Posts Tagged ‘Quilograma’

Medindo Massa – o (novo) kilograma

3 de setembro de 2019

Até recentemente o quilograma (ou kilograma) era definido como sendo a massa do protótipo internacional, também conhecido como IPK ou “Le Grand K”, como dizem os franceses. O protótipo fica guardado no BIPM – Bureau International de Poids et Mesures, na França. Se alguém quisesse explicar o que era o quilograma, bastava mostrar o tal protótipo e dizer: Isto é um quilograma. A massa deste objeto, e só deste objeto, é exatamente igual a um quilograma.

Representação artística do IPK. O protótipo é esse cilindro sob as duas redomas de vidro, e tem cerca de 3,9 cm de altura.

O problema é que o IPK começou a apresentar variações na sua massa, pequeníssimas, na verdade, mas suficientes para desmoralizar o pobre protótipo. O jeito foi redefinir o quilograma, desta vez com base em uma constante da física. Depois de anos de pesquisa escolheu-se a constante de Planck, cujo símbolo é h. Assim, a partir de 20 de maio de 2019, a definição antiga foi abandonada e substituída pela seguinte:

O quilograma é definido tomando-se o valor numérico fixo da constante de Plank h como sendo 6.626 070 15 x 10-34 quando expresso na unidade J s, a qual é igual a kg m2 s-1 quando o metro e o segundo são definidos em termos de c  e ∆νCs. (Unidade de Base ratificada pela 26ª CGPM – 2018).

Bom, parece que a definição antiga era bem mais fácil de compreender. Vamos explicar melhor.

O joule (símbolo J) é a unidade SI para energia e trabalho, e o segundo (símbolo s) é a unidade SI para tempo. O c é o símbolo da constante “velocidade da luz”, e ∆νCs é a “frequência do césio”. E como J s pode ser escrito em termos de kg m² s-¹, então temos que h = 6.626 070 15 x 10-34 kg m² s-¹. Invertendo os termos dessa expressão pode-se isolar o kg, assim:

Até aqui, tudo bem. Só que h não apresentava, até então, um valor exato, ele precisava ser obtido experimentalmente, enquanto o kg era, exatamente e por definição, a massa do IPK.

O que os cientistas fizeram foi inverter essa situação. Primeiro, tendo o IPK como referência, definiram o valor de h da maneira mais precisa possível, e fixaram o valor 6.626 070 15 x 10-34 J s como sendo exatamente o valor de h. Com essa operação a incerteza deixou a constante de Planck e passou para o quilograma. Como consequência o IPK deixou de representar, exatamente, um quilograma e passou a ser apenas mais um padrão de massa, definido experimentalmente como todos os demais, embora de elevada qualidade metrológica.

Com isso o quilograma passa a ser definido em termos das três constantes cujo valor é considerado exato:  c (velocidade da luz, usada para definir o metro); ∆νCs (frequência do césio, usada para definir o segundo) e h (a constante de Planck).

Esses cientistas, hein? Que espertos!

Na prática, a nova definição do quilograma permite que qualquer laboratório adequadamente equipado possa “realizar o quilograma”, ou seja, produzir um padrão de elevada qualidade metrológica, sem ter que compará-lo ao IPK. Naturalmente, todos os padrões de massa em uso atualmente (inclusive o IPK) continuam valendo, pois não houve alteração na “unidade quilograma”, apenas no modo de defini-la e realizá-la. E paramos por aqui, com a esperança de ter esclarecido melhor a coisa.

Restaram dívidas? Excelente! Veja uma explicação mais completa e mais bem elaborada no excelente artigo sobre o assunto na “Metrologia em Revista” do 1º trimestre de 2018. E não deixe de acessar, também, a matéria definitiva: “Questões frequentes sobre a revisão do SI” na Metrologia em Revista do 3º trimestre de 2018.

Saiu a Metrologia em Revista Ano II, n° 1.

3 de abril de 2018

Leia, neste número da Revista Digital “Metrologia em Revista” do primeiro trimestre de 2018, uma excelente e extensa matéria sobre a redefinição do Quilograma. Clique na imagem da capa para acessar o conteúdo da revista. Comente, critique, apresente as suas questões ou sugestões de temas para novas matérias.

Metrologia e Etimologia: Massa.

18 de julho de 2016

 

libra-etimologia

Etimologia é o estudo da origem das palavras e a sua evolução. Sim, as palavras evoluem de maneira semelhante ao modo como evoluem os seres vivos. Elas têm o seu sentido e a sua forma modificadas ao longo do tempo, adaptando-se ao ambiente cultural.

A metrologia, naturalmente, se vale de um grande número de palavras que evoluíram a partir de outras, cujo significado e forma originais eram diferentes. A série que este post inaugura pretende tratar, ainda que superficialmente, da origem dos termos metrológicos. Começamos por falar das palavras ligadas à grandeza “massa”, a começar pela própria:

Massa vem do latim massa, que significa massa mesmo, pasta, e vem do grego máza, “bolo de cevada”, que por sua vez vem de mássein, que significa “amassar, juntar, unir”. Massa, nós já sabemos, não é o mesmo que peso, pois este diz respeito à força com que uma massa é atraída pela gravidade. Na prática, entretanto, peso tem sido usado como sinônimo de massa.

A palavra peso vem do latim pensum, derivada do verbo pendere, que significa pender, estar pendurado. As antigas balanças de dois pratos ficavam penduradas para que as mercadorias fossem comparadas com pesos usados como padrão. Se você pensou que a palavra pensum tem a ver com pensamento, acertou! O ato de pensar é, justamente, o de comparar as coisas, avaliá-las como numa balança, cujo nome, aliás, vem de bi-lanx, que em latim significa, textualmente, dois pratos.

Outro nome latino para esse instrumento é libra. Assim, a palavra equilíbrio vem do latim aequilibrium, formada de aequi (igual) e librare (oscilar). Equilibrar significa oscilar como uma balança (libra) cujos pratos se equivalem, têm o mesmo peso. Libra também está na raiz de deliberar, que significa tomar uma decisão após avaliar, pensar.

Finalmente, em inglês libra é pound (Unidade de medir do Sistema Imperial que equivale a 0,4536 kg),  que por sua vez veio do Latim pondus, “peso”, de ponderare, “pesar”. Ponderar significa avaliar, pensar.  Como vimos, existe uma ligação íntima entre pesar e pensar. Pensando bem, para bem pensar é preciso pesar bem.

O Plâncton e a Constante de Planck.

29 de janeiro de 2015

peixe

A ilustração acima representa um ser imaginário, que não existe no mundo real. Entretanto, qualquer pessoa dirá que é um peixe… É que ele foi criado segundo o estereótipo de um peixe, e apresenta tudo aquilo que, por consenso, todos achamos que um peixe deve ter: Corpo fusiforme, nadadeiras, escamas etc. Agora, veja a ilustração abaixo:

peixebolha1

Ela foi criada com base em um peixe real, o peixe-bolha (psychrolutes marcidus).  O que há de estranho nele? Bem, embora seja real, ele foge ao estereótipo do peixe, foge ao padrão!

Pois em breve veremos mudar um dos estereótipos mais famosos e persistentes da história da metrologia: A definição do padrão internacional do quilograma! Finalmente os cientistas estão a ponto de redefinir o quilograma em termos de uma constante fundamental da física, no caso, a constante de Planck, e aposentar o velho cilindro de platina iridiada que tem mais de cem anos.

A ideia não é nova, mas só agora, após a conclusão da 25ª CGPM (Conferência Geral de Pesos e Medidas) realizada em novembro de 2014 pelo BIPM (Bureau Internacional de Pesos e Medidas) decidiu-se adotá-la formalmente.  Entretanto, cientistas são muito cautelosos e só aposentarão definitivamente o velho padrão após a nova metodologia ser testada e ratificada, provavelmente na próxima CGPM, em 2018.

Padrão Internacional do Quilograma (é o pequeno cilindro no interior das três redomas).

Padrão Internacional do Quilograma (é o pequeno cilindro no interior das três redomas).

Mas o que é, afinal, a constante de Planck? Bem, simplificando ao extremo, Max Planck propôs que os sistemas trocam energia em valores discretos, ou seja, em “pacotes” chamados quanta. Numa analogia com os nossos amigos peixes, imagine que a energia se comporte como as partículas e os pequenos seres que formam o plâncton. Se o nosso peixe-bolha abrir a sua grande boca, não irá engolir apenas um desses seres (quantum), ele engolirá logo um montão, ou seja, um quanta (plural de quantum) de partículas.

A constante de Planck define a quantidade mínima de energia contida em cada quanta, ou seja: h = 6,62606 x 10-34 joule segundo.

Agora os cientistas estão trabalhando para estabelecer a correspondência entre o quilograma e a constante de Planck utilizando uma balança de watt, um instrumento bem complexo que permite correlacionar energia elétrica com energia mecânica. Ou seja, se antigamente era fácil compreender o que era um quilograma, agora a coisa ficou bem mais complicada. Mas isso não deve nos preocupar. Afinal, as definições para as outras unidades do SI também não são lá muito simples…

Nota: A palavra plâncton [do grego plagktòs (πλαγκτός)] significa errante, errático. Planck é o sobrenome do físico alemão Max Planck. Essas palavras não têm nada em comum além da semelhança sonora.

Dia Mundial da Metrologia!

20 de maio de 2014
Interpretação artística do Padrão Internacional do Quilograma, adotado pela Convenção do Metro e válido ainda hoje.

Interpretação artística do Padrão Internacional do Quilograma, adotado pela Convenção do Metro e válido ainda hoje.

A metrologia também tem o seu Dia Mundial: 20 de maio! Nesse dia do ano de 1875, na França, foi assinada a Convenção do Metro!

Dezessete países resolveram criar uma estrutura administrativa e técnica para uniformizar as medições nos países participantes, baseadas no Sistema Métrico Decimal. Em 1799 a Academia Francesa de Ciências havia concluído a tarefa de criar um sistema de medir baseado em “constantes naturais”, ou seja, não arbitrárias. Esse sistema ficou conhecido como Sistema Métrico. A estrutura criada pela Convenção do Metro teve a seguinte organização:

Conferencia Geral de Pesos e Medidas (CGPM): Formada por delegados oficiais dos países membros, a CGPM é  a maior autoridade metrológica internacional. Decide questões importantes como, por exemplo, a adoção de novos conceitos físicos para padrões metrológicos.

Comitê Internacional de Pesos e Medidas (CIPM): Composto por cientistas e metrologistas, o CIPM executa as decisões da CGPM e é responsável pela supervisão do Bureau Internacional de Pesos e Medidas.

Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM): É o órgão técnico da estrutura. Desenvolve pesquisas e normas metrológicas e abrigava os primeiros padrões primários internacionais. Desses antigos padrões apenas o quilograma permanece como referência nos dias de hoje, pois com o desenvolvimento tecnológico e a adoção do Sistema Internacional – SI, os demais padrões foram sendo substituídos por conceitos de física.

Dom Pedro II, a quem devemos a adesão do Brasil à Convenção do Metro.

Dom Pedro II, a quem devemos a adesão do Brasil à Convenção do Metro.

Curiosamente, dente os 17 primeiros países a assinar a Convenção do Metro estava o Brasil! Não é surpreendente? Acontece que Dom Pedro II era um erudito profundamente interessado em ciência e tecnologia, sempre preocupado em inserir o Brasil no cenário internacional. Infelizmente, os contemporâneos de Dom Pedro II não eram tão vanguardistas quanto ele. Os governos republicanos que o sucederam não ratificaram a adesão do país à Convenção do Metro, o que só foi feito definitivamente em 1953! Por esse motivo, o Brasil perdeu a chance de figurar entre as primeiras nações a adotarem o Sistema Métrico Decimal.

Confira o site do Inmetro sobre o assunto: http://www2.inmetro.gov.br/diamundialdametrologia/

Instrumentos de medir incomuns – Massa

27 de julho de 2010

Coleção de padrões de massa (pesos comerciais)

A grandeza massa tem como unidade de medir o quilograma. É a única unidade de base do SI que ainda depende de um protótipo como referência. Todas as outras são definidas mediante conceitos da física. Além disso, o quilograma é a única unidade de base do SI que é um múltiplo, ou seja, um quilograma equivale a mil gramas, porém o grama não é a unidade de base… As esquisitices não param por aí. Sempre nos referimos ao peso das coisas, e não à sua massa. Entretanto, peso e massa não são exatamente a mesma coisa, pois peso é a massa de um corpo submetido à força da gravidade. E tem mais: a definição da física para massa não tem relação com quantidade de matéria, mas sim com inércia, ou seja, é um conceito difícil de ser apreendido. Estranhezas à parte, a medição de massa (ou de peso) é algo bastante familiar a todo mundo, e não há quem não tenha visto ou não saiba para que serve uma balança.  Por isso vamos mostrar, aqui, algumas balanças pouco comuns. (more…)

A origem dos nomes das unidades de medir – etimologia

26 de julho de 2010

Clio – Musa da História

O Sistema Internacional de Unidades – SI incorpora unidades variadas que representam diversas grandezas físicas. O SI é relativamente recente, porém os nomes das unidades que o integram vêm de longe e têm as mais diversas origens. Conhecer a etimologia desses nomes todos facilita a compreensão e é, no mínimo, divertido. (more…)

A medida dos paladares

24 de junho de 2010

O Livro “Dona Benta – Comer bem” (Companhia Editora nacional) tem um capítulo sobre como imprecisão na quantidade dos ingredientes de uma receita interfere no resultado do prato.  O título do capítulo é ” Peso e Medida”, e fornece muitas “dicas” sobre fazer para medir corretamente os ingredientes. Veja algumas:

Sempre que determinada receita pede medidas como xícaras e colheres, a tendência é pesarmos e medirmos os ingredientes empregando utensílios caseiros, pela facilidade de estarem à mão. É preciso, no entanto, levar em conta que o tamanho das xícaras e das colheres varia bastante; conseqüentemente, não existe uma uniformidade. O correto é utilizar medidores padronizados, que são facilmente encontrados em lojas de artigos para culinária.

Meça os líquidos sempre ao nível dos olhos, usando uma jarra de vidro graduada.

Antes de medir farinha, peneire-a sobre um pedaço de papel alumínio ou impermeável, para que ela fique bem fina e leve. Nunca a coloque diretamente dentro das medidas. E quando a receita incluir pequenas quantidades de ingredientes em pó (sal, pimenta, canela etc.), peneire todos eles com a farinha de trigo, para que fiquem perfeitamente distribuídos.

Ao medir ingredientes secos em xícaras ou colheres, nunca os aperte, salvo se isso for solicitado na receita, ou no caso do açúcar mascavo, que deve ser compactado à medida. Coloque os ingredientes nas medidas despejando-os delicadamente. Retire o excesso com as costas da lâmina de uma faca, para que os ingredientes fiquem no nível correto.

Se a receita pede uma colher cheia (de sopa ou de chá), ponha duas rasas. E nunca use colheres de seu faqueiro, utilize sempre as colheres-medida.

Não meça condimentos sobre a tigela, pois eles podem derramar.

Lave e seque os medidores a cada vez que os usar.

Veja algumas equivalências abaixo:

  • 1 xícara (chá) rasa de açúcar equivale a 120g.
  • 1 xícara (chá) de manteiga ou margarina equivale a 200g.
  • ¼ de xícara (chá) de líquido equivale a 4 colheres (sopa).
  • 1/3 de xícara (chá) de líquido equivale a 6 colheres (sopa).
  • ½ xícara (chá) de líquido equivale a 10 colheres (sopa).
  • 2/3 de xícara (chá) de líquido equivale a 12 colheres (sopa).
  • ¾ de xícara (chá) de líquido equivale a 14 colheres (sopa).
  • 1 colher (sopa) equivale a 15ml.
  • 1 colher (chá) equivale a 5ml.
  • 1 colher (sopa) de líquido equivale a 3 colheres (chá).
  • 1 cálice equivale a 9 colheres (sopa) de líquido.
  • 1 pitada é o tanto que se pode segurar entre as pontas de dois dedos ou ½ colher (chá).

 

Fonte: Livro Dona Benta Comer Bem    (Editora Nacional)

As 7 unidades de base do SI (atualizadas conforme a 26ª CGPM)

2 de fevereiro de 2010

Sistema Internacional de Unidades – SI dá conta de uma grande variedade grandezas físicas, que são as propriedades mensuráveis dos corpos. Apresentamos aqui as 7 (sete) unidades de base do SI, usadas para definir as outras unidades. Para ver o sistema completo com todas as unidades, múltiplos e submúltiplos, e as regras para grafia dos símbolos, clique aqui.

Algumas das definições a seguir não são muito fáceis de compreender, sobretudo para quem não é do ramo das ciências exatas. Por isso, cada uma delas tem um link para uma explicação mais detalhada e em linguagem mais acessível (pelo menos assim esperamos…).

O metro, unidade de medir comprimento.  O metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo, durante um intervalo de tempo de 1/299 792 458 de segundo. (Unidade de Base ratificada pela 17ª CGPM – 1983) A partir dele são definidos os conceitos para área, volume, velocidade etc. Símbolo: m

Para uma explicação mais detalhada, clique aqui.

Régua graduada em milimetros. Foto: Ipem-SP

O quilograma ou kilograma (*), unidade de medir massa, é definido tomando-se o valor numérico fixo da constante de Plank h como sendo 6.626 070 15 x 10-34 quando expresso na unidade J s (joule segundo), a qual é igual a kg m2 s-1 quando o metro e o segundo são definidos em termos de c (constante da velocidade da luz) e ∆νCs (valor da frequência do césio). (Unidade de Base ratificada pela 26ª CGPM – 2018). Símbolo: kg

Para uma explicação mais detalhada, clique aqui.

Padrão de massa (peso padrão). Foto: Ipem-SP

 O segundo, unidade de medir tempo, é a duração de  9 192 631 770 períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio 133. (Unidade de Base ratificada pela 13ª CGPM – 1967.). A partir dessa definição foram obtidas outras unidades, como a velocidade, a aceleração e, mesmo, o próprio metro. Símbolo: s

Para uma explicação mais detalhada, clique aqui.

Cronômetro analógico. Foto: divulgação

O kelvin (*), unidade de medir temperatura termodinâmica, é definido tomando-se o valor numérico fixo da constante de Bolstzmann k como sendo 1,380 649 x 10-23 quando expresso na unidade J K-1, a qual é igual a kg m2 s-2 K-1 onde o kilograma, o metro e o segundo são definidos em termos de h (constante de Plank), c (constante da velocidade da luz) e ∆νCs (valor da frequência do césio). (Unidade de Base ratificada pela 26ª CGPM – 2018). Símbolo: K

Para uma explicação mais detalhada, clique aqui.

Termômetro com escala em grau Celsius e kelvin
foto: Martinvl

A candela é a unidade para medir intensidade luminosa. É a Intensidade luminosa, numa direção dada, de uma fonte que emite uma radiação monocromática de freqüência 540 x 1012 hertz e cuja intensidade energética naquela direção é 1/683 watt por esterradiano. (Unidade de Base ratificada pela 16ª CGPM – 1979). Símbolo: cd

Para uma explicação mais detalhada, clique aqui.

Lâmpada incandescente. Foto: divulgação

O mol (*) é a unidade de medir quantidade de matéria. Um mol contém exatamente 6.022 140 76 x 1023 entidades elementares. Este número é o valor numérico fixo da constante de Avogadro, NA, quando expresso na unidade mol-1, chamada de número de Avogadro. (Unidade de Base ratificada pela 26ª CGPM – 2018). Símbolo: mol

A grandeza “quantidade de matéria” de um sistema é a medida de um número especificado de entidades elementares, que pode ser um átomo, uma molécula, um íon, um elétron ou qualquer outra partícula ou grupo especificado de partículas.

Para uma explicação mais detalhada, clique aqui.

Modelo de estrutura molecular. Foto: divulgação

O ampere (*) é a unidade de medir corrente elétrica. É definido tomando-se o valor numérico fixo da carga elementar e como sendo 1.602 176 634 x 10-19 quando expressa unidade C (coulomb, unidade de carga elétrica), a qual é igual  a A s, onde o segundo é definido em termos de ∆νCs (valor da frequência do césio). (Unidade de Base ratificada pela 26ª CGPM – 2018). Símbolo: A

Para uma explicação mais detalhada, clique aqui.

Descarga elétrica (corrente elétrica) na atmosfera (raios e relâmpagos). foto: Guilherme Martins

*Importante: No dia 20 de maio de 2019 entraram em vigor as novas definições do  quilograma, do ampere, do kelvin e do mol. A decisão foi tomada na 26ª Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) em 16 de novembro de 2018.