¿Cuántas veces pesas las cosas durante el día? Si estás a dieta, lo más probable es que te subas a la báscula cada mañana para revisar tus progresos. Si desayunarás, es posible que sopeses lo que vas a comer llenando un cuenco de cereales. Si vas a enviar una carta o un bulto, seguramente lo lleves a una oficina de correos a fin de que lo pesen. Cuando compras cosas en una tienda de comestibles, el precio que pagas por la mayor parte de los productos se fundamenta en su peso. En ciertos países, aun el dinero que tienes en el bolsillo se fundamenta en un sistema de peso. (Las libras esterlinas y también irlandesas, por servirnos de un ejemplo, originalmente pesaban precisamente una libra). Dado que gran parte de nuestro planeta se rige por el peso, es muy importante contar con métodos de pesaje precisos. Pero, ¿qué es precisamente el peso y de qué manera se mide en la práctica? Veámoslo más de cerca.
Foto: La manera más sencilla de pesar: un juego de pesas de latón a la vieja usanza y una balanza para medir las cartas antes de enviarlas por correo. La balanza funciona como un balancín, fluctuando de un lado a otro hasta que el peso del platillo izquierdo es igual al del platillo derecho. Se pone la carta en un platillo y se ponen unas pesas en el otro hasta el momento en que la aguja del centro se equilibra exactamente (apunta hacia abajo). Estas balanzas están expuestas en la histórica Saltram House del National Trust, en Devon (Inglaterra).
Contenido
Peso y masa
¿Cuánto pesarías en Marte?
¿De qué forma se puede medir el peso?
De qué manera marchan las balanzas
¿Las libras no son una medida de fuerza y no de masa?
Más información
Peso y masa
Antes de seguir adelante, aclaremos la diferencia entre peso y masa. La mayoría de las veces, cuando charlamos de peso, nos referimos a la masa. Los kilogramos, las libras, las piedras, las onzas y los gramos son unidades de masa, no de peso. Entonces, ¿cuál es la diferencia?
Obra de arte que muestra cómo una persona con masa es atraída por la gravedad de la Tierra (peso).
Obra de arte: La masa (azul) es la cantidad de "materia" de la que estás hecho. El peso (rojo) es la fuerza que actúa sobre tu masa.
La masa es la cantidad de materia de la que está hecho algo. Las cosas grandes suelen tener más masa que las pequeñas. Si tienes un trozo de hierro o cobre y lo llevas a diferentes lugares de la Tierra (o bien aun a la Luna) para medir su masa, siempre y en todo momento conseguirás el mismo resultado.
El peso es una medida de la fuerza de gravedad que actúa sobre una determinada cantidad de masa. La fuerza de gravedad varía levemente en toda la Tierra, con lo que, si bien el pedazo de hierro tenga exactamente la misma masa, su peso varía: puede pesar un tanto más en Bangladesh que en el Tíbet. ¿Y en la Luna? En la Luna, la fuerza de la gravedad es aproximadamente una sexta parte de la que hay en la Tierra. En consecuencia, las cosas pesan solo una sexta parte en la Luna que en la Tierra, aunque su masa sea la misma en ambos lugares. ¿Por qué las cosas son más pesadas en la Tierra? Esencialmente por el hecho de que la Tierra es considerablemente más masiva que la Luna. Atrae los objetos con más fuerza y eso les da más peso.
Si se utilizan unidades métricas (y del SI), se mide la masa en kilogramos (kg) y el peso en newtons (N) y se transforma la masa en peso multiplicando por 10 aproximadamente (por el hecho de que la fuerza de la gravedad en la Tierra es de unos diez newtons/kg). La mayor parte de las veces, es admisible referirse a los pesos en unidades de masa (como kilogramos o libras) pues cualquier masa en la Tierra se convierte en un peso prácticamente de la misma forma. Jamás se oye a la gente decir cosas como "peso setecientos newtons", aunque -a nivel científico hablando- deberían hacerlo.
¿Cuánto pesarías en Marte?
Astronautas de la NASA practican la flotación en ingravidez en el avión simulador del cometa KC-ciento treinta y cinco.
Foto: Lo que pesas depende de calibrar bascula dónde te encuentres, como están verificando estos astronautas en un aeroplano de adiestramiento. Simula la ingravidez haciendo inmersiones profundas cara la Tierra. Foto cortesía de la NASA en The Commons.
El sitio del Exploratorium tiene una pequeña página en la que puedes calcular tu peso en otros mundos. Marcha tomando tu peso en la Tierra y ajustándolo conforme la fuerza de gravedad de cada planeta (o estrella), que podemos calcular desde la masa del planeta y su tamaño (su radio). Como es de esperar, un planeta más masivo, como Júpiter, te atraerá con mucha más fuerza que la Tierra, sencillamente pues hay más "cosas" que tiran de tu cuerpo. Pero no es tan sencillo, pues hay que rememorar que Júpiter es también un planeta más grande que la Tierra (tiene un radio mayor). Esto tenderá a hacer que te atraiga menos, pues si te sitúas en la superficie de Júpiter, hay una mayor distancia entre tu cuerpo y el centro del planeta: estás más lejos, con lo que la gravedad de Júpiter tira menos de ti. Teniendo en cuenta estos 2 factores opuestos, obtenemos la fuerza de la gravedad en la superficie de cada planeta (o estrella). Aquí tienes ciertos para iniciar.
¿De qué manera se puede medir el peso?
El peso de un objeto se puede determinar con un instrumento llamado báscula.
Las balanzas de platillo viejas (en ocasiones denominadas balanzas) consisten literalmente en compensar dos platillos de balanza con pesos conocidos en un platillo y el objeto que se quiere pesar en el otro. En un género de balanza tenuemente diferente, llamada balanza de acero, se cuelga un click aqui platillo de un extremo de un brazo metálico y se mueve un peso a lo largo del otro extremo, de forma similar a un balancín, hasta hallar un punto de equilibrio. Las balanzas de acero se inventaron en la época romana, pero aún se utilizan hoy en día. Los médicos y las enfermeras aún los emplean para pesar a los bebés pequeños.
Un pequeño timbal usado para medir cartas en una oficina de correos.
Foto: Formas de pesar: uso de un acerico para medir el peso de las cartas. Se ponen las cartas en el platillo, se mueve la pesa deslizante hasta el momento en que el brazo esté horizontal y luego se lee el peso en la balanza. Fotografía de Tiffini M. Jones, cortesía de la Marina de los Estados Unidos.
Muchos chefs emplean balanzas de muelle en lugar de balanzas de plato y pesas. Se pone el objeto a pesares en la parte superior de una plataforma móvil y esta empuja hacia abajo, estirando o comprimiendo un muelle en su interior y haciendo girar una aguja cerca de un dial (puede ver exactamente de qué forma marcha en el cuadro de abajo).
Todavía más cómodas que las balanzas de muelle son las balanzas electrónicas, que dan el peso al momento en forma de lectura digital. Las balanzas que la gente utiliza para pesarse acostumbran a funcionar así. Te pones de pie en una plataforma y tu peso, empujando hacia abajo, comprime un sensor de presión llamado transductor piezoeléctrico. Se trata de una suerte de cristal que genera una corriente eléctrica cuando se aprieta: cuanto más se empuja, más corriente genera. Por consiguiente, cuanto más pesas, más corriente fluye en el transductor. Un circuito electrónico conectado al transductor mide la corriente y la transforma en una medida de "peso" (realmente una medida de masa) en kilos, libras, piedras o bien cualquier otra unidad que escojas.
Una manzana pesada en una balanza electrónica de precisión.
Foto: Más formas de pesar: una balanza electrónica como esta mide con precisión con un sensor piezoeléctrico y muestra el resultado en una pantalla digital. Puede ver que esta manzana pesa setenta y tres con cinco gramos. Al pulsar uno de los botones, esa medida se convierte de forma instantánea en onzas.
Los objetos grandes (como los camiones) son, obviamente, demasiado grandes para pesarlos con básculas o bien balanzas normales, pero prosigue siendo esencial pesarlos para revisar, por poner un ejemplo, que no son demasiado pesados para transportarlos en aeroplanos o barcos. Los camiones se pesan conduciéndolos sobre unas pasarelas metálicas llamadas básculas puente, que se apoyan en unos cilindros hidráulicos. Cuanto más pesado es el camión, mayor es la fuerza que ejercen los cilindros y más tienen que empujar cara arriba para equilibrar el peso del camión con precisión. Puedes calcular el peso del camión desde la presión hidráulica de los tubos. Si conoces el peso en orden de marcha del camión (peso en orden de marcha o peso en vacío), que acostumbra a estar pintado en el lateral del vehículo, puedes calcular de manera fácil el peso de su carga por sustracción.
Cómo funcionan las básculas
Las básculas miden cuánto pesa algo, y lo hacen midiendo la fuerza que existe entre el objeto que se pesa y el planeta Tierra. Si bien las balanzas miden la fuerza, dan medidas de masa en kilogramos, gramos, libras o bien lo que sea. Esto puede ser un poco confuso, mas es admisible por el hecho de que (como se ha explicado anteriormente) el peso y la masa están conectados de forma sencilla y de forma frecuente se utilizan indistintamente en la vida cotidiana.
Imaginemos que tienes una fácil báscula de cocina como esta. Si eres un curioso compulsivo (como ) y quitas el puntero y la esfera (sin romperlos en pedazos y destrozar la balanza en el proceso), vas a ver el mecanismo que se esconde en el interior. Al cargar el platillo (o empujarlo con la mano), una plataforma oculta en el interior de la balanza se desliza hacia abajo, estirando un potente muelle al hacerlo. Cuanto más pesado es el objeto, más lo empuja la gravedad cara abajo y más se estira el muelle. Hasta aquí todo bien, pero ¿cómo convertimos ese estiramiento del muelle en una medida numérica?
Una naranja en la parte superior de una simple balanza de cocina. Mecanismo en la balanza de cocina simple.
La plataforma móvil de la parte delantera es en realidad una suerte de engranaje de cremallera. La plataforma es la cremallera y el puntero de la balanza es el piñón. Conforme la plataforma (cremallera) se mueve hacia abajo, el piñón (el pequeño engranaje al que está unido el puntero) vira. En la fotografía de la izquierda se puede ver de qué forma ocurre esto. En la foto de la derecha, en la parte posterior de la balanza, se puede ver el potente y grueso muelle que se estira conforme la plataforma desciende. El mecanismo es de manera perfecta lineal: si se pone el doble de peso en la balanza, el muelle se estira el doble, la cremallera se mueve el doble y el piñón y la aguja giran alrededor del dial el doble.
Puntero y piñón de cremallera en una balanza de cocina sencilla. Muelle en una simple báscula electrónica.
¿No son las libras una medida de fuerza y no de masa?
De vez en cuando recibo e mails de personas (generalmente de U.S.A.) que leen este artículo y se quejan de que he definido las libras como una medida de masa; para ellos, las libras son una medida de fuerza. Oficialmente, esto es un error: las primordiales organizaciones encargadas de sostener los estándares de medición definen las libras como medidas de masa: el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE.UU. (ya antes Oficina Nacional de Estándares de EE.UU.) ha definido la libra como una medida de masa (1 libra = 0,453 kg) durante más de medio siglo y su actual Manual (44-2013) incluye onzas, libras y piedras como unidades de masa, del mismo modo que el Laboratorio Nacional de Física del R. Unido. Todas las básculas que fotografié para este artículo tienen escalas marcadas en kilos y gramos (por un lado) y piedras, libras y onzas (por el otro), mostrando la equivalencia entre ellas: todas son unidades de masa.
Grandes balanzas mecánicas en una estación de ferrocarril.
Foto: Estas básculas tradicionales se encuentran en una estación de ferrocarril en Bath, Inglaterra. Pueden pesar objetos de hasta ciento noventa y dos kg (24 piedras), lo suficiente para que quepan 2 adultos medios. Como la mayor parte de las básculas, tienen 2 diales que pueden dar una medida en unidades métricas (como los kilogramos) o imperiales (libras y piedras).
Es verdad que en las antiguas mediciones imperiales la libra podía emplearse para medir la fuerza, y ciertas personas hacen en ocasiones la diferencia utilizando los términos "libra (masa)" (lb-m/lbm) o bien "libra avoirdupois" y "libra-fuerza" (lb-f/lbf). A los ingenieros, particularmente, les gusta hablar de libras como unidades de fuerza. Sin embargo, si es un científico, es mejor no entrar en este juego; la libra es una unidad muy confusa con un bagaje histórico innecesariamente confuso y, como todas las unidades imperiales, es mejor evitarla en la ciencia moderna. Si se emplean las unidades métricas del SI (kilogramos para la masa y newtons para la fuerza), todo va a tener mucho más sentido.
Para saber más, le recomiendo que lea los artículos de Wikipedia sobre la libra (masa) y la libra (fuerza). Fíjate en lo confuso que resulta el anticuado sistema de la libra (fuerza) cuando comienzas a usarlo.