Hello pessoas, vim dar uma continuação àquele assunto de medidas físicas, afinal, ainda faltou mostrar uma desconstrução de uma ideia comumente difundida. Além disso, ainda vão ter as novidades que tivemos em 2019, acredite, não foi só o “kilo” que mudou.

Recapitulando um pouquinho, nós estávamos com o problema de ter uma infinidade de unidades, afinal, temos uma infinidade de grandezas físicas. Eu também justifiquei porque os professores pegam tanto no pé com esquecer de colocar a unidade e disse o quanto elas são poderosas (Se ainda não leu…). Bom, está na hora de mostrar os seus poderes e como isso nos ajuda a resolver o problema de inúmeras unidades de medida.

1. Grandezas Fundamentais e Sistemas de Unidades

Buscando resolver o problema de unidades que fossem invariantes e acessíveis, em 1875 nós tivemos a Convenção do metro ou Tratado do metro, em que 17 nações firmaram um acordo de padronização de unidades de medida. Entenda, ter unidades de medidas diferentes dificulta o comercio e esse tipo de tratado permite que, mesmo que você decida continuar a usar uma unidade diferente, todo mundo tenha um ponto comum de comparação e saiba exatamente quanto está vendendo ou comprando. A exemplo disso, temos que uma das 17 nações a assinar o tratado é o Estados Unidos da América. [Um adendo aqui, tenho usado “nações” em vez de “países” pois, veja bem, 1875. O que nós chamamos hoje de países não é bem o que existia nessa época.]

Esse tratado criou a Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM), uma autoridade internacional no campo da metrologia que define e gere as unidades de referência para as medidas. Mesmo a CGPM sendo criada em 1875, e isso definindo alguns padrões de unidades, como metro, segundo e kilograma, o Sistema Internacional de Unidades, o S.I. só foi criado na 11ª CGPM, em 1960.

Figura 1: Emblema da Bureal Internacional de Pesos e Medidas e o selo do S.I.

Você, provavelmente, já ouviu falar do S.I., talvez, até do sistema inglês mas já se perguntou que diabos é um sistema de unidades?

Um sistema de unidades tem que ter 3 coisas:

1. Um conjunto de padrões que definem as unidades básicas.
2. Definições de grandezas derivadas, que também definem unidades derivadas.
3. Um método de múltiplos e submúltiplos das unidades básicas e derivadas.

E com isso, meu querido, nós resolvemos aqueles problemas que eu dispus no último texto, o da infinidade de unidades de medida para uma infinidade de grandezas. Agora, nós apenas precisamos definir algumas unidades básicas e então relacioná-las para definir as unidades derivadas. O exemplo que todo mundo deve conhecer é a velocidade, sua unidade é m/s (metro por segundo) isso pois ela é definida como o quanto de espaço é percorrido (metro) em um determinado tempo (segundos). Dividimos um pelo outro e temos exatamente m/s. Você pode estar dizendo “Mas isso não é uma unidade nova”, mas é sim, ela só não tem um nome maneiro como Newton (N), que é a unidade de força, ou Pascal (Pa), que é unidade de pressão. Todas essas unidades citadas m/s, N, Pa, são unidades de medida pois carregam em si a informação da medição de uma grandeza física e todas essas são unidades derivadas, pois suas definições vêm de alguma relação entre as unidades fundamentais.

Figura 2: Tabela de unidades fundamentais.

O S.I. tem 7 unidades fundamentais. Desde 2019, todas elas são relacionadas a constantes fundamentais físicas. Aqui é que nós vamos desconstruir algumas coisinhas. É comumente difundido que o metro, o quilograma e o segundo são as unidades fundamentais e que, com elas, você pode gerar todas as outras unidades. Isso não é verdade, com essas unidades você não pode formar a carga, por exemplo. De fato, elas são unidades fundamentais, mas não são “as unidades fundamentais”, junto a elas temos as outras 4 listadas na tabela aí em cima e, com isso, podemos fazer todas as outras unidades que se encontram por aí.

2. Quilo, segundo e metro.

Talvez o motivo dessas unidades serem chamadas de fundamentais é por serem as mais antigas. Essas três unidades têm suas primeiras definições desde antes do Tratado do metro.

O segundo tem sua primeira definição em 1675, quando ele era definido como 1/86400 de uma dia solar médio, coincidentemente, esta também foi a primeira unidade a ser associada a uma constante fundamental. Em 1967, definiu-se o segundo como a duração de 9 192 631 770 períodos da radiação emitida entre dois níveis hiperfinos do átomo de césio 133 em seu estado fundamental. Muitas palavras difíceis, eu entendo, mas o importante é que, por tudo que entendemos até aqui, esse parâmetro é uma constante física universal, ou seja, seu valor não deve mudar nunca, logo, resolvemos aquele problema da invariabilidade para o segundo. Aquela definição antiga tinha problemas visto que o dia nem sempre tem 86400 segundos, a interação com a lua perturba um pouco a rotação do nosso planeta, mudando a duração do nosso dia.

O metro tem sua primeira definição em 1793 como 1/10 000 000 da distância do polo norte ao equador pelo meridiano que passa por Paris. O problema com isso é que a crosta da terra muda, as coisas sofrem erosões, outras se movem, outras sobem, portanto em 1889, já em vigência da CGPM tivemos a, talvez, mais famosa definição do metro, a distância entre dois riscos na barra de platina mantida na sede do Comitê Internacional de Pesos e Medidas (CIPM) à temperatura de fusão do gelo. Essa definição também mudou, com a definição do segundo em função de uma constante física, pudemos fazer a mesma coisa para o metro usando “c”, a velocidade da luz no vácuo. Com isso, em 1983, o metro passou a ser definido como 1/299 792 458 da distância percorrida pela luz no vácuo em 1 segundo.

Figura 3: A barra do metro e o cilindro do quilograma.

Já o quilograma caminhou junto com o metro por um bom tempo, tendo sua primeira definição também em 1793, quando foi definido como a massa de um litro de água pura à temperatura de fusão do gelo. Também em 1889, acompanhando o metro, teve sua definição mais famosa: a massa dada pelo cilindro de platina-irídio mantido na cede do CIPM. Em 2019 ele teve sua última mudança, acompanhado as outras duas unidades, sendo balizada por uma constante física, o “h”, a constante de Planck.

Vale lembra que não foi só o quilograma que mudou em 2019, junto com ele outras 3 unidades de medida também foram melhor definidas em termos de constantes físicas, são elas o Kelvin [K], que foi definida em termos da constante de Boltzmann, o Ampere [A], hoje definido em termos da carga fundamental, e de e o Mol [mol], definido em termos do número de Avogadro.

Fiquem bem, fiquem em casa se puderem.