Sistemas de Medidas

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INTRODUÇÃO
Desde o começo de nossa civilização, existe a necessidade
humana de manipular a natureza. Os primeiros relatos se associam
facilmente a agricultura e a pecuária. Porém, ao passar do tempo a
humanidade começou a notar que algumas forças da natureza,
mesmo que fosse definido seu comportamento de forma empírica,
necessitavam ser mensuradas para ser manipuladas.
O trabalho a seguir possui a função de explicar como funciona as
escalas e as unidades de medida.
O PRINCÍPIO: UMA NECESSIDADE
Durante os séculos que se passavam, a qualidade de vida do ser
humano continuava a aumentar gradativamente. Porém ainda
existiam problemas graves para resolver. Vamos tomar como
exemplo a idade média.
O ser humano tomou a frente de alguns problemas cotidianos,
como por exemplo o transporte, os animais de fazenda resolviam
grande parte dos problemas em relação a isso. O aumento da
eficiência do transporte melhorou gradativamente a quantidade de
itens transportados e consequemente reduziu o tempo de transporte
dessa mesma quantidade de itens. O aumento da eficiência também
melhorou a qualidade de vida dos habitantes.
Apesar de ter melhorado a qualidade de vida através do
transporte, ainda existia um problema grave: o controle de
temperatura. Durante a idade média não se fazia idéia de como
controlar a temperatura de um meio, apesar de se controlar a
temperatura com o fogo, muitas vezes ele não se fazia eficiente para
controlar a temperatura de maneira eficaz. O método era tão rústico
que algumas pessoas chegavam a morrer de gripe.
Porém, conforme o passar do tempo, a humanidade começou a
perceber que poder controlar a temperatura significava poder
controlar o clima (a princípio, se formos considerar a dissipação de
energia por calor existiria uma segunda necessidade, mas vamos
tomar como princípio que existia uma necessidade maior de controlar
a temperatura do ambiente). Com isso o sueco Anders Celsius
determinou uma escala de temperatura chamada Celsius (℃).
Ao determinar uma maneira de medir a temperatura, as pessoas
começaram a determinar limites de temperatura. Por exemplo, na
saúde existe um instrumento mágico que mede a temperatura
chamado termômetro, se a temperatura de uma pessoa passar de
tantos graus celsius pode-se determinar se ela está com febre e
consequentemente determinar qual será o procedimento para
melhorar a saúde dessa pessoa.
As medições de temperatura também permitiram determinar o
controle da temperatura do ambiente, com a utilização de
ventiladores e ar codicionados. O controle dos pontos de fusão e de
ebolição de elementos, a água que é utilizada em estado gasoso para
rotacionar turbinas (em usinas termoelétricas), o estado líquido que é
manipulada a temperatura para o consumo ou para a higiene e o
estado sólido que é utilizado para manipular a temperatura de líquidos
no geral.
De maneira geral, determinar uma maneira de medir a
temperatura melhorou a forma como qual manipulamos o meio em
que vivemos.
ESCALAS
Mensurar as grandezas se tornou cada vez mais necessário,
porém possuir apenas uma unidade de medida de provou ineficaz.
Para aumentar a eficiência de um sistema foi exigida uma
necessidade cada vez maior de determinar escalas para grandes
valores de uma grandeza ou menores valores de uma grandeza. Para
isso essas grandezas são comumentes associadas à valores cuja certa
quantidade dessa grandeza é substituida por uma nova denominação.
Assim surgiu o conceito de escala. Ao prosseguir com esse trabalho,
vamos ver diversas escalas para diversas grandezas nos diferentes
sistemas.
SISTEMAS DE MEDIDAS
1. Sistema Internacional de Medidas (SI)
O sistema internacional de medidas é o sistema mais moderno e
também é o sistema mais usado. Ele é baseado em sete unidades
basicas de medidas, convenientemente a maioria delas está definida
em escalas de potências de 10 (dez). O sistema busca uniformizar as
medidas científicas ao longo do globo.
O sistema foi desenvolvido no ano de 1960, tomando como base o
antigo sistema MKS (metro-quilograma-segundo), visto que o
sistema não é estático por que medida que a precisão dos meios
tecnológicos são aumentadas as grandezas padrão podem mudar.
Nas próximas tabelas podem ser vistas as diferenças entre as
grandezas e suas derivações relacionadas à escala
1.1 - Comprimento:
A unidade padrão para o comprimento/distância é metros (m).
Unidades de Comprimento Segundo
o Sistema Internacional de Medidas
pm nm μm mm m km Mm Gm Tm
pm 1
nm 1
μm 1
mm 1
m 1
km 1
Mm 1
Gm 1
Tm 1
1.2 - Massa:
A unidade padrão para massa é (Kg).
Unidades de Massa Segundo
o Sistema Internacional de Medidas
pg ng μg mg g kg Mg Gg Tg
pg 1
ng 1
μg 1
mg 1
g 1
kg 1
Mg 1
Gg 1
Tg 1
Nota que geralmente na linguagem popular utilizamos tonelada no
lugar de Mg, porém as duas grandezas em questão de quantidade são
a mesma.
1.3 - Tempo:
A unidade padrão para tempo é segundos (s).
Unidades de Tempo Segundo
o Sistema Internacional de Medidas
Segundo Minuto Hora Dia
Segundo 1 1/60 1/3600 1/86400
Minuto 60 1 1/60 1/1440
Hora 3600 60 1 1/24
Dia 86400 1440 24 1
Variações de Unidades de Tempo Segundo
o Sistema Internacional de Medidas
Dia Semana Mês Ano
Dia 1 1/7 1/30 1/365
Semana 7 1 1/4 1/48
Mês 30 4 1 1/12
Ano 1440 48 12 1
Só pra quesito de estudo, os meses foram considerados como se
todos eles tivessem 30 dias e 4 semanas. Porém em casos como anos
bissextos ou do mês de fevereiro ( que possui 28 dias, por exemplo),
essa tabela se torna imprecisa. Todo esse estudo foi baseado na
posição e no movimento do sol.
1.4 - Corrente elétrica:
A unidade padrão para a grandeza de corrente elétrica é ampères
(A).
Unidades de Massa Segundo
o Sistema Internacional de Medidas
pA nA μA mA A kA MA GA TA
pA 1
nA 1
μA 1
mA 1
A 1
kA 1
MA 1
GA 1
TA 1
É interessante perceber a escala no caso da corrente. Em
multímetros por exemplo a escala dele pode ser mudada para escalas
menores de corrente, mas nunca para escalas menores. Em sistemas
de potência, são trabalhadas escalas maiores de corrente.
1.5 - Temperatura:
A temperatura padrão segundo o SI é dada em kelvin (K), apesar
de grande parte da literatura utilizar graus Celsius (℃).
Unidades de Temperatura Segundo
o Sistema Internacional de Medidas
Graus
Celsius
Graus
Farenheit
Graus
Kelvin
Graus Celsius 1 33.8 274.15
Graus Farenheit -17.2 1 255.92
Graus Kelvin -272.14 -457.86 1
1.6 - Molecula:
Segundo o sistema internacional de medidas
(SI) a unidade universal para medir a quantidade de
moléculas em um corpo é mol. Note que apesar de
ser uma unidade de medida que geralmente
apresenta gradezas grandes, geralmente não são
utilizados prefixos em sua quantificação.
1.7 - Intensidade Luminosa:
Segundo o sistema internacional de medidas
(SI) a unidade universal para medir a quantidade de
luminosidade que uma certa quantidade de potência
irradia se chama candela. Essa grandeza se
comporta com o mol no sentido de não serem
utilizados prefixos de quantificação.
1.8 - Prefixos do SI:
Os prefixos segundo o Sistema internacional de medidas podem ser:
Prefixos Segundo o Sistema Internacional de Medidas
Grandezas de Ordem Maior Grandezas de Ordem Menor
Nome Simb. Quant. Nome Simb. Quant.
Yotta Y Yocto y
Zetta Z Zepto z
Exa E Atto a
Peta P Femto f
Tera T Pico p
Giga G Nano n
Mega M Micro μ
Quilo K Mili m
Hecto h Centi c
Deca da Deci d
Todas essas grandezas foram baseadas na grandeza de uma
unidade.
1.9 - Algumas Unidades Secundárias:
Apesar do SI estar resumido de forma grosseira nessas unidades
acima, o sistema também conta com algumas unidades secundárias
que, em grande parte, são derivadas da combinação entre as
unidades acima. Essas unidades são descritas como:
Unidades de Medidas Secundárias
Segundo o Sistema Internacional de Medidas
Grandeza UnidadeSímbolo Dimensão
Ângulo Plano Radiano rad 1
Ângulo Sólido Esferorradiano sr 1
Atividade
Catalítica
katal kat mol/s
Atividade
Radioativa
becquerel bq 1/s
Capacitância Farad F A²*s²*s²/(kg*m²)
Carga Elétrica Coulumb C A*s
Condutância Siemens S A²*s²/(kg*m²)
Dose
Absorvida
Gray Gy m²/s²
Dose
Equivalente
Sievert Sv m²/s²
Energia Joule J kg*m²/s²
Fluxo Luminoso Lúmen lm cd
Fluxo
Magnético
Weber Wb kg*m²/(s²*A)
Força Newton N kg*m/s²
Frequência Hertz Hz 1/s
Indutância Henry H kg*m²/(s²*A²)
Intensidade de
Campo
Magnético
Tesla T kg/(s²*A)
Luminosidade Lux lx cd/m²
Potência Watt W kg*m²/s²
Pressão Pascal Pa kg/(m*s²)
Resistência
Elétrica
Ohm Ω Kg*m²/(s³*A²)
Temperatura
em Celsius
Grau Celsius ℃ ----
Tensão Elétrica Volt V kg*m²/(s³*A)
Através das unidades de medidas acima, pode se determinar a
grandeza de toda e qualquer grandeza física. Um exemplo disso é a
grandeza do campo elétrico que é dada em {V/m}.
2 - O Sistema MKS
O sistema MKS (metro-kilograma-segundo) foi o sistema que
antecedeu o sistema internacional de medidas. Ele se baseia apenas
em três das unidades anteriores: distância, massa e tempo. Conforme
a ciência foi avançando, foi notado que apenas essas três unidades
não descreviam muito bem a natureza, assim foi adotado o SI.
3- O Sistema CGS
Por último, mas não menos importante, o sistema CGS
(centímetro-grama-segundo) foi um sistema baseado no sistema
MKS. O sistema se denomina mais prático para as áreas voltadas ao
eletromagnetismo e suas correlacionadas, já que sua unidade para a
densidade de fluxo magnético (B) é Gauss (G). Porém na cinemática
é muito difícil alguém pedir uma força em Dina por exemplo. Na tabela
abaixo serão exibidas principais grandezas do CGS.
Unidades Principais de Medidadas
Segundo o Sistema CGS.
Grandeza Unidade Símbolo Conversão
(1 unidade)
Aceleração Gal gal 0.01 m/s²
Campo
Magnético
Gauss G 100 μT
Fluxo
Magnético
Maxwell mx 10 n Wb
Força Dina dyn 10 μN
Energia,
Trabalho e
Calor
Erg erg 100 nJ
0.624 TeV
23.29 μ cal
Iluminância Stilib sb 1 cd/cm²
Iluminamento Phot ph 10 klux
Intensidade de
campo
Oerstad Oe (100/4*pi) A/m
Peso Específico Dina por
centímetro
cúbico
dyn/cm³ ---------
Viscosidade
Cinemática
Stokes s ou st 1 cm²/s
Viscosidade
Dinâmica
em Fluídos
Poise P 1 g/(cm*s)
4 - O sistema de Medidas Inglês:
O Sistema de medidas inglês, também conhecido como sistema de
medidas imperial se difere do SI por algumas características. A
primeira é que enquanto a temperatura padrão do SI é kelvin (K) ou
Celsius (℃) no sistema de medidas inglês é Farenheit.
Além disso as unidades de dimensão são totalmente diferentes
das apresentadas até agora, dadas por:
Medidas de comprimento
Segundo o Sistema de Medidas Inglês
Unidade Símbolo Equivalência
No Imperial
Equivalente
No SI
Mil mil 1 mil 25.4 μm
Polegada in 1000 mil 2.54 cm
Pé ft 12 in 30.48 cm
Jarda yd 36 in 91.44 cm
Rod rd 5.5 yd 5.09 m
Corrente ch 4 rd 20.11 m
Furlong fur 10 ch 201.1 m
Milha mi 8 fur 1.6 km
Légua --- 3 mi 4.82 km
Medidas Agrícolas
Link li 7.92 in 201.16 mm
Chain ch 100 li 20.11 m
Medidas Marinhas
Braça --- 6 ft 1.82 m
CONCLUSÃO
Deu para notar que com o passar do tempo as pessoas foram
adotando maneiras diferentes de mensurar as grandezas da natureza,
o que é bem natural. Grande parte dos sistemas foram surgindo com
esse intuito.
O Sistema Internacional de Medidas veio para tentar padronizar
todas essas medidas com o intuito de fornecer mais praticidade e
evitar confusões. Porém podemos ver que o sistema imperial por
exemplo ainda possui alguma importância no cotidiano dos
estudantes de engenharia, visto que alguns livros de instalações
elétricas predias por exemplo, só mostram o comprimento em
polegadas.
Alguns estudos na eletricidade também são baseados no CGS, o
que implica que muitos conhecimentos são baseados em sistemas de
medidas diferentes. Entender seu comportamento perante ao SI nos
ajuda a ter uma base de conhecimento maior.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ACRE - UFAC
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS - CCET
BACHARELADO EM ENG. ELÉTRICA
MECÂNICA GERAL
TRABALHO REFERENTE À UNIDADES DE MEDIDA
Docente: Tiago Francisconi Borges Camargo
Discente: Lucas Costa Vichinsky
Rio Branco - AC
2017