Unidades de medição no folclore e história
As unidades métricas
Unidades métricas maiores e menores
Conversão entre unidades inglesas e métricas
Recursos
O sistema métrico é um conjunto de unidades internacionalmente acordado para expressar as quantidades de várias quantidades, tais como comprimento, massa, tempo, temperatura, etc. É usado universalmente na ciência e quase na vida diária ao redor do mundo.
Quando medimos algo, desde o peso de uma batata até a distância à lua, expressamos o resultado como um número de unidades específicas: por exemplo, libras ou milhas no sistema “inglês” de medição (ainda padrão nos Estados Unidos, mas não mais usado extensivamente na Inglaterra), ou quilogramas e quilômetros no sistema métrico. Desde 1994, todas as nações do mundo adotaram alguns aspectos do sistema métrico, com apenas quatro exceções: Estados Unidos, Brunei, Birmânia e Iêmen.
O sistema métrico de uso comum em todo o mundo é apenas uma parte do Sistema Internacional de Unidades mais amplo, um conjunto abrangente de unidades de medida para quase todas as grandezas físicas mensuráveis, desde as normais, como tempo e distância, até as altamente técnicas, como as propriedades da energia, eletricidade e radiação. O Sistema Internacional de Unidades nasceu da 9ª Conferência Geral de Pesos e Medidas, realizada em 1948. A 11ª Conferência Geral de Pesos e Medidas, realizada em 1960, refinou o sistema e adotou o nome francês Système International d’Unite’s, abreviado SI.
Por causa de sua conveniência e consistência, os cientistas utilizam o sistema métrico de unidades há mais de 200 anos. Originalmente, o sistema métrico era baseado em apenas três unidades fundamentais: o metro para o comprimento, o quilograma para a massa e o segundo para o tempo. Hoje, existem mais de 50 unidades SI oficialmente reconhecidas para várias quantidades científicas.
Unidades de medição no folclore e na história
Na história bíblica de Noé, a arca deveria ter 300 cúbitos de comprimento e 30 cúbitos de altura. Como todas as unidades iniciais de tamanho, o côvado era baseado no corpo humano, sempre muito hábil, e era muito provavelmente o comprimento do antebraço de um homem, do cotovelo à ponta dos dedos. Você poderia medir uma tábua, por exemplo, colocando o antebraço para baixo sucessivamente ao longo do seu comprimento. Na Idade Média, a polegada tem a reputação de ter sido o comprimento da primeira articulação do polegar de um rei medieval. O pátio foi outrora definido como a distância entre o nariz do rei Henrique I de Inglaterra e a ponta do seu dedo médio esticado. A origem do pé como unidade de medida é óbvia.
Na Itália renascentista, Leonardo da Vinci usou o que ele chamou de braccio, ou braço, na colocação das suas obras. Era igual a duas palmas, ou palmas das mãos. Mas braços e palmas, é claro, serão diferentes. Em Florença, os engenheiros usaram um braccio que tinha 23 polegadas de comprimento, enquanto o braccio dos agrimensores tinha em média apenas 21,7 polegadas. O pé, ou piede, tinha cerca de 17 polegadas em Milão, mas apenas cerca de 12 polegadas em Roma.
Eventualmente, a antiga “regra do polegar” deu lugar a unidades mais cuidadosamente definidas. O sistema métrico foi adotado na França em 1799 e o Sistema Imperial Britânico de unidades foi estabelecido em 1824. Em 1893, as unidades inglesas usadas nos Estados Unidos foram redefinidas em termos de seus equivalentes métricos: o pátio foi definido como 0,9144 metro, e assim por diante. Mas as unidades inglesas continuam a ser usadas nos Estados Unidos até hoje, apesar de a Omnibus Trade and Competitiveness Act de 1988 afirmar que “é a política declarada dos Estados Unidos. … para designar o sistema métrico de medição como o sistema preferido de pesos e medidas para o comércio dos Estados Unidos”
As unidades inglesas são baseadas em padrões inconsistentes. Quando o polegar do rei medieval se tornou lamentavelmente indisponível para novas consultas, o padrão para a polegada foi alterado para o comprimento de três grãos de cevada, colocados de ponta a ponta – não houve grande melhoria. As unidades métricas, por outro lado, são baseadas em padrões definidos e controlados, não nos caprichos dos humanos.
Os padrões por trás das unidades inglesas não são reprodutíveis. Braços, mãos e grãos de cevada obviamente variam em tamanho; o tamanho de um quintal de 3 pés depende de cujos pés estão em questão. Mas as unidades métricas são baseadas em padrões que são precisamente reproduzíveis, tempo após tempo.
Existem muitas unidades inglesas, incluindo baldes, beatas, correntes, cordas, drams, conchas, braças, abetos, brânquias, grãos, mãos, nós, ligas, três tipos diferentes de milhas, quatro tipos de onças, e cinco tipos de toneladas, para citar apenas alguns. Há, literalmente, mais centenas. Para medir volume ou a granel sozinho, o sistema inglês usa onças, pints, quarts, galões, barris e alqueires, entre muitos outros. No sistema métrico, por outro lado, há apenas uma unidade básica para cada tipo de quantidade.
Ainda unidade de medição, em qualquer sistema, será grande demais para algumas aplicações e grande demais para outras. Para expressar todas as distâncias em milhas e todo o peso em onças, por exemplo, seria necessário o uso constante de números muito pequenos ou muito grandes, com conseqüente perda de tempo no registro e comunicação desses números. É por isso que temos polegadas e toneladas, assim como milhas e onças. O problema, porém, é que no sistema americano (“inglês”) os fatores de conversão entre unidades de vários tamanhos – 12 polegadas por pé, 3 pés por jarda, 1.760 jardas por milha. Eles são completamente arbitrários. As unidades métricas, por outro lado, têm fatores de conversão que são todas potências de dez. Ou seja, o sistema métrico é um sistema decimal, tal como os dólares e cêntimos. Na verdade, todo o sistema de números é decimal, baseado em dezenas, e não em três ou doze. Portanto, a conversão de uma unidade de um tamanho para outro no sistema métrico é apenas uma questão de mover o ponto decimal.
As unidades métricas
O SI começa por definir sete unidades básicas: uma para comprimento, massa, tempo, corrente elétrica, temperatura, quantidade de substância e intensidade luminosa. (“Quantidade de substância” refere-se ao número de partículas elementares em uma amostra de matéria. A intensidade luminosa tem a ver com a luminosidade de uma fonte de luz). Mas apenas quatro destas sete quantidades básicas estão em uso diário por não-cientistas: duração, massa, tempo e temperatura. As suas unidades SI definidas são o metro para o comprimento, o quilograma para a massa, o segundo para o tempo e o grau Celsius para a temperatura. (As outras três unidades básicas são o ampere para a corrente eléctrica, a toupeira para a quantidade de substância e a candela para a intensidade luminosa). Quase todas as outras unidades podem ser derivadas das sete unidades básicas. Por exemplo, a área é um produto de dois comprimentos: metros quadrados, ou metros quadrados. Velocidade ou velocidade é uma combinação de comprimento e tempo: quilómetros por hora.
O metro foi originalmente definido em termos do tamanho da Terra; era suposto ser um décimo de milionésimo da distância do equador ao Pólo Norte, passando directamente por Paris. O medidor moderno, no entanto, é definido em termos da distância que a luz percorrerá num determinado período de tempo quando se viaja -naturalmente – a velocidade da luz. A velocidade da luz no vácuo é considerada como uma constante fundamental da natureza que é invariável, não importa como os continentes se movimentam. O metro padrão acaba sendo de 39,3701 polegadas.
O quilograma é a unidade métrica de massa, não o peso. A massa é a medida fundamental da quantidade de matéria em um objeto. A massa de uma bola de beisebol não mudará se você a atingir da Terra para a Lua, mas ela pesará menos – tem menos peso – quando ela aterrissa na Lua porque a menor força gravitacional da Lua está puxando-a para baixo com menos força. Os astronautas podem não ter peso no espaço, mas só podem perder massa através de dieta. No entanto, desde que não deixemos a Terra, podemos falar livremente sobre massa e peso como se eles fossem a mesma coisa. Assim você pode se sentir livre para “pesar” (não “massa” você mesmo) em quilos. Infelizmente, ainda não foi encontrado nenhum padrão de massa absolutamente imutável para padronizar o quilograma na Terra. O quilograma é portanto definido como a massa de uma certa barra de liga de platina/irídio que tem sido mantida (muito cuidadosamente) desde 1889 no International Bureau of Weights and Measures em Sèvres, França. O quilograma acaba sendo de 2,2046 libras.
A unidade métrica de tempo é o mesmo segundo que sempre foi usado, exceto que agora é definido de uma forma mais precisa. Já não depende da rotação instável da Terra (1/86.400º de um dia), porque o planeta está a abrandar; os dias continuam a ficar um pouco mais longos à medida que a sua rotação abranda. Assim, o segundo é agora definido em termos das vibrações de um certo tipo de átomo conhecido como césio-133. Um segundo é definido como a
o tempo que leva para um átomo de césio-133 vibrar de uma determinada forma 9.192.631.770 vezes. Isto pode soar como uma definição estranha, mas é uma forma extremamente precisa de fixar o tamanho padrão do segundo, porque as vibrações dos átomos dependem apenas da natureza dos próprios átomos, e os átomos de césio presumivelmente continuarão a comportar-se exactamente como os átomos de césio para sempre. O número exacto de vibrações do césio foi escolhido para se aproximar o mais possível do que era anteriormente o valor mais preciso do segundo.
A unidade métrica de temperatura é o grau Celsius (oC), que substitui o grau Fahrenheit (°F) do sistema inglês. No SI dos cientistas, a unidade fundamental de temperatura é na verdade o kelvin (K)-não o “grau Kelvin”, simplesmente o Kelvin. O kelvin e o grau Celsius são exatamente do mesmo tamanho, ou seja, 1,8 vezes maior do que o grau Fahrenheit. Não se pode converter entre as escalas Celsius ou Kelvin e Fahrenheit simplesmente multiplicando ou dividindo por 1,8, porém, porque as escalas começam em lugares diferentes. Ou seja, as suas marcas de grau zero foram colocadas a temperaturas diferentes. Isto também é verdade para as escalas Kelvin e Celsius, embora lá a conversão seja bastante fácil: a temperatura em Kelvins é a temperatura em graus Celsius menos 273,15. Zero graus Kelvin é zero absoluto, a menor temperatura possível – nenhum movimento molecular (ou, a rigor, tão próximo desse estado quanto a mecânica quântica o permita).
Unidades métricas maiores e menores
Porque o metro (1,0936 jardas) é muito grande demais para medir um átomo e muito pequeno demais para medir a distância entre duas cidades, precisamos de uma variedade de unidades menores e maiores de comprimento. Mas em vez de
KEY TERMS
Kelvin- A unidade de temperatura do Sistema Internacional (SI). É o mesmo tamanho que o grau Celsius.
Mass- Uma medida da quantidade de matéria em uma amostra de qualquer substância. A massa não depende da força da força gravitacional de um planeta, assim como o peso.
Matéria – Qualquer substância. A matéria tem massa e ocupa espaço.
Temperatura- Uma medida da energia cinética média de todas as partículas elementares de uma amostra de matéria.
inventando unidades de tamanhos diferentes com nomes completamente diferentes, como faz o sistema inglês-americano, podemos criar uma unidade métrica de quase qualquer tamanho desejado, anexando um prefixo ao nome da unidade. Por exemplo, como kilo- é uma forma grega que significa mil, um quilômetro (kil-OM-et-er) é mil metros. Da mesma forma, um quilograma é mil gramas; um gigagrama é um bilhão de gramas ou 109 gramas; e um nanossegundo é um bilionésimo de segundo ou 10-9 segundos.
Minutos são permitidos permanecer no sistema métrico por conveniência ou por razões históricas, mesmo que não estejam em estrita conformidade com as regras. O minuto, hora e dia, por exemplo, são tão habituais que ainda são definidos no sistema métrico como 60 segundos, 60 minutos e 24 horas – não como múltiplos de dez. Para o volume, a unidade métrica mais comum não é o metro cúbico, que geralmente é grande demais para ser útil no comércio, mas o litro, que é um milésimo de um metro cúbico. Para volumes ainda menores, o mililitro, um milésimo de litro, é comumente usado. E para grandes massas, a tonelada métrica é frequentemente utilizada em vez do quilograma. Uma tonelada métrica (muitas vezes soletrada tonelada em outros países) é de 1.000 quilogramas. Como um quilograma é cerca de 2,2 libras, uma tonelada métrica é de cerca de 2.200 libras: 10% mais pesada do que uma tonelada americana de 2.000 libras. Outra unidade métrica frequentemente utilizada e não-padrão é o hectare para a área de terra. Um hectare tem 10.000 metros quadrados e equivale a 0,4047 acre.
Convertendo entre unidades inglesas e métricas
O problema da mudança de uma nação altamente industrializada como os Estados Unidos para um novo sistema de medidas é substancial. Uma vez que o sistema métrico esteja em uso geral nos Estados Unidos, sua simplicidade e conveniência serão desfrutadas, mas o período de transição, quando ambos os sistemas estiverem em uso, pode ser difícil. Entretanto, há apenas um pequeno número de unidades SI e prefixos que são usados na vida cotidiana e aos quais a pessoa média teria que se acostumar.
Veja também Unidades e padrões.
Recursos
BOOKS
Alder, Ken. A Medida de Todas as Coisas: A Odisseia dos Sete Anos e o Erro Escondido que Transformou o Mundo. Nova York: Free Press, 2002.
Fandel, Jennifer. O Sistema Métrico (O que no Mundo?). Hadley, MA: Educação Criativa, 2006.
Hebra, Alexius J. Measure for Measure: The Story of Imperial, Metric, and Other Units. Baltimore: Johns Hopkins University Press, 2003.
Robert L. Wolke