Las nuevas definiciones en el Sistema Internacional de Unidades

25 de abril de 2019

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Bruno Henríquez

 

En la ciencia física un primer paso esencial con objeto
de aprender cualquier tema es encontrar principios
de cálculo numérico y métodos prácticos
para medir cualquier cualidad conectada con él.

William Thomson, Lord Kelvin

 

Una de las noticias interesantes con que comenzó este año 2019 y que tiene que ver con todos nosotros es la redefinición de las unidades básicas del Sistema Internacional de Unidades, conocido como SI y que está vigente en todos los países del mundo, con solo tres excepciones que no lo han declarado prioritario o único. En Cuba es de uso obligatorio aunque en el lenguaje popular se mezclan todos los sistemas de medida que alguna vez han pasado por aquí.

Por eso vemos como se mezclan en el comercio y las costumbres libras con kilogramos, kilómetros con millas y metros y centímetros con pies y pulgadas.

Pero para las acciones oficiales de comercio, investigación y economía, entre otros, es de uso obligatorio el SI.

Este sistema consiste en siete unidades básicas de un número igual de magnitudes físicas de las cuales se derivan las demás.

Estas unidades básicas recordemos, son metro, segundo, kilogramo, ampere, kelvin, candela y mol. Las unidades del SI tanto básicas como derivadas se escriben todas con minúsculas, sus símbolos, si corresponden a un nombre propio van con mayúscula, como el caso del watt su símbolo es W, pues viene del apellido Watt, además no se españolizan es incorrecto decir vatio, voltio o amperio.

El metro es la unidad de longitud y distancia, el segundo la unidad de tiempo, el kilogramo la unidad de masa, el ampere la unidad de intensidad de la corriente eléctrica, kelvin la unidad de temperatura termodinámica, la candela la unidad de intensidad luminosa y el mol la unidad que sirve para medir la cantidad de sustancia.

A lo largo del tiempo los patrones de referencia y la forma para medir estas unidades se han ido redefiniendo y perfeccionando y sirven como base para los sistemas de medición a todos los niveles del planeta.

Existe un Organismo de metrología internacional llamado el Buró Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) que permite garantizar cualquier medición en todo el mundo, a través de múltiples actividades de tipo científico y legal pero principalmente por comparaciones y calibraciones acordadas y legalizadas.

La firma de la Convención del Metro en 1875 creó el BIPM y, por primera vez, formalizó la cooperación internacional en metrología. La Convención estableció la Oficina Internacional de Pesas y Medidas y sentó las bases para la uniformidad a nivel mundial de la medición en todos los aspectos de nuestras actividades, centradas históricamente en la industria y el comercio, pero hoy en día es vital para enfrentar los grandes desafíos del siglo XXI tales como el cambio climático, los descubrimientos en la observación del cosmos, la preservación de la salud y el desarrollo de las fuentes de energía. El BIPM realiza trabajos científicos al más alto nivel en un conjunto seleccionado de magnitudes físicas y químicas. El BIPM es, a su vez, el centro de una red mundial de Institutos Nacionales de Metrología (MNI) que continúan garantizando la cadena de trazabilidad a las unidades del SI en laboratorios e industrias acreditados a nivel nacional

Los investigadores han ido perfeccionando este sistema con sus unidades básicas y derivadas y conjuntos de patrones para formar un cuerpo único de referencia que garantiza la calidad de las mediciones y permite tener un lenguaje común en la ciencia, la economía, la industria, el comercio, el deporte y cualquier otra actividad humana en la que haya que realizar mediciones.

Hasta ahora los patrones que definen las unidades básicas del sistema estaban representadas por patrones físicos con instalaciones situadas en lugares específicos desde los que eran comparadas en las cadenas de mediciones que sirven para lo que se llama en metrología la transmisión o trazabilidad de las unidades.

A partir del 20 de mayo de 2019 regirán las nuevas definiciones acordadas en la Conferencia General de Pesas y Medidas celebrada en Versalles, Francia en noviembre de 2018.

Esta es una decisión histórica, ya que al redefinir el Sistema Internacional de Unidades (SI), se cambia a definiciones de las unidades básicas por constantes físicas universales sin hacer referencia a objetos físicos como hasta ahora. Así, aseguran los expertos, se garantiza la estabilidad del SI y se abre la oportunidad para el uso de nuevas tecnologías.

De las 7 unidades básicas ya estaban definidas respecto a constantes físicas el metro, el segundo y la candela. Y ahora se incorporan las cuatro restantes kilogramo, ampere, kelvin y mol

La definición del kilogramo ha sido por más de 130 años, el Prototipo Internacional del Kilogramo (IPK), un cilindro de una aleación de platino almacenada en el BIPM en Francia, ahora será retirada y reemplazada por una definición basada en la constante de Planck, la constante fundamental de la física cuántica. Mientras la estabilidad del kg patrón solo podría confirmarse mediante comparaciones con copias idénticas, un proceso difícil y potencialmente inexacto, la constante de Planck está disponible siempre y en cualquier lugar del universo.

 

 

El Director de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) Martin Milton dijo, “Al utilizar las constantes fundamentales que observamos en la naturaleza como fundamento de conceptos importantes como la masa y el tiempo significa que tenemos una base estable desde la cual avanzar en nuestra comprensión científica, desarrollar nuevas tecnologías y abordar algunos de los mayores desafíos de la sociedad”.

Mientras Barry Inglis, Director del Comité Internacional de Pesas y Medidas declaró: “…esta fecha marca la culminación de décadas de trabajo de científicos de la medición en todo el mundo, la importancia de esto es inmensa”, “Ahora ya no estaremos limitados por las restricciones de los objetos en nuestra medición del mundo, sino que tendremos unidades accesibles universalmente que pueden allanar el camino a una mayor precisión e incluso acelerar el avance científico”.

De las unidades que ya usaban en su definición las constantes universales el segundo, el metro y la candela, veamos

El segundo se establece en función del valor numérico de la frecuencia de transición hiperfina en el estado fundamental del cesio-133 en reposo y a una temperatura de 0 K

El metro ya se definía por la velocidad de la luz, veamos la nueva redacción: El metro, m, es la unidad de longitud; su magnitud se establece mediante la fijación del valor numérico de la velocidad de la luz en el vacío, a ser igual exactamente a 299 792 458 cuando se expresa en m·s ^-1.

O sea de hora en adelante, en general se establece la magnitud de la unidad, cualquiera sea, a partir del valor fijado de la constante universal de referencia medido con mayor precisión, cuando se expresa usando esa unidad. Lo mismo ocurre con las otras unidades así:

La candela se define a través de La eficacia luminosa K_cd de una radiación monocromática de frecuencia 540 ×10¹² Hz que resulta ser exactamente 683 lumen por watt (lm · W^-1)

Las nuevas definiciones aceptadas en noviembre pasado afectan a las cuatro unidades básicas restantes del SI: el kilogramo, el ampere, el kelvin y el mol, y todas las unidades derivadas de ellos. Así:

• El kilogramo – será definido por la constante de Planck (h)
• El ampere –por la carga eléctrica elemental (e)
• El kelvin –por la constante de Boltzmann (k)
• El mol –por la constante de Avogadro (NA)

el tamaño de estas unidades no cambiará (un kilogramo seguirá siendo un kilogramo), el conjunto de unidades base del SI continuará siendo estable y útil además facilitará las innovaciones técnicas.

Así como redefinición del segundo en 1967 proporcionó la base para la tecnología de las comunicaciones, a través del GPS e internet, los nuevos cambios impactarán la ciencia, la tecnología, el comercio, la salud y el medio ambiente, entre muchos otros sectores, a la vez que permitirá la repetición con mayor precisión de los patrones, la transmisión de la unidad y garantizará las mediciones en cualquier sitio, incluso lugares remotos fuera de nuestro planeta.