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Cientistas estão prontos para redefinir o quilograma

O quilograma, a última unidade do Sistema Internacional de Medidas ainda ligada a um artefato físico passará a ser definida pela Constante de Planck

06/11/2018 às 9:30

O quilograma vai mudar: uma das unidades de medida mais importantes e base para várias outras deixará de ser ligada a um peso de metal, guardado num cofre na França para ser definida por uma constante abstrata, sendo a última a fazer tal salto.

E ainda assim, tal mudança é essencial para que… nada mude.

Momentmal / peso 1 kg / quilograma / Pixabay

A Conferência Geral de Pesos e Medidas, a autoridade soberana do Escritório Internacional é a responsável por firmar as definições de cada uma das unidades do Sistema Internacional, sendo elas o metro (m, que mede o comprimento), o segundo (s, tempo), o ampere (A, corrente elétrica), o kelvin (K, temperatura), o mol (quantidade) e a candela (cd, luminosidade).

O quilograma (kg), a unidade padrão de massa foi a primeira a ser definida em 1889, atribuída a um cilindro de platina e irídio de 47 cm³ guardado num cofre do Escritório Internacional em Sèvres, na França, protegido por três campânulas de vidro. Cópias do peso, conhecido como IPK (International Prototype Kilogram, ou Protótipo Internacional do Quilograma) foram feitas e enviadas a vários países, como forma de manter a padronização do sistema.

O problema, objetos físicos e fenômenos observáveis tendem a não serem uniformes, logo não é aconselhável atribuir hoje em dia unidades de medida a eles. Por isso, ao longo dos anos as atribuições foram sendo alteradas a constantes universais, muito mais precisas e bem menos mutáveis.

Por exemplo: o metro já foi definido no passado como 1/10.000.000 da distância entre o Equador e o Pólo Norte, tendo Paris como meridiano de referência, e hoje equivale à distância que a luz percorre no vácuo em 1/299.792.458 segundo; já o segundo deixou de ser 1/86.400 de um dia composto de 24 horas, 60 minutos e 60 segundos, para se tornar o tempo que um átomo de Césio-133 leva para oscilar 9.192.631.770 vezes.

IPK / International Bureau of Weights and Measures / quilograma

O IPK, mantido no Escritório Internacional de Pesos e Medidas em Sèvres, França

No caso do quilograma propriamente dito, ele é última unidade ainda dependente de um artefato, e após 129 anos tais objetos sofreram alterações. Enquanto as réplicas do IPK ganharam peso por contaminação, o original perdeu massa (algo que os cientistas ainda não entenderam como aconteceu) e na prática, isso é um problema e tanto: se a unidade que define a massa muda, o quilograma em si muda, e isso pode trazer sérias complicações até para a Ciência básica.

Unidades de pressão, como Pascal e de energia, como o Joule dependem da precisão do quilograma, bem como o Newton, que é a força necessária para acelerar 1 kg a 1 m/s². Se o IPK muda, e por conseguinte o quilograma muda, o Newton muda junto; dessa forma, os cientistas não podem confiar no IPK para medições realmente precisas. E embora o peso mude conforme a gravidade, 1 kg é sempre 1 kg.

E para que o quilograma não mude, o IPK vai ter que ser aposentado. Neste mês, aConferência Geral de Pesos e Medidas pretende votar uma nova definição, que conectará a unidade à Constante de Planck; para isso, serão utilizadas balanças de Kibble (anteriormente conhecidas como balanças de watt), equipamentos eletroeletrônicos utilizados para medir a força eletromagnética agindo sobre os dois pratos.

Balança de Kibble / UK National Physical Laboratory / quilograma

Balança de Kibble, do Laboratório Nacional de Física do Reino Unido

De forma resumida, uma balança de Kibble mede quanta corrente elétrica é necessária para igualar a força gravitacional agindo sobre um objeto com massa. Assim, ele não mede o peso em si, mas se baseia em constantes fundamentais para emitir valores mais precisos e duradouros.

A constante de Planck (h), cujo valor é de 6,62606983×10-34 kg∙m2/s, com uma precisão de 34 partes por bilhão define que átomos só fornecem energia em quantidades específicas, as chamadas as quantas; segundo cientistas, o valor equivalente a um quilograma será muito mais preciso e muito menos sujeito a mudanças imprevistas nos valores com o passar dos anos, a menos que novas métricas mais precisas se tornem disponíveis.

Assim, o quilograma não vai mudar de uma forma que irá influenciar a sua vida diretamente, mas esse é o ponto da questão: ele é uma unidade tão importante e básica que sua definição não pode mudar, assim o antigo IPK será posto de lado em prol de uma medição mais precisa, e que seguramente irá permanecer imutável por muito mais tempo.

Com informações: Inverse, ExtremeTech.


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