Longitud, tiempo y masa

Capítulo 1: Espacio, Masa y Tiempo.

Los fenómenos ocurren en puntos del espacio y en instantes de tiempo. Todo fenómeno físico puede describirse expresando lo que ocurrió en diversos puntos del espacio y en sucesivos instantes del tiempo. Gracias a esto y conociendo la masa de una partícula, podemos determinar todo lo que se quiera conocer acerca de dicha partícula.

Las mediciones de posición, tiempo y masa son de importancia fundamental para la física. Como cada cuerpo macroscópico conocido está compuesto por partículas podemos describir su comportamiento, su movimiento y sus atributos gracias a estas mediciones fundamentales.

1. Coordenadas y marcos de referencia

Para obtener una descripción cuantitativa de la posición que tiene alguna partícula se debe conocer algún punto de origen y luego especificar la posición de dicha partícula en relación con el origen ya establecido. Para llevar a cabo este objetivo, los físicos utilizan un sistema de coordenada; en este sistema se establece el punto de origen y se coloca una cuadricula en función de este origen y luego se especifica la posición de la partícula por medio de coordenadas que se pueden leer en está cuadrícula.

Las coordenadas que más se utilizan son las rectangulares x y y, las líneas perpendiculares que pasan por el punto de origen son los ejes (x, y).

Cuando se utiliza una cuadricula de coordenadas construida a partir de un punto de origen dado para determinar la posición de una partícula se realiza una medición relativa: las coordenadas del punto en el que está ubicada la partícula dependen del origen y de la escala de la cuadricula de coordenadas que se hayan escogido, ya que la selección del origen y del sistema de coordenadas es cuestión de conveniencia. Sin embargo, para describir el movimiento de una partícula necesitamos más argumentos además de un punto de origen y un sistema de coordenadas, para la descripción del movimiento de una partícula debe especificarse tanto su posición como el tiempo en el que está se mantiene, para determinar el tiempo se coloca un sistema de relojes sincronizados colocados a intervalos regulares en la cuadrícula de coordenadas y así cuando la partícula se mueve y pasa por cualquier punto dentro de la cuadrícula, las coordenadas nos proporcionan la posición ocupada en el espacio y  el tiempo es registrado por reloj que está más cercano. A esta cuadrícula de coordenadas y relojes sincronizados le llamamos “marco de referencia” y al igual que el punto de origen y el sistema de coordenadas es elegido a conveniencia.

1. La unidad de longitud

Para poder obtener registros numéricos de las mediciones de posición, tiempo y masa es necesario adoptar algún método con el cual podamos determinar cada una de estas mediciones de tal manera que se puedan expresar como múltiplos numéricos o fracciones de estas unidades.

Originalmente, la norma de longitud que especificaba el tamaño de un metro era el metro patrón. Este metro patrón consiste en una barra de aleación de platino-iridio con una fina raya marcada cerca de cada uno de los extremos, y la distancia que hay entre estas dos rayas se considera un metro. Sin embargo la precisión del metro patrón está limitada por la aspereza de las rayas de marca en sus extremos. Los físicos han desarrollado definiciones mejoradas para el estándar de longitud para poder obtener mayor exactitud en las mediciones. La mejora más reciente que se ha tenido en este campo surgió de los avances de los láseres estabilizados; estos emiten ondas de luz extremadamente uniformes, que hacen posible determinar la rapidez de la luz con una gran precisión y esto condujo a una nueva definición de la longitud del metro en relación con la rapidez de la luz.

“el metro es la longitud que recorre una onda de luz en el vacío en un intervalo de 1/299792458 segundos”.

1. La unidad de tiempo.

La unidad de tiempo es el segundo. Originalmente un segundo se definía como 1/(60x60x24) o 1/86400de un día solar medio, pero debido a que estas definición está sujeta a una multitud de variaciones menores por la rapidez de rotación y la longitud de la Tierra, se concluyó que nuestro planeta es un cronómetro imperfecto y por lo tanto la unidad de tiempo tendría variaciones. Para evitar estas posibles variaciones se tomó la determinación de usar un estándar atómico de tiempo. Se utiliza el periodo de una vibración de microondas emitidas por  un átomo de cesio. Así, se definió el segundo como el tiempo necesario para que se realicen 9192631770 vibraciones de un átomo de cesio.

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