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Metrologia

Muda a forma de medir o quilo

O cilindro de metal guardado a sete chaves nos arredores de Paris será substituído por uma grandeza física invariável

Protótipo do quilograma feito de platina e irídio (à frente) e cópias em aço inoxidável ao fundo

J.L. Lee/NIST

A partir de 20 de maio de 2019, um quilograma de bananas, açúcar ou aço deixará de corresponder à massa do cilindro metálico guardado sob três redomas de vidro em um cofre na sede do Escritório Internacional de Pesos e Medidas (BIPM) em Sèvres, na periferia de Paris. Em reunião realizada entre 13 e 16 de novembro deste ano em Versalhes, também na França, representantes dos 60 países-membros da Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM), uma das três instituições que zelam pela uniformidade das medidas do sistema internacional de unidades, aprovaram por unanimidade a alteração na forma de definir o quilograma (ou apenas quilo), unidade de massa dos corpos. Com a mudança, o quilo não será mais medido com base no protótipo internacional do quilograma, apelidado de le grand K, um cilindro um pouco maior que uma bola de golfe, feito de uma liga de irídio e platina e com massa igual à de 1 litro de água muito pura. No lugar do grand K, guardado a vácuo desde 1889, o quilograma será definido a partir da constante de Planck.

Proposta em 1900 pelo físico alemão Max Planck (1858-1947), essa constante, representada pela letra h, estabelece uma relação entre a energia das partículas de luz (fótons) e a frequência com que elas vibram. É medida em unidades de energia (joule) multiplicadas por unidade de tempo (segundo) e descreve vários fenômenos do universo das partículas elementares. Seu valor é um número extremamente pequeno – aproximadamente 6,63×10-34 joules-segundo, um número com 34 casas depois da vírgula – que se mede cada vez com mais precisão. Embora o valor de uma constante seja inalterável, seus valores medidos mudam conforme o grau de precisão das diferentes medições.

A relação entre essa constante, que trata de fenômenos do mundo subatômico, e a massa equivalente à de 1 litro de água pura não é óbvia. Ela foi observada a partir de experimentos propostos no final dos anos 1950 para medir com mais precisão o valor do ampere, a unidade de medida da corrente elétrica. Para esses experimentos, criou-se um aparelho – mais tarde chamado de balança de watt – que funciona equilibrando duas forças, de modo semelhante às antigas balanças de prato em que se calculava a massa de objeto ao contrabalançá-la com contrapesos de valor previamente conhecidos. Já a balança de watt substitui o efeito dos contrapesos pelo de uma força magnética. Em medições feitas em duas etapas, ela permite correlacionar a massa de um objeto com o valor da constante de Planck (ver Pesquisa FAPESP nº 256).

Havia cerca de três décadas se buscava encontrar uma nova forma de calcular o quilograma. Nos anos 1980, observou-se que a massa do cilindro guardado em Sèvres e de suas cópias distribuídas pelo mundo estava mudando – algumas ganhavam e outras perdiam alguns milionésimos de grama com o tempo. Mesmo muito pequena, essa variação é indesejável porque o padrão que define essa unidade deve ser quantificado com a maior precisão possível e permanecer inalterado ao longo do tempo.

Em uma reunião em 2011, os integrantes da CGPM já haviam aceitado que o uso do protótipo internacional do quilograma para definir a unidade de massa era um problema e precisava ser substituído por uma constante física. A candidata era a constante de Planck, mas ainda se aguardava obter medições precisas o suficiente. O avanço na precisão das medições permitiu concluir nos últimos anos que a mudança, aprovada agora, já era possível.

O quilo era a última das sete unidades fundamentais medidas com base em um objeto físico. Todas as outras já haviam sido substituídas por constantes físicas, grandezas universais que, em princípio, não se alteram com o tempo. Embora não afete o dia a dia de quem vai ao mercado, a mudança na forma de medir o quilo é importante para a física – ele entra na definição de outras 20 unidades de medida – e para o comércio internacional.

Segundo o jornal norte-americano San Francisco Chronicle, o físico William Phillips, que recebeu um Nobel de Física em 1997 por experimentos com laser, teria dito que a mudança representa “ a maior revolução na forma de realizar as medidas desde a Revolução Francesa”, quando foi introduzido o sistema métrico.

No encontro em Versalhes, os membros da CGPM também aprovaram a redefinição de outras três unidades de medida. A partir do próximo ano, também passam a ser definidos com base em outras constantes físicas o ampere, unidade de corrente elétrica; o Kelvin, unidade de temperatura; e o mol, unidade de medida da quantidade de uma substância.