¿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 comprobar tus progresos. Si desayunarás, es posible que sopeses lo que vas a comer llenando un cuenco de cereales. Si vas a mandar 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 comibles, el precio que pagas por la mayor parte de los productos se fundamenta en su peso. En algunos países, incluso 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. Mas, ¿qué es exactamente el peso y cómo se mide en la práctica? Veámoslo más de cerca.
Foto: La forma más sencilla de pesar: un juego de pesas de latón a la vieja usanza y una balanza para medir las cartas antes de mandarlas por correo. La balanza funciona como un balancín, fluctuando de un lado a otro hasta el momento en 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 que la aguja del centro se equilibra precisamente (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?
Cómo marchan las balanzas
¿Las libras no son una medida de fuerza y no de masa?
Más información
Peso y masa
Ya antes de continuar adelante, aclaremos la diferencia entre peso y masa. La mayor parte de las veces, cuando hablamos de peso, nos referimos a la masa. Los kilos, 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 acostumbran a tener más masa que las pequeñas. Si tienes un pedazo de hierro o bien cobre y lo llevas a diferentes lugares de la Tierra (o aun a la Luna) para medir su masa, siempre y en toda circunstancia obtendrás exactamente 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 cambia sutilmente en toda la Tierra, con lo que, si bien el trozo 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 una parte de la que hay en la Tierra. Por ende, las cosas pesan sólo una sexta parte en la Luna que en la Tierra, si bien su masa sea la misma en los dos lugares. ¿Por qué las cosas son más pesadas en la Tierra? Fundamentalmente pues la Tierra es mucho más masiva que la Luna. Atrae los objetos con más fuerza y eso les da más peso.
Si se usan unidades métricas (y del SI), se mide la masa en kilos (kg) y el peso en newtons (N) y se transforma la masa en peso multiplicando por 10 más o menos (porque la fuerza de la gravedad en la Tierra es de unos 10 newtons/kg). La mayoría de las veces, es aceptable 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 exactamente la misma forma. Jamás se oye a la gente decir cosas como "peso 700 newtons", aunque -a nivel científico hablando- deberían hacerlo.
¿Cuánto pesarías en Marte?
Astronautas de la NASA practican la flotación en ingravidez en el aeroplano simulador del cometa KC-ciento treinta y cinco.
Foto: Lo que pesas depende de dónde te encuentres, como están verificando estos astronautas en un aeroplano de adiestramiento. Simula la ingravidez haciendo inmersiones profundas hacia la Tierra. Fotografía 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. Funciona tomando tu peso en la Tierra click aqui y ajustándolo según la fuerza de gravedad de cada planeta (o bien estrella), que podemos calcular a partir de 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, simplemente pues hay más "cosas" que tiran de tu cuerpo. Pero no es tan sencillo, pues hay que recordar que Júpiter es también un planeta más grande que la Tierra (tiene un radio mayor). Esto tenderá a hacer que te atraiga menos, porque 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 presente estos 2 factores opuestos, conseguimos la fuerza de la gravedad en la superficie de cada planeta (o bien estrella). Aquí tienes algunos para iniciar.
¿Cómo se puede medir el peso?
El peso de un objeto se puede determinar con un instrumento llamado báscula.
Las balanzas de platillo antiguas (a veces llamadas 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 tipo de balanza tenuemente diferente, llamada balanza de acero, se cuelga un 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 idearon en la época romana, pero aún se utilizan en nuestros días. Los médicos y las enfermeras todavía los utilizan para pesar a los bebés pequeños.
Un pequeño timbal utilizado para medir cartas en una oficina de correos.
Foto: Formas de pesar: empleo 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 después se lee el peso en la balanza. Fotografía de Tiffini M. Jones, cortesía de la Marina de los USA.
Muchos chefs utilizan balanzas de muelle en lugar de balanzas de plato y pesas. Se coloca el objeto a pesar en la parte superior de una plataforma móvil y ésta empuja cara abajo, estirando o comprimiendo un muelle en su interior y haciendo virar una aguja cerca de un dial (puede ver exactamente de qué manera funciona en el cuadro de abajo).
Todavía más cómodas que las balanzas de muelle son las balanzas electrónicas, que dan el peso al instante en forma de lectura digital. Las balanzas que la gente utiliza para pesarse suelen funcionar de esta manera. Te pones de pie en una plataforma y tu peso, empujando cara abajo, comprime un sensor de presión llamado transductor piezoeléctrico. Se trata de una especie de cristal que produce una corriente eléctrica cuando se aprieta: cuanto más se empuja, más corriente genera. Por tanto, 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" (en realidad una medida de masa) en kilogramos, 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 73,5 gramos. Al pulsar uno de los botones, esa medida se convierte de forma instantánea en onzas.
Los objetos grandes (como los bascula ikea pesa mal camiones) son, obviamente, demasiado grandes para pesarlos con básculas o bien balanzas normales, pero prosigue siendo importante pesarlos para comprobar, por ejemplo, que no son demasiado pesados para transportarlos en aviones o bien 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 ejercitan los tubos y más deben empujar cara arriba para compensar el peso del camión con precisión. Puedes calcular el peso del camión a partir de 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.
De qué manera marchan 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 lo que sea. Esto puede ser un tanto confuso, mas es aceptable pues (como se ha explicado previamente) el peso y la masa están conectados de manera sencilla y de manera frecuente se utilizan de forma indistinta en la vida cotidiana.
Imaginemos que tienes una sencilla báscula de cocina como ésta. Si eres un curioso apremiante (como ) y quitas el puntero y la esfera (sin romperlos en pedazos y destruír 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 dentro de la balanza se desliza cara 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, mas ¿de qué manera convertimos ese estiramiento del muelle en una medida numérica?
Una naranja en la parte superior de una simple balanza de cocina. Mecanismo dentro de la balanza de cocina simple.
La plataforma móvil de la parte delantera es realmente una suerte de engranaje de cremallera. La plataforma es la cremallera y el puntero de la balanza es el piñón. A medida que 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 a medida que la plataforma desciende. El mecanismo es a la perfección 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 viran alrededor del dial el doble.
Puntero y piñón de cremallera en una balanza de cocina sencilla. Muelle dentro de una simple báscula electrónica.
¿No son las libras una medida de fuerza y no de masa?
Algunas veces recibo e mails de personas (generalmente de E.U.) 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 principales 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. (antes Oficina Nacional de Estándares de EE.UU.) ha definido la libra como una medida de masa (1 libra = 0,453 kg) a lo largo de más de medio siglo y su actual Manual (cuarenta y cuatro-dos mil trece) incluye onzas, libras y piedras como unidades de masa, de la misma manera que el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido. Todas y cada una de las básculas que fotografié para este artículo tienen escalas marcadas en kilogramos y gramos (por una parte) 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 (veinticuatro piedras), lo bastante para que quepan 2 adultos medios. Como la mayor parte de las básculas, tienen dos diales que pueden dar una medida en unidades métricas (como los kilogramos) o imperiales (libras y piedras).
Es cierto que en las viejas mediciones imperiales la libra podía utilizarse para medir la fuerza, y algunas 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 agrada hablar de libras como unidades de fuerza. No obstante, si usted 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 y cada una de 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 considerablemente 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) una vez que empiezas a emplearlo.