Em uma tarde de domingo, a Sra. Kim saiu para fazer compras com sua família. Como a temperatura estava abaixo de 2 °C, todos levaram casacos de inverno e entraram no carro. O GPS indicava que levaria cerca de 20 minutos para chegar ao supermercado, que ficava a aproximadamente 5 km de distância.
Primeiramente, ela foi comprar sapatos para o seu marido. Ele experimentou dois tamanhos (275 mm e 280 mm) e escolheu o maior. No supermercado, eles compraram 600 g de carne bovina para o jantar, duas garrafas de leite (1 L) em promoção e uma caixa de maçãs (5 kg).
Temperatura, distância, peso e tantos outros tamanhos… Estamos cercados por números incontáveis durante toda a vida. Mas, como surgiram as “unidades” que os definem?
Unidades de Medida, o Barômetro da Civilização
À medida que os seres humanos começaram a cultivar e as civilizações surgiram, cresceu a necessidade de estabelecer unidades de medida. O desenvolvimento de pesos e medidas tornou-se essencial para medir áreas de cultivo e distribuir as colheitas. Era necessário conhecer o volume ou o peso dos objetos para garantir negociações justas, bem como medir com precisão os materiais utilizados na confecção de roupas e na construção de edificações.
As primeiras unidades de medida eram baseadas em partes do corpo humano. Na Grécia antiga, o comprimento do pé era chamado de “pous” e a espessura do dedo era chamada de “daktylos”, e 1 pous era definido como 16 daktylos . Essas unidades de medida baseadas em partes do corpo ou nas capacidades humanas são chamadas de “身體尺 (shintaishaku)” no Japão. O shaku (尺) corresponde à distância entre a ponta do polegar e a ponta do indicador quando estendidos, e o côvado (cubit) egípcio era baseado na distância da ponta do dedo médio até a base do cotovelo. No mundo ocidental, o dígito (digit) era a menor unidade básica, correspondendo à largura de um dedo.
No entanto, é difícil unificar unidades de medida baseadas no corpo, já que cada pessoa tem um tamanho corporal diferente. Para resolver esse problema, o Egito estabeleceu um côvado padrão, chamado de “Côvado Real”, baseado no comprimento do antebraço do faraó, e o utilizou na construção das pirâmides.
Grãos também eram usados como unidade de medida por serem sólidos e de fácil acesso. No século III a.C., a dinastia Qin utilizava o comprimento de um instrumento de sopro feito de bambu, chamado “huangzhong”, como unidade padrão de medida — cada um tinha o comprimento equivalente ao alinhamento de 90 grãos de milhete. O milhete era, portanto, usado como referência de medida. Uma unidade menor, chamada “chun (寸)”, correspondia ao comprimento de 10 grãos de milhete alinhados.
Os grãos também eram usados para medir o peso. Os romanos determinaram que 1.728 sementes de alfarroba equivaleriam a uma libra romana, e 144 sementes a uma onça romana. O termo quilate tem origem na semente de alfarroba, que era a unidade original de medida para o peso de diamantes. No sistema imperial britânico, uma libra correspondia a 7.000 grãos de cevada. No entanto, os grãos não eram apropriados como unidade padrão de medida, pois seus pesos e comprimentos variavam de acordo com as condições climáticas e seus tamanhos não eram uniformes.
Esforços para Unificação das Medidas
No dia 23 de julho de 1983, um Boeing 767 da Air Canada, em voo para Edmonton, ficou sem combustível e o sistema de alerta foi acionado. Os motores pararam, e, por pouco, o piloto conseguiu realizar um pouso de emergência. Esse acidente foi causado por uma confusão com as unidades de medida. Os pilotos calcularam a quantidade de combustível necessária em quilogramas, mas a equipe de solo abasteceu a aeronave em libras. Como resultado, o avião estava voando com menos da metade do combustível necessário.1
1. 1 L = 0.8 kg [1.77 lb]
Em setembro de 1999, a sonda Mars Climate Orbiter, da NASA, foi perdida ao entrar na atmosfera de Marte. Isso também ocorreu por causa de uma confusão com unidades de medida. A NASA utiliza o sistema métrico, baseado em metros e quilogramas, enquanto a empresa que construiu a espaçonave utilizava o sistema imperial, baseado em jardas (yd) e galões (gal). A discrepância entre os sistemas passou despercebida até o momento em que a sonda entrou na atmosfera marciana, o que resultou no acidente.
Ao longo da história, a falta de unificação nas unidades de medida causou inúmeras confusões. Na França, no século XVIII, havia mais de 250.000 unidades de medida diferentes em uso. Isso gerava dificuldades na comunicação e no comércio, além de permitir que os senhores locais cobrassem impostos conforme sua própria conveniência. Problemas semelhantes ocorreram tanto no Oriente quanto no Ocidente. O “shaku (尺)”, por exemplo, originalmente se baseava na distância da ponta do polegar até a ponta do indicador de uma mão humana, mas seu comprimento-padrão foi sendo ampliado ao longo do tempo. Quando o governo do Japão da era Meiji o adotou oficialmente, em 1875, ele passou a medir 30 centímetros. Esse aumento também ocorreu porque os governantes ampliavam sua medida intencionalmente para cobrar mais impostos.
Cientistas sonhavam muito em desenvolver unidades científicas que fossem consistentes e de fácil uso para todos. Christopher Wren, arquiteto e astrônomo inglês do século XVII, tentou definir uma unidade padrão de comprimento com base na oscilação de um pêndulo. Ele propôs um novo sistema baseado na jarda, que seria definida como o comprimento do balanço de um pêndulo que batesse uma vez por segundo. Diversas abordagens foram discutidas, como a ação capilar (ou capilaridade²) e os comprimentos de onda da luz, mas um consenso acabou sendo alcançado com a adoção da circunferência da Terra como referência para a definição de uma unidade padrão de medida.
2. O fenômeno em que, ao colocar um tubo fino em um líquido ou mercúrio, o nível do líquido dentro do tubo se eleva ou abaixa em relação ao nível do líquido fora do tubo.
Foi assim que surgiu o sistema métrico, um sistema de unidades de medida. O metro, derivado da palavra grega “metron”, que significa “medida”, foi originalmente definido como a décima milionésima parte da distância do Equador até o Polo Norte, medida passando por Paris, na França. Os astrônomos franceses Delambre e Méchain realizaram uma expedição para medir essa distância. Em 10 de dezembro de 1799, o sistema métrico entrou em vigor na França, e o metro foi oficialmente estabelecido como unidade padrão em todo o país. Réguas de um metro de comprimento foram produzidas e distribuídas a cada cidade.
Napoleão, que conquistou grande parte da Europa, ajudou a espalhar o sistema métrico durante o século XIX. O uso do sistema métrico se expandiu para diversas áreas após a assinatura da Convenção do Metro, realizada na França em 20 de maio de 1875, por representantes de 17 nações, entre elas, Estados Unidos, Alemanha, Rússia e Brasil.
Modificação das Unidades de Medida
Rigorosamente falando, a Terra não é uma esfera perfeita, pois possui um achatamento equatorial. Isso significa que o diâmetro da Terra varia conforme é feita a medição ao longo do equador ou entre os polos. Como o metro foi originalmente definido com base na circunferência da Terra, essa variação poderia afetar seu comprimento. Para resolver esse problema, na primeira Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM), realizada em 1889, os cientistas definiram o comprimento do metro com base em um cilindro de platina e irídio, materiais com alta estabilidade química.
No entanto, um artefato pode sofrer pequenas alterações conforme o ambiente ao seu redor, como temperatura e umidade; ele pode se expandir, contrair ou oxidar. O sistema métrico não é exceção a isso. Após diversas pesquisas, os cientistas chegaram a um novo consenso em 1960, eles redefiniram o metro com base em átomos.3
3. Equivalente a 1.650.763,73 comprimentos de onda da linha de emissão laranja-avermelhada no espectro do átomo de criptônio-86, no vácuo.
Eles não pararam por aí e, em 1983, redefiniram o metro com base na velocidade da luz, que é constante. A definição estabelece que o metro é o comprimento do caminho percorrido pela luz no vácuo durante um intervalo de tempo de 1/299.792.458 de segundo. O “segundo”, por sua vez, é definido com base nas oscilações do átomo de césio-133, que também são constantes.4 Ironicamente, ainda é impossível determinar o comprimento de um metro que atenda perfeitamente a essa definição, pois não é possível criar um vácuo absolutamente perfeito de forma artificial. Por isso, um laser de hélio-neônio é utilizado em meios científicos para medir o comprimento de uma barra de metro.
4. Um segundo é a duração de 9.192.631.770 oscilações do átomo de césio-133.
Existem sete unidades básicas no Sistema Internacional de Unidades (SI): o metro (m) para medição de comprimento, o quilograma (kg) para massa, o segundo (s) para tempo, o ampere (A) para corrente elétrica, o kelvin (K) para temperatura, o mol (mol) para quantidade de substância e a candela (cd) para intensidade luminosa. As definições dessas unidades têm sido continuamente modificadas e aprimoradas para se tornarem padrões invariáveis, acompanhando os avanços da ciência e da tecnologia.
Entre eles, o quilograma era a única unidade que tinha como padrão um protótipo físico e cuja definição nunca havia sido alterada até então. O Protótipo Internacional do Quilograma (IPK) é um cilindro feito de uma liga composta por 90% de platina e 10% de irídio, com 39 mm de diâmetro e altura. Esse cilindro é mantido sob três campânulas de vidro protetoras, em um ambiente com controle rigoroso de temperatura e umidade, sendo cuidadosamente verificado anualmente pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas, próximo a Paris.
No entanto, o Protótipo Internacional do Quilograma (IPK) não pôde evitar ser redefinido com o passar do tempo. Começou a surgir uma diferença crescente de massa entre o IPK e suas cópias armazenadas em 23 países. Em 2007, a diferença de massa entre o protótipo original e suas réplicas chegou a 100 µg5.
5. Um micrograma (µg) é a milionésima parte de um grama.
A Conferência Geral de Pesos e Medidas decidiu redefinir o quilograma com base na constante de Planck (h)6, uma constante física fundamental. O quilograma, unidade do SI para massa, passou a ser definido adotando-se o valor numérico fixo da constante de Planck (h) como 6,62607015 × 10-34, quando expressa na unidade joule segundo (J·s), que é equivalente a kg·m2·s-1.
6. O quantum da ação eletromagnética que relaciona a energia de um fóton à sua frequência.
Após vários anos de pesquisa utilizando a balança de Kibble, uma convergência de tecnologias de ponta, o valor da constante de Planck foi fixado7. Com isso, o quilograma foi redefinido durante a 26ª Conferência Geral de Pesos e Medidas, realizada em Versalhes, na França, em 16 de novembro de 2018. Isso ocorreu cerca de 130 anos após a criação do Protótipo Internacional do Quilograma, em 1889. A nova definição do quilograma passou a vigorar oficialmente em 20 de maio de 2019, Dia Mundial da Metrologia.
7. A constante de Planck (h) = 6,62607015 × 10-34 J·s (kg·m2/s)
Unidades que nunca mudam, independentemente do tempo e do espaço, em qualquer lugar do universo! Ainda persiste entre as pessoas o desejo de estabelecer padrões imutáveis, por meio de diversas tentativas e pesquisas. Um dos aspectos mais impressionantes é que os padrões básicos de medida deixaram de ser baseados em artefatos e passaram a se basear em elementos da natureza, acompanhando os avanços da ciência. O tempo, conhecido como o “padrão dos padrões”, hoje é definido com base na luz.
Padrões eternos e imutáveis não podem ser facilmente determinados ou estabelecidos pelas capacidades humanas. Somente as leis da natureza, que Deus concedeu a todos por meio da criação, são os verdadeiros padrões imutáveis e eternos.
“Onde estavas tu, quando eu lançava os fundamentos da terra? Dize-mo, se tens entendimento. Quem lhe pôs as medidas, se é que o sabes? Ou quem estendeu sobre ela o cordel?” Jó 38:4-5
“Porventura, desvendarás os arcanos de Deus ou penetrarás até à perfeição do Todo-Poderoso? Como as alturas dos céus é a sua sabedoria; que poderás fazer? Mais profunda é ela do que o abismo; que poderás saber? A sua medida é mais longa do que a terra e mais larga do que o mar.” Jó 11:7-9
- Referências
- Crease, Robert P, O Mundo em Equilíbrio: A Busca Histórica por um Sistema Absoluto de Medição. Nova Iorque, NY: W. W. Norton & Company, 2012.
- Tadahiko, Hoshida, A História das Unidades para Medir Tudo (Edição Coreana). Coreia: About Book, 2016.
- Kim, Il-seon, 단위로 읽는 세상 (Leia o Mundo por Meio das Unidades). Coreia: Gimm-Young Publishers, 2017.