Nov 22

La vera storia delle unità di misura (7) - Il senso della misura

Grande rivoluzione nel mondo delle unità di misura. Dal 20 maggio 2019 avremo ufficialmente sette unità fondamentali, tutte immutabili perché legate a valori di costanti fisiche universali. Potremo dialogare di fisica con gli alieni senza farci ridere dietro, dicendo che per noi il chilo è il peso di quel cilindro di metallo che teniamo sotto doppia campana di vetro a Parigi.

In verità, c'è anche un secondo motivo per cui potrebbero riderci dietro: questa nostra abitudine di confondere Massa e Peso, almeno nel linguaggio corrente. Ce lo fa notare Marco nel primo commento a questo articolo.
La grandezza base, la cui unità ha subito la ridefinizione  che andrà in vigore il 20 maggio 2019 (il 20 maggio è la data di fondazione del BIPM) è la Massa, quella che compare, per intenderci, nella famosa legge f=ma.
Il Peso non è altro che una grandezza derivata, una forza, il risultato della azione della accelerazione di gravità sulla Massa. La sua unità di misura (Newton) è quindi una unità derivata (di questa differenza abbiamo parlato in altri articoli, per esempio QUI).
Dopo questa doverosa precisazione, vi anticipiamo che, nel corso di questo articolo, ci permetteremo di usare un linguaggio "poco scientifico", per rispettare lo stile un po' dissacrante e ironico di questa serie, lasciando spazio alla confusione che nel linguaggio corrente si fa tra queste due grandezze.

chilogrammo
Prototipo del chilogrammo, conservato in una cassaforte blindata a Sèvres (Parigi) all’Ufficio Internazionale Pesi e Misure (Bureau International des Poids et Mesures – Bipm)

 

E' stato approvato il nuovo Sistema Internazionale delle unità di misura (Si): l'ok è arrivato dai rappresentati di 62 Paesi riuniti a Versailles, nella Conferenza generale su pesi e misure (Cgpm), e il risultato è stato accolto con una standing ovation da parte dei partecipanti. I delegati hanno votato a favore dei nuovi parametri che entreranno in vigore il 20 maggio 2019 e che ridefiniscono le sette unità di misura: chilogrammo, metro, secondo, ampere, kelvin, mole e candela.

Lo faranno in termini di costanti fondamentali della fisica, anziché sulla base di oggetti fisici che possono cambiare nel tempo. Si dirà addio, per esempio, al chilogrammo di platino-iridio conservato da 130 anni in Francia, nell'Ufficio Internazionale Pesi e Misure di Sèvres. "Siamo molto contenti perché si innova tutto il sistema", ha detto all'ANSA Maria Luisa Rastello, direttore scientifico dell'Istituto nazionale di ricerca metrologica (Inrim), unica italiana nel Comitato internazionale pesi e misure che si è riunito a Versailles.

 

Notizia ANSA del 20 Novembre 2018

 

 

Qui trovate il documento approvato

https://www.bipm.org/utils/en/pdf/CGPM/Draft-Resolution-A-EN.pdf
SI

 

 

Il commento di Oreste Pautasso

Il nuovo SI sarà basato sulle sette unità di base elencate più sopra.

Faremo qualche ragionamento su queste tre: metro, kilogrammo e secondo, perché sono quelle che costituivano dal 1889, fino all'abbandono del vecchio sistema, il trio MKS.

Allora erano indipendenti: un metro era lungo un decimilionesimo della distanza tra polo Nord ed Equatore, passando per il meridiano di Parigi, un kilo era il peso di un litro d'acqua, un secondo durava 1/86.400 del giorno solare medio.

Oggi il SI si fonda su quelle sette unità. Di queste, tre sono da tempo considerate unità-base e sono il metro, il secondo e la candela, legate a costanti immutabili.

Le new entry sono: il peso, l'ampere, il Kelvin e la mole,  che ora sono state collegate a costanti fisiche con zero margini di incertezza.

Dal 20 maggio dell'anno prossimo, per arrivare a definire il Kilogrammo, si dovrà prima definire il metro e il secondo e basarsi su quei valori, oltre che sulla costante di Planck. E' finita la pacchia del peso campione, in platino-iridio, quando bastava fare un salto a Parigi per capire quanto pesa un Kilogrammo, o per i meno abbienti, fare riferimento a una bottiglia da un litro piena d'acqua.

The kilogram, symbol kg, is the SI unit of mass. It is defined by taking the fixed numerical value of the Planck constant h to be 6.626 070 15 × 10–34 when expressed in the unit J s, which is equal to kg m2 s –1 , where the metre and the second are defined in terms of c and ∆νCs.

Il kilogrammo (Kg) è l'unità di massa del Sistema Internazionale. Viene definito partendo dal valore numerico della costante di Planck h = 6,62607017 x10-34 espressa in unità J s (Joule per secondo) , ossia Kg m2 s-1, in cui il metro e il secondo sono definiti in termini di c (velocità della luce) e ∆νCs (frequenza  delle transizioni del Cesio).

Chiaro, no? Allora vediamo, prima di tutto, le definizioni del metro e del secondo....

The metre, symbol m, is the SI unit of length. It is defined by taking the fixed numerical value of the speed of light in vacuum c to be 299 792 458 when expressed in the unit m/s, where the second is defined in terms of ∆νCs.

Il metro (m) è l'unità di lunghezza del SI. Viene definito in base al valore numerico della velocità della luce nel vuoto c = 299.729.458 , espressa in unità m/s, ove il secondo è definito in termini di ∆νCs (frequenza delle transizioni del Cesio).

Manca poco... ora basta vedere la definizione di secondo.

The second, symbol s, is the SI unit of time. It is defined by taking the fixed numerical value of the caesium frequency ∆νCs, the unperturbed ground-state hyperfine transition frequency of the caesium 133 atom, to be 9 192 631 770 when expressed in the unit Hz, which is equal to s–1 .

Il secondo (s) è l'unità di tempo del SI. Viene definito in base al valore numerico della frequenza di transizione del Cesio ∆νCs, ossia la frequenza della transizione iperfine ( la transizione quantica tra due stati adiacenti) dallo stato fondamentale dell'atomo di Cesio 133, che vale 9.192.631.770 , in unità Hz (Hertz), corrispondenti a s-1.

Riepilogando, per sapere il vostro peso, secondo quelli del Sistema Internazionale, dovreste smetterla di salire su una bilancia a molla e leggere cosa appare sul quadrante.

Non è la fine del mondo... basta avere qualche atomo di Cesio 133 (oggi li trovate anche in offerta con i punti fragola), e contare quei 9 miliardi e rotti di cicli della radiazione emessa nel passaggio tra due livelli quantici adiacenti. Avrete così ben in mente quanto dura un secondo. Sembra complicato, ma non vi porterà via molto tempo, un secondo esatto.

A questo punto prendete un raggio di luce nel vuoto (ce l'avete la macchinetta per conservare sottovuoto, no? Costa poche decine di Euro). Guardate bene quanto si allontana il raggio di luce in un 299.729.458-esimo di secondo. Bene, quello è proprio il metro. Vedete di fare un segno per ricordarvelo.

Ci siamo quasi. Scendete da quella bilancia, per favore...

Adesso procuratevi una costante di Plank, non quella tagliata, attenti, quella intera, la h.

Mettetela su un piatto, è molto piccola, è la “azione minima elementare”.

Questa azione, una energia somministrata per la durata di una unità di tempo, è il riferimento per il Kilogrammo.

Dato h = 6,62607017 x10-34 Kg m2 s-1 ricavo Kg = h s / m2 6,62607017 x10-34

Non vi resta che esprimere il vostro peso in questa unità e decidere se è urgente cominciare una dieta.

Ora, smettetela di dire che è complicato... Dopo un po' di volte farete tutto con estrema naturalezza.

Cercate di apprezzare il vantaggio che ne potrete trarre: i valori delle costanti c , h , ∆νCs restano immutati nel tempo. Non fatevi ingannare da quel simbolo ∆ , spesso usato per indicare variazioni. Tra cento, mille, diecimila anni potrete continuare ad avere la certezza che il vostro peso è preciso.

Capite che, se restassimo agganciati al campione di platino-iridio che in 130 anni è calato di 50 microgrammi,  dopo un po' il nostro peso corporeo sembrerebbe aumentato, solo perché l'unità si è rimpicciolita.

Vediamo... anche se la decrescita fosse felicemente lineare, a quel ritmo, nel giro di 130 mila anni, il campione risulterebbe più leggero di 50 milligrammi, e dopo 130 milioni di anni (solo un centesimo dell'età dell'universo)  sarà calato di 50 grammi.

Invece di un chilo-da'un-chilo sarà un chilo-da-950 grammi e voi, di conseguenza, invece di pesare 70 chili, crederete di pesarne 70/0.950 = 73,684.

Ma non è vero. Ricordatevelo.

Naturalmente ci sarebbe da parlare anche delle altre unità, ma lo faremo un'altra volta.

Nel frattempo alcune riflessioni mi cascano a fagiuolo come, in autunno, dagli alberi i marroni…

metri

Nel 1793 il metro era definito come la 40.000.000 parte del meridiano terrestre e non c'era nessun problema, ma proprio nessuno.

Poi qualche pignolino saltò fuori a dire che il meridiano medio terrestre era 9.152 metri più lungo, I pignoli, i collezionisti, in generale tutti i maniaci dovrebbero vivere in strutture protette (nel senso che gli altri risultino protetti).

Fatto sta, che in questo modo il metro, per essere la 40 milionesima parte del meridiano terrestre andava allungato di 2/10 di millimetro.

Ora, secondo voi, che magari avete una famiglia con un paio di figli da mandare a scuola, è possibile che il fatto che il Monte Bianco, alto 4.810 metri, venga ridefinito alto 4.810/1,0002 = 4.809 metri, vi costringa a comprare un nuovo atlante per i vostri figli? Sapete cosa costa un atlante? Può costare da 30 a 80 Euro, spese di spedizione escluse.

E se andate da Firenze a Milano in auto? Allora 301,8 Km diventano 301,8/1,0002 = 301,740 ossia 60 metri in meno. Sai che risparmio! Quanto ci mettete a fare 60 metri in auto? due secondi? Ebbene, cosa vi cambia?

Tanto, per parcheggiare l'auto vi occorreranno certo molto più di 2 secondi, a Milano.

Allora a cosa serve fare i precisini con questo metro? A niente.

No, io di atlanti non ne compro più, questo è sicuro. E se proprio devo andare da Firenze a Milano, prendo il treno, che non devo neanche parcheggiare.

Ma non bastava, per inseguire la chimera della perfezione totale delle misure, nel 1960 gli è venuta l'idea del Kripton.

Una volta c'era più condivisione su quanto fosse lungo un metro, si chiedeva in giro " Secondo te questo è un metro o di più? " e poi si tagliava la stoffa, si segava la trave, eccetera, insomma, senza troppi pensieri.

Non c'era bisogno del Kripton 86, un gas nobile (figurarsi come se la tira). Che poi, almeno avessero detto che il metro è un milione di volte la lunghezza d'onda della luce rosso-arancione nello spettro di emissione dei suoi atomi, almeno avremmo un numero facile. NO, il metro, dicevano convinti, è 1.650.763,73 volte quella lunghezza. Capite? Un miliardo eccetera eccetera. E ci hanno messo anche il virgola 73, 'sti deficienti. E prendono almeno il doppio del notaio di "indietro tutta", manigoldi!

E la spesa? Una famiglia, ai nostri giorni, come fa a permettersi di comprare il Kripton 86 per farsi il metro come dice l'organizzazione internazionale? Mica sono tutti come Superman che la kriptonite la tiene in casa, nella scatola di piombo, per non farsi male. Sapete quanto costa un grammo di Kripton 86? Avete idea di quanti marroni bisogna raccogliere per pagarlo?

Meno male che dal 1983 hanno preso come riferimento la luce. Dal punto di vista economico la luce è molto più conveniente del Kr 86, anche se il mercato protetto sta per finire e si dovrà passare al mercato libero. Certo che... anche lì, mica hanno detto che il metro è la distanza che la luce percorre nel vuoto in un 300 milionesimo di secondo, che sarebbe già stato abbastanza complicato. No, deve essere un 299.792.458 esimo.

Bene, almeno non ci sono decimali. Che bastardi, però.

Si dirà: va bene, ma sul piano pratico? Neh, perché te la prendi così, Pautasso?

Ah sì? Sul piano pratico?

Metti che vuoi farti una serra sul balcone (vorrai mica fidarti del GW, no?). Bene, adesso che hanno cambiato le carte in tavola con il metro, chi va al Brico a cuor leggero per comprare le stecche lunghe due metri ? (quello vecchio o quello nuovo?). E i rotoli di film di policarbonato di altezza un metro, viti, rondelle, cancani, fisher etc etc, le cui misure di lunghezza e diametro sono sottomultipli del metro? Non si poteva aspettare? Sai come sono disordinati questi dei Brico Center, ti mescolano filettature vecchie e nuove come niente, e poi non si avvita un tubo. Se non stai attento ti porti a casa i fondi di magazzino con la metrica obsoleta e poi, se devi cambiare o aggiungere qualcosa... E poi se mi manca quel zinzinino per chiudere i pertugi a causa di misure unitarie disomogenee? Cosa faccio? Faccio causa all' SI ?

Ma tutta questa faccenda delle sette definitive unità di misura, se ci pensate, è di per sé come un preannuncio. Lo stesso numero 7 suona come un avvertimento biblico.

Da una recente statistica, riportata da uno dei siti di ufologia più accreditati, risulta che quasi tutti i metri da falegname, quelli a pezzetti di 20 cm ripiegati uno sopra l'altro, si spezzano al cm 42 (appena li prende in mano la moglie). I metri a rotella riavvolgibile, invece, si piegano all'indietro formando una gobbettina, che poi impedisce il riavvolgimento, esattamente al cm 42.

Sapete di cosa parlo vero? Quei metri che dopo due ore che li avete comprati, non gli funziona più il tastino di blocco e ci vuole un'altra persona che tenga fermo da una parte mentre voi misurate dall'altra. Il più delle volte il compare non si fida della vostra lettura e molla il capo per venire a vedere (rapidamente preceduto dal metro che si riavvolge).

Ebbene, sappiamo tutti cosa significa quel numero 42 ( non a caso fattorizzandolo salta fuori il 7): basta aver letto una volta la Guida Galattica per Autostoppisti. E' il numero più fatale in circolazione, altro che il 666 o il 118!

No, cari amici, liberate i vostri camerini, fate l'ultima messa in piega, restituite i soldi ai vostri creditori e pregate, soprattutto pregate. L'apocalisse (lo scrivo anche moderno - appocalisse) è alle porte. Pentitevi! Eddeché? Avrete pure qualcosa di cui pentirvi, no? Bene se non ce l'avete... pentitevi di non averla, vi devo proprio dire tutto!

Scusate lo sfogo...

Cerea! (sarebbe come cool! a Cuneo)

paumela

 

P.S.  Non vi siete mai chiesti perché i metri di carta che ti danno al Brico per fare gli acquisti, sono lunghi 99 cm? No, eh? Loro lo sapevano! (lo dice anche l'ufologo)

 

Per  chi non ne avesse avuto abbastanza...

QUI la serie di racconti dedicati alla verità sulle unità di misura

QUI  i particolari di una ipotesi innovativa di riforma del sistema

QUI, infine,  un video suggerito da Frank dove le persone serie potranno trovare refrigerio.

2 commenti

  1. Marco

    Più volte, nell'articolo, si menziona erroneamente il peso, mentre si dovrebbe dire la massa. Sono due cose diverse: nel SI è presente, come grandezza fondamentale, la massa e la sua unità di misura (il chilogrammo massa, ovvero quella che è stata ridefinita). Il peso, essendo la forza con cui la Terra attrae un corpo, è una grandezza derivata e si misura, nel SI, in Newton (anche se comunemente usiamo il chilogrammo peso, che non fa parte del SI).

    http://eduscienze.areaopen.progettotrio.it/upload/5/chilogrammo.htm

     

    Per favore, non copiamo media-inaf... :wink:

  2. Maurizio Bernardi

    Caro Marco, avessimo più lettori attenti e pronti ad usare la tastiera per scrivere commenti come il tuo, sarebbe una bellezza.
    Posso solo ringraziarti della precisazione, documentata nel link che proponi.
    Effettivamente, quasi in tutto l'articolo, si usa quella parola "peso", laddove si dovrebbe propriamente scrivere massa.
    Solo nella definizione ufficiale e, ovviamente, nell'articolo ufficiale del CGPM, di cui si fornisce il link, si usa il termine corretto.

    Le ragioni di questa scelta sono da ricercare nell'intento dell'articolo, di trattare ironicamente l'argomento, ricorrendo ad un linguaggio certo molto colloquiale, una autoironia permessa, come pennellata di folklore, in questo blog rigorosamente scientifico.
    Se hai letto i precedenti episodi, di cui viene fornito il link alla fine del testo, ti sarai certamente accorto dello stile anomalo di questa serie. Se non li hai letti, provaci e vedrai che è proprio così.

    Come piccola appendice all'articolo, sottolineo che gran parte della responsabilità di questa confusione tra peso e massa, che affligge il linguaggio comune, è dovuta al lessico scelto dai tre organismi internazionali, costituiti fin dalla fine dell' Ottocento, nel definire il proprio ruolo.
    Il Bureau International de Poids et Measures - BIPM di Sèvres nato nel 1875
    La Conferénce Général de Poids et Measures - CGPM operante dal 1889 , anno in cui fu tenuto il primo meeting
    Il Comité International des Poids et Measures - CIPM
    Si vede benissimo che in queste sigle, che sono rimaste immodificate a tutt'oggi, l 'uso della parola Peso è pervasivo. L'avessero chiamato, ad esempio, "Comitato Internazionale di
    Masse e Misure", o meglio ancora, "Comitato Internazionale di Misure", non sarebbe successo questo pasticcio.
    Così, invece, hanno coinvolto il mondo in questa faccenda del peso e della massa. Anche le traduzioni in inglese dei nomi di queste organizzazioni, riportano , inevitabilmente, il termine "Weight", potete facilmente verificarlo.

    Infine, come mai l'unità di massa ha il nome Kilogrammo ? Suonerebbe molto più "unità" senza quel prefisso di "migliaia".
    Ebbene, questa stranezza ce la spiega lo stesso BIPM, a questo link che mostra ancora una volta come buffe contraddizioni costellino la storia delle unità di misura.
    https://www.bipm.org/en/measurement-units/history-si/name-kg.html
    Chissà se in uno dei prossimi meeting qualcuno avrà delle proposte per uscire da questa infelicità, di una unità di base (della massa) il cui nome ha un "prefisso" ?

    Ciao Marco, spero che in ogni caso l'articolo ti abbia un po' divertito.

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