Las unidades de volumen miden el espacio tridimensional que ocupa un objeto o sustancia. La unidad base en el Sistema Internacional es el metro cúbico (m³). También se utilizan el litro (L) y sus submúltiplos como el mililitro (mL) y el centímetro cúbico (cm³) para líquidos y gases.
Recordarte que el volumen es una magnitud escalar que mide el espacio ocupado por un cuerpo en el universo físico.
A lo largo de este artículo, veremos las unidades de volumen y su aplicacion en laboratorios:
Unidades de volumen
En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad fundamental para medir el volumen es el metro cúbico (m³), que corresponde al volumen de un cubo cuyas aristas miden 1 metro de longitud.
Equivalencias
Las unidades de volumen pueden clasificarse en múltiplos y submúltiplos del metro cúbico. A continuación, una tabla que muestra las unidades de volumen más utilizadas:
| Medida | Símbolo | Equivalencia |
|---|---|---|
| Kilómetro cúbico | km³ | 1.000.000.000 m³ |
| Hectómetro cúbico | hm³ | 1.000.000 m³ |
| Decámetro cúbico | dam³ | 1.000 m³ |
| Metro cúbico | m³ | 1 m³ |
| Decímetro cúbico | dm³ | 0,001 m³ = 1 litro |
| Centímetro cúbico | cm³ | 0,000001 m³ |
| Milímetro cúbico | mm³ | 0,000000001 m³ |
El volumen tiene una serie de equivalencias útiles que permiten realizar conversiones entre distintas unidades de medida. Por ejemplo:
- 1 decímetro cúbico (1 dm³) = 1 litro
- 1 decímetro cúbico (1 dm³) = 0,001 metros cúbicos (m³) = 1.000 centímetros cúbicos (cm³)
Conversiones entre Unidades de Volumen
Para pasar de una unidad a otra, es importante recordar que el sistema de unidades de volumen se basa en potencias de diez. Si deseas convertir entre unidades, debes:
- Multiplicar cuando conviertes de una unidad mayor a una menor.
- Dividir cuando conviertes de una unidad menor a una mayor.
Por ejemplo:
- Para convertir de metros cúbicos a centímetros cúbicos, multiplicas por 1.000.000, ya que hay 100 cm en cada arista de un cubo de 1 metro (100³ = 1.000.000).
- Para convertir de centímetros cúbicos a metros cúbicos, divides por 1.000.000.
Ejemplo de medidas de volumen
Imagina un cubo cuyas dimensiones son de 1 metro de largo, ancho y alto. Este cubo ocupa exactamente 1 metro cúbico (m³). Si dividimos cada lado del cubo en 10 partes iguales, obtendremos 1.000 cubos más pequeños, cada uno con un volumen de 1 decímetro cúbico (dm³), que es equivalente a 1 litro.
Si seguimos dividiendo, un cubo más pequeño de 1 centímetro de lado será equivalente a 1 centímetro cúbico (cm³), o lo que es lo mismo, a 1 mililitro (mL).
Tipos de Unidades de Volumen
El volumen puede medirse utilizando diferentes tipos de unidades, que varían según el contexto y la naturaleza del objeto a medir. Estas unidades se clasifican en tres categorías principales: volumen sólido, volumen líquido y volumen de áridos.
Unidades de Volumen Sólido
Las unidades de volumen sólido miden el espacio ocupado por cuerpos tridimensionales utilizando unidades de longitud elevadas a la tercera potencia. Son empleadas principalmente en geometría para medir el espacio que ocupan objetos macizos.
En el Sistema Internacional de Unidades, el metro cúbico (m³) es la unidad fundamental, y tiene los siguientes múltiplos y submúltiplos:
- Múltiplos: Kilómetro cúbico (km³), hectómetro cúbico (hm³), decámetro cúbico (dam³)
- Submúltiplos: Decímetro cúbico (dm³), centímetro cúbico (cm³), milímetro cúbico (mm³)
En el sistema inglés de medidas, las unidades de volumen sólido incluyen la pulgada cúbica, el pie cúbico, la yarda cúbica, el acre-pie y la milla cúbica.
Unidades de Volumen Líquido
Las unidades de volumen líquido fueron creadas para medir el espacio que ocupan los líquidos en un recipiente. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad más utilizada para este propósito es el litro (L), que también tiene múltiplos y submúltiplos:
- Múltiplos: Kilolitro (kL), hectolitro (hL), decalitro (daL)
- Submúltiplos: Decilitro (dL), centilitro (cL), mililitro (mL)
En el Reino Unido y Estados Unidos, las unidades tradicionales para medir volúmenes líquidos incluyen el barril, galón, cuarto, pinta, gill y onza líquida.
Unidades de Volumen de Áridos
Las unidades de volumen de áridos o unidades de capacidad fueron desarrolladas para medir el volumen ocupado por cosechas almacenadas en graneros o silos. Este método era más práctico que pesar las cosechas antes de la llegada de tecnologías modernas de pesaje rápido. Aunque hoy en día estas unidades son menos utilizadas, siguen presentes en algunos contextos agrícolas.
Unidades de Volumen en Laboratorios
En los laboratorios, las unidades de volumen son esenciales para medir con precisión líquidos y preparar soluciones exactas. A continuación, se detallan las principales unidades y herramientas utilizadas:
- Litro (L): La unidad más comúnmente usada para medir volúmenes de líquidos en el laboratorio. Se emplea en la preparación de soluciones y mezclas.
- Mililitro (mL): Submúltiplo del litro, es utilizado para mediciones más pequeñas y precisas, particularmente en experimentos químicos y biológicos.
- Microlitro (µL): Usado principalmente en laboratorios de biología molecular y química analítica para medir volúmenes extremadamente pequeños, como en pipetas automáticas.
- Centímetro cúbico (cm³): Utilizado en mediciones de volúmenes sólidos pequeños o cuando se mide el desplazamiento de líquidos.
- Decímetro cúbico (dm³): Equivalente a 1 litro, también se utiliza en el laboratorio para medir volúmenes medianos.
Instrumentos de Medición de Volumen en el Laboratorio
En los laboratorios se emplean diversos instrumentos para medir el volumen de líquidos, todos calibrados según las unidades mencionadas:
- Matraces Aforados: El matraz aforado sirve para medir volúmenes exactos de líquidos. Son esenciales para preparar soluciones de concentración exacta.
- Probetas Graduadas: Se utilizan para medir y verter volúmenes aproximados de líquidos.
- Pipetas: Son instrumentos volumétricos que permiten transferir pequeños volúmenes de líquido de manera precisa.
- Buretas: Se utilizan en valoraciones químicas para medir volúmenes de reactivos con alta precisión.
Relación entre Capacidad, Volumen y Masa
El concepto de volumen está estrechamente relacionado con el de capacidad. Mientras que el volumen mide el espacio ocupado por un cuerpo, la capacidad se refiere al espacio disponible en un recipiente para contener otros objetos o sustancias. La relación entre ambas se evidencia en la equivalencia entre el litro (unidad de capacidad) y el decímetro cúbico (unidad de volumen).
ES decir, las unidades de capacidad y volumen están estrechamente relacionadas. Un litro (1 L) es la cantidad de espacio que ocupa un volumen de 1 decímetro cúbico (1 dm³), lo que equivale a un cubo de 1 dm por lado. Por lo tanto, se puede afirmar que la capacidad de un recipiente está directamente vinculada a su volumen.
Asimismo, existe una relación entre el volumen y la masa del agua. A 4 °C, la densidad del agua es máxima, lo que significa que 1 gramo (1 g) de agua pura corresponde exactamente a 1 centímetro cúbico (1 cm³) de volumen.
| Capacidad | Volumen | Masa (de agua) |
|---|---|---|
| 1 kilolitro (kl) | 1 metro cúbico (m³) | 1 tonelada (t) |
| 1 litro (l) | 1 decímetro cúbico (dm³) | 1 kilogramo (kg) |
| 1 mililitro (ml) | 1 centímetro cúbico (cm³) | 1 gramo (g) |
Estas relaciones son fundamentales para aplicaciones prácticas en la ciencia e industria, ya que permiten convertir fácilmente entre capacidad, volumen y masa.
Ejemplo:
Por ejemplo, cuando se mide el volumen de un líquido como el agua, se puede determinar también su masa, lo que resulta útil en procesos químicos, cálculos de almacenamiento, o en mediciones en laboratorios.
Longitud área y volumen
Las unidades de volumen se convierten de manera diferente a las unidades de longitud o área debido a que el volumen depende de tres dimensiones (largo, ancho y alto), mientras que la longitud involucra solo una y el área, dos.
Para convertir entre unidades de volumen, se sigue el mismo principio que para longitud y área, pero con un factor multiplicador mayor. Mientras que las conversiones de longitud utilizan el factor 10, las conversiones de área emplean el factor 100 y las de volumen el factor 1000. Esto se debe a que el volumen es una medida tridimensional.
Tabla de Conversión
| Unidades de Longitud | Unidades de Área | Unidades de Volumen |
|---|---|---|
| 1 m = 10 dm | 1 m² = 100 dm² | 1 m³ = 1000 dm³ |
| 1 dm = 10 cm | 1 dm² = 100 cm² | 1 dm³ = 1000 cm³ |
| 1 cm = 10 mm | 1 cm² = 100 mm² | 1 cm³ = 1000 mm³ |
Volumen en Matemáticas y Física
En el campo de las matemáticas, el volumen se define como una medida derivada de otros conceptos métricos, tales como las distancias o tensores métricos. Estos conceptos permiten establecer un marco para medir el espacio ocupado por un objeto o cuerpo en el espacio tridimensional.
En física, el volumen es una magnitud extensiva, lo que significa que depende de la cantidad de materia o del tamaño del cuerpo que se está midiendo. Esta magnitud está relacionada con el principio de exclusión, que establece que dos cuerpos no pueden ocupar el mismo espacio simultáneamente.
Sistema Inglés de Medidas en la Cocina
Además de las unidades mencionadas, también existen medidas tradicionales utilizadas en el hogar o la cocina, como la cucharadita, la cucharada y la taza, que permiten medir volúmenes pequeños con facilidad.
En el ámbito culinario, las unidades de volumen también varían. En países como el Reino Unido y Estados Unidos, se utilizan:
- Cucharadita: equivalente a 5 mL.
- Cucharada: equivalente a 15 mL.
- Taza: varía, pero generalmente equivale a 240 mL en EE.UU. y 284 mL en el Reino Unido.
Conclusión
El volumen es una magnitud esencial en múltiples disciplinas, desde la física y las matemáticas hasta la cocina. Entender el volumen y cómo se mide es fundamental para trabajos de laboratorio industriales o científicos.