Curiosidades


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Curiosidades técnicas de la historia relacionadas con las unidades de medida.

Un metro es, por definición, la distancia que recorre la luz en 1/299792458 segundos. Y un grado Kelvin, una fracción de 1/273,16 partes de la temperatura que alcanza el agua en su "punto triple" (cuando los tres estados de esa materia -sólido, líquido y gaseoso- coexisten a la vez). Son dos definiciones farragosas, aunque exactas. En cambio, ¿se ha preguntado alguna vez qué es un kilogramo? O mejor dicho: ¿se ha preguntado por qué?

El Patrón Nacional de kilogramo de los Estados Unidos es el que actualmente rige como medida estándar en ese país. Se implantó en 1889 y es revisado y vuelto a certificar de forma periódica a partir del estándar internacional primario, que se encuentra en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (Francia).

La primera definición, decidida durante la Revolución francesa, especificaba que era la masa de un decímetro cúbico (un litro) de agua destilada a una atmósfera de presión y 3,98 °C, una temperatura singular dado que es la temperatura a la cual el agua tiene la mayor densidad a presión atmosférica normal.3 Esta definición era complicada de realizar con exactitud, porque la densidad del agua depende levemente de la presión, y las unidades de la presión incluyen la masa como factor, introduciendo una dependencia circular en la definición.

Para evitar estos problemas, el kilogramo fue redefinido mediante un objeto, cuya masa formalizó una cantidad exacta para representar la definición original. Desde 1889, el Sistema Internacional de Medidas define que la unidad debe ser igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo (IPK), que se fabrica con una aleación de platino e iridio (en proporción de 90% y 10%, respectivamente, medida por el peso) y se trabaja a máquina en forma de cilindro circular recto (con una altura igual al diámetro) de 39 milímetros. El prototipo internacional se guarda en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, ubicada en Sèvres, en las cercanías de París. Se realizaron varias copias oficiales del prototipo del kilogramo, disponibles como prototipos nacionales, que se comparan al prototipo de París (“Le Grand Kilo”) cada 40 años. Este prototipo internacional es uno de tres cilindros hechos originalmente en 1879. En 1883 el IPK demostró ser indistinguible de la masa del estándar del kilogramo en ese entonces, y se ratificó formalmente como el kilogramo en la primera Conferencia General de Pesas y Medidas en 1889.3

Por definición, el error en la medición del peso del IPK es exactamente cero, pues el IPK es el kilogramo. Sin embargo, a lo largo del tiempo se han podido detectar pequeños cambios comparando el estándar frente a sus copias oficiales. Comparando las masas relativas entre los estándares en un cierto plazo se estima la estabilidad del estándar. El prototipo internacional del kilogramo parece haber perdido cerca de 50 microgramos en los últimos 100 años, y la razón de la pérdida sigue siendo desconocida.4

Actualmente se están realizando experimentos para definir el kilogramo mediante leyes físicas. Se establecieron dos vías principales de investigación: la primera basada en fijar el valor del número de Avogadro, para luego materializar la unidad de masa con una esfera de silicio, casi perfecta en su geometría y composición isotópica, cuyas características dimensionales se pueden conocer con gran exactitud. Específicamente, se determina el volumen ocupado por la esfera y cada uno de sus átomos, y finalmente, con el número de Avogadro, se determina la masa. La otra alternativa consiste en fijar el valor de la carga del electrón o el de la constante de Planck, y luego mediante mediciones eléctricas se materializa el kilogramo utilizando un dispositivo denominado balanza de Watt. Varios institutos nacionales de metrología están trabajando en la puesta a punto de un sistema de este tipo; por ejemplo, el desarrollado por Bryan Kibble del Laboratorio Nacional de Física (Reino Unido). A principios de 2011, poco antes de la celebración de la Conferencia General de Pesas y Medidas de ese mismo año, se halló consenso en que el método que se va a utilizar es el de la constante de Planck,5 pero se ignora si se adoptará el cambio en esta conferencia, a la espera de una conclusión unánime de todos los laboratorios en lo referente a la reproducibilidad y exactitud de este método, ya que para ello es necesario disponer primero de varias balanzas operativas.6

 

 

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