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Factores de conversión

Un factor de conversión es una operación matemática que nos permite expresar una medida de diferentes formas, podemos convertir unidades de tiempo, de longitud, de masa e incluso unidades monetarias. Aplicamos los factores de conversión para la resolución de problemas y en nuestra vida cotidiana.

¿Qué es un factor de conversión?

Es una operación matemática que se utiliza para convertir valores entre diferentes unidades del mismo tipo, se representa generalmente como una fracción o una relación numérica que se puede utilizar como un factor de multiplicación.

Por ejemplo, supongamos que se tiene una masa en kilogramos, pero se desea expresarla en libras y se conoce que 1 libra equivale a 0,453 kilogramos, entonces se puede usar como factor de conversión para determinar lo que es la misma masa en libras.

Algunos ejemplos frecuentes en los que se utiliza el factor de conversión son los siguientes:

Longitud o distancia: kilómetros, metros, yardas, millas, leguas…
Masa: toneladas, kilogramos, gramos, onzas, libras…
Volumen: metro cúbico, galón, barril, pinta…
Tiempo: siglos, décadas, años, días, horas, minutos, segundos…
Moneda: euros, dólares, pesetas, libras, pesos…

Sistema Internacional vs. Sistema Inglés

El Sistema Internacional de Unidades de Medida (SI) es el nombre del sistema de unidades que se usa en casi todos los países, se basa en un sistema métrico decimal en el que cada unidad es 10 veces mayor que la anterior y 10 veces menor que la posterior. Este sistema también es conocido como “sistema métrico”. Alguna de sus unidades básicas son: metro, kilogramo, segundo, litro y metro cúbico.

El Sistema Inglés de Unidades o Sistema Imperial son las unidades no-métricas que se utilizan actualmente en los Estados Unidos y en el Reino Unido, este sistema se deriva de la evolución de las unidades locales a través de los siglos, y de los intentos de estandarización en Inglaterra. Las unidades mismas tienen sus orígenes en la Antigua Roma. Alguna de sus unidades básicas son: milla, yarda, libra, pie cúbico y el galón.

Algunas de las unidades y conversiones más comunes son:

Sistema Inglés	Sistema Internacional
Longitud
1 milla	1,60 kilómetros
1 pulgada	2,54 centímetros
1 pie	30,48 centímetros
1 yarda	91,4 centímetros
Masa
1 onza	28,3 gramos
1 libra	0,453 kilogramos
Volumen
1 pie cúbico	0,0283 metros cúbicos
1 galón	3,785 litros

Algunas conversiones de unidades de tiempo son:

1 año = 365 días.

1 día = 24 horas.

1 hora = 60 minutos.

1 minuto = 60 segundos.

¿Sabías qué?

Las conversiones no solo se hacen de un sistema a otro, sino que se puede realizar en unidades que pertenecen al mismo sistema, es decir de múltiplos a submúltiplos y viceversa, por ejemplo convertir metros a milímetros o de gramos a kilogramos.

El factor de conversión nos permite transformar unidades de forma rápida y sencilla.

¿CÓMO SE UTILIZA UN FACTOR DE CONVERSIÓN?

Para convertir unidades debemos multiplicar la cantidad original por una fracción en la que el numerador y el denominador contengan una misma cantidad pero expresada en distintas unidades.

Al multiplicar por esta fracción, lo que buscamos es simplificar la unidad original y que nos quede la unidad que necesitamos.

Debemos recordar que solo podemos convertir unidades que representen la misma magnitud física, por ejemplo, es posible convertir entre dos unidades de masa (gramos a libras), pero no es posible convertir entre unidades de longitud y de masa (metros a libras).

¿Cómo armamos esta fracción?

Escribimos la cifra con la unidad que queremos convertir (la unidad no deseada).
Escribimos el factor de conversión, la unidad que queremos convertir (la no deseada) la escribimos en el denominador para poder simplificarla y la unidad que queremos (la deseada) la escribimos en el numerador.
Escribimos las cantidades equivalentes.

Veamos algunos ejemplos de conversión:

Convertir 3,5 kilogramos a libras.

Escribimos primero la cifra con la unidad que queremos convertir:

$3,5 kg$

Luego, escribimos el factor de conversión (fracción), en este caso 1 libra son 0,453 kilogramos, los kilogramos los escribimos en el denominador y las libras en el numerador. Observa:

$3,5 kg \times \frac{1 lb}{0,453 kg}$

Finalmente simplificamos las unidades y realizamos la multiplicación, los kilogramos se encuentran en el numerador y en el denominador, por lo que se simplifican, quedando solo las libras de la siguiente forma:

Por lo tanto 3,5 kilogramos equivalen a 7,726 libras.

Convertir 6,9 kilómetros a millas.

Repetimos el procedimiento anterior, pero en este caso, un 1 milla es igual a 1,60 kilómetros.

Por lo tanto, 6,9 kilómetros equivalen a 4,312 millas.

Convertir 18,6 litros a galones.

1 galón es igual a 3,785 litros.

Por lo tanto, 18,6 litros equivalen a 4,914 gal.

Convertir 380 minutos a horas.

1 hora contiene 60 minutos.

Por lo tanto, 380 minutos equivalen a 6,333 horas.

¿Sabías qué?

Existen diferentes tablas de conversión: del Sistema Internacional al Sistema Inglés, del Sistema Inglés al Sistema Internacional y entre los mismos sistemas.

¡A practicar!

Realiza las siguientes conversiones:

187 metros a pie.
1.986 gramos a libras.
11,7 metros cúbicos a pie cúbico.
5.800 segundos a minutos.
1.500 gramos a kilogramos.
98,5 centímetros a pulgadas.
750 gramos a onzas.
3,8 galones a litros.
1.500 centímetros a yardas.
683 metros a kilómetros.

Dinámica

Existe una rama de la física que se encarga de estudiar y analizar el movimiento en relación con las causas que lo originan, la dinámica. Los conocimientos en este campo han permitido realizar diversos descubrimientos como la descripción del movimiento de los planetas.

La dinámica se enfoca en estudiar y describir la evolución a través del tiempo de un sistema físico (un conjunto de objetos ordenados que obedecen ciertas leyes y que en cuyas partes se evidencia una conexión de tipo causal). Para estudiar las alteraciones que se producen en este tipo de sistemas, la dinámica emplea ecuaciones de movimiento.

Las leyes de Newton

El primer estudioso en formular leyes fundamentales en el campo de la dinámica fue Isaac Newton. Su aporte fue tan importante que hasta la fecha sus leyes representan las bases para la mayoría de problemas que involucran cuerpos en movimiento.

Isaac Newton fue un físico británico que nació el 4 de enero de 1643 en el condado de Lincolnshire en Inglaterra.

Primera ley: Ley de la inercia

Establece que un cuerpo permanecerá en estado de reposo o en movimiento rectilíneo uniforme a no ser que se vea sujeto a cambiar su condición por una o varias fuerzas externas.

Segunda ley: Principio fundamental de la dinámica

Plantea que el cambio de movimiento es directamente proporcional a la fuerza que actúa sobre el cuerpo y en su misma dirección. Es decir, la aceleración a la cual se encuentra sometido un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta aplicada e inversamente proporcional a su masa.

Las leyes de Newton revolucionaron los conceptos básicos de la física y ampliaron los conocimientos relacionados con los movimientos de los cuerpos en el universo.

Tercera ley: Principio de acción-reacción

Esta ley propone que con toda acción siempre se produce una reacción igual y en sentido opuesto, es decir, cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste último imprime sobre el primero una fuerza de igual magnitud pero de sentido contrario.

Diferencia entre cinemática y dinámica

Tanto la cinemática como la dinámica son ramas de la mecánica clásica que se dedican al estudio del movimiento de los cuerpos, sin embargo; son muy diferentes. La cinemática se enfoca a estudiar los cuerpos en movimiento sin considerar las causas que originan el movimiento y se limita únicamente a la trayectoria que se describen respecto al tiempo. Por otra parte, la dinámica se concentra en las causas que originan el movimiento de los cuerpos y los cambios que se producen en el estado de movimiento de dichos cuerpos.

En resumen, la cinemática responde a la incógnita: ¿cómo se mueven los cuerpos?, mientras que la dinámica se enfoca en responder ¿por qué se mueven los cuerpos?

Problemas de dinámica

Los problemas de dinámica son diversos al igual que las aplicaciones de las leyes de Newton. En este artículo nos enfocaremos en problemas en los cuales se aplica la segunda ley de Newton. Dicha ley puede expresarse en términos de ecuación de la siguiente forma:

Dónde:

F: fuerza

m: masa

a: aceleración

La expresión anteriormente planteada es válida únicamente para cuerpos en los que su masa es constante.

En los casos en los que la masa no es constante como sucede con los cohetes que queman combustible a lo largo del trayecto, la ecuación F = m.a no es válida.

El Newton

La unidad de fuerza empleada en el sistema internacional de unidades es el Newton y se representa con el símbolo N. De esta manera 1 N se define como la fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo que tenga una masa de 1 kg para desplazarlo a una aceleración de 1 m/s².

Lo anteriormente expuesto quiere decir que 1 N puede expresarse en unidades fundamentales como:

Es importante que al resolver problemas de este tipo las unidades sean equivalentes para que el sistema sea homogéneo, de lo contrario, se deberán transformar las unidades para que así lo sean.

Calcular la masa de un cuerpo que al recibir una fuerza de 80 N adquiere una aceleración de 10 m/s².

Datos:

F = 80 N

a= 10 m/s².

Solución:

Debido a que en el problema piden determinar la masa, se despeja esta variable de la ecuación de fuerza:

Se sustituyen los datos en la ecuación despejada:

La masa del cuerpo es de 8 kilogramos.

Se aplica una fuerza de 82 N a un cuerpo de 15.000 g. Calcular la aceleración que adquiere el cuerpo:

Datos:

F = 82 N

m = 15.000 g

Solución:

Lo primero es transformar la masa a kilogramo (recordemos que el kilogramo forma parte de las unidades que conforman a la unidad de fuerza Newton).

Para la transformación se sabe que 1 kg contiene 1.000 g:

Debido a que en el problema nos solicitan la aceleración despejamos dicha variable de la ecuación:

Se reemplazan los datos en la ecuación despejada:

De manera que la aceleración que adquiere el cuerpo es de 5,46 m/s².

Calcular la fuerza que debe ser ejercida en un cuerpo de 14,2 kg para que adquiera una aceleración de 12 m/s².

Datos:

m = 14,2 kg

a = 12 m/s²

Solución:

Se sustituyen los valores en la ecuación de fuerza:

Para que un cuerpo de 14,2 kg de masa pueda adquirir una aceleración de 12 m/s² se debe aplicar una fuerza de 170,4 N.