A observação de um fenômeno fica em geral incompleta
a menos que permita ser associada a uma informação quantitativa. Para a
obtenção dessa informação necessitamos de efetuar uma medição sobre alguma
propriedade física inerente ao fenômeno observado. Desse modo, a medição se
constitui numa boa parte da rotina diária de um físico experimental.
A medição é a técnica mediante a qual associamos um
número a uma propriedade física, como resultado de uma comparação dessa
propriedade com outra de mesma espécie tomada como padrão, a qual se adota como
unidade. O resultado da medição é a medida.
O Sistema Internacional de Unidades - SI foi
sancionado em 1960 pela Conferência Geral de Pesos e Medidas e constitui a
expressão moderna e atualizada do antigo Sistema Métrico Decimal, ampliado de
modo a abranger os diversos tipos de grandezas físicas, compreendendo não
somente as medições que ordinariamente interessam ao comércio e à indústria
(domínio da metrologia legal), mas estendendo-se completamente a tudo o que diz
respeito à ciência da medição.
O Brasil adotou o Sistema Internacional de Unidades
- SI em 1962. A Resolução nº 12 de 1988 do Conselho Nacional de Metrologia,
Normalização e Qualidade Industrial - CONMETRO, ratificou a adoção do SI no
País e tornou seu uso obrigatório em todo o território nacional.
Para melhor conhecer as grandezas que interferem num
fenômeno, a Física recorre a medidas.
Unidade de medida
é uma quantidade específica de determinada grandeza física e que serve
de padrão para eventuais comparações, e que serve de padrão para outras
medidas.
Sistema internacional de unidades (SI): Por longo
tempo, cada região, país teve um sistema de medidas diferente, criando muitos
problemas para o comércio devido à falta de padronização de tais medidas. Para
resolver o problema foi criado o Sistema Métrico Decimal que adotou
inicialmente adotou três unidades básicas: metro, litro e quilograma.
Entretanto, o desenvolvimento tecnológico e
científico exigiu um sistema padrão de unidades que tivesse maior precisão nas
medidas. Foi então que em 1960, foi criado o Sistema Internacional de
unidades(SI). Hoje, o SI é o sistema de medidas mais utilizadas em todo o
mundo.
Existem sete unidades básicas do SI que estão na
tabela abaixo:
|
Grandeza
|
Unidade
|
Símbolo
|
|
Comprimento
|
Metro
|
m
|
|
Massa
|
Quilograma
|
kg
|
|
Tempo
|
Segundo
|
s
|
|
Corrente
Elétrica
|
Ampére
|
A
|
|
Temperatura
|
Kelvin
|
K
|
|
Quantidade
de matéria
|
Mol
|
mol
|
|
Intensidade
luminosa
|
Candela
|
cd
|
Segue abaixo as grandezas Físicas e suas unidades no
sistema internacional. São grandezas cujas unidades são derivadas das unidades
básicas do SI.
O protótipo internacional do quilograma, К, o único
padrão materializado, ainda em uso, para definir uma unidade de base do SI.
O Bureau Internacional de Pesos e Medidas, o BIPM,
foi criado pelo artigo 1o da Convenção do Metro, no dia 20 de maio de 1875, com
a responsabilidade de estabelecer os fundamentos de um sistema de medições,
único e coerente, com abrangência mundial. O sistema métrico decimal, que teve
origem na época da Revolução Francesa, tinha por base o metro e o quilograma.
Pelos termos da Convenção do Metro, assinada em 1875, os novos protótipos
internacionais do metro e do quilograma foram fabricados e formalmente adotados
pela primeira Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM), em 1889. Este
sistema evoluiu ao longo do tempo e inclui, atualmente, sete unidades de base.
Em 1960, a 11a CGPM decidiu que este sistema deveria ser chamado de Sistema
Internacional de Unidades, SI (Système international d’unités, SI). O SI não é
estático, mas evolui de modo a acompanhar as crescentes exigências mundiais
demandadas pelas medições, em todos os níveis de precisão, em todos os campos
da ciência, da tecnologia e das atividades humanas. Este documento é um resumo
da publicação do SI, uma publicação oficial do BIPM que é uma declaração do
status corrente do SI.
As sete unidades de base do SI, listadas na tabela
1, fornecem as referências que permitem definir todas as unidades de medida do
Sistema Internacional. Com o progresso da ciência e com o aprimoramento dos
métodos de medição, torna-se necessário revisar e aprimorar periodicamente as
suas definições. Quanto mais exatas forem as medições, maior deve ser o cuidado
para a realização das unidades de medida.
Grandeza Unidade, símbolo : definição da unidade
comprimento metro, m : O metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz
no vácuo durante um intervalo de tempo de 1/299 792 458 do segundo.
Assim, a velocidade da luz no vácuo, c0, é exatamente
igual a 299 792 458 m/s
Massa quilograma, kg: O quilograma é a unidade de
massa, igual à massa do protótipo internacional do quilograma. Assim, a massa
do protótipo internacional do quilograma, m(К), é exatamente igual a 1kg.
Tempo, segundo, s: O segundo é a duração de 9 192
631 770 períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis híper
finos do estado fundamental do átomo de césio 133. Assim, a frequência da
transição híper fina do estado fundamental do átomo de césio 133, ν(hfs Cs), é
exatamente igual a 9 192 631 770 Hz.
Corrente elétrica ampere, A: O ampere1 é a
intensidade de uma corrente elétrica constante que, mantida em dois condutores
paralelos, retilíneos, de comprimento infinito, de seção circular desprezível,
e situados à distância de 1 metro entre si, no vácuo, produziria entre estes
condutores uma força igual a 2 × 10-7 newton por metro de comprimento
Assim, a constante magnética, μ0 , também conhecida
como permeabilidade do vácuo, é exatamente igual a 4pi × 10-7 H/m.
Temperatura termodinâmica kelvin, K: O kelvin,
unidade de temperatura termodinâmica, é a fração 1/273,16 da temperatura
termodinâmica no ponto tríplice da água.
Assim, a temperatura do ponto tríplice da água, Tpta,
é exatamente igual a 273,16 K.
Quantidade de substância mol, mol: 1. O mol é a
quantidade de substância de um sistema contendo tantas entidades elementares
quantos átomos existem em 0,012 quilograma de carbono 12. 2. Quando se utiliza
o mol, as entidades elementares devem ser especificadas, podendo ser átomos,
moléculas, íons, elétrons, assim como outras partículas, ou agrupamentos
especificados dessas partículas. Assim, a massa molar do carbono 12, M (12C), é
exatamente igual a 12 g/mol.
Intensidade luminosa candela, cd: A candela é a
intensidade luminosa, numa dada direção, de uma fonte que emite uma radiação
monocromática de frequência 540 × 1012 hertz e cuja intensidade energética
nessa direção é 1/683 watt por esterradiano. Assim, a eficácia luminosa
espectral, K, da radiação monocromática de frequência
540 × 1012 Hz é exatamente igual a 683 lm/W.
As sete grandezas de base, que correspondem às sete
unidades de base, são: comprimento, massa, tempo, corrente elétrica,
temperatura termodinâmica, quantidade de substância e intensidade luminosa. As
grandezas de base e as unidades de base se encontram listadas, juntamente com
seus símbolos, na tabela 2.
Nota dos tradutores. A palavra ampere era grafada
antigamente com o acento grave no primeiro e – Ampére. Modernamente essa
prática foi abandonada conforme explica António Houaiss em seu Dicionário.
(HOUAISS, Antônio; VILLAR, Mauro de Salles. Dicionário Houaiss da Língua
Portuguesa. 1. ed. Rio de Janeiro: Editora Objetiva Ltda. 2001, p. 196) 2
Todas as outras grandezas são descritas como
grandezas derivadas e são medidas utilizando unidades derivadas, que são
definidas como produtos de potências de unidades de base. Exemplos de grandezas
derivadas e de unidades derivadas estão listadas na tabela 3.
Magnético Ampére por metro A/m concentração mol por
metro cúbico mol/m3 concentração de massa, quilograma por metro cúbico kg/m3
luminância Lv candela por metro quadrado cd/m2 índice de refraçãonum1
permeabilidade relativaµ rum1
Note que o índice de refração e a permeabilidade
relativa são exemplos de grandezas dimensionais, para as quais a unidade do SI
é o número um (1), embora esta unidade não seja escrita.
Algumas unidades derivadas recebem nome especial,
sendo este simplesmente uma forma compacta de expressão de combinações de
unidades de base que são usadas frequentemente.
Então, por exemplo, o joule, símbolo J, é por
definição, igual a m2 kg s-2. Existem atualmente 2 nomes especiais para
unidades aprovados para uso no SI, que estão listados na tabela 4.
Grandeza derivada Nome da unidade derivada
Símbolo da unidade
Embora o hertz e o becquerel sejam iguais ao inverso
do segundo, o hertz é usado somente para fenômenos cíclicos, e o becquerel,
para processos estocásticos no decaimento radioativo.
A unidade de temperatura Celsius é o grau Celsius,
oC, que é igual em magnitude ao kelvin, K, a unidade de temperatura
termodinâmica. A grandeza temperatura Celsius t é relacionada com a temperatura
termodinâmica T pela equação t/oC = T/K – 273,15.
O sievert também é usado para as grandezas:
equivalente de dose direcional e equivalente de dose individual.
Os quatro últimos nomes especiais das unidades da
tabela 4 foram adotados especificamente para resguardar medições relacionadas à
saúde humana.
Para cada grandeza, existe somente uma unidade SI
(embora possa ser expressa frequentemente de diferentes modos, pelo uso de
nomes especiais). Contudo, a mesma unidade SI pode ser usada para expressar os
valores de diversas grandezas diferentes (por exemplo, a unidade SI para a
relação J/K pode ser usada para expressar tanto o valor da capacidade
calorífica como da entropia). Portanto, é importante não usar a unidade sozinha
para especificar a grandeza. Isto se aplica tanto aos textos científicos como
aos instrumentos de medição (isto é, a leitura de saída de um instrumento deve
indicar a grandeza medida e a unidade).
As grandezas dimensionais, também chamadas de
grandezas de dimensão um, são usualmente definidas como a razão entre duas
grandezas de mesma natureza (por exemplo, o índice de refração é a razão entre
duas velocidades, e a permeabilidade relativa é a razão entre a permeabilidade
de um meio dielétrico e a do vácuo). Então a unidade de uma grandeza
dimensional é a razão entre duas unidades idênticas do SI, portanto é sempre
igual a um (1). Contudo, ao se expressar os valores de grandezas dimensionais,
a unidade um (1) não é escrita.
Múltiplos e submúltiplos das unidades do SI
Um conjunto de prefixos foi adotado para uso com as
unidades do SI, a fim de exprimir os valores de grandezas que são muito maiores
ou muito menores do que a unidade SI usada sem um prefixo. Os prefixos SI estão
listados na tabela 5. Eles podem ser usados com qualquer unidade de base e com
as unidades derivadas com nomes especiais.
Quando os prefixos são usados, o nome do prefixo e o
da unidade são combinados para formar uma palavra única e, similarmente, o
símbolo do prefixo e o símbolo da unidade são escritos sem espaços, para formar
um símbolo único que pode ser elevado a qualquer potência. Por exemplo, pode-se
escrever: quilômetro, km; microvolt, µV; feito segundo, fs; 50 V/cm = 50 V(10-2
m)-1 = 5000 V/m.
Quando as unidades de base e as unidades derivadas
são usadas sem qualquer prefixo, o conjunto de unidades resultante é
considerado coerente. O uso de um conjunto de unidades coerentes tem vantagens
técnicas (veja a publicação completa do SI). Contudo, o uso dos prefixos é
conveniente porque ele evita a necessidade de empregar fatores de 10n, para
exprimir os valores de grandezas muito grandes ou muito pequenas. Por exemplo,
o comprimento de uma ligação química é mais convenientemente expresso em nanómetros,
nm, do que em metros, m, e a distância entre Londres e Paris é mais
convenientemente expressa em quilômetros, km, do que em metros, m.
O quilograma, kg, é uma exceção, porque embora ele
seja uma unidade de base o nome já inclui um prefixo, por razões históricas. Os
múltiplos e os submúltiplos do quilograma são escritos combinando-se os
prefixos com o grama: logo, escreve-se miligrama, mg, e não micro quilograma,
µkg.
Unidades fora do SI
O SI é o único sistema de unidades que é reconhecido
universalmente, de modo que ele tem uma vantagem distinta quando se estabelece
um diálogo internacional. Outras unidades, isto é, unidades não- SI, são
geralmente definidas em termos de unidades SI. O uso do SI também simplifica o
ensino da ciência. Por todas essas razões o emprego das unidades SI é
recomendado em todos os campos da ciência e da tecnologia.
Embora algumas unidades não- SI sejam ainda
amplamente usadas, outras, a exemplo do minuto, da hora e do dia, como unidades
de tempo, serão sempre usadas porque elas estão arraigadas profundamente na
nossa cultura. Outras são usadas, por razões históricas, para atender às
necessidades de grupos com interesses especiais, ou porque não existe
alternativa SI conveniente. Os cientistas devem ter a liberdade para utilizar
unidades não- SI se eles as considerarem mais adequadas ao seu propósito.
Contudo, quando unidades não- SI são utilizadas, o fator de conversão para o SI
deve ser sempre incluído. Algumas unidades não-SI estão listadas na tabela 6
abaixo, com o seu fator de conversão para o SI. Para uma listagem mais ampla,
veja a publicação completa do SI, ou o website do BIPM.
Fiz uma leitura e pude concluir que o (SI) ou
Sistema Internacional de Unidades foi sancionado em 1960 pela Conferência Geral
de Pesos e Medidas e constitui a expressão moderna e atualizada do antigo
Sistema Métrico Decimal, ampliado de modo a abranger os diversos tipos de
grandezas físicas, compreendendo não somente as medições que ordinariamente
interessam ao comércio e à indústria (domínio da metrologia legal), mas
estendendo-se completamente a tudo o que diz respeito à ciência da medição.
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