Unidad base (medida)

Una unidad base (también denominada unidad fundamental) es una unidad adoptada para medir una cantidad base. Una cantidad base es una de un subconjunto de cantidades físicas elegido convencionalmente, donde ninguna cantidad en el subconjunto puede expresarse en términos de las demás. Las unidades básicas del SI, o Systeme International d'd'unites, consisten en el metro, el kilogramo, el segundo, el amperio, el kelvin, el mol y la candela.

Una unidad base es aquella que ha sido explícitamente designada; una unidad secundaria para la misma cantidad es una unidad derivada. Por ejemplo, cuando se usa con el Sistema Internacional de Unidades, el gramo es una unidad derivada, no una unidad base.

Antecedentes

En el lenguaje de la medición, las cantidades físicas son aspectos cuantificables del mundo, como el tiempo, la distancia, la velocidad, la masa, la temperatura, la energía y el peso, y las unidades se utilizan para describir su magnitud o cantidad. Muchas de estas cantidades están relacionadas entre sí por diversas leyes físicas y, como resultado, las unidades de una cantidad pueden expresarse generalmente como el producto de las potencias de otras unidades; por ejemplo, el impulso es masa multiplicada por velocidad, mientras que la velocidad se mide en distancia dividida por tiempo. Estas relaciones se discuten en el análisis dimensional. Aquellas que pueden expresarse de esta manera en términos de unidades base se denominan unidades derivadas.

Sistema Internacional de Unidades

En el Sistema Internacional de Unidades, hay siete unidades básicas: kilogramo, metro, candela, segundo, amperio, kelvin y mol.

Unidades naturales

Un conjunto de dimensiones fundamentales de la cantidad física es un conjunto mínimo de unidades tales que cada cantidad física puede expresarse en términos de este conjunto. Las dimensiones fundamentales tradicionales de la cantidad física son la masa, la longitud, el tiempo, la carga y la temperatura, pero en principio se podrían utilizar otras cantidades fundamentales. Podría usarse corriente eléctrica en lugar de carga o podría usarse velocidad en lugar de longitud. Algunos físicos no han reconocido la temperatura como una dimensión fundamental de la cantidad física ya que simplemente expresa la energía por partícula por grado de libertad que puede expresarse en términos de energía (o masa, longitud y tiempo). Además, algunos físicos reconocen la carga eléctrica como una dimensión fundamental separada de la cantidad física, incluso si se ha expresado en términos de masa, longitud y tiempo en sistemas de unidades como el sistema electrostático cgs. También hay físicos que han puesto en duda la existencia misma de cantidades fundamentales incompatibles.

Existen otras relaciones entre cantidades físicas que pueden expresarse mediante constantes fundamentales y, hasta cierto punto, es una decisión arbitraria conservar la constante fundamental como una cantidad con dimensiones o simplemente definirla como una unidad o como un valor fijo. número adimensional, y reducir el número de constantes fundamentales explícitas en uno. La cuestión ontológica es si estas constantes fundamentales existen realmente como cantidades dimensionales o adimensionales. Esto es equivalente a tratar la longitud como el mismo material físico conmensurable que el tiempo o comprender la carga eléctrica como una combinación de cantidades de masa, longitud y tiempo, lo que puede parecer menos natural que pensar que la temperatura mide el mismo material que la energía (que es expresable). en términos de masa, longitud y tiempo).

Por ejemplo, el tiempo y la distancia están relacionados entre sí por la velocidad de la luz, c, que es una constante fundamental. Es posible usar esta relación para eliminar la unidad de tiempo o la de distancia. Se aplican consideraciones similares a la constante de Planck, h, que relaciona la energía (con una dimensión expresable en términos de masa, longitud y tiempo) con la frecuencia (con una dimensión expresable en términos de tiempo). En física teórica se acostumbra a utilizar tales unidades (unidades naturales) en las que c = 1 y ħ = 1. Se puede aplicar una elección similar a la permitividad del vacío, ε₀.

• Uno podría eliminar el metro o el segundo por establecer c a la unidad (o a cualquier otro número fijo sin dimensión).
• Uno podría entonces eliminar el kilogramo ▪ a un número sin dimensión.
• Uno podría entonces eliminar aún más el amperio mediante la concesión de vacío ε₀ (Alternativamente, la constante del Coulomb k_e 1/(4)πε₀)) o la carga elemental e a un número sin dimensión.
• Uno podría eliminar el topo como unidad base estableciendo la constante de Avogadro N_A 1. Esto es natural ya que es una constante de escalado técnico.
• Uno podría eliminar el kelvin ya que se puede argumentar que la temperatura simplemente expresa la energía por partícula por grado de libertad, que se puede expresar en términos de energía (o masa, longitud y tiempo). Otra manera de decir esto es que la constante de Boltzmann k_B es una constante de escala técnica y se puede establecer a un número fijo sin dimensión.
• Del mismo modo, uno podría eliminar los candelas, como se define en términos de otras cantidades físicas a través de una constante de escalado técnico, K_cd.
• Eso deja una dimensión base y una unidad base asociada, pero quedan varias constantes fundamentales para eliminar eso también – por ejemplo, se podría utilizar G, la constante gravitacional, m_e, la masa de reposo electrones, o ≥, la constante cosmológica.

Una opción ampliamente utilizada, en particular para la física teórica, es el sistema de unidades de Planck, que se define estableciendo ħ = c = G = k_B = k_e = 1.

El uso de unidades naturales deja cada cantidad física expresada como un número adimensional, lo cual es observado por los físicos que cuestionan la existencia de cantidades físicas fundamentales incompatibles.