Introducción a la ingeniería

Las mediciones en la ingeniería

Imágen de un fractal

Uno de los aspectos que han permitido el avance de la ingeniería en nuestro tiempo es la mejoría en nuestra capacidad para medir. La ciencia que analiza las unidades, aparatos y métodos de medición es la metrología, la que en los últimos años ha tenido avances notables. Las mediciones se pueden hacer de manera directa, como en los casos en los que con un metro medimos una distancia o de manera indirecta como cuando conociendo el tiempo y la velocidad de un objeto deducimos la distancia que recorre. Para ambos casos se requieren de aparatos y conocimientos de matemáticas, física o mecánica.

Antes en los talleres mecánicos orgullosamente se utilizaban aparatos llamados micrómetros, con los que se median con gran precisión milésimas de pulgadas o centímetros; en la actualidad en casi cualquier taller se puede medir la profundidad de las rayas que deja una lija fina en un metal, lo que se hace en milésimas de milímetro (μ micras).

Tal ha sido el avance en la metrología que se han tenido que fraccionar o multiplicar notablemente las unidades base  del Sistema Internacional de Medidas: metro, kilogramo, segundo, amperio, kelvin, mol y candela.

Los ingenieros mecánicos deben conococer a conciencia los diferentes aparatatos que sirven para medir y además los prefijos que se aplican a las unidades básicas del sistema oficial de medidas. Por ello a continuación se presenta la tabla de los prefijos del sistema decimal y su significado.

Como ejemplo de lo que significa medir con precisión  y cómo se aplica la tabla de prefijos, a continuación se dan algunos ejemplos sobre la medición de lo grande y lo pequeño:

En laboratorios de investigación se han logrado crear pulsos de luz, generados por un láser de alta velocidad, que llegan a durar 250 as. El radio de un protón es de un am; El tiempo que tardan en reaccionar los pigmentos en la retina a la luz (proceso que permite la visión) toma 200 fs; Un microprocesador de una computadora toma de dos a cuatro ns en ejecutar una operación simple; El tiempo de exposición de una cámara fotográfica se mide ms; Un colibrí mueve siete veces sus alas cada décimo de segundo ( 7 aleteos / ds).

La distancia de la Tierra al Sol es de 149 millones de kilómetros, la que si se expresa en la unidad internacional de longitud (el metro), nos daría 149 x 10⁹ m, lo que significa que son 149 mil millones de metros o 149 millardos de metros. (para los norteamericanos serían 149 billones de metros)

Se cree que el Universo se formó hace 15 mil millones de años y que sistema solar lo hizo hace 4,600 millones de años, que la Vía Láctea contiene más de dos billones de veces la masa de nuestro Sol, y que éste último está situado a unos 30,000 años luz del centro de la Vía Láctea.

Para medir las distancias grandes se han establecido otras unidades, con éstas se pueden expresar las cantidades con menos ceros y prefijos. Así en la astronomía se usan las Unidades Astronómicas (UA), las que equivalen a la distancia que hay entre la tierra y el Sol (149 millones de km.); también se utilizan los Años Luz, unidad de longitud que es igual a la distancia que recorre la luz en un año; el Pársec equivale a 3.26 Años Luz o 206.26 Unidades Astronómicas. 

Como pueden observar, medir amplía los horizontes del hombre; por ello cada vez que se logra conocer con mayor exactitud la distancia a una galaxia o la duración de la existencia en attosegundos de una partícula subatómica, el hombre está creciendo en su saber.

Los estudiantes de ingeniería deben con facilidad entender de qué se habla cuando se está midiendo. Por ejemplo sin ningún problema podrán resolver este problema de distancia: si se sabe que la velocidad de la luz es de 299,792 km/s y que la estrella número 47 de la Osa Mayor (47Uma) se encuentra a tan sólo 51 Años Luz. ¿A cuántos kilómetros nos encontramos de ella? Y si una nave pudiera viajar a 150,000 Km/hr ¿Cuánto se tardaría en llegar?

El motivo por lo que nos interesaría viajar a la 47 UMa es debido a que es una estrella cercana a la Tierra, más o menos del tamaño de nuestro Sol y que además tiene dos planetas, uno del tamaño de Júpiter y otro 2.5 veces más grande, ambos con órbitas circulares como los de nuestros planetas.

En términos generales se puede decir que el ingeniero siempre trabaja con números, los que por lo regular son producto de lo que mide. La medición no necesariamente debe expresarse con unidades estandarizadas, ya en en algunas ocasiones se establecen unidades de conteo como el número de días hombre necesarios para efectuar un trabajo determinado, se define el rendimiento de un vehículo en caballos de fuerza por litro de cilindrada. Esto quiere decir que el ingeniero puede construir sus indicadores los que tienen sus propias unidades de medida.

Se puede establecer con toda seguridad que una gran cantidad de ingenieros mide más que contar, así vemos que por lo regular los ingenieros miden tiempos, longitudes, volúmenes, fuerzas, energía. Por esto es que debe conocer los sistemas de medidas, los aparatos con los que se mide y las precisiones que se pueden lograr.

Debido a la creciente necesidad de mejorar la precisión de las medidas, la definición de las unidades de medición se ha convertido en una tarea muy compleja y especializada. Por ejemplo la unidad de longitud el metro (m) en sus orígenes se definió como una fracción de un meridiano, con lo anterior se generó un patrón el que consistía en la distancia entre dos rayas finas sobre una barra hecha de una aleación de platino e iridio, esta barra se conserva aún en la oficina de pesos y medidas de París. En la conferencia mundial de pesas y medidas de 1960 se  redefinió el metro como 1,650763.73 longitudes de onda de la luz anaranjada-rojiza emitida por el isótopo criptón 86. En 1983 el metro volvió a definirse como la longitud recorrida por la luz en el vacío en un intervalo de tiempo de 1/299,792458 de segundo. Medir no es cosa de juego, se requiere conocimiento y habilidad.

Aún cuando en la actualidad se ha establecido como oficial el sistema métrico, aún de manera frecuente se utiliza el sistema inglés. Por ello el ingeniero debe conocer los factores de conversión de las principales unidades de medida. A continuación se presenta una tabla con algunos de los factores de conversión de la unidades más utilizadas.

En la vida profesional del ingeniero se utilizarán mucho las medidas, incluso se dice que los ingenieros saben medir mejor que contar.