USO DEL MICRÓMETRO

El micrómetro de arco es una herramienta que sirve para medir los diámetros/calibres externos de los objetos. Existen micrómetros de arco con abertura máxima de una pulgada (2.45 cm - 24.5 mm) o bien con arco ajustable a distintas medidas. las partes principales de este calibrador son:

Por lo regular la calibración de estos aparatos es: en pulgadas, con legibilidad de hasta 0.0001 in (una diezmilésima de pulgada), o en milímetros, cuya legibilidad máxima es de 0.00001 m.

MICRÓMETRO DE ARCO EN PULGADAS:

La pulgada se encuentra dividida en diez partes iguales (0.1 in), y cada una a su vez se subdivide en cuatro partes iguales (0.025 in).
El tambor tiene veinticinco divisiones, cada una equivalente a 0.001 in, lo que implica que una vuelta completa del tambor represente 0.025 in de la escala principal, es decir, veinticinco milésimas de pulgada por revolución.

En la siguiente imagen se observa que el husillo se encuentra en contacto con el tope, lo que indica que aún no se tiene ninguna lectura y el cero en la escala del tambor coincide con la línea de cero de la escala principal.

En el siguiente ejemplo se mide un tornillo:

La lectura obtenida es 0.506 in (quinientas seis milésimas de pulgada).

Considere el siguiente ejemplo: Observe la siguiente imagen, en ella coinciden las líneas horizontales del eje y el tambor en la marca 0, lo que indica que la lectura es 0 in.

En el siguiente esquema se ha hecho girar el tambor más allá de 0.1 in, y la línea que coincide con la horizontal es 0.014 in, por tanto:
0.01 in + 0.014 in = 0.114 in.

MICRÓMETRO DE ARCO EN MILÍMETROS:

La calibración de este tipo de herramienta toma como base el sistema decimal, es decir, la división del metro en múltiplos de diez.
La legibilidad máxima que se puede obtener es de 0.00001 m (una cien milésima de metro).
Cada división en el nonio equivale a 0.001 m (una milésima de metro o un milímetro), y cada milímetro se subdivide en dos (0.0005 m), es decir, medio milímetro o cinco diez milésimas de metro.
Por otra parte, el tambor tiene cincuenta graduaciones de 0.00001 m cada una, es decir, una revolución equivale a 0.00050 m o medio milímetro.

En la imagen se observa que el micrómetro se encuentra cerrado, por lo que la lectura es cero.
En la siguiente imagen se ha tomado un tornillo para medirlo con el micrómetro:

La lectura obtenida es: 0.013 m + 0.00037 m = 0.01337 m, es decir, mil trescientas treinta y siete cien milésimas de metro. Para transformar a centímetros se debe multiplicar por 100, ya que un metro equivale a cien centímetros: (0.01337 m)(100 cm / 1 m) = 1.137 cm, o bien, un centímetro y trescientas treinta y siete milésimas.
Si se desea convertir a milímetros se debe multiplicar por 10, ya que un centímetro equivale a diez milímetros, es decir: (1.337 cm)(10 mm / 1 cm) = 13.37 mm.

USO DEL VERNIER

El vernier es una herramienta que permite medir tres magnitudes de forma independiente: diámetro externo, diámetro interno y profundidad.
Esta herramienta tiene una escala fija y una escala móvil, esta última se ajusta de forma manual para hacerla coincidir con el nonio o escala principal.
Las escalas de medición del Vernier pueden emplear el sistema inglés o el SI.
Calibración en pulgadas (sistema inglés):
Si se cuenta con este tipo de escala, la pulgada se subdivide en dieciséis partes iguales que se conocen como dieciseisavos de pulgada, y la escala móvil se divide en en ocho partes iguales que representan a cada dieciseisavo de la escala fija; cada una de las divisiones en la escala móvil equivale a un cientoveintiochoavo. Para este caso, el vernier tiene una legibilidad de 1/128 in, es decir, 0.0078125 in.
En la siguiente figura se observa la escala fija del vernier (inferior) y la escala móvil (superior), nótese que las líneas que delimitan el inicio de ambas escalas, identificadas mediante el 0, coinciden, lo que indica que la lectura en este caso es 0. Cada división subsecuente en la parte inferior del vernier representa: 1/16 in; 1/8 in; 3/16 in; 1/4 in; 5/16 in; 3/8 in; 7/16 in; 1/2 in; 9/16 in; 5/8 in; 11/16 in; 3/4 in; 13/16 in; 7/8 in; 15/16 in; 1 in. Y en la escala móvil: 1/128 in; 1/64 in; 3/128 in; 1/32; 5/128 in; 3/64 in; 7/128 in; 8/128 in.

En el siguiente esquema se tiene una lectura distinta; el 0 de la escala móvil se ha desplazado más allá de la línea identificada como 3/16 in, por lo que se debe buscar cuál de las líneas de la escala móvil coincide con alguna de la escala fija. En este caso, 4/128 in coincide con 7/16 in, es decir:
3/16 in + 4/128 in ó 3/16 in + 1/32 = 7/32 in

Otro tipo de Vernier maneja 10 divisiones por pulgada en la escala fija con valor de 0.1 in cada una, las cuales a su vez se subdividen en cuatro menores cada una con un valor de 0.025 in, en total se tienen 40 divisiones por pulgada. En la escala móvil se manejan 25 divisiones con un valor de 0.001 in cada una, en este caso la legibilidad es de 0.001 in. Observe el siguiente diagrama, las líneas que delimitan el inicio de cada escala, es decir el 0, coinciden, por tanto la lectura es 0.
En la escala de la parte inferior se ven tres divisiones antes del número 1, cada una con un valor de 0.025 in, es decir, la primera (después del 0) representa 0.025 in, la segunda 0.050 in, la tercera 0.075 in, y la cuarta 0.1 in.
Siguiendo esta repartición las divisiones principales de la escala son: 0.1 in; 0.2 in; 0.3 in; 0.4 in; 0.5 in; 0.6 in; 0.7 in; 0.8 in; 0.9 in; 1 in.

En la siguiente representación el 0 de la escala móvil ha pasado la lectura de 0.025 in, de tal manera que se deben ubicar las líneas que coinciden, que en este caso son la 0.017 in en la escala superior con la 0.1 in en la escala inferior, por tanto:
0.025 in + 0.017 in = 0.042 in.

HERRAMIENTAS DE MEDICIÓN

Para conocer las dimensiones de los objetos se emplean herramientas de medición cuyo diseño y aplicación se enfocan a ese fin en específico.
Antes de contar con Normas Internacionales para la Unificación de los Patrones de Medida, existieron herramientas rudimentarias cuya función era la de determinar, por medio de la comparación, distintas magnitudes. La mayoría de estos instrumentos se construyeron tomando como referencia algunas partes del cuerpo y debido a esta práctica (que puede ser considerada como poco ortodoxa) algunas unidades de medida obtuvieron su nombre tan característico, como el pie o la pulgada.
Existen muchos tipos de herramientas para medir y dependiendo de las necesidades se debe elegir aquella que permita realizar el trabajo de manera eficiente.

VISCOSIDAD

La viscosidad es una medida de resistencia de un fluido a ser deformado por un esfuerzo de cizallamiento, es, en otras palabras la resistencia que ofrece a desplazarse bajo el efecto de un esfuerzo cortante o bajo el efecto de su propio peso.
En el SI, las unidades de medida son (Pa)(s), Poise ó Centistokes.
Los fluidos son cuerpos cuyo estado de agregación molecular les permite movimientos libres, y por sus características pueden ser compresibles e incompresibles.
Cuando se habla de fluidos compresibles se hace referencia a los gases, ya que entre sus moléculas existe un espacio que puede disminuir o incrementar según las características del envase o medio que lo contiene.
Un fluido de tipo incompresible es aquel cuya cohesión molecular permite adaptaciones limitadas a los espacios en los cuales se encuentra confinado, por tanto, si se le aplica fuerza por medio de un mecanismo, se obtendrá una presión uniforme.

DENSIDAD

La densidad es una magnitud escalar que se define como la cantidad de masa por unidad de volumen.
Loa conceptos de energía, masa y materia (por tanto los estados de agregación) se encuentran íntimamente relacionados, de manera que la densidad es también una característica que debe tomarse en cuenta cuando se pretende estudiar alguna sustancia o cuerpo en específico.
Por ejemplo; un centímetro cúbico de corcho tiene una densidad distinta a la de un centímetro cúbico de plomo aunque sus volúmenes sean iguales. Lo anterior implica que, debido a que la cantidad de masa es mayor en el plomo que en el corcho, aquel tenga un peso superior.
La temperatura también se encuentra relacionada con la densidad, por ejemplo, sabemos que la densidad del agua es de 1000 kilogramos por metro cúbico cuando la temperatura es de cuatro grados Celsius, mientras que a veinte grados Celsius la densidad cambia a 998.2 kilogramos por metro cúbico.

PRESIÓN

La presión se define como la fuerza normal que actúa por unidad de superficie (área). En el SI las unidades de medida de la presión son el Newton por metro cuadrado, conocido también como Pascal.
Dado que el Pascal es una unidad muy pequeña, por lo general se habla de kilo Pascales de presión (kPa), aunque también pueden ser utilizadas otras unidades de medida, como son; libras sobre pulgada cuadrada (psi), atmósferas de presión (Atm) o pulgadas de mercurio (inHg).
Analicemos el siguiente ejemplo:
El aire, que es un cuerpo másico, ejerce fuerza por unidad de área, es decir, presión.
El valor normal de la presión atmosférica a nivel del mar es de 101.3 kPa.
La variación de la presión es inversamente proporcional a la altura, es decir, conforme incrementamos la altitud la presión disminuye.
La masa de gas de la atmósfera es una combinación de nitrógeno (78%), oxígeno (21%) y otros gases (1%). El oxígeno tiene una masa y un peso superiores a las del nitrógeno, esto explica por qué este elemento se encuentra más concentrado a bajas alturas (debajo de los 10,668 metros sobre el nivel del mar). La magnitud del cambio en la presión atmosférica es de 11 kPa por cada 1,000 metros sobre el nivel del mar.

POTENCIA

La potencia (P) es la cantidad de trabajo que se realiza por unidad de tiempo, en términos generales se habla de la rapidez con que dicho trabajo se lleva a cabo. También se puede hacer referencia al término "Potencia Instantánea" cuando el intervalo de tiempo en el que ocurre tiende a cero.
Para cualquier caso, las unidades de medición de la potencia son:
Sistema Internacional: Kilo Watt (KW).
Sistema Inglés: Caballo de fuerza ó Horse Power (HP).
Sistema Técnico de Unidades: Kilográmetro por segundo (kgm/s).
El módulo de la potencia es:
P = W/t
El concepto también puede aplicarse a un eje que gira y que genera cierta cantidad de potencia, de manera que el módulo sería:
P = Tw
Es decir, la potencia en un eje es el resultado del producto torque por velocidad angular.

PAR MECÁNICO

Se conoce como par o momento de torsión al efecto causado por una fuerza que se aplica de forma perpendicular a un eje que se supone fijo en uno de sus extremos dando como resultado un movimiento rotacional.
La fuerza (F) aplicada en un punto (P) con respecto a un punto origen (O), resulta en el producto vectorial OP multiplicado por el vector F, así pues, cuando un motor aplica un momento de fuerza sobre un eje de transmisión se obtiene un Par Motor, es decir:
Par = (F)(r)
Donde "r" es la distancia entre el punto de aplicación de la fuerza y el punto de pivote del eje.

TRABAJO

El trabajo es una magnitud física escalar, que expresa la cantidad de energía que se requiere para alterar el movimiento o posición de un cuerpo, la unidad de medida es el Joule (J) y se expresa mediante la letra W (Work).
El módulo de trabajo es:
W = (F)(d).
Dado que las unidades de la fuerza son Newton (N), y la distancia en el SI se mide en metros (m), el producto (1 N)(1 m) da como resultado 1 J.

FUERZA

La fuerza es una magnitud vectorial y se define como todo agente capaz de modificar la forma o posición de un cuerpo.
Newton definió la fuerza como toda acción que influye en el campo de los cuerpos, así pues, la fuerza de gravedad actúa directamente sobre la masa de una partícula, cuerpo u objeto a determinada distancia, por tanto, el concepto fuerza queda definido en la segunda ley del movimiento de Newton como el producto de la masa por la aceleración.
Analicemos el siguiente ejemplo:
Pensemos en una manzana e imaginemos que todas las manzanas tienen una masa promedio, la cual es de aproximadamente 102 gramos, es decir, 0.102 kilogramos. Dado que la manzana se encuentra dentro de un sistema referencial que es la tierra, y ésta presenta una aceleración; g = 9.8 m/s^2, la fuerza que experimenta la manzana se obtiene mediante la expresión:

F = (m)(g).
Sustituyendo:
F = (9.8 m/s^2)(0.102 Kg)= 0.9996 Kgm/s^2.
F = 0.9996 N
F = 1 N

En el SI la unidad de medición de la fuerza es el newton.

MASA Y MATERIA

Una magnitud física puede medirse de forma escalar o vectorial, la primera se expresa mediante un número, mientras que la segunda necesita más que eso. Como ejemplo de magnitud física escalar podemos citar la masa de un cuerpo expresada en kilogramos (49 Kg), mientras que una magnitud física vectorial puede ser el flujo de aceite por una tubería cuyo gasto, dirección y presión son valores conocidos.
La masa se considera una magnitud escalar, es una medida de inercia de los cuerpos y su unidad de medida es el kilogramo.
La Materia es todo campo, entidad o discontinuidad que se propaga a través del espacio-tiempo a una velocidad inferior a la de la luz y a la que se puede relacionar con energía.
La materia se puede encontrar en cualquiera de sus cuatro estados de agregación molecular:
Sólido: Cuando (a niveles moleculares) la energía potencial es mayor que la energía cinética.
Líquido: Cuando la energía potencial y la energía cinética son similares.
Gas: Cuando la energía potencial es menor que la energía cinética.
Plasma: Cuando las moléculas que conforman el cuerpo se encuentran cargadas eléctricamente y no poseen un equilibrio electromagnético, la energía cinética es tal que los electrones tienen una energía total positiva; un ejemplo de plasma serían los rayos durante un tormenta eléctrica.
La Energía, la Masa y la Materia se encuentran relacionadas, por tanto, en algunos textos de física encontraremos que se hace mención a la materia másica y no másica, la primera es toda aquella que a nivel molecular forma estructuras complejas, las cuales a niveles macroscópicos se conocen como los estados de agregación antes citados.
La materia no másica es aquella que se manifiesta por medio de radiaciones; un ejemplo de ésta sería la luz o la radiación electromagnética.

ENERGÍA

La energía se define como "la capacidad para lograr cambios en un sistema".
Cuando hablamos de energía, es común manejar dos conceptos básicos: Energía Potencial y Energía Cinética.
La Energía Potencial es aquella que poseen los cuerpos en virtud de su posición en el espacio y ésta incrementa en función de la distancia a la que se ubica el objeto con respecto al centro de gravedad del sistema de referencia. Por ejemplo: al subir una piedra a una colina para después echarla cuesta abajo, se incrementa su energía potencial.
La Energía Cinética es aquella que poseen los cuerpos que se encuentran en movimiento y se puede definir por la siguiente fórmula:
Ec=1/2 〖mv〗^2
Por ejemplo:
Supongamos que dos vehículos (A, con una masa de 600 kg y B, con una masa de 1200 kg) se desplazan paralelamente y en determinado momento la rapidez de ambos es de 23 m/s, de acuerdo con la fórmula anterior, la energía cinética del vehículo A es menor que la del vehículo B.
Con base en lo anterior, podemos decir que la energía cinética depende tanto de la velocidad como de la masa del objeto que se analiza.

INTRODUCCIÓN A LA METROLOGÍA

La metrología es la rama de la física que trata del estudio de las magnitudes, dimensiones y unidades de medida, así como de su uso y aplicaciones. Sus raíces etimológicas provienen del griego “metrom” que significa medida y “logos” que significa ciencia, estudio o tratado.
La historia de la metrología como ciencia data del siglo XVIII y tuvo su mayor desarrollo durante los siglos XIX y XX cuando se logró (durante la década de 1970) implementar el uso del Sistema Internacional en un gran número de países que lo adoptaron como un sistema estandarizado. Sin embargo, los principios de la metrología datan de muchos siglos atrás, cuando el hombre tuvo la necesidad de comparar y, en el proceso, adoptar ciertos patrones que le permitieran mantener una coherencia al llevar a cabo mediciones dimensionales y cálculos. Al principio el método no era confiable debido a que los "patrones" tampoco lo eran y no podían ser reproducidos con exactitud, lo que llevó a una confusión en el manejo de las unidades de medida, los métodos y las normas aplicadas en cada parte del mundo. Al paso del tiempo, la técnica mejoró y se confeccionaron herramientas precisas para la medición, podría decirse que la implementación del método científico y el nacimiento de la física como ciencia experimental, tuvo mucho que ver con el desarrollo tanto de la metrología como de otras ramas igualmente importantes.
Al paso de los años los modelos de medición sufrieron modificaciones que derivaron en la apremiante necesidad de la creación de un sistema estandarizado que permitiera medir las mismas magnitudes con los mismos resultados en cualquier parte del mundo, lo cual no ocurrió de manera inmediata, sino paulatinamente y como consecuencia de los avances científicos y tecnológicos.
Tras muchos intentos, en el siglo XX se estableció un patrón general de mediciones basado en el sistema métrico decimal y conocido como Sistema Internacional de Unidades (SI).
En el SI se manejan dos tipos de unidades: Básicas y Derivadas.
Las unidades básicas o fundamentales son aquellas que refieren a la masa, la longitud, el tiempo, la temperatura, la corriente eléctrica, la cantidad de sustancia y la intensidad luminosa.
Las unidades derivadas refieren a conceptos como el volumen, la densidad, la energía o la fuerza.
Dado que seis de las siete magnitudes básicas del SI han sido definidas a partir de fenómenos físicos, que pueden ser reproducidos con los mismos resultados cada vez (a excepción del kilogramo patrón), se le considera confiable
Cabe mencionar que la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, en Paris, es la depositaria del kilogramo patrón, la única unidad materializada.

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El propósito de este blog es servir como herramienta de apoyo didáctico para temas específicos de las áreas de Matemáticas y Física.
Toda información relacionada con las lecciones publicadas, tiene respaldo en textos especializados en la materia, así como en la experiencia de los catedráticos que, amablemente, aportan ejemplos y definiciones que son de gran utilidad.
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