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Más sobre el metro patrón y el kilogramo patrón

El comienzo del proyecto

Charles-Maurice de Talleyrand

En 1790, Charles-Maurice de Talleyrand, Obispo de Autun, presentó a la Asamblea Nacional un plan para diseñar un sistema de unidades basado en la longitud de un péndulo que marcara segundos en la latitud 45º.

Los dos principios fundacionales eran:
que el sistema estuviera basado en observación científica y
- que fuera un sistema decimal.

El metro patrón
Joseph Louis Lagrange

Pierre Simon Laplace

Una comisión de distinguidos de la Academia Francesa de las Ciencias, incluyendo a J. L. Lagrange y Pierre Simon Laplace, se encargaron de la unidad de longitud. Rechazando el péndulo de segundos por no ser suficientemente preciso, la comisión definió la unidad, y le dio el nombre de metro en 1793, como una diezmillonésima de la cuarta parte del meridiano terrestre que pasa por París. La Asamblea Nacional aceptó la propuesta el 26 de marzo de 1791.

Ahora sabemos que el cuadrante de la Tierra es 10.001.966 metros (en el modelo WGS 84), en lugar de exactamente 10.000.000 de metros como fue inicialmente planeado. La principal fuente de error fue el valor que asumieron en la planitud de la tierra y que usaron para corregir el achatamiento.


El kilogramo patrón

Antoine-Laurent Lavoisier

Rene-Just Hauy

El trabajo para determinar la unidad de masa fue asignado a Antoine-Laurent Lavoisier, el padre de la química moderna, y Rene-Just Hauy. Lavoisier fue guillotinado por un tribunal revolucionario en 1794. Las medidas fueron completadas por Louis Lefevre-Gineau y Giovanni Fabroni en 1799.

La unidad de volumen, la pinte (luego renombrada como litro), se definió como el volumen de un cubo de lado igual a la décima parte del metro.

La unidad de masa: el grave (renombrado después como kilogramo), se definió como la masa de una pinta de agua destilada a la temperatura de fusión del hielo. Adicionalmente fue adoptada la escala de grados centígrados para temperatura, con puntos fijados a 0ª y 100ºC correspondientes a los puntos de congelación y ebullición el agua (ahora convertida en la escala Celsius).

Sin embargo, encontraron que no podían enfriar agua líquida a exactamente 0ºC y que la máxima densidad sucede a 4ºC, no a 0ºC como se había supuesto. Sin embargo, la definición del kilogramo fue enmendada para especificar la temperatura de máxima densidad. Sabemos ahora que la masa pretendida era 0,999972 kg., es decir, 1000,028 cm3, en lugar de exactamente 1000 cm3 para el volumen de 1 kilogramo de agua pura a 4ºC.

La construcción de modelos reales

El sistema métrico se adoptó oficialmente el 7 de abril de 1795. El gobierno gestó un decreto (Loi du 18 germinal, an III) formalizando la adopción de las definiciones y términos que están hoy en uso. Se construyó una barra de metal para representar el metro provisional, obtenido de las mediciones de Lacaille , y se derivó un modelo provisional para el kilogramo.

Una conferencia científica incluyendo representantes de los Países Bajos, Suiza, Dinamarca, España e Italia, además de Francia, se celebró de 1798 a 1799 para validar los cálculos y diseñar prototipos modelos. Se construyeron patrones permanentes de platino para el metro y el kilogramo. Estos modelos fueron depositados en los Archivos de la República. Se hicieron oficiales por un acta de 10 de diciembre de 1799.
El sistema métrico se convirtió en obligatorio en toda Francia el 1 de Enero de 1840.

El Tratado del Metro

Fue asegurada aprobación internacional formal por el Tratado del Metro, firmado en Paris por los delegados de 17 países, incluidos los Estados Unidos, el 20 de mayo de 1875.

El tratado establecía la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM). También se decidió la creación de un comité Internacional para Pesos y Medidas (CIPM) para llevar la oficina, y la Conferencia General de Pesos y Medidas como el cuerpo diplomático formal que ratificara los cambios que fueran precisos.

Pavillon de Breteuil - Sèvres - Francia

El gobierno francés ofreció el Pavillon de Breteuil, antiguo pequeño palacio real, para servir de sede para la Oficina en Sèvres, cerca de París.

Los primeros tres kilogramos se hicieron en 1880 y uno fue escogido como el prototipo internacional. En 1884 fueron fabricados 40 barras de kilogramo y 30 metros, con una aleación de 90 por ciento de platino y 10 por ciento de iridio por Johnson, Mathey and Co. de Londres.

El metro y kilogramo originales de los Archivos Franceses en su estado conservado fueron el punto de partida. Una barra de metro particular, la número 6, fue seleccionada como prototipo internacional.
Los Estados Unidos recibieron los metros 21 y 27 y los kilogramos 4 y 20.

Las unidades mecánicas MKS pudieron ser englobadas bajo un único sistema coherente seleccionando el metro, el kilogramo y el segundo como las unidades base.

El metro

El patrón prototipo internacional metro de 1889 era una barra de platino e iridio con sección cruzada en forma de X. El metro era definido por la distancia entre dos líneas grabadas en la superficie superior del puente, en lugar de la distancia entre las dos caras finales. El metro fue derivado del metro de los Archivos Franceses en su estado existente, y la referencia al meridiano terrestre fue abandonada.

El kilogramo

En 1889 se adoptó el kilogramo prototipo internacional como el patrón de masa. El kilogramo prototipo es un cilindro de platino-iridio de igual altura que diámetro de 3,9 cm. y bordes ligeramente redondeados. Para la figura de un cilindro, estas dimensiones son las que presentan la más pequeña relación de superficie por volumen, para minimizar el desgaste. El patrón se conserva cuidadosamente en una caja fuerte en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas y se usa sólo en raras ocasiones. Continúa siendo el patrón actualmente. El kilogramo es la única unidad todavía definida en términos de un artefacto arbitrario, en lugar de un fenómeno natural.

Adaptado de:
http://www.terra.es/personal6/gcasado/si.htm
por el Prof. Daniel Aníbal Galatro


Problemas de medida: el metro patrón, el kilogramo patrón y demás.

En 1791 la Academia Francesa de Ciencias definió conceptualmente el metro como la diezmillonésima parte de un cuadrante del meridiano terrestre. Se pretendía superar las medidas tradicionales de base anatómica (el codo, la pulgada, el pie, la braza...) con un patrón de más universalidad, y por eso se tomó la Tierra como referencia.

El metro patrón de 1889 era una copia del metro que se estableció durante la famosa medida del meridiano terrestre entre Dunkerque y Barcelona. A partir de ese patrón inicial se construyó un prototipo de platino con dos marcas cuya distancia a 0 ºC constituyó la definición oficial de metro. En el caso del kilogramo, se definió conceptualmente como la masa de un litro de agua a 4 ºC y una atmósfera de presión, y se construyó un prototipo en platino que se guardó junto con el del metro en los Archivos de París.


En 1876 se fundó en París el Bureau International des Poids et Mesures, que construyó prototipos más resistentes e inalterables con platino y un 10% de Iridio. Los países adheridos a la Convención Internacional del Metro recibieron dos copias de cada patrón, de igual forma y material. En España, el Centro español de metrología se ocupa de la custodia de los patrones. El prototipo de metro es una barra con dos finas marcas que señalan esa distancia, y el de kilogramo masa es un cilindro de 39 mm de altura y de diámetro, con los cantos romos.


Aunque se conocen los errores de medida de las copias respecto del prototipo original, es evidente que resulta poco práctico e inseguro depender de un prototipo material como patrón de medida. Se alteran y son vulnerables frente a, por ejemplo, un desastre natural. Por ello se tiende a establecer nuevas definiciones con carácter más universal, que puedan reproducirse en cualquier laboratorio del mundo.


Esta tendencia ha producido sucesivas definiciones del metro. La Conferencia General de Pesos y Medidas de 1960 lo definió como 1650763,73 veces la longitud de onda de la línea espectral rojo-anaranjada (transición entre los niveles 2p10 y 5d5) del átomo de kriptón-86. Más adelante, la Conferencia de 1983 adoptó una nueva definición: el metro es la longitud del camino atravesado por la luz en el vacío durante un intervalo de tiempo de 1 / 299.792.458 de un segundo medido con un reloj de cesio. El interés de estas nuevas medidas reside en que ya no hay dependencia del prototipo de metro material.


Más información en:
http://www.exploralaciencia.profes.net/ver_noticia.aspx?id=5757



Problemas de peso: el kilogramo patrón, Avogadro y Planck

Un trabajo de casi 25 años ha sido necesario para redefinir el kilogramo y cambiar su orientación desde un modelo físico (la masa de un patrón material) hacia una constante universal.


Un reciente informe presentado en la Royal Society plantea esta redefinición en base a dos constantes universales bien conocidas: el número de Avogadro, que mide la cantidad de átomos de carbono-12 contenidos en 0,012 kg de este elemento, y la constante de Planck, usada para expresar el tamaño de los quanta, paquetes de energía electromagnética.

El actual prototipo data de 1889, y se custodia con todo tipo de precauciones en el Bureau International des Poids et Mesures, en Francia. Solo se ha manipulado algunas veces, pero se cree que se ha modificado ligeramente su masa. Tan solo en tres ocasiones, separadas unos 40 años, se ha comparado la masa del patrón internacional con las masas de las copias oficiales, y los resultados muestran ciertas divergencias en el tiempo: las copias muestran variaciones de aproximadamente 5 x 10?8 desde su primera calibración con relación al patrón internacional.



Por eso algunos científicos creen que ha llegado el momento de encontrar algún tipo de definición que permita construir el kilogramo a partir de esa información, sin necesidad de un objeto material. Esta intención está recogida en el trabajo "Redefinition of the kilogram: A Decisión Whose Time Has Come" presentado en un reciente meeting de la Royal Society, y publicado estos días en la revista Metrologia.


Si las propuestas de este grupo son aceptadas por la comunidad científica de metrólogos, las nuevas definiciones tendrían efecto en la próxima Conferencia General de Pesos y Medidas, que se celebra en París cada cuatro años. La próxima tendrá lugar en octubre de 2007.
 
El cambio supondría definir el kilogramo como constante universal. Una de las definiciones que se plantea se basa en la constante de Planck, lo que permitiría determinar el kilogramo a partir de un cierto número de fotones de determinada frecuencia. La otra definición se basa en el número de Avogadro, lo que permitiría determinar el kilogramo a partir de un número de átomos de un elemento.


Pero esto solo sería el principio. A medida que la tecnología mejore, es probable que sea necesario introducir nuevas definiciones más precisas. Aunque probablemente esto no suceda hasta dentro de unos cien años.
 
Fuente:
http://www.exploralaciencia.profes.net/ver_noticia.aspx?id=5757