El metro es la unidad de longitud en el Sistema Internacional de Unidades y una de las siete unidades básicas. 1983 se define como la distancia que recorre la luz en el vacío durante 1/299792458 segundos. (Resolución nº 1 del XVII Congreso Internacional de Pesas y Medidas)
Dado que anteriormente hemos definido el valor preciso de la velocidad de la luz en 299.792.458 metros por segundo, esta definición del metro hace que su longitud sólo dependa de un segundo de duración. Ahora, el tiempo que tarda la luz en viajar entre dos puntos en el vacío ya no afecta la velocidad de la luz, ¡sino que determina la distancia entre los dos puntos!
1. La historia del arroz:
En la década de 1780, los pesos y medidas franceses eran un desastre, con docenas de unidades, cada una con docenas o incluso cientos de estándares locales. Ningún otro país ha tenido tantos problemas debido a una industrialización económica desigual y un desarrollo desequilibrado de su sistema de medición. Mucho antes de la Revolución Francesa, los políticos pidieron una reforma de pesos y medidas. Y según el espíritu rousseauniano popular en la época, las unidades deberían ser "naturales" hasta cierto punto.
2. El segundo swing:
Jean Picard, Olaus R? Mer y otros astrónomos habían pedido que la unidad de longitud se definiera como la longitud de un péndulo con un período de oscilación de un segundo (un período de un péndulo es el tiempo que tarda en oscilar hacia arriba y regresar a su posición original). En aquella época ya se sabía que un mismo péndulo tendría diferentes períodos de oscilación en diferentes lugares, por lo que tal definición requería especificar un lugar específico para el péndulo estándar.
En 1790, Talleyrand, entonces obispo de Auton, presentó un informe al Consejo Nacional sobre la situación actual de los pesos y medidas en Francia. En este informe propuso como nueva unidad de longitud la longitud del segundo péndulo en la latitud de París (45 grados de latitud norte). También sugirió que la Academia Francesa de Ciencias en París y la Real Academia de Ciencias de Londres definan conjuntamente una nueva unidad. El Consejo de Estado, y más tarde Luis XVI, apoyaron esta propuesta, pero luego fue abandonada.
A finales de la década de 1790, la Academia Francesa de Ciencias confió el problema al comité científico más distinguido de la historia. El comité estaba compuesto por Lagrange, Laplace, Borda, Gaspard Monge, Condorcet y otros. En el informe del Comité Científico presentado a la Academia de Ciencias el 19 de marzo de 1791, recomendaron abandonar el segundo péndulo y redefinir una nueva unidad: una décima parte de la distancia al nivel del mar entre el ecuador y los polos es un metro.
3. Meridiano de la Tierra:
Desde un punto de vista metrológico, no tiene sentido utilizar la longitud del meridiano de la Tierra como estándar de longitud. Porque la desviación entre dos medidas de longitud cualesquiera excederá en gran medida la precisión requerida por la unidad. Además, esta definición no tiene especial relevancia para aplicaciones como el océano en la navegación o una unidad de longitud en astronomía. Pero esta idea de definir una unidad básica como una fracción del tamaño de la Tierra es consistente con la defensa de la Ilustración de la naturalidad de las unidades, del mismo modo que algunos consumidores exigen ahora que los alimentos contengan sólo ingredientes naturales. Por supuesto, existen otras razones para adoptar esta definición.
El proyecto de medición de meridianos del siglo XVIII era tan grande como nuestro programa espacial o los grandes aceleradores de partículas actuales. Usaron esto para desafiar los límites de la tecnología de la época y probar las predicciones de la nueva teoría: los seguidores de Newton creían que la Tierra no era una esfera perfecta. La excelencia de tales proyectos tiene algo que ver con el orgullo nacional, al menos eso piensan los filósofos naturales. Como miembro del comité, Borda produjo diales extremadamente precisos para satisfacer la necesidad de precisión angular en las mediciones. (Sus diales estaban divididos por una nueva unidad de "grados" en lugar de los grados habituales, que, en broma, eran babilónicos).
El Consejo Nacional el 26 de marzo de 1791 se adoptó esta recomendación y se prepararon los preparativos para la investigación. comenzó. Antes de que salgan los resultados de las mediciones, se utilizará "arroz temporal" para reemplazar los "pies" que han sido criticados.
4. Medición de meridianos:
Evidentemente, en aquella época, era imposible medir toda la longitud de 90 grados desde el Polo Norte hasta el ecuador, porque nadie lo había hecho. al Polo Norte. Sin embargo, si se puede medir la longitud de una sección representativa del meridiano, el resto, naturalmente, se puede calcular.
Los dos puntos finales de la medición deben estar al nivel del mar y cerca del centro del meridiano que va de los polos al ecuador. Existe exactamente un lugar así en la Tierra, desde Dunkerque hasta Barcelona, que abarca 1/10 de la distancia desde el Polo Norte hasta el meridiano ecuatorial. Esta distancia se encontraba casi en su totalidad en Francia, una ventaja que los franceses no desaprovecharon, incluso para un observador imparcial como Thomas Jefferson.
La tarea de investigación fue confiada a P. F. A. Machaine y J. B. J. Drumbull. En el verano de 1792, Drambre inició su viaje al sur desde la costa de Dunkerque, y Machen también inició su viaje al norte desde el Mediterráneo. Se reunirán en Rodez, 300 kilómetros al sur de París. El tramo Mercante es más corto pero más difícil ya que implica escalar los Pirineos que separan Francia y España. En septiembre se estableció la Primera República Francesa.
La Revolución Francesa estaba en pleno apogeo. A los pocos meses estaba en guerra con Gran Bretaña, Australia, Prusia, los Países Bajos y España. Luis XVI fue decapitado y las turbas en París masacraron a personas de todos los ámbitos de la vida. Los actos de terrorismo están por todas partes. En este ambiente, los agrimensores fueron arrestados sistemáticamente. Ya sabes, la bandera en su asta era blanca, el color realista. Además, eran de París y afirmaban estar midiendo la distancia entre Dunkerque y Barcelona. Esta razón suena tan falsa que ningún espía la usaría en una guerra.
Una vez capturado Drumbre, se vio obligado a defenderse ante los voluntarios que fueron a la batalla al estilo republicano. Sus conferencias sobre trigonometría no lograron impresionar al ejército, pero un oficial lo rescató de la custodia protectora y finalmente lo liberó por orden de la Asamblea Nacional.
El 8 de agosto de 1793, la Asamblea Nacional disolvió la institución no republicana de la Academia de Ciencias. Pero el Consejo de Seguridad Nacional también estaba decidido a abolir el sistema feudal de medición, y necesitaba la ayuda de académicos para lograr este objetivo. Por lo tanto, persuadió a la Asamblea Nacional para que estableciera un nuevo comité provisional independiente compuesto por los miembros originales de la Academia de Ciencias. Lavoisier fue arrestado en noviembre y el Comité Científico pidió su liberación. En respuesta, el Consejo de Seguridad Nacional expulsó a cinco miembros del Comité Científico, uno de los cuales era Delambre. El Comité Científico reconoció claramente esta situación y comenzó a trabajar en una crítica revolucionaria al antiguo sistema de medición. Delambre aceptó el "arroz temporal" por temor a que abortaran todo el plan de estudio de los meridianos.
Pero la guerra requiere mapas. Un cartógrafo militar jacobino fue el responsable de elaborar el mapa. Como necesitaba profesionales, trajo a Drumbre y Machahn de regreso a París (Machahn había escapado previamente a Génova, Italia y casi fue capturado por piratas).
El 7 de abril de 1795, una orden que establecía nuevos nombres de medidas (aún hoy se utilizan metros, litros y gramos) reinició el Comité Científico (a excepción de Lavoisier, que había sido decapitado un año antes), El También fue necesario reiniciar el plan de medición.
Drumbull completó su parte del estudio en 1797. Pero Machion aún no ha venido a Rodez. Enfermó en invierno. "Puedo sacrificarlo todo, renunciar a todo", escribió a sus colegas, "pero no volveré hasta que la misión de medición haya sido pospuesta". Machaine reanudó su trabajo y llegó a Rodez en septiembre de 1798.
En este momento sólo se midió el ángulo que forman Dunkerque y Barcelona, desconociéndose el borde. Si se conoce algún lado del triángulo, se pueden calcular los otros lados y luego se puede encontrar la longitud del meridiano. Mientras Machin realizaba trabajos topográficos en el sur, Delambre pasó 33 días midiendo la longitud de la línea de base con una regla especial.
El 28 de octubre de 1798, Francia de 165438 celebró una conferencia internacional a la que asistieron expertos de países aliados y dependientes. El comité organizador formó un comité de cuatro miembros, cada uno de los cuales calculó de forma independiente la longitud del metro basándose en las medidas de Delambre y Machin (se requirieron suposiciones adicionales sobre la forma de la Tierra). Sus cálculos son consistentes. El arroz es 0,144 granos más corto que el arroz temporal.
Hoy en día, con la ayuda de los satélites, es relativamente fácil medir la longitud del meridiano de la Tierra. El resultado es en realidad 1/5 mm más corto que una diezmilésima parte de la longitud del meridiano de 90 grados. .
Lo sorprendente no es que la longitud real del metro no coincida con la definición, sino que dos topógrafos del siglo XVIII llegaron a un resultado tan cercano.
5. Arroz tallado en barras de metal
En 1795, el antiguo joyero real fabricó un lote de barras de platino, todas ellas provisionales de metros de largo, 4 mm de espesor y 25,3 mm de ancho. , ambos extremos son paralelos. La especie cuya longitud es más cercana al valor calculado de un metro a 0°C fue colocada en los Archivos Nacionales el 22 de junio de 1799 y es la especie de arroz original más conocida. El sistema métrico fue confirmado por el estatuto del 10 de diciembre de 1799.
Según la definición, hay un metro entre las dos caras extremas del prototipo del medidor, lo que se denomina herramienta de medición de caras extremas en medición. Las herramientas para medir extremos no son una buena idea porque la medición de longitud de cualquier tipo requiere contacto con la cara del extremo, por lo que el metal se desgastará y acortará. Una mejor norma es utilizar las dos muescas de la varilla de metal como unidad de longitud, de modo que la posición de la línea se pueda determinar visualmente. Este estándar se llama calibre de cable.
Debido al interés de la comunidad internacional y a la iniciativa de Francia, se celebraron dos conferencias internacionales en 1870 y 1872 para discutir la estandarización internacional del arroz. Los participantes acordaron reemplazar el original de arroz con una aleación más fuerte de platino-iridio (el iridio representa el 65,438 00%, con un error que no excede el 0,005,438 0%). Al mismo tiempo, sugirieron que el valor del metro debería definirse por su longitud, "en su estado actual" y ya no depender de la longitud de la Tierra.
Veinte países asistieron a la tercera reunión y 18 de ellos firmaron un acuerdo para establecer la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM). Sin embargo, la producción de estándares métricos es muy difícil. Incluso cuando se calentaba a temperaturas de fusión extremadamente altas, la pureza del iridio no excedía 50. El primer lote de varillas de aleación fundidas en 1874 fue desechado en 1877 y el problema se entregó a la firma londinense Matthey and Johnson. Lo lograron. Se mecanizó una varilla de aleación en un medidor estándar improvisado, aunque era 0,006 mm más corto que el medidor original. En 1882, Francia encargó 30 varillas de aleación más, una de las cuales (la número 6) tenía exactamente la misma longitud que la olla arrocera de aquella época. Esta varilla de aleación fue anunciada como el prototipo internacional de arroz en el primer Congreso Internacional de Pesas y Medidas en 1889. "A partir de ahora, la longitud de este prototipo a 0°C representará la unidad de longitud en el sistema métrico". El prototipo del etalon internacional aún se conserva en el BIPM.
Para distribuir instrumentos patrón a los firmantes del acuerdo, la Oficina Internacional de Pesas y Medidas produjo el "Medidor Patrón Nacional", que es una réplica del prototipo del metro patrón internacional El error. no supera los 0,01 mm. Cada uno va acompañado de un factor de corrección relativo al valor estándar.
6. Definición de luz
La idea de utilizar la longitud de onda de la luz para definir una unidad de longitud apareció a principios del siglo XIX (J. Babinet, 1827), pero este objetivo no se pudo lograr en ese momento. A finales de siglo, había llegado el momento.
La luz blanca es una mezcla de luz de diferentes longitudes de onda. Para definir la longitud en términos de longitud de onda, primero debemos obtener una única longitud de onda de luz. La luz de una sola longitud de onda (cualquiera que sea esa longitud de onda, si existe) aparece al ojo humano como de un solo color, por lo que se llama luz monocromática.
Afortunadamente, la luz monocromática no parece difícil de obtener: espolvorea un poco de sal en la estufa de gas de la cocina y, cuando los átomos de sodio de la sal se excitan, emitirán una luz amarilla de una sola longitud de onda, consistente con las farolas de sodio son del mismo color. Esta longitud de onda es el valor característico de los átomos de sodio.
En marzo de 1892, A. A. Michelson y J. R. Benoit midieron con éxito la unidad de metro representada por la longitud de onda de la luz roja emitida por los átomos de cadmio cuando se excitan. Benoit et al. mejoraron la precisión de la medición en julio de 1905. En julio de 1907, la Unión Solar Internacional (IAU) definió una nueva unidad de medición de longitud de onda: el "Angstrom Internacional", especificando que la longitud de onda de la luz roja de cadmio era 6438,4696 Angstroms. Este valor se basa en los resultados experimentales de Benoit, de modo que un angstrom es aproximadamente igual a 10 -10 elevado a un metro (la Conferencia Internacional sobre Pesas y Medidas de 1927, CGPM, reconoció la distancia de medición definida por la luz roja de cadmio y especificó su longitud de onda como 0,643 846 96 micras).
A partir de 1892, con la profundización de la comprensión científica, se descubrió más tarde que se compone de muchas líneas espectrales (físicamente llamadas estructura ultrafina), lo que afecta la precisión de la longitud que puede determinarse mediante la longitud de onda de la luz. Después del descubrimiento de los isótopos, se descubrió que parte de la razón del espectro borroso era que la luz provenía de varios isótopos de cadmio, que tenían la misma cantidad de protones pero diferente cantidad de neutrones. Los estudios espectrales de isótopos han demostrado que si un átomo tiene un número par de protones y nucleones (la suma de protones y neutrones), entonces la luz que emite no tiene una estructura hiperfina. (Este átomo no tiene espín nuclear, por lo que el espín nuclear y el espín del electrón no están acoplados, y la luz proviene enteramente de los electrones). La novena CGPM en 1948 consideró las condiciones necesarias para definir el arroz con isótopos. Para encontrar el elemento más adecuado para utilizarlo como estándar de longitud, se centraron en tres isótopos: criptón-86 (36 protones), mercurio-198 (80 protones) y cadmio-114 (48 protones). El comité responsable del avance de la investigación recomendó que las nuevas unidades se basaran en longitudes de onda en el vacío y no en el aire, determinando el valor de la longitud de onda en comparación con la longitud de onda conocida de la luz roja de cadmio, sin referencia a la Norma Internacional. Prototipo de medidor. La 10ª CGPM (1954) aceptó estas sugerencias y definió el metro en términos de ondas luminosas, haciendo que un angstrom fuera exactamente igual a 10-10 metros, aunque esta definición no fue reconocida oficialmente hasta 1960.
En el invierno de 1957, el Comité Asesor anunció el estándar de longitud definido por Krypton 86. En su sexto análisis de 11 en 1960, la CGPM afirmó que "la precisión del medidor estándar tal como lo define el prototipo de medidor internacional ya no es adecuada para las necesidades de la metrología actual" y redefinió el medidor como "el movimiento de 86 átomos de criptón en un vacío de 2p10 salta a 5d5 de energía”
Bajo esta definición, se ha demostrado que es imposible resolver 654,38 4 milmillonésimas de metro, pero incluso si se logra esta precisión, todavía no puede cumplir con el necesidades. Al mismo tiempo aparecieron los láseres. La luz emitida por el láser no sólo tiene la misma longitud de onda, sino también la misma fase, lo que abre nuevas posibilidades para la metrología.
1983 17 CGPM (primera resolución) redefinió el metro en términos de la velocidad de la luz en el vacío. La velocidad de la luz de 299, 792, 458 m/s es el valor recomendado de 1975 CGPM (segunda resolución). Su aplicación en la definición de metro convierte a la velocidad de la luz en el límite de la precisión de las mediciones actuales.
Por lo tanto, el segundo tipo, que se consideró demasiado arbitrario en 1791, se convirtió en la base de los metros. Probablemente esta no sea la definición final de arroz. Si se requiere una mayor precisión, es necesario modificar la definición actual. Por ejemplo, la velocidad de la luz se verá afectada por el campo gravitacional, pero esto no se consideró en la definición de 1983.