Sistema Internacional de Unidades (SI), Notas de estudo de Engenharia Mecânica

Baixe Sistema Internacional de Unidades (SI) e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! ANEXO I O SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES I.1 Necessidade de Um Sistema Internacional Essencial para a realização de uma medição é a existência da unidade, estabelecida por um padrão, segundo uma convenção própria, regional, nacional ou internacional. No transcorrer do tempo, diversos foram os sistemas de unidades estabelecidas nas diferentes regiões do mundo. Em função do intercâmbio internacional de produtos e informações, bem como da própria incoerência entre unidades anteriormente adotadas, estabeleceu-se em 1960, através do "Bureau Internacional de Pesos e Medidas - BIPM" um conjunto coerente de unidades, o SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI), que consta das unidades de: base, derivadas e suplementares. O BIPM tem por missão assegurar a unificação mundial das medidas físicas; ele é encarregado: - de estabelecer os padrões fundamentais e as escalas das principais grandezas físicas, e de conservar os protótipos internacionais; - de efetuar a comparação dos padrões nacionais e internacionais; - de assegurar a coordenação das técnicas de medidas correspondentes; - de efetuar e de coordenar as determinações relativas às constantes físicas que intervêm naquelas atividades. A adoção das unidades do SI é no Brasil uma obrigatoriedade legal e traz uma série de pontos positivos: a) facilidade de entendimento das informações a nível internacional (vantagem comercial e científica); b) demonstração de maturidade técnico-científica através do abandono de sistemas superados. c) a simplificação das equações que descrevem os fenômenos físicos, pelo fato de existir consistência entre as unidades das grandezas envolvidas; I.2 As Três Classes de Unidades do SI No Sistema Internacional distinguem-se três classes de unidades: - unidades de base; - unidades derivadas; - unidades suplementares. I.2.1 Unidades de Base No SI apenas sete grandezas físicas independentes são definidas, as chamadas unidades de base. Todas as demais unidades são derivadas destas sete. As definições destas grandezas são apresentadas na figura I.1. Embora o valor de cada grandeza seja sempre fixo não é raro que a forma de definir uma grandeza sofra alteração. Quando ocorrem, estas alterações são motivadas por algum avanço tecnológico que cria melhores condições de reprodução do valor unitário desta grandeza, isto é, praticidade e menores erros. I.2.2 Unidades Derivadas Unidades derivadas são as unidades que são formadas pela combinação das unidades de base segundo relações algébricas que correlacionam as correspondentes grandezas. Constituem a grande maioria das grandezas em uso. A figura I.2 exemplifica algumas destas grandezas. Por serem muito empregadas, algumas grandezas recebem denominação específica, como exemplo o newton, pascal, watt, hertz, etc (a grafia com iniciais em letras minúsculas é intencional e é para diferenciar dos respectivos nomes próprios Newton, Pascal, Watt, Hertz, etc). I.2.3 Unidades Suplementares No SI são também definidas as unidades suplementares. São unidades cuja definição é puramente matemática, sem que um padrão ou elemento físico seja necessário. Trata-se basicamente das unidades de ângulo plano e ângulo sólido, como mostra a figura I.3. O ângulo plano é a relação entre dois comprimentos e o Ângulo sólido é a relação entre uma área e o quadrado de um comprimento. São unidades sem dimensão. Nota-se que estas unidades também podem ser combinadas com as unidades base para formar novas unidades derivadas. GRANDEZAS UNIDADE SI NOME GRANDEZA ângulo plano ângulo sólido velocidade angular aceleração angular intensidade energética luminância energética radiano esteradiano radiano por segundo radiano por segundo quadrado watt por esteradiano watt por metro quadrado esteradiano rad sr rad/s rad/s2 W/sr W.m -2r-1 Figura I.3 - Unidades SI suplementares e suas derivadas observação: É importante salientar que cada grandeza física tem uma só unidade SI, mesmo que esta unidade possa ser expressa sob diferentes formas, porém o inverso não é verdadeiro: a mesma unidade SI pode corresponder a várias grandezas diferentes. I.3 Regras para Escrita e Emprego dos Símbolos das Unidades SI Os princípios gerais referentes a grafia dos símbolos das unidades, são: 1) Os símbolos das unidades são expressos em caracteres romanos (verticais) e, em geral, minúsculos. Entretanto, se o nome da unidade deriva de um nome próprio, a primeira letra do símbolo é maiúscula (Ex: hertz → Hz). 2) Os símbolos das unidades permanecem invariáveis no plural. 3) Os símbolos das unidades não são seguidos por ponto. A Organização Internacional de Normalização (ISO) baixou recomendações adicionais para uniformizar as modalidades de emprego dos símbolos das unidades SI. De acordo com essas recomendações: a) O produto de duas ou mais unidades pode ser indicado, de uma das seguintes maneiras: Por exemplo: N.m, ou Nm b) Quando uma unidade derivada é constituída pela divisão de uma unidade por outra, pode-se utilizar a barra inclinada (/), o traço horizontal, ou potências negativas. Por exemplo: m/s, m s ou m.s -1 c) Nunca repetir na mesma linha mais de uma barra inclinada, a não ser com o emprego de parênteses, de modo a evitar quaisquer ambigüidades. Nos casos complexos devem utilizar-se parênteses ou potências negativas. Por exemplo: - m/s2 ou m.s -2, porém não m/s/s - m.kg/(S3.A) ou m.kg.S-3.A-1, porém não m.kg/s 3/A Observação: O quilograma Entre as unidades de base do Sistema Internacional, a unidade de massa é a única cujo nome, por motivos históricos, contém um prefixo. Os nomes dos múltiplos e submúltiplos decimais da unidade de massa são formados pelo acréscimo dos prefixos à palavra "grama". Por exemplo: 10-6 kg = 1 miligrama (1mg), porém nunca 1 microquilograma (1µkg). I.4 Múltiplos e Submúltiplos Decimais No SI foram estabelecidos para as unidades os múltiplos e submúltiplos decimais com a nomenclatura e simbologia dada na figura I.4. Apesar de serem previstos os múltiplos (da e h) bem como, os submúltiplos (d e c), o seu uso não é recomendado pelo SI. Desta forma, por exemplo, comprimentos, recomenda-se expressar em km, m, mm, µm, mas não em hm, dam, dm ou cm. FATOR PREFIXO SÍMBOLO FATOR PREFIXO SÍMBOLO 1024 1021 1018 1015 1012 109 106 103 102 101 yotta zetta exa peta tera giga mega quilo hecto deca Y Z E P T G M k h da 10-1 10-2 10 -3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 10-21 10-24 deci centi mili micro nano pico femto atto zepto yocto d c m µ n p f a z y Figura I.4 - Múltiplos e Submúltiplos Decimais das Unidades do SI. I.5 Regras para Emprego dos Prefixos no SI Os princípios gerais adotados pela ISO no emprego dos prefixos SI, são: 1) Os símbolos dos prefixos são impressos em caracteres romanos (verticais), sem espaçamento entre o símbolo do prefixo e o símbolo da unidade. 2) O conjunto formado pelo símbolo de um prefixo ligado ao símbolo de uma unidade constitui um novo símbolo inseparável (símbolo de um múltiplo ou submúltiplo dessa unidade) que pode ser elevado a uma potência positiva ou negativa e que pode ser combinado a outros símbolos de unidades para formar os símbolos de unidades compostas. Por exemplo: 1cm3 = (10-2 m)3 = 10-6m3 1cm-1 = (10-2 m)-1 = 102m-1 1µs-1 = (10-6 s)-1 = 106s-1 1V/cm = (1V)/(10-2 m) = 102V/m 3) Os prefixos compostos, formados pela justaposição de vários prefixos SI, não são admitidos; por exemplo: 1nm, porém nunca 1mµm 4) Um prefixo não deve ser empregado sozinho, por exemplo: 106/m3, porém nunca M/m3 I.6 Alguns Enganos São listados a seguir algumas situações errôneas muito comuns na prática que devem ser evitadas: ERRADO CERTO Km km Kg kg µ µm a grama o grama 2 hs 2 h peso de 10 quilos massa de 10 kg (quilogramas) 80 KM 80 km/h 250 °K (250 graus kelvin) 250 K (250 kelvin) I.7 Unidades não Pertencentes ao Sistema Internacional I.7.1 Unidades em uso com o Sistema Internacional O BIPM reconheceu que os utilizadores do SI terão necessidade de empregar conjuntamente certas unidades que não fazem parte do Sistema Internacional, porém estão amplamente difundidas. Estas unidades desempenham papel tão importante que é necessário conservá-las para uso geral com o Sistema Internacional de Unidades. Elas são apresentadas na figura I.5. A combinação de unidades deste quadro com unidades SI, para formar unidades compostas, não deve ser praticada senão em casos limitados, a fim de não perder as vantagens de coerência das unidades SI. NOME SÍMBOLO VALOR EM UNIDADES SI minuto hora dia grau minuto segundo litro tonelada min h d ° ' " l, L t 1 min = 60 s 1 h = 60 min = 3.600 s 1 d = 24 h = 86.400 s 1° = (π/180) rad 1' = (1/60)° = (π/10.800) rad 1" = (1/60)' = (π/648.000) rad 1l = 1dm3 = 10-3m3 1 t = 103 kg Figura I.5 - Unidades em uso com o Sistema Internacional. Do mesmo modo é necessário admitir algumas outras unidades não pertencentes ao Sistema Internacional, cujo uso é útil em domínios especializados da pesquisa científica, pois seu valor (a ser expresso em unidades SI) tem de ser obtido experimentalmente e, portanto não é exatamente conhecido (figura I.6). I.7.2 Unidades admitidas temporariamente Em virtude da força de hábitos existentes em certos países e em certos domínios, o BIPM julgou aceitável que as unidades contidas na figura I.7 continuassem a ser utilizadas, conjuntamente com as unidades SI, até que seu emprego não seja mais necessário. Estas unidades não devem todavia ser introduzidas nos domínios onde elas não são mais utilizadas. É altamente recomendável um estudo complementar do SI, para que se tome conhecimento de uma série de detalhes interessantes e importantes com respeito a esta normalização.