Asuntos de peso

Pedro Luis Martín Olivares
Pedro Luis Martín Olivares - Asuntos de peso

Pedro Luis Martín Olivares – El kilogramo y otras tres unidades métricas están a punto de ser renovadas

A lo largo de gran parte de la historia de la humanidad, el hombre ha sido la medida de muchas, si no de todas, las cosas. Las longitudes se dividieron en pies, palmas de las manos y unidades más pequeñas derivadas de la mano humana. Otras medidas fueron igualmente idiosincrásicas. Los comerciantes mediterráneos durante siglos utilizaron el peso de los granos de trigo o cebada para definir sus unidades de masa. La libra romana, precursora de la libra, era 1.728 quilates cada una de ellas, equivalente al peso de una semilla de algarroba, posiblemente porque se pensaba, erróneamente, que era menos variable en masa que las semillas de otras especies.

Los tamaños de unidades con nombres similares también podrían diferir. El pied du roi (pie de rey), utilizado en Francia durante casi 1.000 años después de su introducción por Carlomagno alrededor del año 790 era de 32,5 cm, aproximadamente un centímetro más corto que el pie belga, utilizado en Inglaterra hasta 1300. El talento era la masa de agua requerida para llenar un ánfora (aproximadamente 28 kg), pero las versiones griegas, egipcias y babilónicas variaban entre sí por unos pocos kilos. Nunca hubo acuerdo sobre tales cosas dentro de los países. En Francia, donde no había un sistema de medición unificado a nivel nacional, la situación era particularmente grave. El lieue (liga), por ejemplo, varió desde poco más de 3 km en el norte hasta casi 6 km en el sur.

Aunque John Wilkins, un inglés, propuso por primera vez un sistema de medida decimal en 1668, fueron los franceses, llenos de celo revolucionario, quienes en 1799 lo convirtieron en ley. Las normas para el metro y el kilogramo se emitieron debidamente en platino sólido, y si bien Napoleón engañó a las nuevas unidades, el Système International d’unités (si, o el sistema métrico, como es más conocido) derivó de ellas y se convirtió en la medida oficial en todos los países excepto Myanmar, Liberia y los Estados Unidos. Ahora, la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (bipm) en París está preparada para darle al sistema métrico su mayor reorganización en toda su historia.

En una reunión celebrada en Versalles el pasado 16 de noviembre, los organismos de medición del mundo aprobaron una resolución que se traduce en que cuatro de las siete unidades base fueron redefinidas, incluido el kilogramo en Términos de los valores de las constantes físicas. Cada una de las constantes elegidas se ha medido con una precisión increíble. Además, representan características fundamentales del universo que no se espera que cambien (al menos en las escalas de tiempo terrenales que probablemente afecten a la raza humana). Esto significaría que, a partir del 20 de mayo de 2019, las constantes se fijarán a sus valores actuales para siempre. Cualquier laboratorio en el mundo podrá medir, por ejemplo, la masa de un objeto tan precisamente como lo permita la precisión de su equipo.

En 1967, la redefinición del tiempo, en la forma del segundo, condujo a la revisión actual. En lugar de vincular el segundo a la rotación de la Tierra alrededor de su eje, el segundo ahora se define por el tictac de un reloj atómico de cesio. Esto no pierde ni gana más de un segundo en 1.4 millones de años. Este reloj se basa en las microondas, que, a una frecuencia de 9,192,631,770Hz se sabe que hacen que los electrones salten entre dos niveles de energía particulares, conocidos como estados hiperfinos de cesio. Las microondas están sintonizadas a esta frecuencia y los pulsos utilizados para medir un segundo de tiempo, al igual que las oscilaciones regulares de los cristales de cuarzo se utilizan para calibrar los relojes electrónicos.

La candela, una unidad de luminosidad originalmente basada en el brillo de la llama de una vela, se redefinió en 1979 para basarse en el brillo de una fuente que emite luz a una frecuencia específica en la parte verde del espectro, a la que se encuentra el ojo humano más sensible. En 1983 fue el metro, que en virtud del hecho de que la luz viaja a una velocidad fija (299.792.458 metros por segundo) a través del vacío, se redefinió de esa manera. Ahora es el turno de las unidades de masa (kilogramo), corriente (amperio), temperatura (kelvin) y la cantidad de una sustancia química (mol), las cuales deben redefinirse para que también puedan, en teoría, reproducirse en cualquier momento y en cualquier lugar.

Pedro Luis Martín Olivare

Pedro Luis Martín Olivares – Asuntos de peso

El cambio es más significativo para el kilogramo, definido físicamente por un cilindro de aleación de platino-iridio alojado bajo campanas anidadas en una bóveda en la bipmin de París. Conocido como el Prototipo Internacional del Kilograma, o Le Grand K, en 1889 se fabricó para ser de la misma masa que el lingote original de la era napoleónica. El problema es que las masas de las seis copias oficiales se han alejado un poco de la de Le Grand K a lo largo de los años (ver gráfico antes mostrado). No se sabe por qué esto es así, pero como las copias han cambiado, es probable que también lo haya hecho la masa del original. Debido a que Le Grand K es el estándar contra el cual se miden las copias, no tiene sentido preguntar si ha ganado o perdido peso. Y a pesar de toda la seguridad, existe la posibilidad de que el prototipo sea robado o destruido alguna vez, como lo fue la Libra Esterlina Imperial cuando se quemó el Palacio de Westminster en Londres en 1834, desapareciendo la medida oficial.

La nueva definición del kilo convertirá a Le Grand K en una reliquia de museo. En su lugar, el papel recaerá en una pieza llamada Kibble balance, anteriormente conocida como Watt balance, pero que pasó a llamarse en 2016 por su inventor, Bryan Kibble, del National Physical Laboratory en Gran Bretaña.

El balance de Kibble mide una masa al observar la cantidad de energía que se necesita para equilibrar su peso utilizando fuerzas electromagnéticas. La cantidad de energía requerida para medir 1 kg dependerá de un valor conocido como la constante de Planck, que se representa con la letra h. La constante es un número del extraño mundo de la física cuántica que, por ejemplo, vincula la energía de un fotón de luz con su frecuencia.

Para calibrar todos los balances de Kibble en el mundo, es necesario primero medir la constante de Planck utilizando una masa de referencia conocida, como Le Grand K. Los científicos de todo el mundo lo han estado haciendo en una serie de pruebas elaboradas. Estos implican colocar una masa en una bandeja suspendida en una longitud de cable dentro de lo que se conoce como un campo magnético ambiental. Cuando se ejecuta una corriente apropiada a través de una bobina de alambre unida a la bandeja, genera otro campo magnético, que interactúa con el campo ambiental para producir una fuerza hacia arriba que equilibra exactamente el peso de la masa. La corriente que fluye a través del cable es fácil de determinar con precisión, pero la intensidad del campo magnético ambiental no lo es. Medición que implica eliminar la masa, apagar la corriente y mover la bobina a una velocidad fija a través del campo ambiental. Este movimiento induce un voltaje a través del cable que está directamente relacionado con la fuerza del campo magnético ambiental. Esta tensión, al igual que la corriente, puede medirse rigurosamente. Como ambos están relacionados por la constante de Planck, permitirá a los científicos encontrar un valor acordado para ello.

Ese valor se fijará para establecerse el 20 de mayo de 2019, después de lo cual cualquier laboratorio con un balance de Kibble podrá determinar la masa de un objeto sin tener que recurrir a Le Grand K o sus casi clones. Existe una cierta ironía de que una constante que surge de la mecánica cuántica, famosa por su principio de incertidumbre, a partir de entonces traerá más certeza a las mediciones de masa.

Esfuerzos similares con el amperio, el kelvin y el mol los vincularán, respectivamente, a la carga elemental e, a la constante de Boltzmann, k; y a la constante de Avogadro N {-A}. Al igual que la constante de Planck, sus valores se fijarán el próximo año. Aquellos que necesitan determinar tales cosas pueden medir una corriente contando electrones individuales (cada uno con una carga e) pasando un punto en un circuito; temperatura mediante la medición de la velocidad promedio (y por lo tanto la energía térmica) de un conjunto de moléculas; y la cantidad de material al determinar el número de partículas (generalmente átomos o moléculas) que lo componen.

Sin embargo, aquellos que esperan perder algo de peso sin hacer esfuerzo antes de la temporada festiva como resultado de estos cambios, se sentirán decepcionados. Como las determinaciones de la constante de Planck usaron el kilogramo prototipo, no habrá diferencia entre el kilo nuevo y el antiguo.

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Economía y Finanzas

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