Conceitos de quilograma e metro sofrerão modificações

Cópia do protótipo internacional do quilograma

O Sistema Internacional de Unidades, ou, abreviadamente, SI, é um conjunto de unidades métricas oficiais para cada grandeza física. É o sistema de medição mais usado atualmente, tanto no comércio como na ciência.

A necessidade de se medir algo é muito antiga e remete à origem das civilizações.
Por muito tempo, cada região, cada país, teve seu próprio sistema de medidas. Essas unidades de medidas, entretanto, eram geralmente aleatórias e imprecisas, como aquelas baseadas no corpo humano: palmo, pé, polegada, braça, côvado.Tudo isso criava muitos problemas para o comércio, principalmente porque as pessoas de uma região não estavam familiarizadas com o sistema de medição de outras regiões e também porque os padrões adotados eram, muitas vezes, subjetivos. As quantidades eram expressas em unidades de medição pouco confiáveis, diferentes umas das outras, e que não tinham correspondência entre si.

A necessidade de converter uma medida em outra era tão importante quanto a necessidade de converter uma moeda em outra. Em muitos países, inclusive no Brasil dos tempos do Império, a instituição que cuidava da moeda também cuidava do sistema de medidas.

O Sistema Métrico Decimal

Em 1789, numa tentativa de resolver esse problema, o Governo Republicano Francês pediu à Academia de Ciência da França que criasse um sistema de medidas baseado numa “constante natural”, ou seja, não arbitrária. Assim, foi criado o Sistema Métrico Decimal, constituído inicialmente por três unidades básicas: o metro, que deu nome ao sistema; o litro e o quilograma (posteriormente, esse sistema seria substituído pelo Sistema Internacional de Unidades – SI).

Segundo Daniel Magalhães, desde a Conferência do Metro (1875), houve um acordo para que fossem utilizadas medidas ou unidades em comum entre diversos países: “Nessa conferência, foram convidados cerca de vinte países, sendo que dezassete deles assinaram o tratado de cooperação que surgiu para utilizar, coletivamente, o mesmo padrão do quilograma , que já era, como o metro, o padrão definido na época da Revolução Francesa. O metro significava a décima milésima parte da distância entre o Polo Norte e o Equador, passando pelo Meridiano da França. Foi uma definição tomada em concordância com todos e isso ficou definido através de uma barra de Platina-Irídio, com um determinado comprimento, significando o metro”.

Muitos países adotaram o sistema métrico, inclusive o Brasil, aderindo à Convenção do Metro. Entretanto, apesar das qualidades inegáveis do Sistema Métrico Decimal – simplicidade, coerência e harmonia – não foi possível torná-lo universal imediatamente. Por outro lado, o desenvolvimento científico e tecnológico passou a exigir medições cada vez mais precisas e diversificadas.

Em campos específicos, como comércio, saúde, ensino, indústria, etc., cada país pode estabelecer as suas próprias regras de uso das unidades de medida das grandezas.

Em 1955, foi criada a Organização Internacional de Metrologia Legal (OIML), que cuida da harmonização internacional das legislações dos países em relação às unidades de medida.

Em 1960, o Sistema Métrico Decimal foi substituído pelo Sistema Internacional de Unidades – SI, mais complexo e sofisticado que o anterior.

O SI foi criado em 1960, na 11ª Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM), com a finalidade de padronizar as unidades de medida das inúmeras grandezas existentes, com objetivo de facilitar a sua utilização e torná-las acessíveis a todos. Ele define um grupo de sete grandezas independentes denominadas de Grandezas de Base. A partir delas, as demais grandezas são definidas e têm suas unidades de medida estabelecidas. Essas grandezas, definidas a partir das básicas, são denominadas de Grandezas Derivadas. Por convenção, as unidades fundamentais são aquelas independentes, que servem de referência para a determinação de novas medidas.

Existem algumas grandezas que não apresentam unidades de medida, pois são frutos da divisão entre duas grandezas iguais. Esse é o caso do índice de refração, que é definido a partir da razão entre duas velocidades. Esse tipo de grandeza é chamado de Grandeza Adimensional. Há ainda grandezas que não são definidas por meio das Grandezas De Base, como é o caso do número de moléculas de uma substância. Elas são determinadas por meio de contagem e, por isso, são conhecidas como Grandezas de Contagem.

As novas mudanças

O Profº Daniel Varela Magalhães afirma a necessidade de haver mais aperfeiçoamento e fidelidade nas unidades de medida. “Cada vez ficamos mais exigentes em termos dessas unidades de medida: talvez para a época da Revolução Francesa, aquele metro e as distâncias medidas por esse padrão fossem mais do que suficientes, já que ele estava muito além da necessidade daquele tempo. Com o quilograma era a mesma coisa. Mas, a questão que se coloca agora é bem mais complicada. Por exemplo, as doses de medicamentos que são feitas com quantidades muito pequenas de produtos e substratos; se errar a quantidade, a porcentagem, como é que se pode estabelecer uma dosimetria? No caso do metro também, já que a medida de alta resolução para sistemas nanométricos pode mudar muito a característica deles se houver um pequeno erro. Então, nesse caso, não estou falando de medidas grandes e sim de sistemas micrométricos ou nanométricos”. Para o quilograma, uma mudança necessária, segundo palavras de nosso entrevistado:

“Em cem anos foram feitas poucas alterações às medidas preconizadas. Contudo, na década de 1950 todas as medidas foram comparados e já foi notada uma discrepância razoável. Depois, na década de 1990, todas elas foram comparadas novamente, numa campanha de calibração então lançada, e observou-se que, em relação ao quilograma, haviam medidas que variavam em mais de 70 microgramas. Imagine isso para uma dose de medicamento!… Eu uso como exemplo doses de medicamentos, pois são mais fáceis de entender para a maioria das pessoas. Imagine, se eu estou tomando um certo medicamento 500mg, 10mg. Em diversos casos, erros de poucos miligramas são inaceitáveis.”

Quem vai mudar

O quilograma consiste em uma das quatro unidades de medida básicas – juntamente com o ampere, kelvin e mol – que foram redefinidas em Paris, em novembro de 2018, pela Conferência Geral sobre Pesos e Medidas (CGPM), o que representa a maior revisão do Sistema Internacional de Unidades (SI) desde a sua criação, em 1960. Atualmente, essa unidade de medida é definida por um protótipo: um quilograma é a massa de um cilindro de 4 centímetros de platina e irídio, fabricado em Londres, e que é guardado pelo Escritório Internacional de Pesos e Medidas (BIPM) em um cofre na França, desde 1889. Mas esse quilo original perdeu mais 50 microgramas em 100 anos. Isso ocorre porque os objetos podem facilmente perder átomos ou absorver moléculas do ar, então, usar o quilo para definir uma unidade SI ficou complicado.

Magalhães afirma que mesmo um simples contato com uma pessoa usando luvas, com a finalidade de fazer qualquer calibração, ou limpeza nesse protótipo, pode fazer o artefato ganhar ou perder massa: “O que foi visto é que nas últimas calibrações, que acontecem entre espaços longos de tempo, a massa do protótipo se alterou, fazendo com que se perdesse a confiabilidade da medida”, salienta Magalhães. Como todas as balanças do mundo são graduadas de acordo com esse quilo original, quando se calculam pesos acabam gerando dados incorretos. A nova unidade, no entanto, será medida com a chamada balança de Kibble (ou de Watt), um instrumento que permite comparar energia mecânica com eletromagnética, usando duas experiências separadas. Eletroímãs geram um campo magnético, sendo que eles costumam ser usados em guindastes para levantar e mover grandes objetos de metal, como carros, ou em em ferro-velhos. A atração do eletroímã, ou seja, a força que ele exerce, está diretamente relacionada à quantidade de corrente elétrica que passa por suas bobinas. Existe, portanto, uma relação direta entre eletricidade e peso. Há uma grandeza que relaciona massa à corrente elétrica, chamada constante de Planck – em homenagem ao físico alemão Max Planck, representada pelo símbolo h. Mas, h é um número incrivelmente pequeno e para medi-lo, o cientista Bryan Kibble criou uma balança de alta precisão. A balança de Kibble, como ficou conhecida, tem um eletroímã que pende para baixo de um lado e um peso – digamos um quilograma – do outro. A corrente elétrica que passa pelo eletroímã é aumentada até que os dois lados estejam perfeitamente equilibrados.

Ou seja, a princípio, os cientistas podem definir um quilograma, ou qualquer outra unidade de massa, em termos da quantidade de eletricidade necessária para neutralizar sua força. O objetivo da mudança é relacionar essas unidades a constantes fundamentais e não arbitrárias, como tem sido até agora. Para Daniel Magalhães, é preciso definir melhor um Sistema Internacional que seja robusto, que seja coerente e que apresente mais resolução e mais capacidade, por isso algumas medidas foram revisadas: “Mudaram as referências e isso já poderia ter sido feito há muito tempo atrás, mas toda discussão que levou anos para chegar a um consenso incide sobre que constantes eu vou escolher e que valores para essas constantes eu vou assumir para que cause o menor impacto possível, justamente para que isso possa ficar totalmente tranquilo para o usuário final”.

Praticamente imperceptível

Daniel garante que para fins comerciais e para fins econômicos, essa mudança é imperceptível. Já para fins científicos e meteorológicos e/ou para laboratórios de referência, é bastante significativo: “Para quem já era usuário e já estava satisfeito, não há problema. Agora, para quem era usuário e estava insatisfeito – porque o quilograma não oferecia uma resolução boa -, aí as mudanças vão começar a atender esse tipo de usuário. Para este, a mudança vai ser sempre positiva, porque agora vai ser possível oferecer uma certeza melhor dessa medida”, acrescentando que, de qualquer forma não há motivos para preocupações: “As pessoas não precisam ficar aterrorizadas com este tipo de mudança. É uma mudança que é exigida de tempos em tempos para melhorar, e toda discussão é justamente feita para que não haja a necessidade de se rever todos os anos se existem erros ou não. Essa discussão é feita com antecedência, para encontrar qual a melhor forma de definir um Sistema Internacional em comum acordo com todos os países”.

O novo sistema entrou formalmente em vigor neste mês de maio de 2019, permitindo que os pesquisadores realizem várias experiências para relacionar as unidades de medida com as constantes.

Fontes:

https://brasilescola.uol.com.br/fisica/sistema-internacional-unidades-si.htm

https://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidades

https://www.coladaweb.com/fisica/mecanica/sistema-internacional-de-unidades-si

http://www.ipem.sp.gov.br/index.php?option=com_content&view=article&id=346&Itemid=367

https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/sistema-internacional-unidades.htm

https://www.bbc.com/portuguese/geral-41789539

 

(Rui Sintra com colaboração de Lilian Tarin – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP)