SI cambia! E il chilo va in pensione!

chilo e altre udm

  Dallo scorso 20 maggio è entrata in vigore la nuova definizione del chilogrammo, unità di misura della massa. Fino a tale data, infatti, il chilo era l’unica u. d. m. del Sistema Internazionale (In breve SI, da cui il gioco di parole nel titolo) descritta in base a un manufatto.

Prima di capire cos’è cambiato, diamo un breve sguardo al passato

  Nell’agosto del 1793, il grammo entrò nel sistema metrico francese come unità di misura della massa, mentre il chilogrammo venne inserito due anni dopo. Per non entrare troppo nei tecnicismi, la definizione del grammo era basata su alcune proprietà dell’acqua e collegava la massa ad altre grandezze, come volume, densità, temperatura e pressione.

Ciò era difficile da realizzare con precisione, anche per una motivazione concettuale: vi era infatti una dipendenza circolare in cui la densità era legata alla pressione, che a sua volta aveva tra i suoi fattori la massa. Per ovviare a questo fenomeno, si scelse di definire il chilogrammo come la massa precisa di una particolare massa standard.

Dal 1889, il SI definisce quindi il chilogrammo come la massa di un particolare prototipo: ecco che compare il famoso cilindro di platino-iridio citato nei libri di testo di diametro e altezza pari a 39 millimetri, conservato al Bureau International des Poids et Mesures a Sèvres, in condizioni di umidità, pressione e temperatura costanti.

Anche questa definizione non è priva di problemi. Infatti, per distribuirle tra le nazioni che sono state realizzate delle copie del prototipo ciascuna delle quali, però, presenta un seppur minimo errore. Inoltre, tutti i prototipi sono difficilmente accessibili, visto che le misure di sicurezza per garantirne la conservazione sono molto complesse.

Il cilindro conservato sotto misure di sicurezza.

La nuova definizione  

  La comunità scientifica, quindi, ha sentito una forte esigenza di ridefinire il chilogrammo, legandolo a costanti fondamentali o atomiche per facilitarne la realizzazione in laboratorio e aumentarne la precisione.

Sono state avanzate varie possibilità per poter ridefinire il chilogrammo, in quanto vi erano diversi approcci. La ventiseiesima Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure ha stabilito all’unanimità il 16 novembre 2018 di dare una nuova definizione del chilogrammo mettendolo in relazione, attraverso l’uso di uno strumento particolare (la bilancia di Kibble o di Watt), con la costante di Planck, uno dei valori chiave della fisica moderna, che mette in relazione l’energia di un fotone con la frequenza di una radiazione.

La bilancia di Kibble è uno strumento che misura la massa di un corpo, bilanciandone il peso attraverso forze elettromagnetiche generate da una corrente che scorre in una bobina in movimento in un campo magnetico; tale corrente è posta in relazione con la costante di Planck dall’analisi di effetti quantistici. Il valore numerico di tale costante è stato fissato con misurazioni molto precise. Per i dettagli rimando alla descrizione fatta dalla Società Italiana di Fisica

Altre unità di misura sono state ridefinite rispetto a grandezze invarianti della natura: l’Ampère (u. d. m. dell’intensità di corrente) in relazione alla carica di un elettrone (detta carica elementare), il Kelvin (per la temperatura) in funzione della costante di Boltzmann e la mole (per la quantità di sostanza) in rapporto al numero di Avogadro. 

Cosa cambierà?

  Il vantaggio di ridefinire le unità di misura rispetto a costanti fondamentali è quello di rendere le misurazioni più precise, in quanto indipendenti da prototipi che possono variare nel tempo. È possibile, infatti, che i prototipi siano soggetti a usura e modifiche difficilmente controllabili che ne comprometterebbero affidabilità e precisione. 

La variazione delle costanti fondamentali è, invece, controllabile, in quanto si possono ottenere dei valori più accurati per tali costanti, con più conoscenze, ma per fare ciò serve tanto tempo. Perciò, le costanti sono immutabili e invariabili nel tempo e nello spazio

Nella vita di tutti i giorni non vedremo molti cambiamenti, ma il nuovo standard avrà forte ripercussioni sulla tecnica industriale, sul settore farmaceutico e sulla costruzione di strumenti scientifici

chilo e le altre udm
Il SI con tutte le unità d misura fondamentali

 

A cura di Marco Ravenna, il Pesce Chirurgo

 

 

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