Tópico: Definição de quilograma

[Unknown]

Quilograma poderá ser definido como um número exato de átomos de carbono



Esta é a imagem do cilindro que representa o quilograma, guardado no interior de seu ambiente triplamente isolado.

Mas quanto é exatamente um quilograma? Pode parecer difícil de se acreditar, e é de certa forma desconcertante para os cientistas terem que admitir - mas, em uma época onde já nos acostumamos com altíssimos níveis de precisão, a resposta é: ninguém sabe ao certo - pelo menos não de uma maneira definitiva e permanente.

Definição oficial de quilograma

O quilograma oficial é um cilindro de uma liga de irídio e platina, fundido em 1889 e guardado a sete chaves em um laboratório nas proximidades de Paris. O problema é que a massa desse cilindro, conhecido carinhosamente como "Le Gran K", varia ao longo do tempo - na última checagem, ele perdeu 50 microgramas.

A rigor ele deveria ganhar massa, devido ao acúmulo de contaminantes sobre a sua superfície. Tanto que a definição oficial de quilograma não é exatamente o cilindro, mas sim aquele cilindro depois que ele é lavado e limpo segundo um procedimento detalhadamente descrito. Detalhes à parte, o resultado final é que o quilograma - a última unidade do sistema internacional de medidas que ainda se baseia em um artefato físico - não é tão fixo como deveria ser.

Substituição do quilograma padrão

Uma equipe de cientistas alemães vem trabalhando há um bom tempo na tentativa de substituir o Gran K por uma esfera de silício. Outra idéia promissora é baseada na Balança de Watt, uma balança elétrica que visa definir a potência elétrica necessária para manter um quilograma de massa em equilíbrio. Ambas, porém, ainda dependem de avanços tecnológicos que permitam que as medições sejam feitas com a precisão necessária.

Agora, dois cientistas do Instituto de Tecnologia da Georgia, Estados Unidos, fizeram uma proposta diferente: eles querem que o quilograma seja definido como a massa de um número preciso de átomos de carbono-12. Esta é a primeira proposta que poderia ser adotada imediatamente, sem depender de novos avanços científicos, bastando um consenso entre os cientistas.

"Nosso padrão poderá eliminar a necessidade de um artefato físico para definir o que o quilograma é," diz o físico Ronald F. Fox. "Nós queremos algo que seja logicamente simples de se entender."

Fox e seu colega, o matemático, Theodore P. Hill, propuseram que o grama - igual a 1 milésimo do quilograma - seja doravante definido como a massa de exatamente 18 x 14074481³ átomos de carbono-12.

Constante de Avogadro

Pode parecer simples, mas a proposta envolve uma questão delicada: a redefinição da constante de Avogadro. O cientista italiano Amedeo Avogadro propôs, em 1800, um número que representa a quantidade de átomos ou moléculas em um mol de um material puro. O problema é que essa constante não é um número específico, ela é uma faixa de valores que podem ser determinados experimentalmente, mas não com uma precisão suficiente para ser um número único.

Os dois cientistas já haviam proposto anteriormente a definição de um número específico para a constante de Avogadro - um dentro os 10 valores possíveis dentro da faixa estabelecida experimentalmente. O artigo, publicado no periódico Physics Archives, chamou a atenção de vários pesquisadores, que fizeram sugestões e ajudaram a aprimorar a idéia. A proposta final é que a constante de Avogadro seja 84446886³.

Átomos de carbono-12

Esta é ainda apenas uma proposta, que poderá ou não ser aceita internacionalmente. Mas é nela que Fox e Hill se basearam para propor que o quilograma seja então igual a 1/12 da massa de um mol de carbono-12. Os cientistas ainda terão tempo para discutir e ponderar as duas idéias, já que o próximo encontro do Comitê Internacional de Pesos e Medidas deverá acontecer em 2011.

"Usar um cubo numericamente perfeito para definir essas constantes nos dá o mesmo nível de significância - oito ou nove dígitos - que possuem os inteiros que definem o segundo e a velocidade da luz," afirmou Hill. "Uma definição puramente matemática do quilograma é experimentalmente neutra - os pesquisadores poderão então utilizar qualquer método de laboratório que eles quiserem para comparar massas com exatidão."

Metro oficial

Quando o pesquisador se refere à velocidade da luz, ele lembra que o metro foi redefinido em 1983, deixando de ser representado por uma barra metálica e passando a equivaler à distância que a luz percorre em 1/299,792,458 segundos.

O novo quilograma, se a proposta for aceita, será igualmente elusivo - pelo menos para aqueles que gostariam de olhar para algo material que pese um quilograma e que possa ser colocado numa balança para aferição. Afinal, não há tecnologia disponível hoje que permita construir-se um cubo perfeito de carbono, com cada aresta tendo um número preciso de átomos.

"Se você construí-lo com algum tipo de processo de automontagem - ao invés de construí-lo átomo por átomo, o que levaria alguns bilhões de anos - você poderá ter um novo artefato feito de carbono que represente o quilograma. Mas não há realmente necessidade para isso. Mesmo se você construir um quilograma perfeito, ele se tornará imediatamente impreciso tão logo um único átomo seja arrancado ou absorvido em sua superfície," conclui o professor Fox.

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/imagem.php?artigo=010805070924

[rizk]

Puxa. Eu lembro que achei o maior dos absurdos do mundo quando me contaram o que era o quilo. Daquelas coisas engraçadas que mamãe deve ter contado pras amigas, "vocês não sabem o que mimi aprontou"
Porque eu não entendia como é que na balança do colégio eu pesava x e na balança da farmácia eu pesava menos. Aí fui perguntar pra mamãe e ela explicou que as balanças, com o uso, iam perdendo a precisão, mas que todas as balanças do mundo saíam da fábrica ajustadas todas com um pesinho que pesava exatamente 1kg que os cientistas guardavam num museu na França - tanto que até hoje, se eu penso "no quilo", eu penso num halteres bregas como aqueles que tinham no ginásio quando eu era criança.
E imaginava que os cientistas deviam ter feito vários halteres e vendido na caixa junto com as balanças para as pessoas poderem regular depois. Com o passar do tempo eu fui desacreditando disso, mas até hoje não sei como se regulam as balanças

[Andre]

Pera aí. Eu pensava que 1 grama era a massa de 1cm³ de água a 4°C. Logo um quilo deveria ser mil vezes isso.

[Vito]

Pera aí. Eu pensava que 1 grama era a massa de 1cm³ de água a 4°C. Logo um quilo deveria ser mil vezes isso.

Eu também...

[Hold the Door]

Pera aí. Eu pensava que 1 grama era a massa de 1cm³ de água a 4°C. Logo um quilo deveria ser mil vezes isso.

A densidade da água a 4ºC é de 0,999973 g/cm³.

[Unknown]

Pera aí. Eu pensava que 1 grama era a massa de 1cm³ de água a 4°C. Logo um quilo deveria ser mil vezes isso.

Eu também...

Esses processos de definição são relativamente complexos. Originalmente, um quilo foi definido como sendo o peso de um litro d'água. Só que como a água varia de densidade - assim como qualquer outra substância - conforme varia a temperatura, escolheram a temperatura onde a água apresenta a maior densidade, ou seja, 4°C. Só que essa definição também é problemática: é necessário remover completamente as impurezas da água, mantê-la na temperatura exata na qual ela atinge a maior densidade (que muito provavelmente não é exatos 4°C, mas um valor quebrado), e medir exatamente a quantidade de um litro para que se possa definir com exatidão o que representa um quilo.
Acho que já deu p/ perceber o trabalho que essa definição daria na hora de se ajustar os equipamentos. Dessa maneira vários laboratórios poderiam fazer todo esse procedimento e obter resultados diferentes, o que geraria confusão, pois não haveria como dizer quem procedeu da maneira correta. Para resolver isso foi criado o Quilograma Padrão, aquele bloco metálico que aparece dentro dos cilindros na fotografia. Para evitar os problemas de perda e/ou aderência de massa, ele precisa ficar num ambiente extremamente isolado, e quando for necessário seu manuseio, há um procedimento minucioso para isso. No começo, essa definição serviu e facilitou muito o trabalho de calibração dos diversos equipamentos, mas atualmente a precisão necessária é tão alta que ele já se tornou obsoleto, pelas razões que o texto mostrou. Já existem várias propostas de substitutos, mas só saberemos se alguma será adotada em 2011.

[Unknown]

E imaginava que os cientistas deviam ter feito vários halteres e vendido na caixa junto com as balanças para as pessoas poderem regular depois. Com o passar do tempo eu fui desacreditando disso, mas até hoje não sei como se regulam as balanças

É quase isso. Cada empresa de fabricação e manutenção de balanças possui uns blocos de massa padronizados e que devem ser aferidos de tempo em tempo por um instituto de calibração certificado. As respectivas massas e a precisão dependem do tipo da balança. Pois bem, quando uma balança vai ser aferida, são colocados uma a uma as massas e verifica-se qual o desvio da balança em cada massa. com esses dados, abre-se a balança e se inicia o procedimento de regulagem das várias molas e pesos que a compoem. Terminado esse processo, a balança é fechada e feito um novo teste: caso ainda haja um erro o processo é reiniciado; caso contrário a balança está pronta para uso.
No caso das balanças eletrônicas, em vez de pesos e molas, usam-se sensores de pressão.

[Unsichtbar]

Puxa. Eu lembro que achei o maior dos absurdos do mundo quando me contaram o que era o quilo. Daquelas coisas engraçadas que mamãe deve ter contado pras amigas, "vocês não sabem o que mimi aprontou"
Porque eu não entendia como é que na balança do colégio eu pesava x e na balança da farmácia eu pesava menos. Aí fui perguntar pra mamãe e ela explicou que as balanças, com o uso, iam perdendo a precisão, mas que todas as balanças do mundo saíam da fábrica ajustadas todas com um pesinho que pesava exatamente 1kg que os cientistas guardavam num museu na França - tanto que até hoje, se eu penso "no quilo", eu penso num halteres bregas como aqueles que tinham no ginásio quando eu era criança.
E imaginava que os cientistas deviam ter feito vários halteres e vendido na caixa junto com as balanças para as pessoas poderem regular depois. Com o passar do tempo eu fui desacreditando disso, mas até hoje não sei como se regulam as balanças

Cheguei a ter na faculdade um daqueles professores "figuras". Ele era engenheiro mecânico e no início das primeiras aulas ele sempre tirava uns minutinhos para esculachar o sistema de medida inglês, que é todo baseado em artefatos físicos ou fenômenos naturais irreproduzíveis.

[Unknown]

Cheguei a ter na faculdade um daqueles professores "figuras". Ele era engenheiro mecânico e no início das primeiras aulas ele sempre tirava uns minutinhos para esculachar o sistema de medida inglês, que é todo baseado em artefatos físicos ou fenômenos naturais irreproduzíveis.

Realmente, o sistema inglês de medidas é uma aberração.
Uma polegada era a largura do dedo de um homem. Depois virou o comprimento de três grãos de cevada.
Um pé é o tamanho médio de um pé masculino (12 polegadas)
Um palmo é a medida da mão aberta (9 polegadas)
Uma jarda é a distância entre o nariz e o polegar de seu braço estendido (3 pés)
Um côvado é a distância entre o cotovelo e a ponta dos dedos (2 palmos)
Um passo mede 3 pés.
E por aí vai...

Em suma, se você pegar um grão de cevada com uma medida bem diferente, a bagunça está instalada.

E o pior é que os ingleses se recusam a abandonar essas unidades. E os americanos também, pois só estão acostumados com elas.

[Diego]

Mas pro cotidiano, não muda em alsolutamente nada!
Deixa os ingleses e americanos com suas medidas!

[Unknown]

Mas pro cotidiano, não muda em alsolutamente nada!
Deixa os ingleses e americanos com suas medidas!

Muda porque pode gerar confusão, principalmente em empresas que trabalham exportando produtos para ambos os países, muda p/ quem precisa estudar com livros em inglês e precisa ficar convertendo medidas (converter fórmulas então é uma desgraça), e esse tipo de coisa aumenta muito a possibilidade de erro nesses casos. O caso mais famoso de problema gerado por causa disso foi o da sonda Mars Climate Orbiter que assumiu uma direção errada por erro na entrada de dados.
http://www.fisica.ufsc.br/~lab1/Conta%20de%20maluco.html

[Unknown]

Rumo a um quilograma que não muda com o tempo


A chamada Balança de Watt (Watt Balance Experiment) é uma das tentativas de criar um "quilograma eletrônico", definido em termos da constante de Planck.[Imagem: Steiner/NIST]

Novo SI

Nos primeiros passos daquilo que poderá ser um avanço histórico na ciência, especialistas de todo o mundo estão se empenhando em um esforço para a criação de um novo Sistema Internacional de Unidades (SI).

O SI é o sistema métrico, a base de todas as medidas usadas na indústria, no comércio, na ciência e em inúmeros aspectos da vida cotidiana.

O "Novo SI", que deverá ser baseado em sete constantes da natureza, permitirá aos cientistas expressarem os resultados de suas pesquisas em novos patamares de consistência e precisão.

Quilograma padrão

A mudança mais significativa do SI deverá ser no quilograma, a única das sete unidades básicas do sistema que ainda é definida em termos de um artefato material.

O quilograma padrão é um cilindro de uma liga de platina e irídio, fundido 130 anos atrás, e que fica guardado em um ambiente controlado no Bureau Internacional de Pesos e Medidas, na França.

O "quilograma físico" cria muitos problemas a longo prazo porque sua massa muda ligeiramente ao longo do tempo - em tempos de medições em escala dos femto (10-15) e atto (10-18), esse "ligeiramente" ganha proporções muito significativas.

A revisão, ainda em estágio de proposta, "coloca o SI em uma fundação sólida. Vamos nos livrar do último artefato," diz Ambler Thompson, um dos participantes do esforço internacional.

Em 1983, o mundo livrou-se do "metro material", que deixou de ser representado por uma barra metálica e passou a equivaler à distância que a luz percorre em 1/299.792.458 segundos.

Quilograma para medir luz?

Se você acha que o quilograma e seus múltiplos e frações são importantes apenas quando você sobe na balança, é melhor fazer uma revisão também em seus conceitos: por exemplo, tente comparar a luz emitida por dois LEDs e você não conseguirá se livrar do velho cilindro de platina e irídio.

Isto porque, no SI atual, não é apenas a unidade de massa que depende do quilograma. As definições para o Ampere (corrente elétrica), mol (quantidade de substância) e candela (intensidade luminosa), todos dependem dele.

Por exemplo, um mol é definido como o número de átomos de carbono 12 cuja massa total é de 12 gramas. Tente destrinchar as diversas definições de outras unidades e, bem no fundo, você encontrará os rastros bem plantados da unidade de massa.

A nova proposta define o quilograma em termos da constante de Planck h, uma constante importante na física quântica, que é expressa em unidades contendo o quilograma.

O valor atualmente aceito da constante de Planck é 6,626068 × 10-34 m2 kg/s.

Constantes físicas

O novo SI deverá se basear nos valores fixos de sete constantes, que definirão as sete unidades básicas, das quais todas as outras dependerão.

Por exemplo, o Ampere será definido em termos da carga elétrica de um próton, o kelvin em termos da constante de Boltzmann e o mol em termos da constante de Avogadro.

As sete unidades básicas são o segundo (tempo), o metro (comprimento), o quilograma (massa), o Ampere (corrente elétrica), o kelvin (temperatura termodinâmica), o mol (quantidade de substância) e a candela (intensidade luminosa).

E o que falta para que o Novo Sistema Internacional de Unidades seja ratificado? Por uma dessas ironias do destino, faltam... melhores medições.

Faltam medições que estabeleçam valores mais precisos das diversas constantes, sobretudo das constantes de Planck, Avogadro e Boltzmann.

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=quilograma-que-nao-muda-tempo&id=010170101123