Unidade base (medição) - Base unit (measurement)

Este artigo é sobre o tipo de unidade de medida. Para o conceito na teoria dos números, consulte Unidade fundamental (teoria dos números) .

Uma unidade base (também conhecida como unidade fundamental ) é uma unidade adotada para medir uma quantidade base . Uma quantidade base é aquela de um subconjunto convencionalmente escolhido de quantidades físicas , onde nenhuma quantidade no subconjunto pode ser expressa em termos das outras. As unidades SI, ou Systeme International d'unites, que consistem em metro, quilograma, segundo, ampere, Kelvin, mol e candela, são unidades básicas.

Uma unidade base é aquela que foi explicitamente designada; uma unidade secundária para a mesma quantidade é uma unidade derivada. Por exemplo, quando usado com o Sistema Internacional de Unidades, o grama é uma unidade derivada, não uma unidade base.

Na linguagem da medição , as quantidades são aspectos quantificáveis do mundo, como tempo , distância , velocidade , massa , temperatura , energia e peso , e as unidades são usadas para descrever sua magnitude ou quantidade. Muitas dessas quantidades estão relacionadas entre si por várias leis físicas e, como resultado, as unidades de uma quantidade podem ser geralmente expressas como um produto de potências de outras unidades; por exemplo, o momento é a massa multiplicada pela velocidade, enquanto a velocidade é medida pela distância dividida pelo tempo. Essas relações são discutidas na análise dimensional . Aquelas que podem ser expressas desta forma em termos de unidades básicas são chamadas de unidades derivadas .

Sistema Internacional de Unidades

Artigo principal: unidades de base SI

No Sistema Internacional de Unidades , existem sete unidades básicas: quilograma , metro , candela , segundo , ampere , Kelvin e mole .

Unidades naturais

Artigo principal: unidades naturais

Um conjunto de dimensões fundamentais da quantidade física é um conjunto mínimo de unidades, de modo que cada quantidade física pode ser expressa em termos desse conjunto. As dimensões fundamentais tradicionais da quantidade física são massa , comprimento , tempo , carga e temperatura , mas, em princípio, outras quantidades fundamentais podem ser usadas. A corrente elétrica pode ser usada em vez de carga ou a velocidade pode ser usada em vez de comprimento. Alguns físicos não reconheceram a temperatura como uma dimensão fundamental da quantidade física, pois ela simplesmente expressa a energia por partícula por grau de liberdade que pode ser expressa em termos de energia (ou massa, comprimento e tempo). Além disso, alguns físicos reconhecem a carga elétrica como uma dimensão fundamental separada da quantidade física, mesmo que tenha sido expressa em termos de massa, comprimento e tempo em sistemas de unidades, como o sistema cgs eletrostático . Existem também físicos que lançaram dúvidas sobre a própria existência de quantidades fundamentais incompatíveis.

Existem outras relações entre as quantidades físicas que podem ser expressas por meio de constantes fundamentais e, até certo ponto, é uma decisão arbitrária se reter a constante fundamental como uma quantidade com dimensões ou simplesmente defini-la como unidade ou um número adimensional fixo , e reduzir o número de constantes fundamentais explícitas em um. A questão ontológica é se essas constantes fundamentais realmente existem como quantidades dimensionais ou adimensionais. Isso é equivalente a tratar o comprimento como o mesmo material físico comensurável que o tempo ou entender a carga elétrica como uma combinação de quantidades de massa, comprimento e tempo, o que pode parecer menos natural do que pensar na temperatura como medindo o mesmo material que a energia (que é expressável em termos de massa, comprimento e tempo).

Por exemplo, o tempo e a distância estão relacionados entre si pela velocidade da luz , c , que é uma constante fundamental. É possível usar essa relação para eliminar a unidade de tempo ou a unidade de distância. Considerações semelhantes aplicam-se à constante de Planck , h , que relaciona energia (com dimensão expressável em termos de massa, comprimento e tempo) e frequência (com dimensão expressável em termos de tempo). Na física teórica, costuma-se usar tais unidades ( unidades naturais ) em que c = 1 e ħ = 1 . Uma escolha semelhante pode ser aplicada à permissividade de vácuo , ε 0 .

  • Pode-se eliminar o metro ou o segundo definindo c como unidade (ou qualquer outro número adimensional fixo).
  • Pode-se então eliminar o quilograma definindo ħ como um número adimensional.
  • Pode-se então eliminar o ampere ajustando a permissividade do vácuo ε 0 (alternativamente, a constante de Coulomb k e = 1 / (4 πε 0 ) ) ou a carga elementar e para um número adimensional.
  • Pode-se eliminar a toupeira como unidade básica definindo a constante de Avogadro N A em 1. Isso é natural, pois é uma constante de escala técnica.
  • Pode-se eliminar o Kelvin, pois pode-se argumentar que a temperatura simplesmente expressa a energia por partícula por grau de liberdade , que pode ser expressa em termos de energia (ou massa, comprimento e tempo). Outra maneira de dizer isso é que a constante k B de Boltzmann é uma constante de escala técnica e pode ser definida como um número adimensional fixo.
  • Da mesma forma, pode-se eliminar a candela, já que ela é definida em termos de outras quantidades físicas por meio de uma constante de escala técnica, K cd .
  • Isso deixa uma dimensão de base e uma unidade de base associada, mas existem várias constantes fundamentais da esquerda para eliminar esse também - por exemplo, pode-se usar G , a constante gravitacional , m e , a massa de repouso do elétron , ou Λ, a constante cosmológica .

Uma escolha amplamente utilizada, em particular para a física teórica , é dada pelo sistema de unidades de Planck , que são definidas por ħ = c = G = k B = k e = 1 .

O uso de unidades naturais deixa cada quantidade física expressa como um número adimensional, o que é notado por físicos que disputam a existência de quantidades físicas fundamentais incompatíveis.

Veja também

Referências

  1. ^ a b Michael Duff (2015). "Quão fundamentais são constantes fundamentais?" . Física Contemporânea . 56 (1): 35–47. arXiv : 1412.2040 . Bibcode : 2015ConPh..56 ... 35D . doi : 10.1080 / 00107514.2014.980093 (inativo em 31 de maio de 2021).Manutenção do CS1: DOI inativo em maio de 2021 ( link )
  2. ^ Jackson, John David (1998). "Apêndice sobre unidades e dimensões" (PDF) . Eletrodinâmica Clássica . John Wiley and Sons. p. 775. Arquivado do original (PDF) em 13 de janeiro de 2014 . Página visitada em 13 de janeiro de 2014 . A arbitrariedade no número de unidades fundamentais e nas dimensões de qualquer quantidade física em termos dessas unidades foi enfatizada por Abraham, Plank, Bridgman, Birge e outros.
  3. ^ Birge, Raymond T. (1935). "Sobre o estabelecimento de unidades fundamentais e derivadas, com referência especial às unidades elétricas. Parte I." (PDF) . American Journal of Physics . 3 (3): 102–109. Bibcode : 1935AmJPh ... 3..102B . doi : 10.1119 / 1.1992945 . Arquivado do original (PDF) em 23 de setembro de 2015 . Página visitada em 13 de janeiro de 2014 . Por causa, no entanto, do caráter arbitrário das dimensões, conforme apresentado tão habilmente por Bridgman, a escolha e o número de unidades fundamentais são arbitrários.