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Análisis dimensional, cantidades adimensionales y ratios

¿Qué justifica la "anulación" de las mismas unidades? Me cuesta entender el sentido de las cantidades adimensionales. Normalmente, cuando se tiene un concepto como masa sobre volumen, que es la densidad, se puede plantear cualquier división como:

En cada unidad de volumen, viene $n$ unidades de masa.

Y eso tiene mucho sentido. Pero lo que no puedo entender es lo siguiente, cuando intentas averiguar la masa en un volumen que tiene una densidad específica, lo harías así:

$$m_t = m\frac{V_t}{V}$$

$V_t/V$ da dos unidades iguales y se "anula". Pero no puedo entenderlo, las unidades físicas tienen que ser señaladas con un dedo, no se pueden expresar numéricamente. Una unidad de volumen tiene que tener una representación física como tres metros únicos perpendiculares entre sí.

Si tiene una relación como:

$$5k/7k = 5/7$$

Su unidad es 1, adimensional, pero eso es porque la relación real se ha reducido a ella. Si ambos $k$ son iguales a tres, lo que significa que su tamaño unitario es el mismo y que si se quiere resolver hasta una unidad de 1, sólo habría que multiplicar por k, dando $15/21$ .

¿Cómo se puede hacer eso para las cantidades físicas? $m^3/m^3$ por ejemplo. El metro es algo que hay que señalar con el dedo y decir que es un metro.

Más aún, digamos que un coche tiene un $CO_2$ relación de emisión de $50$ gramos por kilo. Eso tiene mucho sentido, por cada kilo vienen 50 gramos. Pero, si replanteáramos los 50 gramos como 0,050 kilogramos, la proporción sería de 0,050.

¿Y qué significa decir que la relación de emisión es de 0,050? Una cantidad adimensional. En cada unidad del denominador viene 0,050... ¿QUÉ?

Estoy muy confundido. ¿Puede alguien explicar con más detalle por qué se justifican las cantidades adimensionales, para calificarlo de alguna manera? Se lo agradecería mucho.

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Fernando Briano Puntos 3704

Veamos si podemos darle algún sentido a esta confusión.

Empieza por lo que significa una unidad.

Una unidad de longitud, por ejemplo, podría ser

1 metro

1 pulgada

1 pie

1 yarda

1 kilómetro

1 milla

1 estadio

1 parasangue

etc.

Las unidades necesitan definición y factores de conversión de un sistema a otro, sobre todo si se quiere construir un puente o planificar una carretera.

Los cocientes de cantidades en los que se eliminan las unidades son universales, tanto si se habla de metros como de parasangues (un antiguo equivalente persa de la longitud del kilómetro)

Toma el perímetro de un círculo y divídelo por su diámetro. Independientemente de las unidades que hayas utilizado para inscribir el círculo, el cociente es pi Ya sea de un kilómetro de diámetro o de una pulgada.

Dado el radio de un círculo, ya sea pequeño, en pulgadas, o enorme, en kilómetros, se puede hallar el perímetro en las unidades adecuadas multiplicando por 2*pi.

Ésta y otras cantidades similares simplifican el trabajo no sólo de los geómetras, en la elaboración de mapas, ingenieros y arquitectos, sino de todos los científicos.

Lo mismo ocurre con las unidades de peso ( no me dejes hacer una larga lista de ellas). La relación permite una comunicación y unos cálculos fáciles, ya sea en toneladas o en libras.

etc.

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aceinthehole Puntos 1460

¿Y qué significa decir que la relación de emisión es de 0,050? Una cantidad adimensional. En cada unidad del denominador viene 0,050... ¿QUÉ?

Es habitual utilizar la palabra "fraccionario" con este tipo de cantidades, como en "El fraccionamiento $\mathrm{CO}_2$ es la tasa de emisión..." --para dejar claro que el número representa una fracción del total.

En realidad, esto deja un poco de ambigüedad en el sentido de "¿Fracción de qué?" . ¿La masa? ¿El número de moles? etc. Por lo general, también hay que especificar eso: "El fraccionamiento $\mathrm{CO}_2$ la tasa de emisión por masa es ..." .

La buena noticia es que para los trabajos en curso suele ser una convención y, una vez que todo el mundo es consciente de ello, los problemas de comunicación se solucionan.

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