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Escala, proporción y cantidad en sistemas naturales y de ingeniería

Publicado el 8 diciembre, 2020

El tamaño es relativo

Si está tratando de explicar qué es un ratón a alguien que nunca ha visto uno, podría describirlo como que tiene orejas grandes, cola larga y pelaje en todo el cuerpo. También puede darle a esa persona una idea de lo pequeño que es un ratón al relacionarlo con algo que sabe. Por ejemplo, podría decir que un ratón es más pequeño que la uña del pie de un elefante. Describir al ratón de esta manera le da a la persona una muy buena idea de lo pequeño que es un animal, porque lo has descrito en relación con otra cosa. En otras palabras, le diste contexto.

Muchos fenómenos en nuestras vidas requieren contexto para comprenderlos realmente. Tres formas en que podemos dar contexto a las cosas son la escala, la cantidad y la proporción.

Escala

La escala nos da una forma de entender las relaciones, y estas relaciones ocurren a lo largo de continuos de tamaño, tiempo y energía. En otras palabras, las cosas pueden ser muy grandes o muy pequeñas (y todo lo demás). También pueden ocurrir en un período de tiempo muy corto o en un período de tiempo muy largo. Y pueden tener cantidades muy grandes o muy pequeñas de energía.


Sin escala, no tendríamos referencia para el tamaño de las estructuras en estas imágenes.
Imagen SEM con barra de escala

Por ejemplo, si queremos mirar algo muy grande, no se vuelve más grande que el universo. Es tan grande, de hecho, que es difícil de comprender. En el otro extremo del espectro, tenemos átomos y partículas subatómicas como protones y electrones, que son tan pequeños que ni siquiera se pueden ver.


La construcción de montañas ocurre en una escala de tiempo tan lenta que ni siquiera parece que esté ocurriendo.
montañas

En términos de tiempo, tenemos procesos como la construcción de montañas, que lleva tanto tiempo y ocurre tan lentamente que parece que no está sucediendo en absoluto. Y en contraposición a eso tenemos la luz, que viaja increíblemente rápido. La construcción de montañas también es algo que requiere una enorme cantidad de energía, mientras que algo como los protones y electrones en un átomo tienen una cantidad muy pequeña de energía.

La escala nos ayuda a comprender estos fenómenos naturales, pero también nos ayuda en la ingeniería. ¿Has oído hablar alguna vez de un modelo a escala? Se trata de representaciones de estructuras reales de menor tamaño que permiten a los ingenieros comprenderlas y encontrar soluciones.


Los modelos a escala son réplicas en miniatura de estructuras de ingeniería de tamaño completo.
coches modelo a escala

Cantidad

La cantidad nos permite comprender “cuánto” mediante el uso de unidades de medida. También es importante que estos valores tengan contexto, que obtenemos de las unidades y otra información. Por ejemplo, si solo dice el valor ‘1,000’, esto no proporciona ninguna información útil. Mil que? ¿Buitres? ¿Granos de arena? Galaxias?

¿Y cuál es el contexto? Si tienes 1,000 granos de arena en el piso de tu casa, esto te parecerá mucha más arena que si estás en la playa, donde 1,000 granos de arena son una gota en el balde. Pero, si tiene 10 personas en la playa, esto es muy diferente a tener 10 personas en su casa, donde el espacio para que quepan es más pequeño.


Un galón de agua es mucho para ti, pero para el océano es insignificante.
agua del océano

Las unidades son especialmente importantes en ingeniería porque las cantidades correctas son esenciales para los sistemas funcionales. Por ejemplo, si una viga debe tener 10 pies de largo, pero alguien más piensa que se supone que debe tener 10 metros de largo, ¡entonces tienes una diferencia de aproximadamente 22 pies! Las cantidades son muy diferentes y deben describirse por sus unidades para garantizar la precisión.

Proporción

Sin embargo, otra forma en que podemos comprender mejor los fenómenos naturales y artificiales es con las proporciones . La proporción es una relación de una cantidad a otra y nos permite comprender mejor tanto la escala como la cantidad. La proporción puede describir dos cantidades que tienen las mismas unidades o puede describir una relación entre cantidades de diferentes unidades.


Proporciones como esta son proporciones de dos cantidades diferentes.
fórmula de velocidad

Por ejemplo, la densidad es masa dividida por volumen, que también se puede describir como la cantidad de masa por la cantidad de volumen. Otra proporción común es la velocidad, que es el cambio en la distancia sobre el cambio en el tiempo, o la cantidad de distancia a la cantidad de tiempo. Y si quieres transmitir tu punto de vista sobre lo pequeño que es un ratón, simplemente dile a esa persona cuántos ratones se necesitarían para formar un elefante completo, o en otras palabras, ratones por elefante (¡seguro que sería mucho! ). ¿Puedes ver cómo la proporción, además de la cantidad y la escala, puede ayudarnos a describir y comprender el mundo que nos rodea, incluso las partes que no podemos ver?

Resumen de la lección

La escala , la cantidad y la proporción son tres formas diferentes en las que podemos ver nuestro mundo con más contexto. Este contexto nos ayuda a comprender mejor no solo los fenómenos naturales sino también los sistemas de ingeniería.

La escala describe las relaciones a lo largo de los continuos de espacio, tiempo y energía. ¿Qué tan grande o pequeño es algo? ¿Qué tan rápido o lento es el proceso? ¿Cuánta o poca energía está involucrada?

Usando unidades de medida, la cantidad describe la cantidad de algo que tenemos. Incluso con unidades, puede ser útil poner este valor en contexto, como la ubicación u otros factores descriptivos.

La proporción es una relación entre dos cantidades diferentes, ya sea de la misma unidad o de diferentes unidades. Describe una relación entre las dos cantidades, como en masa, velocidad y concentración, entre otras cosas.

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