esto significa que deben escribirse con el mismo conjunto de caracteres que otros nombres comunes (por ejemplo, alfabeto latino en inglés, escritura cirílica en ruso, etc.), siguiendo las reglas gramaticales y ortográficas habituales del idioma de contexto. Por ejemplo, en inglés y francés, incluso cuando la unidad lleva el nombre de una persona y su símbolo comienza con una letra mayúscula, el nombre de la unidad en el texto continuo debe comenzar con una letra minúscula (por ejemplo, newton, hertz, pascal) y está en mayúscula. solo al comienzo de una oración y en encabezados y títulos de publicaciones. Como una aplicación no trivial de esta regla, el Folleto SI señala que el nombre de la unidad con el símbolo °C está escrito correctamente como 'grado Celsius': el la primera letra del nombre de la unidad, 'd', está en minúsculas, mientras que el modificador 'Celsius' se escribe con mayúscula porque es un nombre propio.

La ortografía en inglés e incluso los nombres de ciertas unidades SI y prefijos métricos dependen de la variedad de inglés que se utilice. El inglés estadounidense usa la ortografía deka-, meter y liter, mientras que el inglés internacional usa deca-, metro y litro. Además, el nombre de la unidad cuyo símbolo es t y que se define según 1 t = 10³ kg es 'tonelada métrica' inglés estadounidense pero 'tonelada' en inglés internacional.

Símbolos de unidades y valores de cantidades

Los símbolos de las unidades SI están destinados a ser únicos y universales, independientemente del idioma de contexto. El Folleto SI tiene reglas específicas para escribirlos. La guía elaborada por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) aclara los detalles específicos del idioma para el inglés estadounidense que no quedaron claros en el Folleto SI, pero por lo demás es idéntico al Folleto SI.

Reglas generales

Las reglas generales para escribir unidades SI y cantidades se aplican al texto escrito a mano o producido mediante un proceso automatizado:

• El valor de una cantidad se escribe como un número seguido de un espacio (representando un signo de multiplicación) y un símbolo de unidad; por ejemplo, 2,21 kg, 7.3×10²m²22 K. Esta regla incluye explícitamente el signo por ciento (%) y el símbolo de los grados Celsius (°C). Las excepciones son los símbolos para grados angulares planos, minutos y segundos (°, ′ y ′′, respectivamente), que se colocan inmediatamente después del número sin espacio interveniente.
• Los símbolos son entidades matemáticas, no abreviaciones, y como tal no tienen un período anexado / punto completo (.), a menos que las reglas de la gramática exigen una por otra razón, tales como denotar el final de una frase.
• Un prefijo es parte de la unidad, y su símbolo se prepone a un símbolo de unidad sin un separador (por ejemplo, k en km, M en MPa, G en GHz, μ en μg). No se permiten prefijos compuestos. Una unidad prefijada es atómica en expresiones (por ejemplo, km)² es equivalente a (km)²).
• Los símbolos de unidad se escriben usando el tipo romano (derecha), independientemente del tipo utilizado en el texto circundante.
• Las signaturas de las unidades derivadas formadas por la multiplicación se unen con un punto central (⋅) o un espacio no rompedor; por ejemplo, N⋅m o N m.
• Los símbolos para unidades derivadas formadas por división se unen con un sólido (/), o se dan como un exponente negativo. Por ejemplo, el metro por segundo se puede escribir m/s, m s⁻¹, m⋅s⁻¹, o m/s. En los casos en que un sólido es seguido por un punto central (o espacio), o más de un sólido está presente, los paréntesis deben utilizarse para evitar la ambigüedad; por ejemplo, kg/(m⋅s²), kg⋅m⁻¹⋅s⁻², y (kg/m)/s² son aceptables, pero kg/m/s² and kg/m⋅s² son ambiguos e inaceptables.

En la expresión de aceleración debido a la gravedad, un espacio separa el valor y las unidades, tanto el 'm' como el 's' son minúsculas porque ni el metro ni el segundo son nombrados por la gente, y la exponentiación está representada con un superscript '2'.

• La primera letra de símbolos para unidades derivadas del nombre de una persona está escrita en el caso superior; de lo contrario, están escritas en el caso inferior. Por ejemplo, la unidad de presión se llama después de Blaise Pascal, por lo que su símbolo está escrito "Pa", pero el símbolo del mole está escrito "mol". Así, "T" es el símbolo de tesla, una medida de fuerza de campo magnético, y "t" el símbolo de la tonelada, una medida de masa. Desde 1979, el litro puede ser escrito excepcionalmente usando una "L" mayúscula o una minúscula "l", una decisión impulsada por la similitud de la letra "l" al numeral "1", especialmente con ciertas tipografías o escritura de estilo inglés. El NIST americano recomienda que dentro de los Estados Unidos "L" se use en lugar de "l".
• Los símbolos no tienen una forma plural, por ejemplo, 25 kg, no 25 kgs.
• Los prefijos superiores y minúsculas no son intercambiables. Por ejemplo, las cantidades 1 mW y 1 MW representan dos cantidades diferentes (milliwatt y megawatt).
• El símbolo para el marcador decimal es un punto o coma en la línea. En la práctica, el punto decimal se utiliza en la mayoría de los países de habla inglesa y en la mayoría de Asia, y en la coma de la mayor parte de América Latina y en los países europeos continentales.
• Los espacios deben ser utilizados como un separador de miles (1000000) en contraste con comas o períodos (1,000,000 o 1.000.000) para reducir la confusión resultante de la variación entre estas formas en diferentes países.
• Cualquier ruptura de línea dentro de un número, dentro de una unidad compuesta, o entre número y unidad debe ser evitado. Cuando esto no es posible, las roturas de línea deben coincidir con miles de separadores.
• Debido a que el valor de "millones" y "trillón" varía entre idiomas, los términos "ppb" (partes por mil millones) y "ppt" (partes por trillón) deben ser evitados. El folleto SI no sugiere alternativas.

Impresión de símbolos SI

Las reglas que cubren la impresión de cantidades y unidades son parte de la norma ISO 80000-1:2009.

Se especifican reglas adicionales con respecto a la producción de texto utilizando imprentas, procesadores de texto, máquinas de escribir y similares.

Sistema Internacional de Magnitudes

SI Folleto

Cobertura del folleto El Sistema Internacional de Unidades

La CGPM publica un folleto que define y presenta la SI. Su versión oficial está en francés, de acuerdo con la Convención Metre. Deja cierto margen para las variaciones locales, en particular respecto de los nombres y términos de las unidades en diferentes idiomas.

La redacción y el mantenimiento del folleto de la CGPM es realizada por uno de los comités del Comité Internacional de Pesos y Medidas (CIPM). Las definiciones de los términos "cuantidad", "unidad", "dimensión" etc. que se utilizan en los términos SI Folleto son los dados en el vocabulario internacional de la metrología.

Las cantidades y ecuaciones que proporcionan el contexto en el que se definen las unidades SI ahora se denominan Sistema internacional de cantidades (ISQ). El ISQ se basa en las cantidades subyacentes a cada una de las siete unidades básicas del SI. Otras cantidades, como el área, la presión y la resistencia eléctrica, se derivan de estas cantidades base mediante ecuaciones claras y no contradictorias. El ISQ define las cantidades que se miden con las unidades SI. El ISQ está formalizado, en parte, en el estándar internacional ISO/IEC 80000, que se completó en 2009 con la publicación de ISO 80000-1, y se revisó en gran parte en 2019-2020 y el resto se encuentra en revisión.

Realización de unidades

esfera de silicona para el proyecto Avogadro utilizado para medir la constante Avogadro a una relativa incertidumbre estándar 2×10⁻⁸ o menos, sostenida por Achim Leistner

Los metrólogos distinguen cuidadosamente entre la definición de una unidad y su realización. La definición de cada unidad base del SI está redactada de modo que sea única y proporcione una base teórica sólida sobre la cual se puedan realizar las mediciones más precisas y reproducibles. La realización de la definición de una unidad es el procedimiento por el cual la definición puede usarse para establecer el valor y la incertidumbre asociada de una cantidad del mismo tipo que la unidad. Se proporciona una descripción de la puesta en práctica de las unidades base en un apéndice electrónico del Folleto SI.

La mise en pratique publicada no es la única forma en que se puede determinar una unidad base: el Folleto SI establece que "cualquier método consistente con las leyes de la física podría usarse para realizar cualquier unidad SI." Varios comités consultivos del CIPM decidieron en 2016 que se desarrollaría más de una puesta en práctica para determinar el valor de cada unidad. Estos métodos incluyen lo siguiente:

• Al menos tres experimentos separados se llevan a cabo dando valores que tienen una relativa incertidumbre estándar en la determinación del kilogramo de no más que 5×10⁻⁸ y al menos uno de estos valores debe ser mejor que 2×10⁻⁸. Tanto el equilibrio de Kibble como el proyecto Avogadro deben incluirse en los experimentos y cualquier diferencia entre estos debe ser conciliada.
• La definición del kelvin medida con una relativa incertidumbre de la constante Boltzmann derivada de dos métodos fundamentalmente diferentes, como la termometría de gas acústica y la termometría constante de gas dieléctrica, ser mejor que una parte en 10⁻⁶ y que estos valores sean corroborados por otras mediciones.

Evolución de la SI

Cambios en el SI

La Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) ha descrito al SI como "la forma moderna del sistema métrico". La tecnología cambiante ha llevado a una evolución de las definiciones y estándares que ha seguido dos líneas principales: cambios en el propio SI y aclaración de cómo usar unidades de medida que no son parte del SI pero que, sin embargo, se usan a nivel mundial.

Desde 1960, la CGPM ha realizado una serie de cambios en el SI para satisfacer las necesidades de campos específicos, en particular la química y la radiometría. En su mayoría son adiciones a la lista de unidades derivadas con nombre e incluyen el mol (símbolo mol) para una cantidad de sustancia, el pascal (símbolo Pa) para presión, el siemens (símbolo S) para la conductancia eléctrica, el becquerel (símbolo Bq) para la "actividad referida a un radionúclido", el gris (símbolo Gy) para radiación ionizante, el sievert (símbolo Sv) como unidad de dosis equivalente de radiación, y el katal (símbolo kat) para actividad catalítica.

El rango de prefijos definidos pico- (10⁻¹²) a tera- (10¹²) se amplió a quecto- (10⁻³⁰) a quetta- (10³⁰).

La definición de 1960 del metro estándar en términos de longitudes de onda de una emisión específica del átomo de criptón-86 se reemplazó en 1983 con la distancia que recorre la luz en el vacío en exactamente 1/299792458 segundo, de modo que la velocidad de la luz es ahora una constante de la naturaleza exactamente especificada.

También se han realizado algunos cambios en las convenciones de notación para aliviar las ambigüedades lexicográficas. Un análisis bajo los auspicios de CSIRO, publicado en 2009 por la Royal Society, ha señalado las oportunidades para terminar la realización de ese objetivo, hasta el punto de una legibilidad automática universal sin ambigüedad.

Redefiniciones de 2019

Las dependencias inversas de la base SI en siete constantes físicas, que se asignan valores numéricos exactos en la redefinición 2019. A diferencia de las definiciones anteriores, las unidades base se derivan exclusivamente de las constantes de la naturaleza. Aquí, a→ → b{displaystyle arightarrow b} significa que a{displaystyle a} se utiliza para definir b{displaystyle b}.

Después de que se redefiniera el metro en 1960, el Prototipo Internacional del Kilogramo (IPK) fue el único artefacto físico del que dependían las unidades básicas (directamente el kilogramo e indirectamente el amperio, el mol y la candela) para su definición, haciendo que estas unidades sujeto a comparaciones periódicas de los kilogramos estándar nacionales con el IPK. Durante la 2ª y 3ª Verificación Periódica de Prototipos Nacionales del Kilogramo, se había producido una divergencia significativa entre la masa del IPK y todas sus copias oficiales almacenadas en todo el mundo: todas las copias habían aumentado notablemente en masa con respecto al IPK. Durante las verificaciones extraordinarias realizadas en 2014 en preparación para la redefinición de los estándares métricos, no se confirmó la continuación de la divergencia. No obstante, la inestabilidad residual e irreductible de un IPK físico socavó la confiabilidad de todo el sistema métrico para la medición de precisión desde escalas pequeñas (atómicas) hasta grandes (astrofísicas).

Se hizo una propuesta que:

• Además de la velocidad de la luz, se definen cuatro constantes de la naturaleza: la constante Planck, una carga elemental, la constante Boltzmann y la constante Avogadro para tener valores exactos
• El Prototipo Internacional del Kilograma se retira
• Se revisan las definiciones actuales del kilogramo, ampere, kelvin y mole
• La redacción de las definiciones de la unidad de base debería cambiar el énfasis de la unidad explícita a las definiciones constantes explícitas.

Las nuevas definiciones se adoptaron en la 26.ª CGPM el 16 de noviembre de 2018 y entraron en vigor el 20 de mayo de 2019. El cambio fue adoptado por la Unión Europea a través de la Directiva (UE) 2019/1258.

Historia

Piedra marcando la frontera austro-húngara/italiana en Pontebba mostrando miriametros, una unidad de 10 km utilizada en Europa Central en el siglo XIX (pero desde su deprecación)

La improvisación de unidades

Las unidades y las magnitudes unitarias del sistema métrico que se convirtió en el SI se improvisaron poco a poco a partir de cantidades físicas cotidianas a partir de mediados del siglo XVIII. Solo más tarde se moldearon en un sistema de medición decimal ortogonal coherente.

El grado centígrado como unidad de temperatura fue el resultado de la escala ideada por el astrónomo sueco Anders Celsius en 1742. Su escala, de manera contraria a la intuición, designaba 100 como el punto de congelación del agua y 0 como el punto de ebullición. Independientemente, en 1743, el físico francés Jean-Pierre Christin describió una escala con 0 como punto de congelación del agua y 100 como punto de ebullición. La escala se conoció como la escala de grados centígrados, o escala de 100 gradaciones de temperatura.

El sistema métrico fue desarrollado a partir de 1791 por un comité de la Academia de Ciencias de Francia, encargado de crear un sistema de medidas unificado y racional. El grupo, que incluía a destacados hombres de ciencia franceses, utilizó los mismos principios para relacionar la longitud, el volumen y la masa que había propuesto el clérigo inglés John Wilkins en 1668 y el concepto de utilizar el meridiano de la Tierra como base. de la definición de longitud, propuesta originalmente en 1670 por el abad francés Mouton.

Carl Friedrich Gauss

En marzo de 1791, la Asamblea adoptó los principios propuestos por el comité para el nuevo sistema decimal de medida, incluido el metro definido como 1/10 000 000 de la longitud del cuadrante del meridiano de la Tierra que pasa por París, y autorizó un levantamiento para establecer con precisión la longitud del meridiano. En julio de 1792, el comité propuso los nombres metro, son, litro y grave para las unidades de longitud, área, capacidad y masa, respectivamente. El comité también propuso que los múltiplos y submúltiplos de estas unidades se indicaran con prefijos basados en decimales como centi para una centésima y kilo para mil.

Thomson

Maxwell

William Thomson (Lord Kelvin) y James Clerk Maxwell desempeñaron un papel prominente en el desarrollo del principio de coherencia y en el nombramiento de muchas unidades de medida.

Más tarde, durante el proceso de adopción del sistema métrico, los términos latinos gramme y kilogramme, reemplazaron a los antiguos términos provinciales gravet (1 /1000 grave) y grave. En junio de 1799, sobre la base de los resultados del estudio de meridianos, el mètre des Archives y el kilogramme des Archives estándar se depositaron en los Archivos Nacionales de Francia. Posteriormente, ese año, el sistema métrico fue adoptado por ley en Francia. El sistema francés duró poco debido a su impopularidad. Napoleón lo ridiculizó y, en 1812, introdujo un sistema de reemplazo, las mesures usuelles o "medidas consuetudinarias" que restauró muchas de las unidades antiguas, pero redefinidas en términos del sistema métrico.

Durante la primera mitad del siglo XIX hubo poca consistencia en la elección de múltiplos preferidos de las unidades base: típicamente el miriámetro (10000 metros) era de uso generalizado tanto en Francia como en partes de Alemania, mientras que el kilogramo (1000 gramos) en lugar del miriagrama se utilizó para la masa.

En 1832, el matemático alemán Carl Friedrich Gauss, asistido por Wilhelm Weber, definió implícitamente el segundo como una unidad base cuando citó el campo magnético de la Tierra en términos de milímetros, gramos y segundos. Antes de esto, la fuerza del campo magnético terrestre solo se había descrito en términos relativos. La técnica utilizada por Gauss consistía en equiparar el par inducido en un imán suspendido de masa conocida por el campo magnético terrestre con el par inducido en un sistema equivalente bajo la gravedad. Los cálculos resultantes le permitieron asignar dimensiones basadas en masa, longitud y tiempo al campo magnético.

La potencia de una vela como unidad de iluminancia fue definida originalmente por una ley inglesa de 1860 como la luz producida por una vela de espermaceti puro que pesa 1 ⁄6 libras (76 gramos) y ardiendo a un ritmo específico. El espermaceti, una sustancia cerosa que se encuentra en la cabeza de los cachalotes, se usó una vez para hacer velas de alta calidad. En ese momento, el estándar de luz francés se basaba en la iluminación de una lámpara de aceite Carcel. La unidad se definió como la iluminación que emana de una lámpara que quema aceite de colza puro a una velocidad definida. Se aceptaba que diez velas estándar equivalían a una lámpara Carcel.

Metro Convención

Una iniciativa de inspiración francesa para la cooperación internacional en metrología condujo a la firma en 1875 de la Convención del Metro, también llamada Tratado del Metro, por 17 naciones. Inicialmente, la convención solo cubría los estándares para el metro y el kilogramo. En 1921, la Convención del Metro se amplió para incluir todas las unidades físicas, incluido el amperio y otras, lo que permitió a la CGPM abordar las inconsistencias en la forma en que se había utilizado el sistema métrico.

Un conjunto de 30 prototipos del metro y 40 prototipos del kilogramo, en cada caso fabricados con una aleación de 90 % de platino y 10 % de iridio, fueron fabricados por empresa británica especializada en metalurgia y aceptados por la CGPM en 1889. Uno de cada uno fue seleccionado al azar para convertirse en el metro prototipo internacional y el kilogramo prototipo internacional que reemplazaron al mètre des Archives y al kilogramme des Archives respectivamente. Cada estado miembro tenía derecho a uno de cada uno de los prototipos restantes para que sirviera como prototipo nacional para ese país.

El tratado también estableció una serie de organizaciones internacionales para supervisar el mantenimiento de los estándares internacionales de medición.

Los sistemas CGS y MKS

Closeup of the National Prototype Metre, serial number 27, allocated to the United States

En la década de 1860, James Clerk Maxwell, William Thomson (más tarde Lord Kelvin) y otros que trabajaban bajo los auspicios de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia, se basaron en el trabajo de Gauss y formalizaron el concepto de un sistema coherente. de unidades con unidades base y unidades derivadas se bautizó como el sistema de unidades centímetro-gramo-segundo en 1874. El principio de coherencia se usó con éxito para definir una serie de unidades de medida basadas en el CGS, incluido el erg para energía, la dina para la fuerza, la baria para la presión, el equilibrio para la viscosidad dinámica y el stokes para la viscosidad cinemática.

En 1879, el CIPM publicó recomendaciones para escribir los símbolos de longitud, área, volumen y masa, pero estaba fuera de su dominio publicar recomendaciones para otras cantidades. A partir de alrededor de 1900, los físicos que habían estado usando el símbolo "μ" (mu) para "micrómetro" o "micron", "λ" (lambda) para "microlitro", y "γ" (gamma) para "microgramo" comenzó a utilizar los símbolos "μm", "μL" y "μg".

A finales del siglo XIX existían tres sistemas diferentes de unidades de medida para mediciones eléctricas: un sistema basado en CGS para unidades electrostáticas, también conocido como sistema gaussiano o ESU, un sistema basado en CGS para unidades electromecánicas (EMU) y un sistema internacional basado en unidades definidas por la Convención del Metro. para sistemas de distribución eléctrica. Los intentos de resolver las unidades eléctricas en términos de longitud, masa y tiempo mediante el análisis dimensional estuvieron plagados de dificultades: las dimensiones dependían de si se usaban los sistemas ESU o EMU. Esta anomalía se resolvió en 1901 cuando Giovanni Giorgi publicó un artículo en el que abogaba por utilizar una cuarta unidad base junto con las tres unidades base existentes. La cuarta unidad podría elegirse para ser corriente eléctrica, voltaje o resistencia eléctrica. Corriente eléctrica con unidad denominada 'amperio' fue elegido como unidad base, y las demás magnitudes eléctricas se derivaron de él de acuerdo con las leyes de la física. Esto se convirtió en la base del sistema de unidades MKS.

A finales del siglo XIX y principios del XX, una serie de unidades de medida no coherentes basadas en gramo/kilogramo, centímetro/metro y segundo, como la Pferdestärke (caballos de fuerza métricos) para potencia, el darcy para permeabilidad y "milímetros de mercurio" para la presión arterial y barométrica fueron desarrollados o propagados, algunos de los cuales incorporaron la gravedad estándar en sus definiciones.

Al final de la Segunda Guerra Mundial, se usaban varios sistemas de medición diferentes en todo el mundo. Algunos de estos sistemas eran variaciones del sistema métrico; otros se basaban en sistemas de medida consuetudinarios, como el sistema consuetudinario estadounidense y el sistema imperial británico.

El sistema práctico de unidades

En 1948, la 9.ª CGPM encargó un estudio para evaluar las necesidades de medición de las comunidades científica, técnica y educativa y "hacer recomendaciones para un único sistema práctico de unidades de medida, adecuado para su adopción por todos los países". adhiriéndose a la Convención del Metro". Este documento de trabajo fue Sistema práctico de unidades de medida. Con base en este estudio, la 10.ª CGPM en 1954 definió un sistema internacional derivado de seis unidades básicas que incluyen unidades de temperatura y radiación óptica además de las unidades de masa, longitud y tiempo del sistema MKS y la unidad actual de Giorgi. Se recomendaron seis unidades básicas: el metro, el kilogramo, el segundo, el amperio, el grado Kelvin y la candela.

La 9.ª CGPM también aprobó la primera recomendación formal para la escritura de símbolos en el sistema métrico cuando se establecieron las bases de las reglas tal como se conocen ahora. Estas reglas se ampliaron posteriormente y ahora cubren símbolos y nombres de unidades, símbolos y nombres de prefijos, cómo deben escribirse y usarse los símbolos de cantidades y cómo deben expresarse los valores de las cantidades.

Nacimiento de la IS

En 1960, la 11.ª CGPM sintetizó los resultados del estudio de 12 años en un conjunto de 16 resoluciones. El sistema se denominó Sistema Internacional de Unidades, abreviado SI del nombre en francés, Le Système International d' Unidades.

Definiciones históricas

Cuando Maxwell introdujo por primera vez el concepto de un sistema coherente, identificó tres cantidades que podrían usarse como unidades base: masa, longitud y tiempo. Posteriormente, Giorgi identificó la necesidad de una unidad base eléctrica, por lo que se eligió la unidad de corriente eléctrica para el SI. Posteriormente se añadieron otras tres unidades básicas (de temperatura, cantidad de sustancia e intensidad luminosa).

Los primeros sistemas métricos definían una unidad de peso como unidad base, mientras que el SI define una unidad de masa análoga. En el uso diario, estos son en su mayoría intercambiables, pero en contextos científicos la diferencia importa. La masa, estrictamente la masa inercial, representa una cantidad de materia. Relaciona la aceleración de un cuerpo con la fuerza aplicada a través de la ley de Newton, F = m × a: la fuerza es igual a la masa por la aceleración. Una fuerza de 1 N (newton) aplicada a una masa de 1 kg la acelerará a 1 m/s². Esto es cierto ya sea que el objeto esté flotando en el espacio o en un campo de gravedad, p. en la superficie de la Tierra. El peso es la fuerza ejercida sobre un cuerpo por un campo gravitatorio y, por lo tanto, su peso depende de la fuerza del campo gravitatorio. El peso de una masa de 1 kg en la superficie de la Tierra es m × g; masa por la aceleración de la gravedad, que es de 9,81 newtons en la superficie de la Tierra y de unos 3,5 newtons en la superficie de Marte. Dado que la aceleración de la gravedad es local y varía según la ubicación y la altitud en la Tierra, el peso no es adecuado para medir con precisión una propiedad de un cuerpo, y esto hace que una unidad de peso no sea adecuada como unidad base.

Unidades métricas que no son reconocidas por el SI

Aunque el término sistema métrico se usa a menudo como un nombre alternativo informal para el Sistema Internacional de Unidades, existen otros sistemas métricos, algunos de los cuales fueron de uso generalizado en el pasado o aún se usan en áreas particulares. También hay unidades métricas individuales como el sverdrup y el darcy que existen fuera de cualquier sistema de unidades. La mayoría de las unidades de los otros sistemas métricos no son reconocidas por el SI.

Aquí hay algunos ejemplos. El sistema centímetro-gramo-segundo (CGS) fue el sistema métrico dominante en las ciencias físicas y la ingeniería eléctrica desde la década de 1860 hasta al menos la década de 1960, y todavía se usa en algunos campos. Incluye unidades no reconocidas en el SI como gal, dyne, erg, barye, etc. en su sector mecánico, así como el poise y stokes en dinámica de fluidos. Cuando se trata de las unidades de cantidades en electricidad y magnetismo, existen varias versiones del sistema CGS. Dos de estos son obsoletos: el sistema electrostático CGS ('CGS-ESU', con unidades no reconocidas por el SI de estatoculombio, estatovoltio, estataamperio, etc.) y el sistema electromagnético CGS ('CGS-EMU& #39;, con abampere, abcoulomb, oersted, maxwell, abhenry, gilbert, etc.). Una 'mezcla' de estos dos sistemas sigue siendo popular y se conoce como el sistema gaussiano (que incluye el gauss como un nombre especial para la unidad CGS-EMU maxwell por centímetro cuadrado).

En ingeniería (aparte de la ingeniería eléctrica), anteriormente había una larga tradición en el uso del sistema métrico gravitacional, cuyas unidades no reconocidas en el SI incluyen el kilogramo-fuerza (kilopond), la atmósfera técnica, la potencia métrica, etc. El metro– El sistema de tonelada-segundo (mts), utilizado en la Unión Soviética de 1933 a 1955, tenía unidades no reconocidas por el SI como sthène, pièze, etc. Otros grupos de unidades métricas no reconocidas por el SI son las diversas unidades heredadas y CGS relacionadas con la ionización radiación (rutherford, curie, roentgen, rad, rem, etc.), radiometría (langley, jansky), fotometría (phot, nox, stilb, nit, metro-vela,^:17 lambert, apostilb, skot, brill, troland, talbot, candelabro, vela), termodinámica (caloría) y espectroscopia (centímetro recíproco).

Algunas otras unidades métricas no reconocidas por el SI que no encajan en ninguna de las categorías ya mencionadas incluyen are, bar, barn, fermi, gradian (gon, grad o grade), quilates métricos, micras, milímetros de mercurio, torr, milímetro (o centímetro o metro) de agua, milimicrón, mho, estéreo, unidad x, γ (unidad de masa), γ (unidad de densidad de flujo magnético) y λ (unidad de volumen). En algunos casos, las unidades métricas no reconocidas por el SI tienen unidades SI equivalentes formadas al combinar un prefijo métrico con una unidad SI coherente. Por ejemplo, 1 γ (unidad de densidad de flujo magnético) = 1 nT, 1 gal = 1 cm⋅s ⁻², 1 bario = 1 deci pascal, etc. (un grupo relacionado son las correspondencias como 1 abampere ≘ 1 deca amperio, 1 abhenry ≘ 1 nano henrio, etc.). A veces, ni siquiera se trata de un prefijo métrico: la unidad SI no reconocida puede ser exactamente igual a una unidad SI coherente, excepto por el hecho de que el SI no reconoce el nombre y el símbolo especial. Por ejemplo, nit es solo un nombre no reconocido por SI para la unidad SI candela por metro cuadrado y talbot es un nombre no reconocido por SI para la unidad SI lumen segundo. Con frecuencia, una unidad métrica que no pertenece al SI se relaciona con una unidad SI a través de un factor de potencia de diez, pero no una que tenga un prefijo métrico, por ejemplo, 1 dyn = 10⁻⁵ newton, el angstrom (1 Å = 10⁻¹⁰ m), todavía se usa en varios campos, etc. (y correspondencias como 1 gauss ≘ 10⁻⁴ tesla). Finalmente, hay unidades métricas cuyos factores de conversión a unidades SI no son potencias de diez, por ejemplo, 1 caloría = 4,184 julios y 1 kilogramo-fuerza = 9,806650 newtons. Algunas unidades métricas no reconocidas por el SI todavía se usan con frecuencia, por ejemplo, la caloría (en nutrición), el rem (en los EE. UU.), el jansky (en radioastronomía), el gauss (en la industria) y las unidades CGS-Gaussianas en general. (en algunos subcampos de la física), la potencia métrica (para la potencia del motor, en la mayor parte del mundo de habla no inglesa), el kilogramo-fuerza (para el empuje del motor de cohete, en China y, a veces, en Europa), etc. Otros son ahora rara vez se usa, como el sthène y el rutherford.