Kilogramo

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Kilogramo

El prototipo internacional del kilogramo (IPK), 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
Unidades naturales 1 kg = 5,609×1029 MeV/c2
Sistema anglosajón de unidades 1 kg = 2,2046226218488 lbs
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El kilogramo (símbolo: kg),[1]​ antiguamente escrito como quilogramo,[nota 1]​ es la unidad básica de masa del Sistema Internacional de Unidades (SI). Desde el 20 de mayo de 2019 se define al fijar el valor numérico fijo 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, estando el metro y el segundo definidos según c (velocidad de la luz en el vacío) y ΔνCs.[4]​

Es la única unidad básica que emplea un prefijo[5]​ y la última unidad del SI que siguió definiéndose por un objeto patrón y no por una característica física fundamental.[6]​ 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. Así, se podrán calibrar patrones de la unidad, dada la constante, utilizando una balanza de potencia.[7]​[8]​

Historia

La primera definición, decidida durante la Revolución francesa, especificaba que era la masa de un decímetro cúbico (un litro) de agua destilada a una atmósfera de presión y 3,98 °C, una temperatura singular dado que es la temperatura a la cual el agua tiene la mayor densidad a presión atmosférica normal.[9]​ Esta definición era complicada de realizar con exactitud, porque la densidad del agua depende levemente de la presión, y las unidades de presión incluyen la masa como factor, introduciendo una dependencia circular en la definición.

Para evitar estos problemas, el kilogramo fue redefinido mediante un objeto, cuya masa formalizó una cantidad exacta para representar la definición original. Desde 1889, el SI define que la unidad debe ser igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo (IPK, por sus siglas en inglés), 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. Dicho prototipo se guarda en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, ubicada en Sèvres, en las cercanías de París (Francia).[10]​ Se realizaron varias copias oficiales del prototipo del kilogramo, disponibles como prototipos nacionales, que se comparan al prototipo de París («le Grand Kilo») cada 40 años.[11]​ Este prototipo internacional es uno de tres cilindros hechos originalmente en 1879. En 1883 el IPK 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.[9]​

Por definición, el error en la medición de la masa del IPK era exactamente cero, pues el IPK 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.[12]​[13]​[14]​

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 el redefinición del kilogramo prevista para 2019.

130 años después de su implantación, se iniciaron gestiones para realizar la definición de un patrón de kilogramo mediante leyes físicas. Se establecieron dos vías principales de investigación. La primera basada en fijar el valor del número de Avogadro, para luego materializar la unidad de masa con una esfera de silicio, casi perfecta en su geometría y composición isotópica, cuyas características dimensionales se pueden conocer con gran exactitud. Específicamente, se determina el volumen ocupado por la esfera y cada uno de sus átomos, y finalmente, con el número de Avogadro, se determina la masa. La otra alternativa consiste en fijar el valor de la carga del electrón o el de la constante de Planck, y luego mediante mediciones eléctricas se materializa el kilogramo utilizando un dispositivo denominado balanza de Watt. Varios institutos nacionales de metrología trabajaron en la puesta a punto de un sistema de este tipo; por ejemplo, el desarrollado por Bryan Kibble del National Physical Laboratory británico. A principios de 2011, poco antes de la celebración de la 24.ª Conferencia General de Pesas y Medidas, se halló consenso en que el método que se utilizaría sería el de la constante de Planck,[15]​ pero la decisión se aplazó, a la espera de una conclusión unánime de todos los laboratorios en lo referente a la reproducibilidad y exactitud de este método, ya que para ello es necesario disponer primero de varias balanzas operativas.[16]​

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.[8]​ De esta manera, se podrán calibrar los distintos patrones del kilogramo repartidos por el mundo empleando una balanza de Watt y el nuevo valor de la constante.[7]​ La nueva definición entró en vigor el 20 mayo de 2019,[7]​ quedando el «Grand Kilo» —el patrón parisino— como un estándar de masa secundario.[6]​ 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.[8]​

Gramo

Artículos principales: Gramo y Grave (unidad).

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 kilogramo fue llamado grave.[17]​ 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).[18]​ Con esas medidas se creó la siguiente escala: miligravet, centigravet, decigravet, gravet (gr), centigrave, decigrave, grave (kg), centibar, decibar, bar (t).[19]​ 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.[20]​ 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).[21]​[22]​ 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
10−27 g rg rontogramo 1027 g Rg ronnagramo
10−30 g qg quectogramo 1030 g Qg quettagramo
Los prefijos más comunes de unidades están en negrita.


Equivalencias

1 kilogramo es equivalente a:

Véase también

Notas

  1. ↑ Aunque «quilogramo» es también correcto,[2]​ dicha variante ha caído en desuso y se desaconseja su empleo.[3]​

Referencias

  1. ↑ Adviértase que no es una abreviatura, por lo que no admite mayúscula, ni punto, ni plural; no se debe de confundir con el símbolo del kelvin: K.
  2. ↑ Real Academia Española. «quilogramo». Diccionario de la lengua española (23.ª edición). 
  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. ↑ BIPM. «Mass and related quantities: Unit of mass (kilogram)». 
  5. ↑ Convenciones y estilos en Chemkeys Internet (2002). «Convenciones y estilos». Consultado el 2007. 
  6. ↑ 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.» 
  7. ↑ a b c Martín, Bruno (16 de noviembre de 2018). «Aprobada la nueva definición universal del kilogramo». El País. 
  8. ↑ 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. 
  9. ↑ a b «El kilogramo patrón tiene algunos problemas de peso» (html). Explora la Ciencia. Archivado desde el original el 19 de abril de 2005. Consultado el 10 de noviembre de 2018. «En el caso del kilogramo, se definió conceptualmente como la masa de un litro de agua a 4 ºC y una atmósfera de presión, y se construyó un prototipo en platino que se guardó junto con el del metro en los Archivos de París.» 
  10. ↑ «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.» 
  11. ↑ McKie, Robin (3 de noviembre de 2018). «The future of the kilo: a weighty matter» (html). The Guardian (en inglés). Archivado desde el original el 3 de noviembre de 2018. Consultado el 10 de noviembre de 2018. «First, the platinum-iridium cylinder is rubbed with a chamois that has been soaked in alcohol and ether. Then it is steam rinsed using boiling, double-distilled water. Finally, the 1kg cylinder is returned, carefully, to its resting place.» 
  12. ↑ Stefan Aust, jefe redactor (2003). «Reporte de Der Spiegel, Revista». #26. 
  13. ↑ 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.» 
  14. ↑ 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.» 
  15. ↑ «El kilo pierde peso». Consultado el 24 de enero de 2011. 
  16. ↑ «El kilogramo se basará en la constante de Planck». Consultado el 29 de enero de 2011. 
  17. ↑ 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. 
  18. ↑ 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).
  19. ↑ 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. 
  20. ↑ Acta del 7 de abril de 1795: gramme
  21. ↑ 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. 
  22. ↑ Decreto relativo a los pesos y medidas

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