Kilogramo

Summary

Kilogramo
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El prototipo internacional del kilogramo, conocido popularmente como «Gran K», se encuentra en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (Francia). Hasta 2019 fue el patrón de referencia del kilogramo.
Estándar Unidades básicas del Sistema Internacional
Magnitud Masa
Símbolo kg
Equivalencias
Sistema Avoirdupois 1 kg = 2.204 622 621 85 lb [nota 1]
Unidades naturales 1 kg = 4.587 155 963·107 mp
Equivalencia entre masa y energía 1 kg = 1.782 661 9·10-30 MeV/c2

El kilogramo[nota 2]​ (símbolo: kg),[4]​ es la unidad básica de masa del Sistema Internacional de Unidades (SI). Es una medida ampliamente utilizada en la ciencia, la ingeniería y el comercio en todo el mundo, y a menudo simplemente se le llama kilo en el habla cotidiana.

Es la única unidad básica que emplea un prefijo y la última unidad del SI que siguió definiéndose por un objeto patrón y no por una característica física fundamental.[5]​ El 20 de mayo de 2019 su definición pasó a estar ligada con la constante de Planck, una constante natural que describe los paquetes de energía emitidos en forma de radiación. Esto permite que un laboratorio de metrología debidamente equipado calibre un instrumento de medición de masa como una balanza de potencia.[6][7]

Definición del kilogramo

La definición oficial del kilogramo es:

«El kilogramo, símbolo kg, es la unidad SI de masa. Se define al fijar el valor numérico de la constante de Planck, , como 6.626 070 15 x 10-34 expresado en J·s (julios por segundo), unidad igual a kg·m2·s-1, donde el metro y el segundo se definen en función de c (velocidad de la luz en el vacío) y ΔνCs (duración del segundo atómico).»[8]

De la relación exacta =6.626 070 15·10−34 kg·m2·s-1, se obtiene la expresión para el kilogramo en función del valor de la constante de Planck, :

Historia de las definiciones anteriores

La primera definición, decidida en 1795 durante la Revolución francesa, especificaba que el gramo era la masa de un centímetro cúbico de agua pura en el punto de fusión del hielo (aproximadamente a 4 °C), lo que hacía que el kilogramo fuera igual a la masa de un litro de agua pura en el punto de fusión del hielo. Esta definición era complicada de realizar con exactitud, porque la densidad del agua depende levemente de la presión, con lo que el punto de fusión del hielo no tenía un valor exacto.

En 1875 se firma la Convención del Metro, lo que lleva a la producción del Prototipo Internacional del Kilogramo en 1879 y su adopción en 1889. Este prototipo estaba fabricado con una aleación de platino e iridio —en proporción de 90-10%, respectivamente, medida por el peso— en forma de cilindro circular recto, con una altura igual al diámetro de 39 milímetros. Tenía una masa igual a la masa de 1 dm3 de agua a presión atmosférica y a la temperatura de su densidad máxima, que es de aproximadamente 4 °C. Dicho prototipo se guarda en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, ubicada en Sèvres, en las cercanías de París (Francia).[9]​ Este prototipo internacional es uno de tres cilindros hechos originalmente en 1879. En 1883 el prototipo demostró ser indistinguible de la masa del estándar del kilogramo en ese entonces, y se ratificó formalmente como el kilogramo en la primera Conferencia General de Pesas y Medidas en 1889.

Por definición, el error en la medición de la masa del Prototipo Internacional del Kilogramo era exactamente cero, pues el Prototipo Internacional del Kilogramo era el kilogramo. Sin embargo, a lo largo del tiempo se han podido detectar pequeños cambios comparando el estándar frente a sus copias oficiales. Comparando las masas relativas entre los estándares en un cierto plazo se estima la estabilidad del estándar. El prototipo internacional del kilogramo parecía haber perdido cerca de 50 microgramos en los últimos 100 años, y la razón de la pérdida sigue siendo desconocida.[10][11][12]

Redefinición del patrón

La balanza de Watt NIST-4, que comenzó a funcionar a principios de 2015 en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología estadounidense en Gaithersburg (Maryland), que midió la constante de Planck con una precisión de 13 partes por millardo en 2017, lo cual fue lo suficientemente preciso para ayudar con la redefinición del kilogramo.

130 años después de su implantación, se iniciaron gestiones para definir el patrón de kilogramo mediante propiedades físicas que no variaran con el tiempo. Se establecieron dos vías principales de investigación. La primera consistía en basar la definición el la masa atómica del silicio. Para ello era necesario fijar el valor del número de Avogadro y contar el número exacto de átomos presentes una esfera de silicio, casi perfecta en su geometría y composición isotópica, cuyas características dimensionales se pueden conocer con gran exactitud. Específicamente, se determinaría el volumen ocupado por la esfera y cada uno de sus átomos, y finalmente, con el número de Avogadro, se determinaría la masa.

La otra alternativa consistía en fijar el valor de la carga del electrón o el de la constante de Planck, que relaciona la energía y la frecuencia de una onda electromagnética por medio de la expresión y se puede describir como la unidad de energía emitida en interacciones electromagnéticas. La relación entre la energía y la masa viene dada por la ecuación determinada por Einstein . Para obtener una definición precisa del kilogramo, el valor de debía determinarse mediante varias mediciones con equipos diferentes; los valores obtenidos debían tener con una desviación estándar que no superara cinco partes en cien millones y coincidir entre ellos con un valor de confianza del 95 %.[13]​ Con este fin, varios institutos nacionales de metrología trabajaron en la puesta a punto de un dispositivo desarrollado por Bryan Kibble del National Physical Laboratory británico, denominado balanza de Kibble, también llamada balanza de Watt o de vatios, debido a que el vatio (watt en inglés) es la unidad de la magnitud con la cual se compara una potencia mecánica con una eléctrica. La balanza de Kibble establece la relación entre una masa, la aceleración de la gravedad, una velocidad, dos frecuencias, y la constante de Planck.

A principios de 2011, poco antes de la celebración de la 24ª Conferencia General de Pesas y Medidas, se halló consenso en que el método que se utilizaría sería el de la constante de Planck.[14]​ En 2017 varios laboratorios obtuvieron medidas de la constante que satisficeron los requisitos de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas.[13]​ El 16 de noviembre de 2018, la 26.ª Conferencia General de Pesos y Medidas anunció que la definición del kilogramo pasaría a estar ligada con la constante de Planck.[7]​ De esta manera, se pueden calibrar los distintos patrones del kilogramo repartidos por el mundo empleando una balanza de Kibble y el nuevo valor de la constante.[6]​ La nueva definición entró en vigor el 20 mayo de 2019,[6]​ quedando el «Grand Kilo» —el patrón parisino— como un estándar de masa secundario.[5]​ La constante de Planck pasó a ser definida como 6.62607015×10−34 kg⋅m2⋅s−1, quedando el kilogramo definido a partir de esta y, consecuentemente, a partir de otras dos unidades básicas del SI, el segundo y el metro.[7]

Con la anterior definición se fijaba el valor de la masa del prototipo internacional del kilogramo como exactamente igual a un kilogramo, y el valor de la constante de Planck se determinaba experimentalmente, teniendo una incertidumbre asociada. La definición actual fija el valor numérico exacto de y es la masa del prototipo la que hereda su incertidumbre (1 x 10−8), debiendo determinarse a partir de ahora experimentalmente. Esto mismo ocurre para el resto de las unidades.

Gramo

El gramo es el término al cual se aplican los prefijos del SI. La razón por la que la unidad básica de la masa tiene un prefijo es histórica. Originalmente, la formación de un sistema decimal de unidades fue encargada por Luis XVI de Francia y, en los planes originales, el equivalente al kilogramo fue llamado grave.[15]​ Junto con el grave se creó también una unidad más pequeña llamada gravet, que era equivalente a 0.001 kg (1 gramo), así como una unidad más grande llamada bar, que era equivalente a 1000 kg (1 tonelada).[16]​ Con esas medidas se creó la siguiente escala: miligravet, centigravet, decigravet, gravet (gr), centigrave, decigrave, grave (kg), centibar, decibar, bar (t).[17]​ Sin embargo, el sistema métrico no entró en vigor sino hasta después de la revolución francesa.

En 1795 una nueva ley reemplazó los tres nombres (gravet, grave y bar) por un solo nombre de unidad genérico: el gramo.[18]​ El nuevo gramo era igual al antiguo gravet. Se añadieron cuatro nuevos prefijos para cubrir la misma gama de unidades que en 1793 (miligramo, centigramo, decigramo, gramo, decagramo, hectogramo, kilogramo, y miriagramo).[19][20]​ El gramo era también la unidad básica del más viejo sistema de medida: el sistema CGS, que no es muy ampliamente utilizado.

Otros

También es común que se utilice el vocablo como unidad de fuerza en el Sistema Técnico de Unidades, aunque debe hacerse bajo el nombre de kilogramo-fuerza o kilopondio. El kilogramo fuerza o kilopondio es, por definición, el peso de una masa de 1 kilogramo en la gravedad estándar en la superficie terrestre; esto es, 9,80665 m/s2. Por eso una masa de 1 kilogramo (Sistema Internacional de Unidades) pesa 1 kilogramo fuerza (Sistema Técnico) solamente si la gravedad tiene ese valor.

Múltiplos y submúltiplos

Múltiplos del Sistema Internacional para gramo (g)
Submúltiplos Múltiplos
Valor Símbolo Nombre Valor Símbolo Nombre
10−1 g dg decigramo 101 g dag decagramo
10−2 g cg centigramo 102 g hg hectogramo
10−3 g mg miligramo 103 g kg kilogramo
10−6 g µg microgramo 106 g Mg megagramo o tonelada
10−9 g ng nanogramo 109 g Gg gigagramo
10−12 g pg picogramo 1012 g Tg teragramo
10−15 g fg femtogramo 1015 g Pg petagramo
10−18 g ag attogramo 1018 g Eg exagramo
10−21 g zg zeptogramo 1021 g Zg zettagramo
10−24 g yg yoctogramo 1024 g Yg yottagramo
Los prefijos más comunes de unidades están en negrita.


Equivalencias

1 kilogramo es equivalente a:

Véase también

Notas

  1. La libra avoirdupois es parte del sistema anglosajón de unidades. Se define como exactamente 0.453 592 37 kilogramos.[1]
  2. La variante «quilogramo», aunque también es correcta,[2]​ ha caído en desuso y se desaconseja su empleo.[3]

Referencias

  1. United States. National Bureau of Standards (1959). U.S. Department of Commerce, National Bureau of Standards, ed. Research Highlights of the National Bureau of Standards (en inglés). p. 13. 
  2. Real Academia Española y Asociación de Academias de la Lengua Española (2014). «quilogramo». Diccionario de la lengua española (23.ª edición). Madrid: Espasa. ISBN 978-84-670-4189-7. 
  3. Real Academia Española y Asociación de Academias de la Lengua Española (2010), «§ 6.2.2.4.2.1 Uso de la k para representar el fonema /k/», Ortografía de la lengua española, Madrid: Espasa Calpe, p. 114, ISBN 978-6-070-70653-0, consultado el 5 de julio de 2016 .
  4. Adviértase que no es una abreviatura, por lo que no admite mayúscula, ni punto, ni plural.
  5. a b Cho, Adrian (6 de nvoiembre de 2018). «Metric system overhaul will dethrone the one, true kilogram» (html). Science Mag (en inglés). Archivado desde el original el 7 de noviembre de 2018. Consultado el 10 de noviembre de 2018. «Like an aging monarch, Le Grand K is about to bow to modernity. For 130 years, this gleaming cylinder of platinum-iridium alloy has served as the world’s standard for mass. Kept in a bell jar and locked away at the International Bureau of Weights and Measures (BIPM) in Sèvres, France, the weight has been taken out every 40 years or so to calibrate similar weights around the world.» 
  6. a b c Martín, Bruno (16 de noviembre de 2018). «Aprobada la nueva definición universal del kilogramo». El País. 
  7. a b c Frequently Asked Questions about the proposed Revised SI (Updated October 2018) (en inglés). Bureau International des Poids et Mesures. Consultado el 16 de noviembre de 2018. 
  8. BIPM. «Mass and related quantities: Unit of mass (kilogram)». 
  9. «A Turning Point for Humanity: Redefining the World’s Measurement System» (html). INNT (NIST) (en inglés). 12 de mayo de 2018. Archivado desde el original el 30 de septiembre de 2018. Consultado el 10 de noviembre de 2018. «The kilogram was the mass of one liter of water. The meter was defined as one ten-millionth of the distance from the North Pole to the equator. But those units had to be embodied in physical objects, such as the meter bar and a piece of metal that serves as the kilogram: objects that could wear out, and were certainly not available “for all times, for all people.” (...) This cylinder of platinum-iridium — about the size of a votive candle — is still kept in a vault at the BIPM. The International Prototype Kilogram (IPK) is so precious that it is only used to calibrate the rest of the planet’s mass standards about once every 40 years. But even with this careful treatment, the mass of Le Grand K — its informal name — seems to be changing over time.» 
  10. Stefan Aust, jefe redactor (2003). «Reporte de Der Spiegel, Revista». #26. 
  11. Mandelbaum, Ryan F. (7 de noviembre de 2018). «La semana que viene se decide si abandonamos para siempre la definición actual de kilogramo» (html). Gizmodo. Archivado desde el original el 7 de noviembre de 2018. Consultado el 10 de noviembre de 2018. «Lo más grave es que las últimas mediciones de alta precisión del cilindro y sus copias revelan que su masa no es exactamente la misma. Quizá el metal haya absorbido moléculas del aire. Quizá el cambio se deba a las limpiezas periódicas a las que se somete. Sea como sea, el caso es que el kilo original ya no pesa exactamente un kilo.» 
  12. Brumfiel, Geoff (20 de agosto de 2009). «This Kilogram Has A Weight-Loss Problem» (html). NPR Set Station (en inglés). Archivado desde el original el 21 de agosto de 2009. Consultado el 10 de noviembre de 2018. «As it stands, the entire world's system of measurement hinges on the cylinder. If it is dropped, scratched or otherwise defaced, it would cause a global problem. "If somebody sneezed on that kilogram standard, all the weights in the world would be instantly wrong," says Richard Steiner, a physicist at the National Institute of Standards and Technology (NIST) in Gaithersburg, Md.» 
  13. a b «Kilogram: Mass and Planck's Constant». NIST (en inglés). 14 de mayo de 2018. Consultado el 29 de junio de 2020. 
  14. «El kilo pierde peso». Consultado el 24 de enero de 2011. 
  15. Annales de chimie ou Recueil de mémoires concernant la chimie et les arts qui en dépendent (en francés). chez Joseph de Boffe. 1792. p. 277. 
  16. No debe confundirse la antigua unidad bar de masa (1000 kg hasta 1795) con la actual unidad bar de presión, introducida en 1909 (100 kPa).
  17. Instructions abrégée sur les mesures déduites de la grandeur de la terre et sur les calculs relatifs à leur divistion décimale (en francés). imp. nationale exécutieve du Louvre. 1793. p. 54. 
  18. Acta del 7 de abril de 1795: gramme
  19. Claude Antoine Prieur (1795). Nouvelle instruction sur les poids et mesures, et sur le calcul décimal, adoptée par l'Agence temporaire des poids et mesures (en francés). chez Du Pont. p. 86. 
  20. Decreto relativo a los pesos y medidas

Enlaces externos

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  • Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre kilogramo.
  • Posible redefinición del kilogramo a partir del cristal de silicio
  • Wd Datos: Q11570
  • Commonscat Multimedia: Kilogram