Los humanos miden las cosas. Obsesivamente. Llámalo compulsión, tal vez, pero es nuestra naturaleza. Desde manguitos para la presión arterial hasta el espectrofotofluorómetro salvajemente específico, cuantificamos todo. ¿Ciencia? Aún más. Y béisbol, obviamente.
Los físicos construyen modelos. Ecuaciones como la ley de los gases ideales ' PV = nRT. Dice que duplicar la temperatura (suponiendo que nada más cambie) duplica la presión. Una línea teórica limpia. Pero la teoría no es suficiente. Tienes que comprobar si el mundo realmente escucha. Ese es el ciclo: modele, luego mida, luego mida nuevamente y luego actualice el modelo. Eso es básicamente todo.
Aquí está el secreto detrás de cada gadget que hayas visto. No importa cuán elegante sea la carcasa, la medición se reduce a dos estrategias antiguas. Comparación o conteo. No ha cambiado desde que Noé construyó un arca usando codos (la longitud del antebrazo). Solo un poco refinado.
El Arte de la Comparación
La longitud es el lugar obvio para comenzar. Agarra un lápiz. Agarra una regla. Alinéalos. * Comparación.* Son 18,7 céntimos. (A los científicos les gusta la métrica.) Solo está verificando cuántas unidades de regla caben en la unidad de lápiz.
Espera, ¿cómo confías en el gobernante— ¿Es eso exacto? Ese es el problema de los estándares, que ignoraremos. Por ahora, asuma que el gobernante dice la verdad.
A veces la comparación se vuelve absurda. En 1958, los estudiantes del MIT querían la longitud de un puente sobre el río Charles. No usaron cintas métricas. Usaron a un tipo. Oliver Smoot era bajito. Él se acostó. Marcaron su posición con tiza. Ellos lo movieron. Repite. El puente tenía 364,4 Smoots de largo, ” más o menos una oreja.”
¿Puedes inventarte eso? Probablemente no. Smoot eventualmente dirigió la Organización Internacional de Normalización más tarde en la vida. Para 2015, era tres centímetros más bajo de lo que afirmaba. La física funciona incluso en ingenieros jubilados.
Pero, sobre todo, la comparación se basa en la distancia. Los dispositivos analógicos asignan valores al espacio físico.
Mira el reloj de sol.
Los antiguos griegos los amaban. Una hoja triangular (gnomon) proyecta una sombra. La sombra se mueve a medida que el sol sigue el cielo. ¿Cómo lees la hora? Mides qué tan lejos está la sombra del punto del mediodía. La distancia te dice que son las 2: 10 pm.
La sombra cambia dependiendo de dónde te encuentres. ¿Mover el dial de Esparta a Atenas? Llegas tarde. La geografía rompe los cálculos si no la cuentas.
Mira ese viejo reloj de IBM. “IBM” significaba Máquinas de Negocios Internacionales en ese entonces. No solo computadoras. Mira las manos. ¿Dónde están? La posición de la mano es una distancia recorrida alrededor de un círculo. Distancia = Tiempo.
¿Medidores de fuerza? El mismo truco. Un resorte en el interior se estira cuando cuelgas un peso sobre él. Ley de Hooke básicamente. Cuanto más estiramiento, más fuerza. El puntero se mueve a través de un dial. De nuevo, distancia.
¿Qué pasa con una báscula de equilibrio? Pon oro desconocido a un lado. Agregue pesos estándar en el otro hasta que se equilibre. No hay resortes involucrados. Solo comparación directa. Así es como trabajaban los ensayadores en la Fiebre del Oro. ¿Por qué?
Los resortes miden el peso. El peso es solo gravedad tirando de la masa. La gravedad no es uniforme. Tu masa es la misma en Nueva York que en París, pero tu peso no. Una báscula cancela la gravedad. La gravedad local tira de ambos lados por igual. Más difícil de engañar, también.
Casi todas las herramientas analógicas funcionan así. Convierten una variable en un desplazamiento físico. Luego comparas ese desplazamiento con una referencia conocida.
La Alegría de Contar
Dinámica de la población? Juego diferente. Los conejos comen trébol. Los lobos comen conejos. Elimina a los lobos. La población de conejos explota. Entonces se agotan los recursos. Boom. Crash.
No estás comparando distancias aquí. Estás contando conejos.
Valores discretos. Ese es el cambio. Un viejo temporizador digital hace clic. 1. 2. 3. No barre. Salta.
Digital viene de digits. Dedos. Antes de las computadoras, contar era analógico. ¿Ahora?
La electrónica se esconde detrás del binario. 0 y 1, pero sigue contando estados. ¿Ese temporizador de trinquete de engranajes del laboratorio? Digital. Hace clic a través de pasos discretos. Incluso si parece mecánico, funciona lógicamente.
¿Quieres medir el voltaje? El voltaje no es una sola cosa; es una diferencia de potencial. Punto A versus Punto B. Necesitas una referencia. Una línea de base.
Comparación de nuevo.
Construye un circuito simple. Utilice una batería de 9V. Conéctelo a una cadena de resistencias idénticas. La ley de Ohm dicta que si son idénticos, cada uno cae exactamente 1 voltio.
Ahora conecta tu fuente de voltaje misteriosa. Encienda los LED en secuencia. Cada LED se enciende cuando se cruza su umbral. ¿Una luz encendida? Aproximadamente 1-2 voltios. ¿Dos luces? Más.
Cuente los LED encendidos. Multiplique por la caída de voltaje por segmento. Terminado.
Si se encienden tres de cuatro led, tiene (3/4 de 9V). Seis y tres cuartos voltios. Salida digital derivada del conteo de pasos discretos. Los voltímetros reales son más rápidos que los LED parpadeantes, obviamente, pero el principio es idéntico.
¿Una vez que tengas esa señal de voltaje? Puedes medir cualquier otra cosa.
¿Temperatura? Usa un termistor. Es un semiconductor que resiste la electricidad de manera diferente a diferentes temperaturas. Pasa una corriente a través de él. Mida la caída de voltaje resultante. El cambio de resistencia se traduce en un cambio de voltaje. El voltaje se traduce en un número digital.
¿Dióxido de carbono? ¿Campos magnéticos? ¿Presión? Todos se comprimen en resistencia eléctrica o capacitancia. Luego contamos los electrones o comparamos los voltajes.
Se siente complejo. La ciencia moderna parece cajas negras zumbando en las salas de servidores.
Pero mira más de cerca.
Solo estás contando. O simplemente está comparando un valor nuevo con uno antiguo.
Noé midió su bote con un antebrazo. Medimos los estados cuánticos con qubits superconductores. La distancia es larga, sí. El método es el mismo.
¿O es así?
Tal vez nos volvimos muy, muy buenos siendo pequeños.
