Esta peça é uma réplica em tamanho real do Protótipo Internacional do Quilograma (IPK) utilizado entre 1889 e 2019, objeto extremamente importante para a história da humanidade. Esta réplica de aço inox é mais leve que os protótipos originais, que eram feitos com uma liga de platina com 10% de irídio, e não serve para a calibração de massa.
Esta peça foi recentemente doada ao Instituto de Física da UFRGS pelo prof. João Alziro Herz da Jornada, que foi aluno de graduação, mestrado, doutorado e professor titular do IF. Além disso, foi presidente do INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia) entre 2004 e 2015. Abaixo reproduzimos o texto enviado pelo professor para exposição junto ao objeto.
Réplica do padrão internacional do quilograma (IPK), usado até 20 de maio de 2019
No final do século 18 ‒ com a expansão do comércio entre nações, o surgimento da indústria e importantes avanços em C&T ‒, emergia necessidade de um sistema de unidades de medida e padrões metrológicos mais sofisticado, acessível e amplamente aceito. Em 1795, o governo republicano francês instituiu o sistema métrico decimal para ‘pesos e medidas’, definindo as unidades a partir de atributos universais e perenes da natureza, dentro do espírito iluminista da Revolução Francesa. O metro, medida de comprimento, foi definido como a décima milionésima parte da distância entre o polo norte e o equador; o grama (massa) era a massa contida em um centímetro cúbico de água.
A mesma lei determinava que o metro fosse ‘representado’ por uma barra de platina, a qual seria, então, usada como ‘padrão primário’ na disseminação, no país, dessa unidade. O mesmo deveria ser feito para o quilograma (1.000 gramas, que passou então a ser o padrão).
Décadas mais tarde, a necessidade de harmonização internacional para ‘pesos e medidas’ levou à grande articulação entre países. A Convenção do Metro, tratado internacional formalizado em 20 de maio de 1875, foi assinado por 17 nações ‒ Brasil, inclusive. Por razões práticas, decidiu-se que as unidades do metro e quilograma seriam definidas por padrões feitos de metal estável e resistente (especificamente uma liga de platina com 10% de irídio), baseando-se nos padrões franceses para o metro e quilograma.
A convenção criou o Birô Internacional de Pesos e Medidas (BIPM), que iria custodiar esses padrões e coordenar a disseminação dessas unidades aos signatários do acordo. Também foi criada a Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM), sistema de reuniões de acompanhamento e decisões políticas dos países membros, e o Comitê Internacional de Pesos e Medidas (CIPM), órgão técnico-científico de assessoramento e gestão.
Em 1889, ficaram prontas dezenas de artefato praticamente idênticos da liga Pt10%Ir que seriam usados como padrões de ‘pesos e medidas’- Barras para o metro e cilindros para o quilograma. Uma barra foi escolhida como padrão internacional para o metro, e um dos cilindros (conhecido como IPK), como padrão internacional do quilograma (conforme mostrado na figura ao lado). O restante, ou foi distribuído entre países, ou ficou no BIPM. O artefato mostrado aqui é uma réplica dos padrões de quilograma que foram distribuídos entre países membros da Convenção do Metro. Esta réplica tem o mesmo formato e dimensões do IPK e dos ‘padrões nacionais’, contudo sua massa é bem menor, por ser feito de aço inox ao invés da liga Pt-10%Ir, a qual tem densidade muito maior. Durante cem anos, o quilograma foi definido como a massa do IPK, mantido num cofre nas instalações do BIPM, em Sèvres, nos arredores de Paris, e usado de tempos em tempos para calibrar outros padrões, especialmente os ‘padrões nacionais’. Portanto, durante esse tempo todas as medidas de massa, assim como de algumas outras grandezas, como corrente elétrica, eram ultimamente referidas ao IPK. Esta situação mudou a partir de 20 de maio de 2019. Por decisão da 26ª reunião da CGPM, em 20 de março de 2019 entrou em vigor uma completa revisão do SI, incluindo a nova definição do quilograma, baseada em propriedades fundamentais da natureza, especialmente a constante de Planck. Essa nova definição já permitiu materializar o quilograma por dois métodos diferentes ‒ e com incertezas bem menores que a dispersão de valores observada nos padrões em platina-irídio idênticos ao IPK. Agora o SI está totalmente independente de artefatos!
A nova definição do quilograma é: “O quilograma, símbolo kg, é a unidade de massa do SI. Ele é definido tomando-se o valor numérico da constante de Planck, h, como sendo 6,62607015×10−34 quando expressa na unidade J⋅s [joule segundo], a qual é igual a kg⋅m2/s”. Note-se que para a definição do quilograma são necessárias as definições de duas outras unidades, o metro e o segundo, ambas definidas em termos de outras constantes (a velocidade da luz no vácuo e a frequência de transição hiperfina do estado fundamental não perturbado do Césio 133) dentro do SI.
Prof. João Alziro Herz da Jornada / Dezembro 2019