tiempo,masa,velocidad,desplazamiento

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 Tiempo Para otros usos de este término, véase  Tiempo (desambiguación) .  Un reloj es cualquier dispositivo que puede medir el tiempo transcurrido entre dos eventos que suceden  respecto de un observador. El tiempo es la magnitud física con la que medimos la duración o separación de acontecimientos,  sujetos a cambio, de los sistemas sujetos a observación; esto es, el período que transcurre entre el estado del sistema cuando éste aparentaba un  estado X y el instante en el que X registra una variación perceptible para un  observador  (o aparato de medida). El tiempo ha sido frecuentemente concebido como un flujo sucesivo de microsucesos. El tiempo permite ordenar los sucesos en secuencias, estableciendo un  pasado, un futuro y un  tercer conjunto de eventos ni pasados ni futuros respecto a otro. En  mecánica clásica esta tercera clase se llama "presente" y está formada por eventos simultáneos a uno dado. En mecánica relativista  el concepto de tiempo es más complejo: los hechos simultáneos ("presente") son relativos. No existe una noción de simultaneidad indepediente del observador. Su unidad básica en el  Sistema Internacional  es el segundo , cuyo símbolo es (debido a que es  un símbolo y no una abreviatura, no se debe escribir con mayúscula, ni como "seg", ni agregando un punto posterior). Contenido [ocultar]  1 El concepto físico del tiempo o 1.1 El tiempo en mecánica clásica o 1.2 El tiempo en mecánica relativista  1.2.1 Dilatación del tiempo o 1.3 El tiempo en mecánica cuántica o 1.4 La flecha del tiempo y la entropía 2 La medición del tiempo 

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TiempoPara otros usos de este término, véase  Tiempo (desambiguación). 

Un reloj es cualquier dispositivo que puede medir el tiempo transcurrido entre dos eventos que suceden

respecto de un observador.

El tiempo es la magnitud física con la que medimos la duración o separación de acontecimientos,

sujetos a cambio, de los sistemas sujetos a observación; esto es, el período que transcurre entre el

estado del sistema cuando éste aparentaba un estado X y el instante en el que X registra una

variación perceptible para un observador (o aparato de medida). El tiempo ha sido frecuentemente

concebido como un flujo sucesivo de microsucesos.

El tiempo permite ordenar los sucesos en secuencias, estableciendo un pasado, un futuro y un

tercer conjunto de eventos ni pasados ni futuros respecto a otro. En mecánica clásica esta tercera

clase se llama "presente" y está formada por eventos simultáneos a uno dado.

En mecánica relativista el concepto de tiempo es más complejo: los hechos simultáneos ("presente")

son relativos. No existe una noción de simultaneidad indepediente del observador.

Su unidad básica en el Sistema Internacional es el segundo, cuyo símbolo es (debido a que es

un símbolo y no una abreviatura, no se debe escribir con mayúscula, ni como "seg", ni agregando un

punto posterior).

Contenido

[ocultar] 

1 El concepto físico del tiempo 

o  1.1 El tiempo en mecánica clásica 

o  1.2 El tiempo en mecánica relativista 

  1.2.1 Dilatación del tiempo 

o  1.3 El tiempo en mecánica cuántica 

o  1.4 La flecha del tiempo y la entropía 

2 La medición del tiempo 

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  3 Véase también 

4 Referencias 

o  4.1 Bibliografía 

5 Enlaces externos 

[editar]El concepto físico del tiempo

Dados dos eventos puntuales E 1 y E 2, que ocurren respectivamente en instantes de tiempo t 1 y t 2, y

en puntos del espacio diferentes P 1 y P 2, todas las teorías físicas admiten que éstos pueden cumplir

una y sólo una de las siguientes tres condiciones:1 

1. Es posible para un observador estar presente en el evento E 1 y luego estar en el evento E 2,

y en ese caso se afirma que E 1 es un evento anterior a E 2. Además, si eso sucede, ese

observador no podrá verificar 2.

2. Es posible para un observador estar presente en el evento E 2 y luego estar en el evento E 1,

y en ese caso se afirma que E 1 es un evento posterior a E 2. Además si eso sucede, ese

observador no podrá verificar 1.

3. Es imposible, para un observador puntual, estar presente en los dos eventos E 1 y E 2.

Dado un evento cualquiera, el conjunto de eventos puede dividirse según esas tres categorías

anteriores. Es decir, todas las teorías físicas permiten, fijado un evento, clasificar a los eventos en:

(1) pasado, (2) futuro y (3) resto de eventos (ni pasados ni futuros). La clasificación de un tiempo

presente es debatible por la poca durabilidad de este intervalo que no se puede medir como un

estado actual sino como un dato que se obtiene en una continua sucesión de eventos. En mecánica

clásica esta última categoría está formada por los sucesos llamados simultáneos, y en mecánica

relativista, por los eventos no relacionados causalmente con el primer evento. Sin embargo, la

mecánica clásica y la mecánica relativista difieren en el modo concreto en que puede hacerse esa

división entre pasado, futuro y otros eventos y en el hecho de que dicho carácter pueda ser absoluto

o relativo respecto al contenido de los conjuntos.

Véanse también:  Causalidad (física), paradoja de los gemelos  y  espacio-tiempo  

[editar]El tiempo en mecánica clásica

En la mecánica clásica, el tiempo se concibe como una magnitud absoluta, es decir, es

un escalar cuya medida es idéntica para todos los observadores (una magnitud relativa es aquella

cuyo valor depende del observador concreto). Esta concepción del tiempo recibe el nombre

de tiempo absoluto. Esa concepción está de acuerdo con la concepción filosófica de Kant, que

establece el espacioy el tiempo como necesarios para cualquier experiencia humana. Kant asimismo

concluyó que el espacio y el tiempo eran conceptos subjetivos. Fijado un evento, cada observador

clasificará el resto de eventos según una división tripartita clasificándolos en: (1) eventos pasados,

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(2) eventos futuros y (3) eventos ni pasados y ni futuros. La mecánica clásica y la física pre-

relativista asumen:

1. Fijado un acontecimiento concreto todos los observadores sea cual sea su estado de

movimiento dividirán el resto de eventos en los mismos tres conjuntos (1), (2) y (3), es

decir, dos observadores diferentes coincidirán en qué eventos pertenecen al pasado, al

presente y al futuro, por eso el tiempo en mecánica clásica se califica de "absoluto" porque

es una distinción válida para todos los observadores (mientras que en mecánica relativista

esto no sucede y el tiempo se califica de "relativo").

2. En mecánica clásica, la última categoría, (3), está formada por un conjunto de puntos

tridimensional, que de hecho tiene la estructura de espacio euclídeo (el espacio en un

instante dado). Fijado un evento, cualquier otro evento simultáneo, de acuerdo con la

mecánica clásica estára situado en la categoría (3).

Aunque dentro de la teoría especial de la relatividad y dentro de la teoría general de la relatividad, la

división tripartita de eventos sigue siendo válida, no se verifican las últimas dos propiedades:

1. El conjunto de eventos ni pasados ni futuros no es tridimensional, sino una región

cuatridimensional del espacio tiempo.

2. No existe una noción de simultaneidad indepediente del observador como en mecánica

clásica, es decir, dados dos observadores diferentes en movimiento relativo entre sí, en

general diferirán sobre qué eventos sucedieron al mismo tiempo.El tiempo en mecánica relativista

En mecánica relativista la medida del transcurso del tiempo depende del sistema de referencia

donde esté situado el observador y de su estado de movimiento, es decir, diferentes observadores

miden diferentes tiempos transcurridos entre dos eventos causalmente conectados. Por tanto, la

duración de un proceso depende del sistema de referencia donde se encuentre el observador.

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De acuerdo con la teoría de la relatividad, fijados dos observadores situados en diferentes marcos

de referencia, dos sucesos A y B dentro de la categoría (3) (eventos ni pasados ni futuros), pueden

ser percibidos por los dos observadores como simultáneos, o puede que A ocurra "antes" que B

para el primer observador mientras que B ocurre "antes" de A para el segundo observador. En esas

circunstancias no existe, por tanto, ninguna posibilidad de establecer una noción absoluta de

simultaneidad independiente del observador. Según la relatividad general el conjunto de los sucesos

dentro de la categoría (3) es un subconjunto tetradimensionaltopológicamente abierto del espacio-

tiempo. Cabe aclarar que esta teoría sólo parece funcionar con la rígida condición de dos marcos de

referencia solamente. Cuando se agrega un marco de referencia adicional, la teoría de la Relatividad

queda invalidada: el observador A en la tierra percibirá que el observador B viaja a mayor velocidad

dentro de una nave espacial girando alrededor de la tierra a 7,000 kilómetros por segundo. El

observador B notará que el dato de tiempo al reloj. se ha desacelerado y concluye que el tiempo se

ha dilatado por causa de la velocidad de la nave. Un observador C localizado fuera del sistema

solar, notará que tanto el hombre en tierra como el astronauta girando alrededor de la tierra, están

viajando simultáneamente -la nave espacial y el planeta tierra- a 28,000 kilómetros por segundo

alrededor del sol. La más certera conclusión acerca del comportamiento del reloj en la nave

espacial, es que ese reloj está funcionando mal, porque no fue calibrado ni probado para esos

nuevos cambios en su ambiente. Esta conclusión está respaldada por el hecho que no existe prueba

alguna que muestre que el tiempo es objetivo.

Sólo si dos sucesos están atados causalmente todos los observadores ven el suceso "causal" antes

que el suceso "efecto", es decir, las categorías (1) de eventos pasados y (2) de de eventos futuros

causalmente ligados sí son absolutos. Fijado un evento E el conjunto de eventos de la categoría (3)

que no son eventos ni futuros ni pasados respecto a E puede dividirse en tres subconjuntos:

(a) El interior topológico de dicho conjunto, es una región abierta del espacio-tiempo y

constituye un conjunto acronal. Dentro de esa región dados cualesquiera dos eventos

resulta imposible conectarlos por una señal luminosa que emitida desde el primer evento

alcance el segundo.

(b) La frontera del futuro o parte de la frontera topológica del conjunto, tal que cualquier

punto dentro de ella puede ser alcanzado por una señal luminosa emitida desde el

evento E .

(c) La frontera del pasado o parte de la frontera topológica del conjunto, tal que desde

cualquier punto dentro de ella puede enviarse una señal luminosa que alcance el evento E .

Las curiosas relaciones causales de la teoría de la relatividad, conllevan a que no

existe un tiempo único y absoluto para los observadores, de hecho cualquier

observador percibe el espacio-tiempo o espacio tetradimensional según su estado de

movimiento, la dirección paralela a su cuadrivelocidad coincidirá con la dirección

temporal, y los eventos que acontecen en las hipersuperficies espaciales

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perpendiculares en cada punto a la dirección temporal, forman el conjunto de

acontecimientos simultáneos para ese observador.

Lamentablemente, dichos conjuntos de acontecimientos percibidos como simultáneos

difieren de un observador a otro.[editar]Dilatación del tiempo

Artículo principal:  Dilatación del tiempo. 

Si el tiempo propio es la duración de un suceso medido en reposo respecto a ese

sistema, la duración de ese suceso medida desde un sistema de referencia que se

mueve con velocidad constante con respecto al suceso viene dada por:

[editar]El tiempo en mecánica cuántica

En mecánica cuántica debe distinguirse entre la mecánica cuántica convencional,

en la que puede trabajarse bajo el supuesto clásico de un tiempo absoluto, y

la mecánica cuántica relativista, dentro de la cual, al igual que sucede en la teoría

de la relatividad, el supuesto de un tiempo absoluto es inaceptable e inapropiada

[editar]La flecha del tiempo y la entropía

Artículo principal:  Flecha del tiempo. 

Se ha señalado que la dirección del tiempo está relacionada con el aumento

de entropía, aunque eso parece deberse a las peculiares condiciones que se

dieron durante el Big Bang. Aunque algunos científicos como Penrose han

argumentado que dichas condiciones no serían tan peculiares si consideramos

que existe un principio o teoría física más completa que explique por qué nuestro

universo, y tal vez otros, nacen con condiciones iniciales aparentemente

improbables, que se reflejan en una bajísima entropía inicial.

[editar]La medición del tiempo

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Reloj de sol, de bolsillo.

La cronología (histórica, geológica, etc.) permite datar los momentos en los que

ocurren determinados hechos (lapsos relativamente breves) o procesos (lapsosde duración mayor). En una línea de tiempo se puede representar gráficamente

los momentos históricos en puntos y los procesos en segmentos.

Las formas e instrumentos para medir el tiempo son de uso muy antiguo, y todas

ellas se basan en la medición del movimiento, del cambio material de un objeto a

través del tiempo, que es lo que puede medirse. En un principio, se comenzaron a

medir los movimientos de los astros, especialmente el movimiento aparente del

Sol, dando lugar al tiempo solar aparente. El desarrollo de la astronomía hizo que,

de manera paulatina, se fueron creando diversos instrumentos, tales comolos relojes de sol, las clepsidras o los relojes de arena y los cronómetros. 

Posteriormente, la determinación de la medida del tiempo se fue perfeccionando

hasta llegar al reloj atómico. Todos los relojes modernos desde la invención del

reloj mecánico, han sido construidos con el mismo principio del "tic tic tic". El reloj

atómico está calibrado para contar 9,192,631,770 vibraciones del átomo de Cesio

para luego hacer un "tic".

Velocidad

Definición de los vectores velocidad media e instantánea.

Para otros usos de este término, véase  Velocidad (desambiguación). 

La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa la distancia recorrida por un

objeto por unidad de tiempo. Se representa por o . Sus dimensiones son [L] / [T]. Su unidad en

el Sistema Internacional es el m/s. 

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En virtud de su carácter vectorial, para definir la velocidad deben considerarse la dirección del

desplazamiento y el módulo, el cual se denomina celeridad o rapidez.1 

De igual forma que la velocidad es el ritmo o tasa de cambio de la posición por unidad de tiempo,

la aceleración es la tasa de cambio de la velocidad por unidad de tiempo.Contenido

[ocultar] 

1 Historia 

2 Velocidad en mecánica clásica 

o  2.1 Velocidad media 

o  2.2 Celeridad o rapidez 

o  2.3 Celeridad o magnitud de la velocidad promedio 

o  2.4 Velocidad instantánea 

o  2.5 Celeridad instantánea 

o  2.6 Velocidad relativa 

o  2.7 Velocidad angular 

3 Velocidad en mecánica relativista 

4 Velocidad en mecánica cuántica 

5 Unidades de velocidad 

o  5.1 Sistema Internacional de Unidades (SI) 

o  5.2 Sistema Cegesimal de Unidades 

o  5.3 Sistema Anglosajón de Unidades 

o  5.4 Navegación marítima y Navegación aérea 

o  5.5 Aeronáutica 

o  5.6 Unidades naturales 

6 Véase también 

7 Referencias 

o  7.1 Bibliografía 

8 Enlaces externos 

Historia

Aristóteles estudió los fenómenos físicos sin llegar a conceptualizar una noción de velocidad. En

efecto, sus explicaciones (que posteriormente se demostrarían incorrectas) solo describían los

fenómenos en palabras, sin usar las matemáticas como herramienta.

Fue Galileo Galilei quien, estudiando el movimiento de los cuerpos en un  plano inclinado, llegó a un

concepto de velocidad. Lo que hizo fue dividir la distancia recorrida en unidades de tiempo. Esto es,

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fijó un patrón de una unidad de tiempo, como por ejemplo 1 segundo, y a partir de esto relacionó la

distancia recorrida por un cuerpo en cada segundo. De esta manera, Galileo desarrolló el concepto

de la velocidad como una variación de la distancia recorrida por unidad de tiempo.

A pesar del gran avance de la introducción de esta nueva noción, sus alcances se restringían a losalcances mismos de las matemáticas. Por ejemplo, era relativamente sencillo calcular la velocidad

de un móvil que se desplaza a velocidad constante, puesto que en cada segundo recorre distancias

iguales. A su vez, también lo era calcular la velocidad de un móvil en  aceleración constante, como

en un cuerpo en caída libre. Sin embargo, cuando la velocidad del objeto variaba, no había

herramienta, en épocas de Galileo, que ayudase a determinar la velocidad instantánea de un objeto.

Fue recién en el siglo XVI cuando, con el desarrollo del cálculo por parte de Isaac Newton y Gottfried

Leibniz, se pudo solucionar la cuestión de obtener la velocidad instantánea de un objeto. Ésta está

determinada por la derivada de la posición del objeto respecto del tiempo.

Las aplicaciones de la velocidad, con el uso de Cálculo, es una herramienta fundamental

en Física e Ingeniería, extendiéndose en prácticamente todo estudio donde haya una variación de la

posición respecto del tiempo.

Velocidad en mecánica clásica

Velocidad media

La 'velocidad media' o velocidad promedio es la velocidad en un intervalo de tiempo dado. Se

calcula dividiendo el desplazamiento (Δr) por el tiempo (Δt) empleado en efectuarlo: 

(1)  

Esta es la definición de la velocidad media entendida como vector (ya que es el resultado de dividir

un vector entre un escalar).

Por otra parte, si se considera la distancia recorrida sobre la trayectoria en un intervalo de tiempo

dado, tenemos la velocidad media sobre la trayectoria o rapidez media , la cual es una cantidad

escalar. La expresión anterior se escribe en la forma:

(2)  

La velocidad media sobre la trayectoria también se suele denominar «velocidad media numérica»

aunque esta última forma de llamarla no está exenta de ambigüedades.

El módulo de la velocidad media (entendida como vector), en general, es diferente al valor de la

velocidad media sobre la trayectoria. Solo serán iguales si la trayectoria es rectilínea y si el móvil

solo avanza (en uno u otro sentido) sin retroceder. Por ejemplo, si un objeto recorre una distancia de

10 metros en un lapso de 3 segundos, el módulo de su velocidad media sobre la trayectoria es:

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Celeridad o rapidez

La celeridad o rapidez es la magnitud o el valor de la velocidad, sea velocidad vectorial media, seavelocidad media sobre la trayectoria, o velocidad instantánea (velocidad en un punto). Entonces, se

pueden presentar por lo menos tres casos de celeridad, dos de los cuales las desarrollamos a

continuación, y el tercer caso lo veremos al tocar velocidad instantánea:

[editar]Celeridad o magnitud de la velocidad promedio

Es la magnitud del desplazamiento dividida entre el tiempo transcurrido.

La rapidez promedio no necesariamente es igual a la magnitud de la velocidad promedio. La rapidez

promedio (o velocidad media sobre la trayectoria) y la velocidad media tienen la misma magnitud

cuando todo el movimiento se da en una dirección. En otros casos, pueden diferir. Esta diferencia

entre la rapidez y la magnitud de la velocidad puede ocurrir cuando se calculan valores promedio.

[editar]Velocidad instantánea

La velocidad instantánea permite conocer la velocidad de un móvil que se desplaza sobre una

trayectoria cuando el intervalo de tiempo es infinitamente pequeño, siendo entonces el espacio

recorrido también muy pequeño, representando un punto de la trayectoria. La velocidad instantánea

es siempre tangente a la trayectoria.

En forma vectorial, la velocidad es la derivada del vector posición respecto al tiempo:

donde es un versor (vector de módulo unidad) de dirección tangente a la trayectoria del cuerpo

en cuestión y es el vector posición, ya que en el límite los diferenciales de espacio recorrido y

posición coinciden.

[editar]Celeridad instantánea

Es el valor o módulo de la velocidad instantánea. Y es el tercer caso al que nos referíamos más

arriba. El módulo del vector velocidad instantánea y el valor numérico de la velocidad instantánea

sobre la trayectoria son iguales.

[editar]Velocidad relativa

Artículo principal:  Velocidad relativa. 

El cálculo de velocidades relativas en mecánica clásica es aditivo y encaja con la intuición común

sobre velocidades; de esta propiedad de la aditividad surge el método de la velocidad relativa. La

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velocidad relativa entre dos observadores A y B es el valor de la velocidad de un observador medida

por el otro. Las velocidades relativas medias por A y B serán iguales en valor absoluto pero de signo

contrario. Denotaremos al valor la velocidad relativa de un observador B respecto a otro observador

A como .

Dadas dos partículas A y B, cuyas velocidades medidas por un cierto observador son y , la

velocidad relativa de B con respecto a A se denota como y viene dada por:

Naturalmente, la velocidad relativa de A con respecto a B se denota como y viene dada por:

de modo que las velocidades relativas y tienen el mismo módulo pero dirección

contraria.

[editar]Velocidad angular

La velocidad angular no es propiamente una velocidad en el sentido anteriormente definido sino una

medida de la rapidez con la que ocurre un movimiento de rotación. Aunque no es propiamente una

velocidad una vez conocida la velocidad de un punto de un sólido y la velocidad angular del sólido

se puede determinar la velocidad instantánea del resto de puntos del sólido.

[editar]Velocidad en mecánica relativista

Artículo principal:  Cuadrivelocidad. 

En mecánica relativista puede definirse la velocidad de manera análoga a como se hace

en mecánica clásica sin embargo la velocidad así definida no tiene las mismas propiedades que su

análogo clásico:

  En primer lugar la velocidad convencional medida por diferentes observadores, aún inerciales,

no tiene una ley de transformación sencilla (de hecho la velocidad no es ampliable a

un cuadrivectorde manera trivial).

  En segundo lugar, el momento lineal y la velocidad en mecánica relativista no sonproporcionales, por esa razón se considera conveniente en los cálculos substituir la velocidad

convencional por lacuadrivelocidad, cuyas componentes espaciales coinciden con la velocidad

para velocidades pequeñas comparadas con la luz, siendo sus componentes en el caso

general:

Además esta cuadrivelocidad tiene propiedades de transformación adecuadamente covariantes y es

proporcional al cuadrimomento lineal.

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En mecánica relativista la velocidad relativa no es aditiva. Eso significa que si consideramos dos

observadores, A y B, moviéndose sobre una misma recta a velocidades diferentes ,

respecto de un tercer observador O, sucede que:

Siendo la velocidad de B medida por A y la velocidad de A medida por B. Esto sucede

porque tanto la medida de velocidades, como el transcurso del tiempo para los observadores A y B

no es el mismo debido a que tienen diferentes velocidades, y como es sabido el paso del tiempo

depende de la velocidad de un sistema en relación a la velocidad de la luz. Cuando se tiene en

cuenta esto, resulta que el cálculo de velocidades relativas no es aditiva. A diferencia de lo que

sucede en la mecánica clásica, donde el paso del tiempo es idéntico para todos los observadores

con independencia de su estado de movimiento. Otra forma de verlo es la siguiente: si las

velocidades relativas fuera simplemente aditiva en relatividad llegaríamos a contradicciones. Paraverlo, consideremos un objeto pequeño que se mueve respecto a otro mayor a una velocidad

superior a la mitad de la luz. Y consideremos que ese otro objeto mayor se moviera a más de la

velocidad de la luz respecto a un observador fijo. La aditividad implicaría que el objeto pequeño se

movería a una velocidad superior a la de la luz respecto al observador fijo, pero eso no es posible

porque todos los objetos materiales convencionales tienen velociades inferiores a la de luz. Sin

embargo, aunque las velocidades no son aditivas en relatividad, para velocidades pequeñas

comparadas con la velocida de la luz, las desigualdades se cumplen de modo aproximado, es decir:

Siendo inadecuada esta aproximación para valores de las velocidades no despreciables frente a la

velocidad de la luz.

[editar]Velocidad en mecánica cuántica

En mecánica cuántica no relativista el estado de una partícula se describe mediante una  función de

onda  que satisface la ecuación de Schrödinger. La velocidad de propagación media de la

partícula viene dado por la expresión:

Obviamente la velocidad sólo será diferente de cero cuando la función de onda es compleja, siendo

idénticamente nula la velocidad de los estados ligados estacionarios, cuya función de onda es  real. 

Esto último se debe a que los estados estacionarios representan estados que no varían con el

tiempo y por tanto no se propagan.

[editar]Unidades de velocidad

[editar]Sistema Internacional de Unidades (SI)

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  Metro por segundo (m/s), unidad de velocidad del SI (1 m/s = 3,6 km/h).

Sistema Métrico antiguo:

  Kilómetro por hora (km/h) (muy habitual en los medios de transporte)2 

  Kilómetro por segundo (km/s)

[editar]Sistema Cegesimal de Unidades 

  Centímetro por segundo (cm/s) unidad de velocidad del sistema cegesimal

[editar]Sistema Anglosajón de Unidades 

  Pie por segundo (ft/s), unidad de velocidad del sistema inglés

  Milla por hora (mph) (uso habitual)

  Milla por segundo (mps) (uso coloquial)

[editar]Navegación marítima y Navegación aérea 

  El Nudo es una unidad de medida de velocidad, utilizada en navegación marítima y aérea,

equivalente a la milla naútica por hora (la longitud de la milla naútica es de 1.851,85 metros; la

longitud de la milla terrestre -statute mille- es de 1.609,344 metros).

[editar]Aeronáutica 

  El Número Mach es una medida de velocidad relativa que se define como el cociente entre la

velocidad de un objeto y la velocidad del sonido en el medio en que se mueve dicho objeto. Es

un número adimensional típicamente usado para describir la velocidad de los aviones. Mach 1

equivale a la velocidad del sonido, Mach 2 es dos veces la velocidad del sonido, etc.

La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s (1224 km/h).

[editar]Unidades naturales 

  El valor de la velocidad de la luz en el vacío = 299.792.458 m/s (aproximadamente 300.000

km/s).

AceleraciónEn física, la aceleración es una magnitud vectorial que nos indica el cambio de velocidad por

unidad de tiempo. En el contexto de la mecánica vectorial newtoniana se representa normalmente

por o y su módulo por . Sus dimensiones son . Su unidad en el Sistema

Internacional es el m/s2. 

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En la mecánica newtoniana, para un cuerpo con masa constante, la aceleración del cuerpo es

proporcional a la fuerza que actúa sobre él (segunda ley de Newton):

donde F es la fuerza resultante que actúa sobre el cuerpo, m es la masa del cuerpo, y a es la

aceleración. La relación anterior es válida en cualquier sistema de referencia inercial. 

Contenido

[ocultar] 

1 Introducción 

2 Aceleración media e instantánea 

o

  2.1 Medición de la aceleración 

o  2.2 Unidades 

3 Componentes intrínsecas de la aceleración: aceleraciones tangencial y normal 

o  3.1 Movimiento circular uniforme 

o  3.2 Movimiento rectilíneo acelerado 

4 Aceleración en mecánica relativista 

5 Véase también 

6 Referencia 

o  6.1 Bibliografía 

7 Enlaces externos 

[editar]Introducción

De conformidad con la mecánica newtoniana, una partícula no puede seguir una trayectoria curva a

menos que sobre ella actúe una cierta aceleración, como consecuencia de la acción de una fuerza,

ya que si ésta no existiese su movimiento sería rectilíneo. Asimismo, una partícula en movimiento

rectilíneo solo puede cambiar su velocidad bajo la acción de una aceleración en la misma dirección

de su velocidad (dirigida en el mismo sentido si acelera; o en sentido contrario si desacelera).

Algunos ejemplos del concepto de aceleración serían:

  La llamada aceleración de la gravedad en la Tierra es la aceleración que produce la fuerza

gravitatoria terrestre; su valor en la superficie de la Tierra es, aproximadamente, de 9,8 m/s2.

Esto quiere decir que si se dejara caer libremente un objeto, aumentaría su velocidad de caída

a razón de 9,8 m/s por cada segundo (siempre que omitamos la resistencia aerodinámica del

aire). El objeto caería, por tanto, cada vez más rápido, respondiendo dicha velocidad a la

ecuación:

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  Una maniobra de frenada de un vehículo, que se correspondería con una aceleración de signo

negativo, o desaceleración, al oponerse a la velocidad que ya tenía el vehículo. Si el vehículo

adquiriese más velocidad, a dicho efecto se le llamaría aceleración y, en este caso, sería de

signo positivo.

Aceleración media e instantánea

Definición de la aceleración de una partícula en un movimiento cualquiera. Obsérvese que la aceleración no es

tangente a la trayectoria.

Cada instante, o sea en cada punto de la trayectoria, queda definido un vector velocidad que, en

general, cambia tanto en módulo como en dirección al pasar de un punto a otro de la trayectoria. La

dirección de la velocidad cambiará debido a que la velocidad es tangente a la trayectoria y ésta, por

lo general, no es rectilínea. En la Figura se representan los vectores velocidad correspondientes a

los instantes t y t +Δt , cuando la partícula pasa por los puntos P y Q, respectivamente. El cambio

vectorial en la velocidad de la partícula durante ese intervalo de tiempo está indicado por Δv, en el

triángulo vectorial al pie de la figura. Se define la aceleración media de la partícula, en el intervalo

de tiempo Δt , como el cociente:

Que es un vector paralelo a Δv y dependerá de la duración del intervalo de tiempo Δ t considerado.

La aceleración instantánea se la define como el límite al que tiende el cociente incremental

 Δv/Δt  cuando Δt →0; esto es la derivada del vector velocidad con respecto al tiempo:

Puesto que la velocidad instantánea v a su vez es la derivada del vector posición r respecto al

tiempo, la aceleración es la derivada segunda de la posición con respecto del tiempo:

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De igual forma se puede definir la velocidad instantánea a partir de la aceleración como:

Se puede obtener la velocidad a partir de la aceleración mediante  integración: 

[editar]Medición de la aceleración

La medida de la aceleración puede hacerse con un sistema de adquisición de datos y un

simple acelerómetro. Los acelerómetros electrónicos son fabricados para medir la aceleración en

una, dos o tres direcciones. Cuentan con dos elementos conductivos, separados por un material que

varia su conductividad en función de las medidas, que a su vez serán relativas a la aceleración delconjunto.

[editar]Unidades

Las unidades de la aceleración son:

  Sistema Internacional 

1 m/s2 

  Sistema Cegesimal 1 cm/s2 = 1 Gal 

[editar]Componentes intrínsecas de la aceleración:aceleraciones tangencial y normal

Componentes intrínsecas de la aceleración.

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En tanto que el vector velocidad v es tangente a la trayectoria, el vector

aceleración a puede descomponerse en dos componentes (llamadas componentes

intrínsecas) mutuamente perpendiculares: una componente tangencial at (en la dirección de

la tangente a la trayectoria), llamada aceleración tangencial, y una componente

normal an (en la dirección de la normal principal a la trayectoria), llamada  aceleración

normal o centrípeta (este último nombre en razón a que siempre está dirigida hacia el

centro de curvatura).

Derivando la velocidad con respecto al tiempo, teniendo en cuenta que el vector tangente

cambia de dirección al pasar de un punto a otro de la trayectoria (esto es, no es constante)

obtenemos

siendo el vector unitario tangente a la trayectoria en la misma dirección que la

velocidad y la velocidad angular. Resulta conveniente escribir la expresión anterior en la

forma

siendo

el vector unitario normal a la trayectoria, esto es dirigido hacia el centro de curvatura

de la misma,

el radio de curvatura de la trayectoria, esto es el radio de la circunferencia osculatriz a la

trayectoria.

Las magnitudes de estas dos componentes de la aceleración son:

Cada una de estas dos componentes de la aceleración tiene un significado físico

bien definido. Cuando una partícula se mueve, su celeridad puede cambiar y este

cambio lo mide la aceleración tangencial. Pero si la trayectoria es curva también

cambia la dirección de la velocidad y este cambio lo mide la aceleración normal.

  Si en el movimiento curvilíneo la celeridad es constante (v =cte), la

aceleración tangencial será nula, pero habrá una cierta aceleración normal,

de modo que en un movimiento curvilíneo siempre habrá aceleración.

  Si el movimiento es circular, entonces el radio de curvatura es el radio R de la

circunferencia y la aceleración normal se escribe como a n = v 2 / R .

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  Si la trayectoria es rectilínea, entonces el radio de curvatura es infinito (ρ→∞)

de modo que a n=0 (no hay cambio en la dirección de la velocidad) y la

aceleración tangencial a t será nula o no según que la celeridad sea o no

constante.

Los vectores que aparecen en las expresiones anteriores son los vectores

del triedro de Frênet que aparece en la geometría diferencial de curvas del

siguiente modo:

es el vector unitario tangente a la curva.

es el vector unitario normal a la curva.

es el vector velocidad angular que es paralelo al vector binormal a la curva.

[editar]Movimiento circular uniforme

Cinemática del movimiento circular.

Artículo principal:  Movimiento circular uniforme. 

Un movimiento circular uniforme es aquél en el que la partícula

recorre una trayectoria circular de radio R con celeridad constante,

es decir, que la distancia recorrida en cada intervalo de tiempo igual

es la misma. Para ese tipo de movimiento el vector de velocidad

mantiene su módulo y va variando la dirección siguiendo una

trayectoria circular. Si se aplican las fórmulas anteriores, se tiene

que la aceleración tangencial es nula y la aceleración normal es

constante: a esta aceleración normal se la llama "aceleración

centrípeta". En este tipo de movimiento la aceleración se invierte en

modificar la trayectoria del objeto y no en modificar su velocidad.

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[editar]Movimiento rectilíneo acelerado

Artículo principal:  Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. 

En el Movimiento Rectilíneo Acelerado, la aceleración instantánea

queda representada como la pendiente de la recta tangente a la curva

que representa gráficamente la función v (t ).

Si se aplican las fórmulas anteriores al movimiento rectilíneo, en el

que sólo existe aceleración tangencial, al estar todos los vectores

contenido en la trayectoria, podemos prescindir de la notación

vectorial y escribir simplemente:

Ya que en ese tipo de movimiento los vectores y son paralelos,

satisfaciendo también la relación:

La coordenadas de posición viene dada en este caso por:

Un caso particular de movimiento rectilíneo acelerado es

el movimiento rectilíneo uniformemente acelerado donde la

aceleración es además constante y por tanto la velocidad y la

coordenadas de posición vienen dados por:

[editar]Aceleración en mecánica relativista

Artículo principal:  Cuadriaceleración. 

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El análogo de la aceleración en mecánica relativista se llama

cuadriaceleración y es un cuadrivector cuyas tres componentes

espaciales para pequeñas velocidades coinciden con las de la

aceleración newtoniana (la componente temporal para pequeñas

velocidades resulta proporcional a la potencia de la fuerza divida por

la velocidad de la luz y la masa de la partícula).

En mecánica relativista la cuadrivelocidad y la cuadriaceleración son

siempre ortogonales, eso se sigue de que la cuadrivelocidad tiene

un (pseudo)módulo constante:

Donde c es la velocidad de la luz y el producto anterior es elproducto asociado a la métrica de Minkowski: 

Desplazamiento (vector)

Vector desplazamiento y distancia recorrida a lo largo de un camino.

En mecánica, el desplazamiento es el vector que define la posición de un punto o partícula en

relación a un origen A con respecto a una posición B. El vector se extiende desde el punto de

referencia hasta la posición final. Cuando se habla del desplazamiento de un cuerpo en el espacio

solo importa la posición inicial del cuerpo y la posición final, ya que la trayectoria que describe el

cuerpo no es de importancia si se quiere hallar su desplazamiento. Esto puede observarse cuando

un jugador de fútbol parte de un punto de la cancha y le da una vuelta entera para terminar en la

misma posición inicial; para la física allí no hay desplazamiento porque su posición inicial es igual a

la final.

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Contenido

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1 Introducción 

2 Desplazamientos de puntos materiales aislados 

3 Desplazamientos en un sólido deformable 

4 Véase también 

5 Bibliografía 

[editar]Introducción

En la mecánica del punto material, se entiende por desplazamiento el vector o segmento recto

orientado que une la posición inicial con otro punto genérico de la trayectoria. Este uso del vector

desplazamiento permite describir en forma completa el movimiento y el camino de una partícula.

En mecánica de medios continuos se entiende por desplazamiento el vector que va desde la

posición inicial (antes de la deformación) a la final (después de la deformación) de un mismo punto

material del medio continuo.

Cuando el punto de referencia es el origen del sistema de coordenadas que se utiliza, el vector

desplazamiento se denomina por lo general vector posición, que indica la posición por medio de la

línea recta dirigida desde la posición previa a la posición actual, en comparación con la  magnitud

escalar "distancia recorrida" que indica solo la longitud del camino, obviamente en un espacio

euclídeo se tiene:

La igualdad anterior sólo se cumpliría para un movimiento rectilíneo.

Cuando el punto de referencia es la posición previa de la partícula, el vector desplazamiento indica

la dirección del movimiento por medio de un vector que va desde la posición previa a la posición

actual. Este uso del vector desplazamiento es útil para definir a los vectores velocidad y aceleración

de una partícula definida.

[editar]Desplazamientos de puntos materiales aislados

En ciertos contextos se representa por Δx y viene dado por:

[editar]Desplazamientos en un sólido deformable

Si llamamos K a la región del espacio ocupada por un sólido deformable podemos representar el

proceso de deformación entre dos posiciones como un difeomorfismo  . Si

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consideramos un sistema de coordenadas cartesianas (x, y, z ) sobre K se define el vector

desplazamiento u para cada punto sencillamente como:

A partir de este vector de desplazamientos es trivial calcular las componentes de la deformación y si

se conoce la ley constitutiva del sólido deformable pueden determinarse las tensiones mecánicasa 

que se halla sometido. En concreto el tensor deformación de Green-Lagrange:

Donde:

Masa

Patrón de un kilogramo masa.

Para otros usos de este término, véase  Masa (desambiguación). 

La masa, en física, es la cantidad de materia de un cuerpo.1 Es una propiedad intrínseca de los

cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional. La unidad utilizada

para medir la masa en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una cantidad

escalar y no debe confundirse con el peso, que es una cantidad vectorial que representa una fuerza. 

Contenido

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1 Historia 

2 Masa inercial 

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  3 Masa gravitacional 

4 Equivalencia de la masa inercial y la masa gravitatoria 

5 Consecuencias de la Relatividad 

6 Masa convencional 

7 Véase también 

8 Referencias 

9 Enlaces externos 

[editar]Historia

El concepto de masa surge de la confluencia de dos leyes: la ley Gravitación Universal de Newton y

la 2ª Ley de Newton (o 2º Principio). Según la ley de la Gravitación de Newton, la atracción entre

dos cuerpos es proporcional al producto de dos constantes, denominadas masa gravitacional —unade cada uno de ellos—, siendo así la masa gravitatoria una propiedad de la materia en virtud de la

cual dos cuerpos se atraen; por la 2ª ley (o principio) de Newton, la fuerza aplicada sobre un cuerpo

es directamente proporcional a la aceleración que experimenta, denominándose a la constante de

proporcionalidad: masa inercial del cuerpo.

Para Einstein la gravedad es una propiedad del espacio-tiempo: una deformación de la geometría

del espacio-tiempo por efecto de la masa de los cuerpos.2 

No es obvio que la masa inercial y la masa gravitatoria coincidan. Sin embargo todos los

experimentos muestran que sí. Para la física clásica esta identidad era accidental. Ya Newton, para

quien peso e inercia eran propiedades independientes de la materia, propuso que ambas cualidades

son proporcionales a la cantidad de materia, a la cual denominó "masa". Sin embargo, para Einstein,

la coincidencia de masa inercial y masa gravitacional fue un dato crucial y uno de los puntos de

partida para su teoría de la Relatividad y, por tanto, para poder comprender mejor el comportamiento

de la naturaleza. Según Einstein, esa identidad significa que: «la misma cualidad de un cuerpo se 

manifiesta, de acuerdo con las circunstancias, como inercia o como peso.»  

Esto llevó a Einstein a enunciar el Principio de equivalencia: «las leyes de la naturaleza deben

expresarse de modo que sea imposible distinguir entre un campo gravitatorio uniforme y un sistema

referencial acelerado.» Así pues, «masa inercial» y «masa gravitatoria» son indistinguibles y,

consecuentemente, cabe un único concepto de «masa» como sinónimo de «cantidad de materia»,

según formuló Newton.

En palabras de D. M. McMaster: «la masa es la expresión de la cantidad de materia de un cuerpo,

revelada por su peso, o por la cantidad de fuerza necesaria para producir en un cuerpo cierta

cantidad de movimiento en un tiempo dado.»3 

En la física clásica, la masa es una constante de un cuerpo. En física relativista, la masa es funciónde la velocidad que el cuerpo posee respecto al observador. Además, la física relativista demostró la

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relación de la masa con la energía, quedando probada en las reacciones nucleares; por ejemplo, en

la explosión de una bomba atómica queda patente que la masa es una magnitud que trasciende a la

masa inercial y a la masa gravitacional.

Es un concepto central en física, química, astronomía y otras disciplinas afines.[editar]Masa inercial

Artículo principal:  Masa inercial. 

La masa inercial para la física clásica viene determinada por la Segunda y Tercera  Ley de Newton. 

Dados dos cuerpos, A y B, con masas inerciales m A (conocida) y m B (que se desea determinar), en

la hipótesis dice que las masas son constantes y que ambos cuerpos están aislados de otras

influencias físicas, de forma que la única fuerza presente sobre A es la que ejerce B,

denominadaF AB , y la única fuerza presente sobre B es la que ejerce A, denominada F BA, de acuerdocon la Segunda Ley de Newton:

.

donde a A y a B son las aceleraciones de A y B, respectivamente. Es necesario que estas

aceleraciones no sean nulas, es decir, que las fuerzas entre los dos objetos no sean

iguales a cero. Una forma de lograrlo es, por ejemplo, hacer colisionar los dos cuerpos y

efectuar las mediciones durante el choque.

La Tercera Ley de Newton afirma que las dos fuerzas son iguales y opuestas:

.

Sustituyendo en las ecuaciones anteriores, se obtiene la masa de B como

.

Así, el medir a A y a B permite determinar m B en relación con m A, que era lo

buscado. El requisito de que a B sea distinto de cero hace que esta ecuación

quede bien definida.

En el razonamiento anterior se ha supuesto que las masas de A y B son

constantes. Se trata de una suposición fundamental, conocida como

la conservación de la masa, y se basa en la hipótesis de que la materia no puede

ser creada ni destruida, sólo transformada (dividida o recombinada). Sin embargo,

a veces es útil considerar la variación de la masa del cuerpo en el tiempo; por

ejemplo, la masa de un cohete decrece durante su lanzamiento. Esta

aproximación se hace ignorando la materia que entra y sale del sistema. En el

caso del cohete, esta materia se corresponde con el combustible que es

expulsado; la masa conjunta del cohete y del combustible es constante.

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[editar]Masa gravitacional

Artículo principal:  Masa gravitacional. 

Considérense dos cuerpos A y B con masas gravitacionales M A y M B , separados

por una distancia |r AB |. La Ley de la Gravitación de Newton dice que la magnitud

de la fuerza gravitatoria que cada cuerpo ejerce sobre el otro es

donde G es la constante de gravitación universal. La sentencia anterior se

puede reformular de la siguiente manera: dada la aceleración g de una masa

de referencia en un campo gravitacional (como el campo gravitatorio de la

Tierra), la fuerza de la gravedad en un objeto con masa gravitacional M es de

la magnitud

.

Esta es la base según la cual las masas se determinan en las  balanzas. 

En las balanzas de baño, por ejemplo, la fuerza |F | es proporcional al

desplazamiento del muelle debajo de la plataforma de pesado

(véase Ley de Hooke), y la escala está calibrada para tener en

cuenta g de forma que se pueda leer la masa M .

[editar]Equivalencia de la masa inercial y la masagravitatoria

Se demuestra experimentalmente que la masa inercial y la masa

gravitacional son iguales —con un grado de precisión muy alto—. Estos

experimentos son esencialmente pruebas del fenómeno ya observado

por Galileo de que los objetos caen con una aceleración independiente

de sus masas (en ausencia de factores externos como el rozamiento).

Supóngase un objeto con masas inercial y gravitacional m y M ,respectivamente. Si la gravedad es la única fuerza que actúa sobre el

cuerpo, la combinación de la segunda ley de Newton y la ley de la

gravedad proporciona su aceleración como:

Por tanto, todos los objetos situados en el mismo campo gravitatorio

caen con la misma aceleración si y sólo si la proporción entre masa

gravitacional e inercial es igual a una constante. Por definición, sepuede tomar esta proporción como 1.

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[editar]Consecuencias de la Relatividad

Históricamente, se ha usado el término "masa" para describir a la magnitud  E /c², (que sedenominaba "masa relativista") y a m, que se denominaba "masa en reposo". Los físicos norecomiendan seguir esta terminología, porque no es necesario tener dos términos para laenergía de una partícula y porque crea confusión cuando se habla de partículas "sin masa".En este artículo, siempre se hace referencia a la "masa en reposo".

Para más información, véase el 'Usenet Physics FAQ'en la sección de Enlaces externos. 

En la teoría especial de la relatividad la "masa" se refiere a la masa

inercial de un objeto medida en el sistema de referencia en el que

está en reposo (conocido como "sistema de reposo"). El método

anterior para obtener la masa inercial sigue siendo válido, siempre

que la velocidad del objeto sea mucho menor que la velocidad de la

luz, de forma que la mecánica clásica siga siendo válida.

En la mecánica relativista, la masa de una partícula libre está

relacionada con su energía y su momento lineal según la siguiente

ecuación:

.

Que se puede reordenar de la siguiente manera:

El límite clásico se corresponde con la situación en la que

el momento p es mucho menor que mc , en cuyo caso se

puede desarrollar la raíz cuadrada en una serie de Taylor: 

El término principal, que es el mayor, es la energía enreposo de la partícula. Si la masa es distinta de cero,

una partícula siempre tiene como mínimo esta

cantidad de energía, independientemente de

su cantidad de movimiento o moméntum. La energía

en reposo, normalmente, es inaccesible, pero puede

liberarse dividiendo o combinando partículas, como en

la fusión y fisión nucleares. El segundo término es

la energía cinética clásica, que se demuestra usando

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la definición clásica de momento cinético o momento

lineal:

y sustituyendo para obtener:

La relación relativista entre energía, masa y

momento también se cumple para partículas

que no tienen masa (que es un concepto mal

definido en términos de mecánica clásica).

Cuando m = 0 , la relación se simplifica en

donde p es el momento relativista.

Esta ecuación define la mecánica de las

partículas sin masa como el fotón, que

son las partículas de la luz. 

[editar]Masa convencional

Según el documento D28 "Conventionalvalue of the result of weighing in air" de

la Organización Internacional de

Metrología Legal (OIML), la masa

convencional de un cuerpo es igual a la

masa de un patrón de densidad igual a

8.000 kg/m3 que equilibra en el aire a

dicho cuerpo en condiciones

convencionalmente escogidas:

temperatura del aire igual a 20 °C y

densidad del aire igual a 0,0012 g/cm3 

Esta definición es fundamental para un

comercio internacional sin controversias

sobre pesajes realizados bajo distintas

condiciones de densidad del aire y

densidad de los objetos. Si se

pretendiera que las balanzas midan

masa, sería necesario contar con

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patrones de masa de la misma densidad

que los objetos cuya masa interese

determinar, lo que no es práctico y es la

razón por la que se definió la Masa

Convencional, la cual es la magnitud que

miden las balanzas con mayor exactitud

que masa.