Sistema Internacional de Unidades e conversões

Medir faz parte de inúmeras situações do cotidiano. Ao informar a distância entre duas cidades, a altura de uma pessoa, o tempo de duração de uma viagem ou as dimensões de um objeto, associamos um número a uma unidade de medida.

Para que essas informações possam ser compreendidas e comparadas em diferentes lugares, é necessário utilizar unidades padronizadas. O Sistema Internacional de Unidades (SI) estabelece referências comuns para a expressão das medidas e permite realizar conversões entre diferentes unidades.

Nesta postagem, estudaremos o significado de grandeza, medida e unidade, conheceremos as principais unidades do SI e aprenderemos a realizar conversões de maneira compreensiva, utilizando relações entre as unidades e potências de 10.

Conhecimentos de base

EM13MAT103 — interpretação de situações que envolvem unidades de medida e realização de conversões entre elas.

EM13MAT313 — utilização da notação científica e compreensão de aspectos relacionados à precisão das medidas e aos algarismos significativos.

1. Grandeza, medida e unidade de medida

Antes de realizar conversões, é importante distinguir três conceitos: grandeza, medida e unidade de medida.

Uma grandeza é uma característica que pode ser medida. Comprimento, massa, tempo e temperatura são exemplos de grandezas.

A medida é o resultado obtido quando comparamos uma grandeza com uma unidade escolhida como referência.

A unidade de medida é essa referência utilizada para expressar a medida.

Exemplo

Considere a afirmação:

A mesa possui 1,8 m de comprimento.

Podemos identificar:

  • grandeza: comprimento;
  • valor numérico da medida: 1,8;
  • unidade de medida: metro (m).

Portanto, escrever apenas 1,8 não é suficiente para informar o comprimento da mesa. É necessário indicar a unidade utilizada.

Pratique

1. Uma garrafa contém 750 mL de água. Identifique a grandeza, o valor numérico e a unidade de medida.
2. Na informação “uma corrida durou 45 min”, qual é a grandeza que está sendo medida?
Ver respostas

1. Grandeza: capacidade; valor numérico: 750; unidade: mililitro (mL).

2. A grandeza medida é o tempo, e a unidade utilizada é o minuto.

2. O Sistema Internacional de Unidades

Se cada país, região ou atividade utilizasse unidades completamente diferentes, comparar medidas seria muito mais difícil. Por isso, foi estabelecido um sistema internacional de referência.

O Sistema Internacional de Unidades (SI) possui sete grandezas de base.

Grandeza Unidade Símbolo
Comprimento metro m
Massa quilograma kg
Tempo segundo s
Corrente elétrica ampere A
Temperatura termodinâmica kelvin K
Quantidade de substância mol mol
Intensidade luminosa candela cd
Exemplo

Uma pista possui comprimento de 400 m.

Nesse caso, a grandeza é o comprimento, e a unidade utilizada é o metro, unidade de base do SI para essa grandeza.

Pratique

1. Qual é a unidade de base do SI para medir o tempo?
2. Qual é a unidade de base utilizada para a massa?
Ver respostas

1. O segundo (s).

2. O quilograma (kg).

3. Unidades derivadas

Nem todas as grandezas são expressas diretamente pelas sete unidades de base. Algumas unidades são obtidas pela combinação delas e são chamadas de unidades derivadas.

Por exemplo, uma área pode ser expressa em metros quadrados:

m²

Isso acontece porque a área envolve o produto de duas medidas de comprimento.

Um volume pode ser expresso em:

m³

Nesse caso, temos três dimensões de comprimento.

A velocidade também relaciona duas grandezas. Uma forma de expressá-la é:

m/s

Isso significa metros percorridos por segundo.

Exemplo

Uma pessoa percorre 100 metros em 20 segundos.

Para determinar a velocidade média, dividimos a distância percorrida pelo tempo utilizado:

100 m ÷ 20 s = 5 m/s

Isso significa que, considerando todo o percurso, foram percorridos, em média, 5 metros a cada segundo.

Mais adiante, na postagem sobre grandezas compostas, estudaremos com maior profundidade velocidade, densidade e outras taxas.

Pratique

1. Qual das unidades representa uma medida de área: m, m² ou m³?
2. O que significa dizer que um veículo apresenta velocidade de 20 m/s?
Ver respostas

1. m², pois uma área envolve duas dimensões de comprimento.

2. Significa que sua velocidade corresponde a 20 metros por segundo.

4. Prefixos do Sistema Internacional

Nem sempre é conveniente expressar uma medida utilizando apenas a unidade de referência.

Imagine representar uma distância de 8 quilômetros exclusivamente em metros:

8 km = 8 000 m

Para facilitar a representação de medidas muito grandes ou muito pequenas, são utilizados prefixos.

Prefixo Símbolo Fator
gigaG10⁹
megaM10⁶
quilok10³
hectoh10²
decada10¹
unidade—10⁰
decid10⁻¹
centic10⁻²
milim10⁻³
microµ10⁻⁶
nanon10⁻⁹

O prefixo quilo representa 1 000 vezes a unidade:

1 km = 1 000 m

O prefixo mili representa a milésima parte:

1 mm = 0,001 m

O prefixo micro representa a milionésima parte:

1 µm = 0,000001 m

Perceba que conhecer o significado dos prefixos permite compreender a conversão, em vez de apenas memorizar movimentos da vírgula.

Exemplo

Uma fibra possui espessura de 25 µm.

Sabemos que:

1 µm = 10⁻⁶ m

Portanto:

25 µm = 25 · 10⁻⁶ m
25 µm = 0,000025 m

Pratique

1. Quantos metros correspondem a 6 km?
2. Quantos metros correspondem a 35 mm?
Ver respostas

1.

1 km = 1 000 m
6 · 1 000 = 6 000

Portanto, 6 km = 6 000 m.

2.

1 mm = 0,001 m
35 · 0,001 = 0,035

Portanto, 35 mm = 0,035 m.

5. Conversões de unidades de comprimento

No sistema métrico, podemos representar comprimentos utilizando:

km → hm → dam → m → dm → cm → mm

Entre duas unidades consecutivas dessa sequência existe um fator 10.

1 m = 10 dm
1 m = 100 cm
1 m = 1 000 mm

Entretanto, é mais importante compreender a relação entre as unidades do que decorar a ideia de “andar com a vírgula”.

Exemplo 1 — Convertendo quilômetros em metros

Vamos converter 3,7 km para metros.

Sabemos que:

1 km = 1 000 m

Como cada quilômetro contém 1 000 metros, multiplicamos 3,7 por 1 000:

3,7 km = 3,7 · 1 000 m
3,7 km = 3 700 m
Exemplo 2 — Convertendo centímetros em metros

Vamos converter 450 cm para metros.

Sabemos que:

100 cm = 1 m

Como precisamos descobrir quantos grupos de 100 cm existem em 450 cm, dividimos por 100:

450 ÷ 100 = 4,5

Logo:

450 cm = 4,5 m

Pratique

1. Converta 2,35 km em metros.
2. Converta 680 cm em metros.
3. Converta 0,8 m em milímetros.
Ver respostas

1.

2,35 · 1 000 = 2 350

2,35 km = 2 350 m.

2.

680 ÷ 100 = 6,8

680 cm = 6,8 m.

3.

0,8 · 1 000 = 800

0,8 m = 800 mm.

6. Conversões utilizando potências de 10

Os prefixos do SI podem ser associados diretamente às potências de 10.

1 km = 10³ m
1 cm = 10⁻² m
1 mm = 10⁻³ m

Isso permite realizar conversões de maneira sistemática.

Exemplo 1

Vamos converter 7,2 km para metros.

7,2 km = 7,2 · 10³ m

Como 10³ = 1 000:

7,2 · 1 000 = 7 200

Portanto:

7,2 km = 7 200 m
Exemplo 2

Vamos converter 450 mm para metros.

Como:

1 mm = 10⁻³ m

temos:

450 mm = 450 · 10⁻³ m

Como 10⁻³ = 0,001:

450 · 0,001 = 0,45

Logo:

450 mm = 0,45 m

Essa forma de trabalhar será particularmente importante quando estudarmos análise dimensional.

Pratique

1. Escreva 5 km em metros utilizando uma potência de 10.
2. Converta 32 mm para metros utilizando 10⁻³.
Ver respostas

1.

5 km = 5 · 10³ m = 5 000 m

2.

32 mm = 32 · 10⁻³ m
32 mm = 0,032 m

7. Medidas muito grandes e muito pequenas

Em muitas situações científicas e tecnológicas, encontramos medidas muito maiores ou muito menores do que aquelas utilizadas no cotidiano.

A distância entre cidades pode ser expressa em quilômetros, enquanto a espessura de determinadas estruturas microscópicas pode ser expressa em micrômetros ou nanômetros.

Nesses casos, os prefixos do SI e a notação científica facilitam a representação e a comparação das medidas.

1 km = 10³ m
1 mm = 10⁻³ m
1 µm = 10⁻⁶ m
1 nm = 10⁻⁹ m
Exemplo 1 — Uma medida microscópica

Uma estrutura possui espessura de 0,0000045 m.

Para escrever essa medida em notação científica, deslocamos a vírgula até obter um número maior ou igual a 1 e menor que 10:

0,0000045 m = 4,5 · 10⁻⁶ m

Como:

1 µm = 10⁻⁶ m

podemos concluir:

4,5 · 10⁻⁶ m = 4,5 µm

Portanto, a espessura também pode ser expressa como 4,5 µm.

Exemplo 2 — Uma distância grande

Uma distância de 2 500 000 m pode ser escrita como:

2,5 · 10⁶ m

Como:

1 km = 10³ m

para converter metros em quilômetros dividimos por 10³:

2,5 · 10⁶ ÷ 10³ = 2,5 · 10³

Logo:

2 500 000 m = 2 500 km

Pratique

1. Escreva 0,000008 m em notação científica.
2. Uma estrutura possui comprimento de 7 · 10⁻⁶ m. Expresse essa medida em micrômetros.
3. Escreva 4 300 000 m em notação científica.
Ver respostas

1.

0,000008 m = 8 · 10⁻⁶ m

2.

1 µm = 10⁻⁶ m
7 · 10⁻⁶ m = 7 µm

3.

4 300 000 m = 4,3 · 10⁶ m

8. Algarismos significativos e precisão das medidas

Quando realizamos uma medição, o número de algarismos apresentado pode fornecer informações sobre a precisão com que o resultado foi registrado.

Os algarismos considerados relevantes na expressão de uma medida são chamados de algarismos significativos.

2 m
2,0 m
2,00 m

Matematicamente, os três números representam o mesmo valor. Entretanto, quando aparecem como resultados de uma medição, podem comunicar diferentes níveis de precisão do registro.

Por exemplo, se um instrumento permite registrar medidas até décimos de metro, poderíamos obter 2,0 m. Se permite registrar até centésimos de metro, poderíamos obter 2,00 m.

Por isso, zeros escritos à direita da vírgula podem ser significativos quando representam a precisão de uma medição.

Como identificar os algarismos significativos?

1. Algarismos diferentes de zero são significativos.

3,47 → 3 algarismos significativos

2. Zeros entre algarismos diferentes de zero são significativos.

2,05 → 3 algarismos significativos

3. Zeros à esquerda do primeiro algarismo diferente de zero não são significativos.

0,0042 → 2 algarismos significativos

Os zeros anteriores servem apenas para indicar a posição da vírgula.

4. Zeros à direita da vírgula, depois de um algarismo diferente de zero, podem indicar precisão e são significativos.

3,200 → 4 algarismos significativos
Exemplo

Uma peça foi medida e seu comprimento registrado como:

0,0250 m

Os zeros antes do número 2 apenas posicionam a vírgula.

Os algarismos significativos são:

2, 5 e 0

Portanto, a medida possui 3 algarismos significativos.

Pratique

Determine a quantidade de algarismos significativos em cada medida:

1. 4,56 m
2. 0,0072 m
3. 3,040 m
Ver respostas

1. 4,56 m
Os três algarismos são significativos.
Resposta: 3 algarismos significativos.

2. 0,0072 m
Os zeros à esquerda não são significativos. Os algarismos significativos são 7 e 2.
Resposta: 2 algarismos significativos.

3. 3,040 m
O zero entre 3 e 4 é significativo e o zero final indica a precisão com que a medida foi registrada.
Resposta: 4 algarismos significativos.

9. Erro e incerteza nas medições

Uma medida obtida experimentalmente não deve ser entendida como um valor absolutamente exato.

Todo instrumento possui uma limitação de precisão.

Imagine que queremos medir o comprimento de um objeto utilizando uma régua cuja menor divisão é de 1 mm.

Podemos registrar uma medida como:

12,4 cm

Entretanto, não seria adequado afirmar, com base nessa mesma régua, que o comprimento é:

12,400000 cm

A quantidade de casas decimais sugeriria uma precisão que o instrumento não oferece.

Exemplo

Dois instrumentos são utilizados para medir o mesmo objeto.

O primeiro registra:

15,2 cm

O segundo registra:

15,23 cm

O segundo instrumento permite apresentar a medida com maior detalhamento.

Isso não significa necessariamente que a primeira medida esteja errada. Os instrumentos podem possuir resoluções diferentes.

Além das limitações do instrumento, uma medição pode ser influenciada por:

  • forma de utilização do instrumento;
  • posição do observador;
  • condições do ambiente;
  • procedimento adotado;
  • resolução da escala utilizada.

Por isso, medidas experimentais devem ser interpretadas levando em consideração sua precisão.

Pratique

1. Uma régua permite medir apenas até milímetros. É adequado registrar uma medida obtida com ela como 18,235746 cm?
2. Dois instrumentos registraram 7,2 cm e 7,24 cm para uma mesma dimensão. O que pode explicar a diferença na quantidade de casas decimais?
Ver respostas

1. Não. O número de casas decimais indicaria uma precisão muito maior do que aquela permitida pela régua.

2. Os instrumentos podem possuir resoluções diferentes. O segundo permite registrar a medida com maior detalhamento.

10. Aplicações e resolução de problemas

As conversões de unidades aparecem em situações científicas, tecnológicas e cotidianas. O ponto principal é identificar a relação entre as unidades antes de realizar os cálculos.

Exemplo 1 — Projeto de construção

Em uma planta, uma parede deverá ter 4,25 m de comprimento. Para determinado cálculo, essa medida precisa ser expressa em centímetros.

Sabemos que:

1 m = 100 cm

Então:

4,25 · 100 = 425

Logo:

4,25 m = 425 cm
Exemplo 2 — Fabricação de uma pequena peça

Uma peça possui espessura de 0,0035 m.

Desejamos expressar essa medida em milímetros.

Sabemos que:

1 m = 1 000 mm

Então:

0,0035 · 1 000 = 3,5

Portanto:

0,0035 m = 3,5 mm
Exemplo 3 — Comparando duas medidas

Uma peça A possui comprimento de 2,4 cm e uma peça B possui comprimento de 28 mm.

Qual delas é maior?

Não devemos comparar diretamente 2,4 e 28 porque as unidades são diferentes. Primeiro, precisamos expressar as duas medidas na mesma unidade.

Como:

1 cm = 10 mm

temos:

2,4 · 10 = 24

Portanto:

Peça A = 24 mm
Peça B = 28 mm

Como 28 mm > 24 mm, a peça B é maior.

A diferença é:

28 − 24 = 4 mm

Pratique

1. Uma barra possui 1,75 m. Expresse seu comprimento em centímetros.
2. Uma peça possui espessura de 0,006 m. Expresse essa medida em milímetros.
3. Dois cabos possuem comprimentos de 3,2 m e 315 cm. Qual deles é maior e qual é a diferença entre seus comprimentos?
Ver respostas

1.

1 m = 100 cm
1,75 · 100 = 175

1,75 m = 175 cm.

2.

1 m = 1 000 mm
0,006 · 1 000 = 6

0,006 m = 6 mm.

3.

3,2 m = 320 cm
320 − 315 = 5 cm

O cabo de 3,2 m é maior, e a diferença entre os comprimentos é de 5 cm.

11. Erros comuns

Confundir grandeza com unidade

Comprimento é uma grandeza.

Metro é uma unidade utilizada para medir comprimento.

Comparar apenas os valores numéricos

Não podemos concluir que 500 cm é maior que 6 m simplesmente porque 500 > 6.

Precisamos utilizar a mesma unidade:

6 m = 600 cm
500 cm < 600 cm

Logo:

500 cm < 6 m

Multiplicar quando deveria dividir

Para converter 3 000 m em quilômetros, sabemos que:

1 km = 1 000 m

Assim:

3 000 ÷ 1 000 = 3

Portanto:

3 000 m = 3 km

Confundir prefixos

quilo = 10³
centi = 10⁻²
mili = 10⁻³
micro = 10⁻⁶
nano = 10⁻⁹

Compreender essas potências reduz a necessidade de decorar regras isoladas.

12. Revisão e aprofundamento

Questão 1

Uma estrada possui extensão de 7,5 km. Qual é essa distância em metros?

A) 75 m
B) 750 m
C) 7 500 m
D) 75 000 m
E) 750 000 m
Questão 2

Uma pequena peça possui comprimento de 35 mm. Esse comprimento corresponde a:

A) 0,0035 m
B) 0,035 m
C) 0,35 m
D) 3,5 m
E) 35 m
Questão 3

Uma estrutura microscópica possui comprimento de 6 · 10⁻⁶ m. Utilizando o prefixo micro, essa medida corresponde a:

A) 0,6 µm
B) 6 µm
C) 60 µm
D) 600 µm
E) 6 000 µm
Questão 4

Uma medida foi registrada como 0,00450 m. Quantos algarismos significativos aparecem nesse registro?

A) 2
B) 3
C) 4
D) 5
E) 6
Questão 5

Um equipamento mede uma dimensão como 2,35 m. Essa mesma medida, expressa em centímetros, é:

A) 23,5 cm
B) 235 cm
C) 2 350 cm
D) 0,235 cm
E) 0,0235 cm
Questão 6

Dois fios possuem comprimentos de 1,8 m e 175 cm. A diferença entre seus comprimentos é:

A) 0,5 cm
B) 5 cm
C) 25 cm
D) 50 cm
E) 175 cm
Questão 7

O prefixo nano corresponde ao fator:

A) 10³
B) 10⁻²
C) 10⁻³
D) 10⁻⁶
E) 10⁻⁹
Questão 8

Uma distância foi expressa como 4,2 · 10³ m. Essa distância corresponde a:

A) 0,42 km
B) 4,2 km
C) 42 km
D) 420 km
E) 4 200 km
Questão 9

Uma pessoa mede o comprimento de um objeto com um instrumento cuja escala permite leitura até 0,1 cm. Qual registro é mais coerente com a precisão indicada pelo instrumento?

A) 12 cm
B) 12,3 cm
C) 12,345 cm
D) 12,34567 cm
E) 12,300000 cm
Questão 10

Uma empresa utiliza duas peças. A primeira mede 0,025 m e a segunda mede 28 mm. Comparando seus comprimentos, podemos afirmar que:

A) a primeira é 3 mm maior.
B) a primeira é 28 mm maior.
C) as duas possuem o mesmo comprimento.
D) a segunda é 3 mm maior.
E) a segunda é 25 mm maior.
Gabarito

1. Alternativa C

Sabemos que:

1 km = 1 000 m

Então:

7,5 · 1 000 = 7 500

Logo, 7,5 km = 7 500 m.

2. Alternativa B

Sabemos que:

1 mm = 0,001 m

Então:

35 · 0,001 = 0,035

Portanto, 35 mm = 0,035 m.

3. Alternativa B

O prefixo micro representa:

10⁻⁶

Portanto:

6 · 10⁻⁶ m = 6 µm

4. Alternativa B

Na medida 0,00450 m, os zeros anteriores ao algarismo 4 servem apenas para posicionar a vírgula e não são significativos.

Os algarismos significativos são:

4, 5 e 0

Portanto, existem 3 algarismos significativos.

5. Alternativa B

Como:

1 m = 100 cm

temos:

2,35 · 100 = 235

Logo, 2,35 m = 235 cm.

6. Alternativa B

Primeiro, expressamos as duas medidas na mesma unidade:

1,8 m = 180 cm

Agora calculamos a diferença:

180 − 175 = 5

Portanto, a diferença é de 5 cm.

7. Alternativa E

O prefixo nano corresponde ao fator:

10⁻⁹

Isso representa a bilionésima parte da unidade de referência.

8. Alternativa B

Primeiro:

4,2 · 10³ m = 4 200 m

Como:

1 km = 1 000 m

temos:

4 200 ÷ 1 000 = 4,2

Logo, 4,2 · 10³ m = 4,2 km.

9. Alternativa B

Se o instrumento permite leitura até 0,1 cm, o resultado deve ser registrado até a casa dos décimos.

Assim, 12,3 cm é um registro coerente com a resolução informada.

Registros com várias casas decimais indicariam uma precisão que o instrumento não possui.

10. Alternativa D

Primeiro, convertemos 0,025 m para milímetros.

Como:

1 m = 1 000 mm

temos:

0,025 · 1 000 = 25

Portanto:

primeira peça = 25 mm
segunda peça = 28 mm

A diferença é:

28 − 25 = 3 mm

Logo, a segunda peça é 3 mm maior.

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