Sistema práctico de ingenieros

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El Sistema Práctico de Ingenieros , o Sistema Técnico (abreviado como "ST") [1] usa longitud , fuerza , tiempo y temperatura como cantidades fundamentales. [2] Nació del intento de declinar el sistema métrico en el campo técnico, reemplazando los diversos sistemas regionales de medición técnica antes de la unificación de Italia , que tenía un origen práctico, como todos los sistemas técnicos tradicionales. Actualmente está siendo reemplazado progresivamente por el Sistema Internacional , que representa un sistema que aún está vivo y en evolución.

Descripción

El sistema técnico italiano ha derivado, si es necesario, unidades de medida del sistema métrico, para reemplazar las unidades prácticas locales correspondientes. En unidades métricas, los cálculos se alivian por muchos factores de conversión que afectan los cálculos en unidades técnicas locales. En Italia , por lo tanto, la mayoría de las unidades técnicas provienen afortunadamente del sistema métrico , que se remonta a la Revolución Francesa , mientras que, por ejemplo, en los Estados Unidos, lamentablemente, el sistema técnico adoptado es un conjunto de unidades habituales , que se han mantenido muy similares. a los del antiguo sistema imperial británico, que precedió al enfoque ilustrado de la Revolución Francesa. De hecho, las unidades estadounidenses habituales son sustancialmente similares a las unidades romanas o germánicas. Para los estadounidenses, como para estos pueblos antiguos, en realidad es mucho menos natural hacer cálculos con cantidades físicas, porque las conversiones entre sus unidades prácticas son mucho más complicadas. Para la mayoría de ellos no es natural razonar en las unidades del Sistema Internacional, donde las conversiones son inmediatas.

De hecho, un sistema técnico, lamentablemente, nunca tiene el carácter de neutralidad . Por este motivo, es aconsejable, en la medida de lo posible, adoptar el Sistema Internacional , eligiendo adecuadamente los prefijos para adaptar el orden de magnitud de la medida, o incluso un sistema natural , en el que no existen constantes dimensionales . De hecho, el uso de sistemas naturales es común en la física , especialmente cuando la dificultad y participación de ramas muy diferentes es alta: esto permite enfocarse en las cantidades físicas reales, eliminando todas las constantes y detalles irrelevantes. Gracias a este método, las conversiones entre las unidades de medida, y la distinción de matriz histórica entre cantidades que en realidad eran entonces homogéneas, se pueden realizar con astucia solo al calcular los valores de las cantidades para el caso práctico considerado. Una ecuación formulada en un sistema técnico particular siempre tiene el carácter de una fórmula dimensional : se utilizan técnicas de análisis dimensional para depurarla.

El límite del sistema técnico radica de hecho en la diversidad de las convenciones que fueron adoptadas de forma independiente en diferentes estados y culturas, que no se comunicaban entre sí. El Sistema Internacional, en cambio, tiene entre sus objetivos declarados el de ser neutral , referido a constantes físicas universales: la idea nació en el contexto de la Ilustración y se aplicó por primera vez durante la Revolución Francesa . Por ejemplo, la búsqueda revolucionaria para medir con precisión la circunferencia de la Tierra tenía la intención de definir una unidad de longitud (el metro futuro) que pudiera ser compartida por primera vez por todos los hombres. Las unidades técnicas tradicionales, como la pulgada , el pie , la hora , la libra , la lira , la libra por pulgada cuadrada , siempre han estado en un estado y cultura en particular, y cuando se extienden a otros contextos, inmediatamente resaltan su otro carácter. A menudo también pueden recordar connotaciones típicas del colonialismo y el imperialismo , en sus referencias implícitas.

En Italia y en otros países de la Unión Europea , el sistema técnico afortunadamente se basa en el sistema decimal: utiliza el metro o centímetro como unidad de longitud, el kilogramo-fuerza o kilogramo-peso como unidad de fuerza, y el Caloría como unidad de fuerza Unidad de medida del calor. [3]

El ST fue utilizado hasta la Segunda Guerra Mundial por ingenieros y técnicos en construcción, mecánica y sistemas térmicos. A menudo era incompleto, ya que se refería solo a cantidades mecánicas y térmicas, por ejemplo, carecía de unidades de medición para aplicaciones eléctricas. [4]

Las " Normas Técnicas " para la ejecución de obras de acero y hormigón armado, emitidas periódicamente por el Ministerio de Obras Públicas de Italia, constituyen un interesante observatorio sobre la sustitución progresiva del Sistema Técnico por el Sistema Internacional. De hecho, hasta principios de los años ochenta se formulaban exclusivamente a través de las unidades del Sistema Técnico. De 1985 a 1992 utilizaron los del Sistema Internacional, informando no obstante, mediante dispositivos tipográficos adecuados (paréntesis, cursiva), la visualización de los contenidos también en las unidades del Sistema Técnico. Las primeras Normas Técnicas formuladas únicamente a través de las unidades del Sistema Internacional fueron las emitidas con el Decreto Ministerial del 9 de enero de 1996. Desde entonces, aunque con cierta resistencia, los ingenieros y arquitectos italianos utilizan (o deberían utilizar) exclusivamente unidades del Sistema Internacional. .

Unidad base

Al no haber sido definido formalmente por un organismo regulador, el sistema técnico actual no define unidades, sino que toma las definiciones de las organizaciones internacionales, en particular la Conferencia General de Pesas y Medidas ( CGPM ). Puede haber variaciones según el tiempo, el lugar y las necesidades de un área en particular. Sin embargo, existe un acuerdo considerable al considerar el metro, el kilogramo-fuerza y ​​el segundo como fundamentales.

Largo

El metro se usa normalmente como una unidad de longitud pero, cuando no es práctico porque es demasiado grande, se pliega hasta el centímetro. La definición es la que da la CGPM.

Poder

La unidad de fuerza es el kilogramo-fuerza o kilogramo-peso (símboli kg f o kg py kp, del inglés kilopond ), definido como el peso de una masa de 1 kg ( SI ) en condiciones normales de gravedad ( g = 9.80665 m / s² a 45 ° de latitud y al nivel del mar), por lo que es independiente del valor de gravedad local.

La norma ISO 80000 en el apéndice C, donde informa equivalencias con unidades obsoletas, define 1 kg f = 9.80665 N , y establece que si se utiliza el kilogramo de peso o fuerza el símbolo debe distinguirse del que indica la masa de 1 kg. [5]

Clima

La unidad de medida del tiempo es el segundo , símbolo s, la misma definición que SI Sin embargo, también se acompaña de minutos (= 60 s, símbolo min ) y horas (= 60 min, símbolo h ) según sea necesario.

Temperatura

La unidad de medida preferida para la temperatura es el grado Celsius (símbolo ° C), mientras que en el sistema internacional (SI) la unidad de medida para la temperatura es el grado Kelvin (símbolo K). El cero en la escala Kelvin corresponde a -273.15 ° C y se llama cero absoluto. Corresponde a la temperatura a la que teóricamente debería cancelarse la agitación térmica de las partículas que componen la materia.

Unidades derivadas

Las demás unidades del sistema técnico (velocidad, masa, trabajo, etc.) se derivan de las anteriores mediante leyes físicas, en este caso hablamos de unidades derivadas.

Masa

La unidad de masa se deriva de la segunda ley de Newton , ya que Fuerza = Masa × Aceleración , una unidad técnica de masa, indicada como UTM o utm ., Se define como la masa que acelera 1 m / s 2 cuando se le aplica una fuerza de 1 kilogramo de fuerza, como [6] luego:

  • 1 UTM = 1 = 9.80665 kg
  • y por lo tanto 1 kg ≈ 0.102 UTM.

En los países de habla inglesa también se le conoce como hyl o metric slug ( mug ), mientras que en los países de habla alemana también se le conoce como TME. [7] [8]

Energía y trabajo

Energía mecánica

El trabajo y la energía mecánica se miden con el kilogramo (símbolo kgm ), que es el kilogramo-fuerza por metro. Un kilogramo es el trabajo requerido para aplicar una fuerza de un kilogramo de peso para un desplazamiento de un metro en la misma dirección que la fuerza. En la práctica, corresponde al trabajo requerido para levantar un cuerpo que pesa un kilogramo de peso por un metro: 1 kgm = 1 kg f × 1 m

Calor

En el sistema técnico, el calor se trata como una cantidad independiente de la energía mecánica y, por tanto, se utiliza una unidad especial. La unidad de medida utilizada es la caloría (símbolo de cal ), pero cuando no es práctico, ya que es demasiado pequeño, se prefiere la kilocaloría (símbolo de kcal ) más cómoda. Si es necesario indicar una cantidad aún mayor de calor, utilice el termia (símbolo th ) igual a un millón de calorías que de hecho coincide con la megacaloría (símbolo Mcal ) [9] . La CGPM ya no considera necesaria esta distinción y ya no se utiliza el kilogramo.

Poder

Para la potencia se utilizan 2 unidades diferentes, dependiendo del campo de aplicación distinguiendo entre potencia mecánica y calorífica.

Potencia mecánica

Se utiliza potencia (símbolo CV): 1 CV = 75 kgm / s = (75 g ) W = 735,49875 W

Poder calorífico

Se utiliza la caloría por hora ( cal / h ) o, más frecuentemente, la kilocaloría por hora ( kcal / h ): 1 kcal / h = 1000 cal / h = 1,1630556 W

También la termia por hora ( th / h ), siendo la termia igual a 1 Mcal, entonces: 1 th / h = 1 Mcal / h = 1,1630556 kW .

Presión y esfuerzo

La presión generalmente se expresaba en atmósferas técnicas , o en t = kg f / cm 2 (kilogramo-fuerza por centímetro cuadrado). Posteriormente pasamos a la barra , porque es un múltiplo de Pascal en base diez: esto elimina algunos errores en la conversión. La conversión corresponde a la aceleración estándar debida al valor de la gravedad en el SI (gn = 9.80665 m s-2):

1 en = 1 kg f / cm 2 = 0,980665 bar

En los sistemas de agua y riego, el metro de columna de agua ( mca o mH 2 O) también fue muy utilizado, es decir, la presión ejercida en la base de una columna de agua de 1 metro de altura, esta unidad está flanqueada por el submúltiplo milímetro de la columna de agua. agua (mm ca o mmH 2 O ) generalmente asociada con caídas de presión :

  • 1 mH 2 O = 0,1 kg f / cm 2 = 0,1 en t = 9 806 , 65 Pa ;
  • 1 en t = 10 mH _ { 2} O;
  • 1 mmH 2 O = mH 2 O = 9,80665 Pa ;
  • la presión atmosférica normal (1 atm) es igual a 10,33 mH 2 O = 1,033 a;

Hay dos escalas de medición que utilizan la atmósfera técnica [10] :

  • la escala absoluta denominada atmósfera técnica absoluta (abreviada como ata ), que fija cero a la presión en el vacío;
  • la escala relativa denominada atmósfera técnica real (abreviada como ate ), que fija cero al valor de la presión atmosférica normal.

En otros campos técnicos se utiliza el milímetro de mercurio , también conocido como torricelli (símbolos mmHg y torr , respectivamente) que corresponde a la presión en la base de una columna de mercurio de 1 mm de altura: 1 torr = 13.595 mmH 2 O = 133,3 Pa .

En el campo de la mecánica corporal, las tensiones internas y los módulos de elasticidad se midieron en kg f / mm 2 , de los cuales queda un residuo en la definición de dureza Vickers y Brinell , cuyos valores corresponden formalmente a esta unidad; resulta que 1 kg f / mm 2 = 9.806 65 N / mm 2 = 9.806 65 MPa aproximadamente 10 MPa, de manera similar una tonelada-fuerza por milímetro cuadrado (t f / mm 2 ) corresponde a 9.806 65 GPa . Por ejemplo, el módulo de elasticidad a tracción del acero en el ST es igual a 21 000 kg f / mm 2 = 21 t f / mm 2 o aproximadamente 206 GPa . [11]

Usar

Hasta que se adoptó el SI, el sistema técnico se desarrolló a partir de la necesidad de tener unidades adecuadas para los fenómenos ordinarios (unidades prácticas) a diferencia del sistema centesimal que prevalece en la física teórica (unidades absolutas). [12] [13]

El sistema técnico de unidades se utilizó principalmente en ingeniería . Aunque todavía se usa ocasionalmente, ahora ha caído en desuso luego de la adopción del Sistema Internacional de Unidad como el único sistema legal de unidad en casi todas las naciones. [14]

¿Masa o peso?

En el lenguaje común, los conceptos de masa y peso a menudo se confunden, pero son conceptos físicos diferentes. La masa es una propiedad del cuerpo que expresa el coeficiente de proporcionalidad entre la fuerza aplicada y la aceleración sufrida, independientemente del contexto de medición. La masa se mide con el kilogramo-masa (indicado aquí kg m para enfatizar que es una medida de masa) [15] como se define en el SI

El peso es una cantidad que mide la fuerza con la que un cuerpo es atraído hacia otro cuerpo de referencia, la Tierra por ejemplo, y depende estrictamente de la aceleración local debida a la gravedad. Por ejemplo, en la Tierra una persona tiene un peso diferente al que tendría en la Luna , pesaría aproximadamente ya que el valor local de la aceleración gravitacional es aproximadamente del de la Tierra [16] .

Lo que contribuye a la confusión es que en la vida cotidiana la masa y el peso se miden en kilogramos. En realidad, cuando el peso se expresa en kilogramos, se hace referencia al kilogramo-peso (kg p ) que es la fuerza que ejerce la Tierra sobre una masa de un kilogramo [17] . Entonces, una persona que tiene una masa de 78 kg m pesa en la Tierra 78 kg p (≈ 76,5 daN ) y en la Luna 13 kg p (= 78, aprox. 12,7 daN ) aunque su masa no varía (siempre 78 kg m ).

Nota

  1. ^ técnico , en Diccionario de Ciencias Físicas , Treccani, 1996. Consultado el 26 de junio de 2015 (archivado desde el original el 24 de junio de 2015) .
    "Sistema t". .
  2. ^ ( ES , EN ) Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de Madrid, Diccionario científico-técnico español-inglés , 3ª ed. ilustrado, 1627 páginas, Espasa, 1996, p. 937, ISBN 978-84-239-9407-6 . Consultado el 24 de junio de 2015 (archivado desde el original el 25 de junio de 2015) .
  3. ^ (ES) Olle Järnefors, Unidades métricas en abundancia: 311 unidades con nombre con definición y tamaño de símbolo (TXT), y en Compendio, rev. 7 , Kista, Suecia, 10 de abril de 2000. Consultado el 23 de junio de 2015 (archivado desde el original el 23 de mayo de 2015) .
  4. ^ Francesco M. Iaconis, Elementos de metrología de entidades físicas de sistemas de unidades de medida y muestras , Società Editrice Esculapio, 2013, pp. 113-121. Obtenido el 21 de agosto de 2017 (Archivado desde el original el 22 de agosto de 2017) .
  5. ^ ( EN ) Anexo C: Otras unidades no SI proporcionadas para información, especialmente en relación con los factores de conversión , en ISO 80000-3, Cantidades y unidades - Parte 3: Espacio y tiempo , 1ª ed., Ginebra, CH, ISO / IEC, 2006, pág. 19.
    "Se han utilizado los símbolos kgf (kilogramo-fuerza) y kp (kilopondio). Esta unidad se distinguirá del peso local de un cuerpo que tenga una masa de 1 kg. " .
  6. ^ [M] identifica la unidad de masa, [F] la de fuerza, [L] la longitud y [T] el tiempo. Véase ( EN ) ER Cohen, T. Cvitas, JG Frey, B. Holmstrom, K. Kuchitsu, R. Marquardt, I. Mills, F. Pavese, M. Quack, J. Stohner, HL Strauss, M. Takami y AJ Thor, Cantidades, Unidades y Símbolos en Química Física ( PDF ), 3ra Edición, 2da Impresión, Cambridge, IUPAC y RSC Publishing, 2008, nota 1, p.4.
    "El símbolo [Q] se usó formalmente para la dimensión de Q, pero este símbolo se usa y se prefiere para la unidad de Q". .
  7. ^ ¿Qué es una babosa, en el sistema de medición de peso [de ingeniería]? , en medidas y unidades ¿Qué tan lejos está una liga? , 9 de octubre de 2000. Consultado el 23 de junio de 2015 .
    «El" equivalente métrico "de la babosa es el hyl de exactamente 9.80665 kg que es la unidad de masa del llamado" sistema métrico-técnico ". El hyl también se llama "babosa métrica" ​​o se designa por el acrónimo alemán TME (Technische Mass Einheit). Una masa de un hyl se acelera a una velocidad de un metro por segundo cuadrado por una fuerza de un kilogramo de fuerza (es decir, 9.80665 N) ". .
  8. ^ François Cardarelli, Enciclopedia de unidades científicas, pesos y medidas: sus equivalencias y orígenes de Si , ilustrado, reimpreso, revisado, Londres, Springer Science & Business Media, 2003, p. 447, ISBN 978-1-85233-682-0 . Consultado el 23 de junio de 2015 (archivado desde el original el 24 de junio de 2015) .
  9. ^ termia , en Diccionario de Ciencias Físicas , Treccani, 1996. Consultado el 23 de junio de 2015 (archivado desde el original el 24 de junio de 2015) .
    «Termìa [Der. del gr. thermós "caliente"] Unidad de medida calorimétrica, no SI, a veces se utiliza, espec. en el pasado, en lugar de megacalorías, que es igual a 10 6 calorías ". .
  10. ^ atmosfèra , en Diccionario de Ciencias Físicas , Treccani, 1996. Consultado el 24 de junio de 2015 (archivado desde el original el 25 de junio de 2015) .
    "Esta unidad a veces se llama a. técnica absoluta (symb. ata), llamándose a sí mismo a. técnica actual (sym. ate) la unidad de medida de sobrepresión o depresión con respecto a la presión atmosférica, también indicada con los símbolos ted. atü y atu, respectivamente ". .
  11. ^ Giovannozzi R., Capítulo X - Resortes , en Construcción de máquinas , vol. 1, 3ª ed., Bolonia, Pàtron, 1980, p. 437.
  12. ^ Con referencia al hecho de que las unidades fundamentales no dependen del lugar y son invariables. El kilogramo-fuerza, por ejemplo, no es, en principio, una unidad absoluta, ya que la aceleración de la gravedad varía de un lugar a otro. Ver Giovanni GIORGI, Systems of unity , en Enciclopedia Italiana , Treccani, 1937. Consultado el 23 de junio de 2015 (archivado desde el original el 24 de junio de 2015) .
  13. ^ (ES) CB Comas, unidades absolutas y unidades prácticas , en Manuales Gallach, título original: Unidades absolutas y unidades Prácticas, vol. 21, 198 páginas, Sucesores de Manuel Soler, 1910. Consultado el 23 de junio de 2015 (archivado desde el original el 24 de junio de 2015) .
  14. ^ En Italia fue adoptado por ley con DPR n ° 808/1982. Ver Decreto del Presidente de la República de 12 de agosto de 1982, n. 802 , sobre el tema " Aplicación de la Directiva (CEE) número 80/181 relativa a las unidades de medida "
  15. ^ prof. Falleri Monica, Kilogramo de masa y kilogramo de peso , en eduscienze.areaopen.progettotrio.it , Un camino didáctico sobre el peso, Scuola Milite Ignoto / Círculo didáctico estatal de Lastra a Signa, 1998/1999. Consultado el 24 de junio de 2015 (archivado desde el original el 19 de diciembre de 2015) .
  16. ^ Diferencia entre peso y masa de un objeto , en www.sapere.it , ¿está seguro de que lo sabe? > StudiaFacile> Física> Mecánica> Fuerzas y principios de la dinámica> Diferencia entre peso y masa de un objeto, De Agostini Editore. Consultado el 24 de junio de 2015 .
  17. ^ Diferencia de masa y peso , en www.okpedia.it , Okpedia - enciclopedia en línea independiente para la difusión gratuita de conocimientos y conocimientos. URL consultada el 24 de junio de 2015 (archivado desde el original el 24 de junio de 2015) .

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enlaces externos