Física/Sistema Internacional de Unidades (SI)

El Sistema Internacional de Unidades (en francés Système international d'unités) o Sistema Internacional (abreviado SI) está constituido por siete unidades básicas o fundamentales: metro, kilogramo, segundo, kelvin, ampere o amperio, mol y candela, que definen las magnitudes físicas fundamentales que han sido elegidas por convención desde la Convención del Metro.

El Sistema Internacional tiene como antecedente el sistema métrico decimal.

Revisión de 2018 del SI[editar]

En la revisión de 2018 del SI, se cambiaron las definiciones de cuatro de las unidades básicas del SI: el kilogramo, el ampere, el kelvin y el mol.

Sus nuevas definiciones se basan en valores numéricos fijos de la constante de Planck ( h ), la carga elemental ( e ), la constante de Boltzmann ( k ) y la constante de Avogadro ( N_A ), respectivamente.

Con estas nuevas definiciones en términos de constantes universales se elimina la dependencia material y dado que ahora se definen en términos de fenómenos cuánticos, pueden considerarse invariables.

El SI revisado quedó definido como aquel en el que:

la frecuencia de la transición hiperfina del estado fundamental no perturbado del átomo de cesio 133 ( $\Delta \nu _{Cs}$ ) es igual a 9 192 631 770 Hz

la velocidad de la luz en el vacío ( $c$ ) es igual a 299 792 458 m/s

la constante de Planck ( $h$ ) es igual a 6.626 070 15 × 10^-34 J·s

la carga elemental ( $e$ ) es igual a 1.602 176 634 × 10^-19 C

la constante de Boltzmann ( $k$ ) es igual a 1.380 649 × 10^-23 J/K

la constante de Avogadro ( $N_{\text{A}}$ ) es igual a 6.022 140 76 × 10²³ mol^-1

la eficacia luminosa de la radiación monocromática de ( $K_{\text{cd}}$ ) es 683 igual a lm/W

El Sistema Internacional de Unidades (SI): Unidades base o fundamentales

Magnitud base		Unidad
Nombre	Símbolo típico	Nombre	Símbolo
tiempo	t	segundo	s
longitud	l, x, r, etc.	metro	m
masa	m	kilogramo	kg
corriente eléctrica	I, i	ampere	A
temperatura termodinámica	T	kelvin	K
Cantidad de sustancia	n	mol	mol
Intensidad luminosa	I_v	candela	cd

Todas las demás unidades del SI se pueden derivar de éstas, realizando operaciones entre ellas o por elevarse a algún exponente.

Por ejemplo: la unidad de energía es el joule, cuyo símbolo es J, que es una unidad derivada de la combinación de kg, m, s.

Nuevas definiciones[editar]

Datos interesantes[editar]

Las unidades del SI son la referencia internacional de las indicaciones de todos los instrumentos de medida, y a las que están referidas a través de una cadena interrumpida de calibraciones o comparaciones.

El Sistema Internacional de Unidades consta de siete unidades básicas, también denominadas unidades fundamentales, que definen a las correspondientes magnitudes físicas fundamentales, que han sido elegidas por convención, y que permiten expresar cualquier magnitud física en términos o como combinación de ellas.

Las magnitudes físicas fundamentales se complementan con dos magnitudes físicas más, denominadas suplementarias.

Este sistema se basa en el llamado MKS cuyas iniciales corresponden a metro, kilogramo y segundo. El Sistema Internacional tiene como magnitudes y unidades fundamentales las siguientes:

para longitud al metro (m),
para masa al kilogramo (kg),
para tiempo el segundo (s),
para temperatura al kelvin (K),
para intensidad de corriente eléctrica al amperio (A),
para la intensidad luminosa la candela (cd) y
para cantidad de sustancia el mol (mol).

Unidades fundamentales[editar]

Metro[editar]

La unidad fundamental de longitud (m) del sistema métrico se definió originalmente en términos de la distancia desde el polo Norte hasta el Ecuador. En esa época se creía que esta distancia era de 10 000 kilómetros.

Se determinó con cuidado la diezmillonésima parte de esa distancia y se marcó haciendo rayas a una barra de aleación de platino-iridio. Esta barra se guarda en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, en Francia.

Desde entonces, se ha calibrado el metro patrón de Francia en términos de longitud de onda de luz; es 1 650 763.73 veces la longitud de onda de la luz anaranjada emitida por los átomos de kriptón 86 gaseoso. Ahora se define al metro como la longitud de la trayectoria recorrida por la luz en el vacío durante un intervalo de tiempo de 1/299 792 458 de segundo.

Kilogramo[editar]

El kilogramo (kg) es la unidad básica de masa y su patrón es un cilindro de platino, que también se conserva en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, en Francia. El kilogramo equivale a 1000 gramos. Un gramo es la masa de 1 centímetro cubico (cm³) de agua a una temperatura de 4° Celsius.

Desde 2019 se define al fijar el valor numérico de la constante de Planck, h, en 6.626 070 15 × 10−34, cuando se expresa en la unidad J·s, igual a kg·m²·s−1, según las definiciones del metro y el segundo . [h=6.626 070 15·10-34 kg·m²/s]

La libra patrón en función del kilogramo patrón: la masa de un objeto que pesa 1 libra equivale a 0.4536 kilogramos (kg)

Segundo[editar]

La unidad oficial de tiempo (s), para el SI y para el SUEU es el segundo. Hasta 1956 se definía en términos del día solar medio, dividido en 24 horas. Cada hora se divide en 60 minutos, y cada minuto en 60 segundos.

Así, hay 86 400 segundos por día y el segundo se definía como la 1/86 400 parte del día solar medio.

Esto resultó poco satisfactorio, porque la rapidez de rotación de la tierra está disminuyendo de forma gradual.

En 1956 se escogió al día solar medio del año 1900 como patrón para basar el segundo.

En 1964 se definió al segundo, en forma oficial, como la duración de 9 192 631 770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo'''.

Amperio[editar]

Un amperio es la unidad de la intensidad de corriente (I) . Equivale a la carga en coulomb por segundo.

1A={\frac {C}{s}}

Kelvin[editar]

La unidad fundamental de temperatura (T) lleva su nombre en honor al cientifico William Thomson, Lord Kelvin. Se define al kelvin como la 1/273 parte de la temperatura termodinámica del punto triple del agua (que es el punto fijo en el que coexisten el hielo, el agua líquida y el vapor de agua en equilibrio). Se adoptó esta definición en 1968, al decidir cambiar el nombre grado kelvin (°K) por sólo kelvin (K).

Mol[editar]

Es la cantidad de sustancia (N) de un sistema que contiene 6.022 140 76 × 10²³ entidades elementales especificadas.

1 mol = 6.022 140 76 × 10²³ unidades elementales

Candela[editar]

Es la intensidad luminosa (Iv), en una dirección dada, de una fuente que emite radiación monocromática de frecuencia 540 × 10¹² Hz y tiene una intensidad radiante en esa dirección de 1/683 W/sr. Su unidad es la candela cd

Unidades suplementarias[editar]

Además de las unidades básicas hay dos unidades suplementarias.

Unidad (símbolo)	Magnitud física	Expresión en unidades SI básicas	Definición
radián (rad)	ángulo plano	m/m=1	Es el ángulo plano comprendido entre dos radios de un círculo que, sobre la circunferencia de dicho círculo, interceptan un arco de longitud igual a la del radio.
erstereorradián (sr)	ángulo sólido	m²/m²=1	Es el ángulo sólido que, teniendo su vértice en el centro de una esfer, intercepta sobre la superficie de dicha esfera un área igual a la de un cuadrado que tenga por lado el radio de la esfera.

Unidades derivadas[editar]

22 unidades derivadas tienen nombres especiales. Para representarlas se pueden usar estos nombres o una expresión algebraica en términos de otras unidades.

Lista completa de las unidades derivadas coherentes del SI con nombre especial^{[nota 1]}
Cantidad física	Unidad derivada coherente
Cantidad física	Nombre	Símbolo	Expresada en otras unidades	Expresada en unidades básicas	Persona a quien hace referencia
Unidades de geometría, mecánica y tiempo
frecuencia	hercio	Hz	—	s⁻¹	Heinrich Rudolf Hertz
fuerza	newton	N	—	m kg s⁻²	Isaac Newton
presión	pascal	Pa	N/m²	m⁻¹ kg s⁻²	Blaise Pascal
energía (incluyendo calor)	julio	J	N m	m² kg s⁻²	James Prescott Joule
potencia y flujo radiante	vatio	W	J/s	m² kg s⁻³	James Watt
Unidades electromagnéticas
carga eléctrica	culombio	C	—	s $\cdot$ A	Charles-Augustin de Coulomb
tensión eléctrica y diferencia de potencial	voltio	V	W/A	m² kg s⁻³ A⁻¹	Alessandro Volta
capacitancia	faradio	F	C/V	m⁻² kg⁻¹ s⁴ A²	Michael Faraday
resistencia eléctrica	ohmio	Ω	V/A	m² kg s⁻³ A⁻²	Georg Simon Ohm
conductancia eléctrica	siemens	S	A/V	m⁻² kg⁻¹ s³ A²	Werner von Siemens
flujo magnético	weber	Wb	V s	m² kg s⁻² A⁻¹	Wilhelm Eduard Weber
campo magnético/(densidad de flujo magnético)	tesla	T	Wb/m²	kg s⁻² A⁻¹	Nikola Tesla
inductancia	henrio	H	Wb/A	m² kg s⁻² A⁻²	Joseph Henry
Unidades de termodinámica y química
temperatura Celsius	grado Celsius	°C	—	K^{[nota 2]}	Anders Celsius
actividad catalítica	katal	kat	—	s⁻¹ mol	—
Unidades radiológicas
actividad de un radionucleido^{[nota 3]}	bequerelio	Bq	—	s⁻¹	Henri Becquerel
dosis absorbida	gray	Gy	J/kg	m² s⁻²	Louis Harold Gray
dosis equivalente	sievert	Sv	J/kg	m² s⁻²	Rolf Sievert
Unidades de fotometría
flujo luminoso	lumen	lm	cd sr	cd 4π^{[nota 4]}	—
iluminancia	lux	lx	lm/m²	m⁻² cd 4π	—

Unidades que no pertenecen al SI pero se aceptan para su uso dentro de este[editar]

El BIPM (Bureau International des Poids et Mesures) declara que las siguientes unidades, que no pertenecen al SI, se permiten para su uso con el SI.

Magnitud	Unidad
Magnitud	Nombre	Símbolo	Valor expresado en unidades del SI
masa	tonelada	t	1 t = 1 Mg = 1000 kg
volumen	litro	L, l	1 L = 1 dm³ = 0.001 m³
superficie	área	a	1 a = 1 dm² = 100 m²
superficie	hectárea	ha	1 ha = 100 a = 10 000 m²
ángulo plano^{[nota 5]}	grado sexagesimal	°	1° = (π/180) rad
	minuto de arco	′	1′ = (1/60)° = (π/10800) rad
	segundo de arco	″	1′′ = (1/60)′ = (π/648 000) rad
tiempo	minuto	min	1 min = 60 s
	hora	h	1 h = 60 min = 3600 s
	día	d	1 d = 24 h = 86 400 s

Prefijos del Sistema Internacional[editar]

10ⁿ	Prefijo	Símbolo	Escala corta ^{[nota-escala 1]}	Escala larga ^{[nota-escala 2]}	Equivalencia decimal en los prefijos del Sistema Internacional	Asignación
10³⁰	quetta-	Q	Nonillón	Quintillón	1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000	2022
10²⁷	ronna-	R	Octillón	Mil cuatrillones	1 000 000 000 000 000 000 000 000 000	2022
10²⁴	yotta-	Y	Septillón	Cuatrillón	1 000 000 000 000 000 000 000 000	1991
10²¹	zetta-	Z	Sextillón	Mil trillones	1 000 000 000 000 000 000 000	1991
10¹⁸	exa-	E	Quintillón	Trillón	1 000 000 000 000 000 000	1975
10¹⁵	peta-	P	Cuatrillón	Mil billones	1 000 000 000 000 000	1975
10¹²	tera-	T	Trillón	Billón	1 000 000 000 000	1960
10⁹	giga-	G	Billón	Mil millones / Millardo	1 000 000 000	1960
10⁶	mega-	M	Millón		1 000 000	1960
10³	kilo- ^{[nota-escala 3]}	k	Mil / millar		1 000	1795
10²	hecto-	h	Cien / centena		100	1795
10¹	deca-	da	Diez / decena		10	1795
10⁰	Sin prefijo		Uno / unidad		1
10⁻¹	deci-	d	Décimo		0.1	1795
10⁻²	centi-	c	Centésimo		0.01	1795
10⁻³	mili-	m	Milésimo		0.001	1795
10⁻⁶	micro-	µ	Millonésimo		0.000 001	1960
10⁻⁹	nano-	n	Billonésimo	Milmillonésimo	0.000 000 001	1960
10⁻¹²	pico-	p	Trillonésimo	Billonésimo	0.000 000 000 001	1960
10⁻¹⁵	femto-	f	Cuatrillonésimo	Milbillonésimo	0.000 000 000 000 001	1964
10⁻¹⁸	atto-	a	Quintillonésimo	Trillonésimo	0.000 000 000 000 000 001	1964
10⁻²¹	zepto-	z	Sextillonésimo	Miltrillonésimo	0.000 000 000 000 000 000 001	1991
10⁻²⁴	yocto-	y	Septillonésimo	Cuatrillonésimo	0.000 000 000 000 000 000 000 001	1991
10⁻²⁷	ronto-	r	Octillonésimo	Milcuatrillonésimo	0.000 000 000 000 000 000 000 000 001	2022
10⁻³⁰	quecto-	q	Nonillonésimo	Quintillonésimo	0.000 000 000 000 000 000 000 000 000 001	2022

Notas de la escala[editar]

↑ Escala corta usada especialmente en países anglosajones, Puerto Rico, Brasil, Rusia y países arabes.
↑ Escala larga usada especialmente en Europa continental, excepto Rusia, y en Centro y Sudamérica, excepto Puerto Rico y Brasil.
↑ Aunque también se admite el prefijo quilo-, esta forma está en desuso y se prefiere el prefijo kilo-. En cualquier caso, el símbolo del prefijo es siempre k y no q.

Notas generales[editar]

↑ Los prefijos del SI se pueden usar con cualquiera de los nombres y símbolos de las unidades derivadas coherentes con nombre especial, pero cuando se hace esto, la unidad resultante ya no será coherente.
↑ El grado Celsius es el nombre especial del kelevin que se usa para expresar las temperaturas Celsius. El grado Celsius y el Kelvin son iguales en tamaño, por lo que el valor numérico de una diferencia de temperatura o intervalo de temperatura es el mismo cuando se expresa en grados Celsius o en Kelvin.
↑ La actividad referida a un radionucleido a veces se denomina incorrectamente radiactividad.
↑ Los estereorradianes existentes en una esfera equivalen a 4π.
↑ ISO 31 recomienda que el grado sexagesimal se divida en decimales en lugar de usar el minuto y el segundo. Para la navegación y la topografía, sin embargo, el minuto tiene la ventaja de que un minuto de latitud en la superficie de la Tierra corresponde (aproximadamente) a una milla náutica.

[6] Escala corta usada especialmente en países anglosajones, Puerto Rico, Brasil, Rusia y países arabes.

[7] Escala larga usada especialmente en Europa continental, excepto Rusia, y en Centro y Sudamérica, excepto Puerto Rico y Brasil.

[8] Aunque también se admite el prefijo quilo-, esta forma está en desuso y se prefiere el prefijo kilo-. En cualquier caso, el símbolo del prefijo es siempre k y no q.

[1] Los prefijos del SI se pueden usar con cualquiera de los nombres y símbolos de las unidades derivadas coherentes con nombre especial, pero cuando se hace esto, la unidad resultante ya no será coherente.

[2] El grado Celsius es el nombre especial del kelevin que se usa para expresar las temperaturas Celsius. El grado Celsius y el Kelvin son iguales en tamaño, por lo que el valor numérico de una diferencia de temperatura o intervalo de temperatura es el mismo cuando se expresa en grados Celsius o en Kelvin.

[3] La actividad referida a un radionucleido a veces se denomina incorrectamente radiactividad.

[4] Los estereorradianes existentes en una esfera equivalen a 4π.

[5] ISO 31 recomienda que el grado sexagesimal se divida en decimales en lugar de usar el minuto y el segundo. Para la navegación y la topografía, sin embargo, el minuto tiene la ventaja de que un minuto de latitud en la superficie de la Tierra corresponde (aproximadamente) a una milla náutica.

[nota 1]

[nota 2]

[nota 3]

[nota 4]

[nota 5]

[nota-escala 1]

[nota-escala 2]

[nota-escala 3]