{"id":256367,"date":"2018-05-14T15:28:00","date_gmt":"2018-05-14T18:28:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=256367\/"},"modified":"2018-06-25T19:16:57","modified_gmt":"2018-06-25T22:16:57","slug":"para-mantener-el-peso","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/para-mantener-el-peso\/","title":{"rendered":"Para mantener el peso"},"content":{"rendered":"

\"\"Daniel Kondo<\/span><\/a>Luego de d\u00e9cadas de debates, f\u00edsicos y otros expertos en mediciones, los metr\u00f3logos, est\u00e1n terminando de redefinir el concepto de kilogramo, la unidad b\u00e1sica de medida de masa en el Sistema Internacional de Unidades (SI). A partir de 2018, de concretarse los planes, el kilogramo que se emplea como patr\u00f3n mundial para medir la cantidad de materia de los cuerpos dejar\u00e1 de estar representado por un objeto: el prototipo internacional del kilogramo, un cilindro fabricado con una aleaci\u00f3n especial de iridio y platino con una masa igual a la de 1 litro de agua muy pura (destilada). En lugar de ese cilindro met\u00e1lico, conservado al vac\u00edo desde 1889 en redomas de vidrio guardadas en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM), en la ciudad de S\u00e8vres, Francia, se pasar\u00e1 a definir el kilogramo a partir de una constante fundamental de la f\u00edsica, una magnitud que, al menos en teor\u00eda, es universal y no se altera con el paso del tiempo. Esta modificaci\u00f3n, a juicio de los f\u00edsicos, democratizar\u00e1 la capacidad de medir con precisi\u00f3n el kilogramo, toda vez que ya no depender\u00e1 de la comparaci\u00f3n con el cilindro met\u00e1lico de S\u00e8vres.<\/p>\n

La magnitud invariable que servir\u00e1 como base para definir el kilo es la constante de Planck, propuesta en 1900 por el f\u00edsico alem\u00e1n Max Planck (1858-1947) y representada por la letra h. La misma establece una relaci\u00f3n entre la energ\u00eda de las part\u00edculas de luz (fotones) y la frecuencia con la que \u00e9stas vibran. Se mide en unidades de energ\u00eda (julios) multiplicadas por la unidad de tiempo (segundo) y describe varios fen\u00f3menos del universo de las part\u00edculas elementales. Su valor es un n\u00famero extremadamente peque\u00f1o \u2013aproximadamente 6,63 x 10-34<\/sup> julios-segundo, un n\u00famero con 34 ceros despu\u00e9s de la coma\u2013 que se mide cada vez con mayor precisi\u00f3n. Aunque el valor de una constante sea inalterable, sus valores medidos cambian seg\u00fan el grado de precisi\u00f3n de las diferentes mediciones. Como esa precisi\u00f3n nunca es absoluta, resulta imposible determinar el valor absoluto de una constante. Para soslayar el problema, f\u00edsicos y metr\u00f3logos establecer\u00e1n un valor consensuado para la constante de Planck, que ser\u00e1 definido en el mes de julio de este a\u00f1o.<\/p>\n

La relaci\u00f3n entre esa constante relacionada con fen\u00f3menos del mundo subat\u00f3mico y la masa equivalente a la de un litro de agua pura no es obvia. Ella emerge de experimentos propuestos al final de los a\u00f1os 1950 para medir con mayor precisi\u00f3n el valor del amperio, la unidad de medida de la corriente el\u00e9ctrica. Para esos experimentos, se dise\u00f1\u00f3 un aparato \u2013al que m\u00e1s tarde se lo denomin\u00f3 balanza de Watt\u2013 que funciona equilibrando dos fuerzas, tal como las balanzas que se usaban anta\u00f1o para pesar los alimentos en las ferias populares. En esas balanzas, que constan de dos platos suspendidos sobre una barra, la masa a medir se coloca en uno de los platos y debe equilibrarse con objetos (contrapesos) de masa conocida, dispuestos en el otro. En tanto, la balanza de Watt sustituye el efecto de los contrapesos por el de una fuerza magn\u00e9tica.<\/p>\n

\"\"

Japs 88\/ Wikimedia Commons<\/span><\/a> R\u00e9plica del prototipo expuesta en el museo Cit\u00e9 des Sciences et de l\u2019Industrie, en Par\u00edsJaps 88\/ Wikimedia Commons<\/span><\/p><\/div>\n

A mediados de los a\u00f1os 1970, el f\u00edsico y metr\u00f3logo ingl\u00e9s Bryan Kibble, del Laboratorio F\u00edsico Nacional (NPL, en ingl\u00e9s) en Teddington, Inglaterra, demostr\u00f3 c\u00f3mo pod\u00eda utilizarse la balanza de Watt para medir tanto la masa de un objeto como la constante de Planck en forma muy precisa. El secreto de la precisi\u00f3n de esa balanza \u2013luego perfeccionada por el Instituto de Patrones y Tecnolog\u00eda (Nist, en ingl\u00e9s) de Estados Unidos, y renombrada en 2016 como balanza de Kibble\u2013 radica en su funcionamiento en dos etapas.<\/p>\n

En primera instancia, se coloca el objeto cuya masa se medir\u00e1 en uno de los platos de la balanza, que est\u00e1 inmerso en el campo magn\u00e9tico de un gran im\u00e1n. La acci\u00f3n que ejerce la gravedad sobre esa masa genera una fuerza denominada peso, que hace que el plato baje. Como el plato est\u00e1 bajo el influjo del campo magn\u00e9tico del im\u00e1n, el paso de una corriente el\u00e9ctrica por la bobina instalada en la base del plato produce una fuerza magn\u00e9tica (de igual intensidad y sentido contrario) que se contrapone a la fuerza-peso. As\u00ed puede medirse con precisi\u00f3n la corriente el\u00e9ctrica que equilibra perfectamente al plato, y esa corriente es proporcional al peso y, por lo tanto, a la masa. Para que haya equilibrio, la fuerza-peso debe ser igual a la fuerza magn\u00e9tica, que est\u00e1 definida por una constante multiplicada por la corriente. El problema, entonces, radica en determinar con alta precisi\u00f3n el valor de la constante.<\/p>\n

Ah\u00ed es donde interviene la genialidad de Kibble. \u00c9ste advirti\u00f3 que, realizando otra medici\u00f3n, se torna innecesario conocer el valor de esa corriente. En una segunda operaci\u00f3n, se retira el objeto del plato y se conecta el cable que los sostiene a un motor, que provoca que la bobina se desplace sobre la vertical siempre con la misma velocidad. El movimiento de la bobina en el interior del campo magn\u00e9tico induce en \u00e9sta la aparici\u00f3n de un voltaje proporcional a la velocidad de desplazamiento. Este voltaje est\u00e1 definido por el cociente entre la velocidad de desplazamiento y una constante, justamente aqu\u00e9lla que interviene en la primera etapa de la medici\u00f3n. Como existe una relaci\u00f3n de proporcionalidad entre la corriente y el voltaje, una operaci\u00f3n matem\u00e1tica permite eliminar esa constante de las ecuaciones, pudiendo definirse a la masa del objeto en funci\u00f3n de la velocidad. En la medici\u00f3n de la corriente y del voltaje, se emplean dispositivos elaborados con materiales especiales que funcionan como superconductores a baj\u00edsimas temperaturas. En esos materiales, las corrientes y los voltajes son cuantificables, lo cual significa que s\u00f3lo asumen valores m\u00faltiplos de la constante de Planck.<\/p>\n

En la actualidad, diversos grupos emplean la balanza de Watt para medir, vali\u00e9ndose de esa secuencia de procedimientos, el valor de la constante de Planck a partir de una masa previamente conocida. En este caso, usan el prototipo de kilogramo y sus r\u00e9plicas, cuya masa se conoce con extrema precisi\u00f3n. Ni bien las mediciones alcancen un grado aceptable de precisi\u00f3n, el cilindro de S\u00e8vres y sus copias se tornar\u00e1n innecesarios para las futuras mediciones. El problema reside en que, si bien es conocida, la masa de esos cilindros continuar\u00e1 modific\u00e1ndose, mientras que el valor de la constante, una vez obtenida con precisi\u00f3n, permitir\u00e1 el uso de la balanza de Watt para medir la masa que corresponde exactamente a 1 kilogramo en forma muy precisa y sin alteraciones a lo largo del tiempo.<\/p>\n

\"\"

Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (Csiro)<\/span><\/a> Esfera de silicio usada en el Proyecto Internacional AvogadroCommonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (Csiro)<\/span><\/p><\/div>\n

Recuento de \u00e1tomos<\/strong>
\nLa b\u00fasqueda de nuevos criterios para definir al kilogramo comenz\u00f3 en la d\u00e9cada de 1980, cuando se constat\u00f3 un problema con el cilindro met\u00e1lico de S\u00e8vres: el kilogramo que se usaba como referencia mundial estaba perdiendo masa, posiblemente debido a su manipulaci\u00f3n al limpiarlo o bien, por evaporaci\u00f3n del material que lo compone. Mediciones efectuadas cada tanto durante el \u00faltimo siglo revelaron tambi\u00e9n que la masa de las copias del kilo distribuidas por el mundo oscilaba, en efecto, algunas ganaban y otras perd\u00edan fracciones de gramo. Si bien es m\u00ednima, tal variaci\u00f3n resulta indeseable para una unidad de medida. El caso es que para servir como base de comparaci\u00f3n, el modelo patr\u00f3n que define a esa unidad debe poder definirse con la mayor precisi\u00f3n posible y permanecer inalterable a lo largo del tiempo.<\/p>\n

En 2011, la Conferencia General sobre Pesos y Medidas (CGPM), un organismo internacional integrado por 51 estados miembros, entre los cuales figura Brasil, reconoci\u00f3 oficialmente las limitaciones del kilogramo patr\u00f3n y resolvi\u00f3 que la unidad de masa deber\u00eda redefinirse a partir del valor de las constantes fundamentales de la f\u00edsica, que se miden en forma cada vez m\u00e1s precisa. Una comisi\u00f3n de expertos de la CPGM decidi\u00f3 que la unidad de masa deber\u00eda establecerse a partir de la constante de Planck. Sin embargo, recomend\u00f3 previamente que el valor de la constante fuera definido a partir de las tres mediciones m\u00e1s precisas, efectuadas empleando al menos dos m\u00e9todos diferentes, donde el resultado de las mediciones con esas distintas t\u00e9cnicas deber\u00eda ser concordante y ofrecer un rango de inexactitud inferior a un valor preestablecido.<\/p>\n

El primero de esos m\u00e9todos consiste en definir el valor de la constante de Planck a partir del conteo de los \u00e1tomos de una esfera de silicio puro con una masa de 1 kilogramo. El recuento de los \u00e1tomos de esa esfera permite calcular el valor de la constante de Avogadro, que indica la cantidad de part\u00edculas en una masa determinada y, posteriormente, llegar al valor de la constante de Planck. Al contar los \u00e1tomos de esas esferas especiales \u2013hay tan s\u00f3lo dos en el mundo, cuidadosamente elaboradas a un costo de 3,2 millones de d\u00f3lares cada una\u2013 los cient\u00edficos del Proyecto Internacional Avogadro lograron medir el valor de la constante de Avogadro y, consecuentemente, el de la constante de Planck, con una imprecisi\u00f3n de 30 partes por cada mil millones. Este grado de exactitud se asemejar\u00eda a medir una cuadra de 100 metros de largo con una variaci\u00f3n de micrones.<\/p>\n

La otra forma de medir la constante de Planck recurre a la balanza de Watt. Vali\u00e9ndose de una de las versiones m\u00e1s recientes de esa balanza construida por el Nist, el f\u00edsico Stephan Schlamminger y su equipo midieron la constante de Planck con un margen de error de 34 partes por cada mil millones. Este resultado, publicado en 2016 en la revista Review of Scientific Instruments<\/em>, indica que la balanza de Watt de cuarta generaci\u00f3n, Nist-4, en operaci\u00f3n desde 2015, ser\u00eda lo suficientemente precisa como para utiliz\u00e1rsela para redefinir al kilogramo. Recientemente, cient\u00edficos del Consejo Nacional de Investigaciones (NRC, en ingl\u00e9s) de Canad\u00e1, vali\u00e9ndose de la balanza de Watt ideada por Kibble en la d\u00e9cada 1970 obtuvieron una exactitud mayor, de nueve partes por cada mil millones. Estos y otros grupos tendr\u00e1n plazo hasta julio de este a\u00f1o para remitir sus resultados a la CGPM, que determinar\u00e1 el valor que se usar\u00e1 para el c\u00e1lculo del kilogramo.<\/p>\n

\u201cEl valor de la constante de Planck ha alcanzado un grado de precisi\u00f3n m\u00e1s que suficiente para utilizarlo en la nueva definici\u00f3n del kilogramo\u201d, dice el f\u00edsico Vanderlei Bagnato, docente del Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos (IFSC) en la Universidad de S\u00e3o Paulo. Bagnato preside la comisi\u00f3n de las constantes fundamentales de la Uni\u00f3n Internacional de F\u00edsica Pura y Aplicada (Iupap, en ingl\u00e9s), una de las instituciones que colaboran para la redefinici\u00f3n del kilogramo patr\u00f3n y que deber\u00e1 debatir el tema en su asamblea anual, que tendr\u00e1 lugar por primera vez en S\u00e3o Paulo, durante el mes de octubre del a\u00f1o en curso. \u201cYa no necesitamos depender de un artefacto como el cilindro de S\u00e8vres\u201d, a\u00f1ade.<\/p>\n

\"\"

ANDREW BROOKES, NATIONAL PHYSICAL LABORATORY\/ SCIENCE PHOTO LIBRARY<\/span><\/a> En la balanza de Watt, una fuerza magn\u00e9tica cumple el rol de los contrapesos de las balanzas antiguasANDREW BROOKES, NATIONAL PHYSICAL LABORATORY\/ SCIENCE PHOTO LIBRARY<\/span><\/p><\/div>\n

A la antigua usanza<\/strong>
\nEl kilogramo es la \u00faltima de las siete principales unidades internacionales de medida que a\u00fan se calculan bas\u00e1ndose en un objeto. La medici\u00f3n de las otras ya se realiza desde hace a\u00f1os por medio de constantes fundamentales de la f\u00edsica. A partir de esta modificaci\u00f3n, que podr\u00eda instituirse a partir de 2018, el c\u00e1lculo se tornar\u00e1 m\u00e1s confiable, algo que reviste una importancia obvia para la f\u00edsica \u2013el kilogramo interviene en la definici\u00f3n de otras 20 unidades de medida\u2013 y para el comercio internacional. En principio, tambi\u00e9n se tornar\u00eda m\u00e1s accesible el c\u00e1lculo del valor del kilo. Cualquier laboratorio dotado de la tecnolog\u00eda suficiente para construir una balanza de Watt bastante precisa ser\u00e1 capaz de medir con exactitud la masa de los cuerpos, prescindiendo de la necesidad de tener acceso al artefacto guardado en Francia.<\/p>\n

La nueva forma de medir el kilogramo no afectar\u00e1 el cotidiano de la gente. \u201cNo cambiar\u00e1 nada en la vida de los clientes de panader\u00edas, tiendas, supermercados o aeropuertos\u201d, dice el f\u00edsico Humberto Brandi, profesor titular jubilado de la Universidad Federal de R\u00edo de Janeiro (UFRJ) y director de metrolog\u00eda cient\u00edfica del Instituto Nacional de Metrolog\u00eda, Calidad y Tecnolog\u00eda (Inmetro). \u201cEste cambio beneficiar\u00e1 al comercio internacional de productos manufacturados de alta tecnolog\u00eda y de las \u00e1reas de la salud\u201d. La denominada metrolog\u00eda cient\u00edfica cumple un papel importante, por ejemplo, en el control de calidad de los productos exportados e importados, ayudando al establecimiento de modelos internacionales de comercio, principalmente, en productos de alta tecnolog\u00eda.<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/em>
\nHADDAD, D. et al.<\/em> Invited article: A precise instrument to determine the Planck constant, and the future kilogram<\/a>. Review of Scientific Instruments<\/strong>. v. 87. 061301. 2016.
\nMANA, G. et al<\/em>. The correlation of the\u00a0NA\u00a0measurements by counting 28Si atoms<\/a>. Journal of Physical and Chemical Reference Data<\/strong>. v.\u00a044. 031209. 2015<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Se redefinir\u00e1 la forma de medir el kilogramo","protected":false},"author":475,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[304],"coauthors":[785],"class_list":["post-256367","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/256367","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/475"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=256367"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/256367\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=256367"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=256367"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=256367"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=256367"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}