Metro: Unidade fundamental de lonxitude

O seu símbolo é m. Definiuse inicialmente como a 10 000 000 parte do cuadrante do meridiano terrestre, mais actualmente, o metro defínese como a lonxitude do traxecto percorrido pola luz no baleiro durante un intervalo de tempo de 1/299 792 458 de segundo (Unidade de Base ratificada pola 17ª CXPM - 1983).

As raíces da etimoloxía do vocábulo metro poden trazarse ata o verbo grego μετρέω (transliterado metreo, "medir, contar ou comparar") e o substantivo μέτρον (metron, "medida"), que se empregaban para medidas físicas, para a métrica e por extensión para a moderación ou evitar o extremismo (como en "ter unha resposta medida"). O rango de usos tamén se atopaba no latín metior, mensura e noutras linguas.

O lema ΜΕΤΡΩ ΧΡΩ (metro khro) aparece no selo da Oficina Internacional de Pesos e Medidas (BIPM), que era unha expresión do estadista e filósofo grego Pitaco de Mitilene e se traduce como "Emprega medida!", chamando tanto pola medida como pola moderación. A palabra metro chegou a partir do francés mètre.

Poden empregarse os prefixos do Sistema Internacional de Unidades (SI) para denotar múltiplos e submúltiplos do metro como se mostra na táboa:

Algunhas destas unidades empréganse máis raramente. Así, as distancias longas adoitan expresarse en quilómetros, unidades astronómicas (149,6 Gm), anos luz (10 Pm) ou parsecs (31 Pm), máis que en Mm, Gm, Tm, Pm, Em, Zm ou Ym; "30 cm", "30 m" e "300 m" son máis comúns que "3 dm", "3 dam" e "3 hm", respectivamente.

Poden empregarse os vocábulos micron e millimicron no canto de micrómetro (μm) e nanómetro (nm), mais esta práctica está desaconsellada. A palabra micra está oficialmente rexeitada.

Na táboa, "polgada" e "iarda" refírense a "polgada internacional" e "iarda internacional". O símbolo "≈" significa "aproximadamente igual a"; o símbolo "≡" significa "igual por definición" ou "exactamente igual a".

Primeiras medicións

 

Durante toda a historia leváronse a cabo intentos de unificación das distintas medidas co obxecto de simplificar os intercambios, facilitar o comercio e o cobro xusto dos impostos. En 1671 Jean Picard mediu a lonxitude dun péndulo cun período de dous segundos no Observatorio de París. Atopou un valor de 440,5 liñas da toesa de Châtelet, que acababa de ser renovada. Propuxo unha toesa universal (en francés, Toise universelle) que era o dobre da lonxitude do péndulo. Porén, descubriuse axiña que a lonxitude dese péndulo varía co lugar: o astrónomo francés Jean Richer medira unha diferenza do 0,3% de lonxitude entre Cayenne (na Güiana Francesa) e en París.

Jean Richer e Giovanni Domenico Cassini mediron a paralaxe de Marte entre París e Cayenne cando Marte estaba máis próximo á Terra en 1672. Chegaron a un valor para a paralaxe solar de 9,5 segundos de arco, equivalente a unha distancia Terra-Sol duns 22 000 raios terrestres. Foron tamén os primeiros astrónomos en ter acceso a un valor preciso e fiable para o raio da Terra, que fora medido polo seu colega Jean Picard en 1669 como 3 269 000 toesas. As observacións xeodésicas de Picard limitáronse á determinación da magnitude da Terra considerada como unha esfera, mais o descubrimento feito por Jean Richer volveu a atención dos matemáticos cara á súa desviación dunha forma esférica.

Desde Eratóstenes, os xeógrafos utilizaron a medición dos arcos meridianos para avaliar o tamaño do globo terráqueo. Desde finais do século XVII, a xeodesia preocupouse de medir a Terra, para determinar non só o seu tamaño, senón tamén a súa forma. De feito, primeiro tomada como esfera, a Terra foi entón considerada como un esferoide de revolución. No século XVIII, a xeodesia estaba no centro dos debates entre cartesianos e newtonianos en Francia, porque era o medio para demostrar empiricamente a teoría da gravitación universal. Ademais da súa importancia para o mapeo, a determinación da figura da Terra era entón un problema de suma importancia en astronomía, xa que o raio da Terra era a unidade á que se referían todas as distancias celestes.

Meridiano terrestre

 

Na Revolución Francesa, xunto con outros desafíos considerados necesarios para os novos tempos, nomeáronse comisións de científicos para uniformar os pesos e as medidas, entre os que estaba a lonxitude. A tarefa foi ardua e complexa. Considerouse empregar como padrón a lonxitudo do péndulo nun segundo a unha latitude de 45°, pero acabou descartándose por non ser un modelo completamente obxectivo. O 7 de outubro de 1790 esa comisión aconsellou a adopción dun sistema decimal e o 19 de marzo de 1791 aconsellou a adopción do termo mètre ("medida"), unha unidade básica de lonxitude, que definiron como igual a unha dezmilionésima parte do cuadrante de meridiano, a distancia entre o polo norte e o ecuador ao longo do meridiano de París. Se este valor se expresase de xeito análogo a como se define a milla náutica, corresponderíase coa lonxitude de meridiano terrestre que forma un arco de 1/10 de segundo de grao centesimal. En 1793, a Convención Nacional adoptou a proposta.

A Academia de Ciencias Francesa encargou unha expedición dirixida por Jean Baptiste Joseph Delambre e Pierre Méchain, de 1792 a 1799, que intentou medir con precisión, mediante un sistema de triangulación, a distancia entre unha espadana en Dunkerque e o castelo de Montjuïc de Barcelona na lonxitude do Panteón de París. Esta porción do meridiano de París ía servir de base para a lonxitude do meridiano que conectaba o polo norte co ecuador. De 1801 a 1812 Francia adoptou esta definición do metro como a súa unidade oficial de lonxitude baseándose nos resultados desta expedición combinados cos da Misión Xeodésica ao Perú.

No século XIX, a xeodesia viviu unha revolución cos avances nas matemáticas, así como o progreso dos instrumentos e métodos de observación. A aplicación do método de mínimos cadrados ás medidas do arco dos meridianos demostrou a importancia do método científico na xeodesia. Por outra banda, a invención do telégrafo permitiu medir arcos paralelos e a mellora do péndulo reversible deu lugar ao estudo do campo gravitatorio da Terra. Unha determinación máis precisa da forma da Terra apareceu despois da medición do Arco Xeodésico de Struve (1816–1855) e deu outro valor para a definición deste estándar de lonxitude. Isto non invalidou o metro, senón que resaltou que os progresos científicos permitirían unha mellor medición do tamaño e forma da Terra.

En 1832, Carl Friedrich Gauss estudou o campo magnético terrestre e propuxo engadir o segundo ás unidades básicas do metro e o quilogramo na forma do sistema CGS (centímetro, gramo, segundo). En 1836 fundou a Magnetischer Verein, primeira asociación científica internacional, en colaboración con Alexander von Humboldt e Wilhelm Edouard Weber. A xeofísica precedeu á física e contribuíu ao desenvolvemento dos seus métodos. Tratábase principalmente dunha filosofía natural que tiña como obxecto o estudo de fenómenos naturais como o campo magnético terrestre, os raios e a gravidade. A coordinación da observación dos fenómenos xeofísicos en diferentes puntos do globo foi de enorme importancia e estivo na orixe da creación das primeiras asociacións científicas internacionais. A fundación do Magnetischer Verein foi seguida da Medida do Arco de Europa Central (en alemán: Mitteleuropaïsche Gradmessung) por iniciativa de Johann Jacob Baeyer en 1863, e pola da Organización Meteorolóxica Internacional cuxo segundo presidente, o meteorólogo e físico suízo, Heinrich von Wild representou a Rusia no Comité Internacional de Pesos e Medidas (CIPM).

Barra de platino e iridio

 

Ferdinand Rudolph Hassler foi elixido membro da American Philosophical Society o 17 de abril de 1807. Levara aos Estados Unidos unha gran colección de libros científicos e numerosos instrumentos e estándares científicos, entre eles un metro estándar fabricado en París en 1799. Un longo curso de formación especial en Suíza, Francia e Alemaña convertérano nun dos máis destacados especialistas en xeodesia práctica no seu país a principios do século XIX. En 1816 foi nomeado primeiro superintendente do Survey of the Coast. A parte creativa de Hassler viuse no deseño de novos instrumentos de levantamento. O máis orixinal foi un aparello que implicaba unha idea elaborada por el en Suíza e perfeccionada en América. No canto de poñer diferentes barras en contacto durante o proceso de medición da liña de base, utilizaba catro barras de ferro de dous metros fixadas xuntas que sumaban oito metros de lonxitude e o contacto óptico. Xa en febreiro-marzo de 1817, Ferdinand Rudolph Hassler estandarizou as barras do seu dispositivo que realmente estaban calibradas co metro. Esta última converteuse na unidade de lonxitude da xeodesia nos Estados Unidos.

O uso do metro por Ferdinand Rudolph Hassler na investigación costeira contribuíu á introdución da Metric Act of 1866 que permitía o uso do metro nos Estados Unidos e probablemente tamén tivo un papel na elección do metro como unidade científica internacional de lonxitude e na proposta da European Arc Measurement para "establecer unha oficina internacional europea de pesos e medidas".

En 1867, na segunda conferencia xeral da Asociación Internacional de Xeodesia celebrada en Berlín, discutiuse a cuestión dunha unidade de lonxitude estándar internacional para combinar as medidas feitas en diferentes países para determinar o tamaño e a forma da Terra. A conferencia recomendou a adopción do metro en substitución da toesa e a creación dunha comisión internacional do metro, segundo a proposta de Johann Jacob Baeyer, Adolphe Hirsch e Carlos Ibáñez e Ibáñez de Ibero que idearan dous estándares xeodésicos calibrados no metro para trazar o mapa de España. A trazabilidade da medida entre o toesa e o metro asegurouse mediante a comparación do estándar español co estándar ideado por Borda e Lavoisier para o levantamento do arco do meridiano que conecta Dunkerque con Barcelona.

Na década de 1870 e á luz da precisión moderna, celebráronse unha serie de conferencias internacionais para deseñar novos estándares métricos. A Convención do Metro (Convention du Mètre) de 1875 obrigaba a establecer unha Oficina Internacional de Pesos e Medidas (BIPM) permanente que se situaría en Sèvres, Francia. Esta nova organización debía construír e conservar un prototipo de barra de medición, distribuír prototipos métricos nacionais e manter comparacións entre eles e os estándares de medida non métricos. A organización distribuíu tales barras o 28 de setembro de 1889 na primeira Conferencia Xeral de Pesos e Medidas, establecendo o "metro portotipo internacional" como a distancia entre dúas liñas nunha barra estándar composta por unha aliaxe de 90% de platino e un 10% de iridio, medido no punto de fusión do xeo. O novo padrón foi depositado en cofres situados nos subterráneos do pavillón de Breteuil en Sèvres, Oficina de Pesos e Medidas, nos arredores de París.

A comparación dos novos prototipos do metro entre si e co metro do Comité implicou o desenvolvemento de equipos de medida especiais e a definición dunha escala de temperatura reproducible. O traballo de termometría do BIPM levou ao descubrimento de aliaxes especiais de ferro-níquel, en particular o invar, polo que o seu director, o físico suízo Charles-Edouard Guillaume, recibiu o Premio Nobel de Física en 1920.

Lonxitude de onda

En 1873, James Clerk Maxwell suxeriu que a luz emitida por un elemento podía usarse como estándar tanto para o metro como para o segundo. Estas dúas cantidades poderían usarse para definir a unidade de masa.

En 1893, o metro estándar foi medido por primeira vez cun interferómetro por Albert A. Michelson, o inventor do dispositivo e defensor do uso dalgunha lonxitude de onda particular como estándar de lonxitude. En 1925, a interferometría estaba en uso regular no BIPM. Non obstante, o prototipo internacional mantívose como estándar ata 1960, cando a XI Conferencia de Pesos e Medidas adoptou unha nova definición de metro en 1960:

1. 650. 763,73 veces a lonxitude de onda no baleiro da radiación laranxa do átomo de cripton-86.

A precisión era cincuenta veces superior á do padrón de 1889.

Velocidade da luz

A definición dada na XVII Conferencia Xeral da Oficina Internacional de Pesas e Medidas, vixente dende 1983, é a seguinte:

Un metro é a distancia que percorre a luz no baleiro durante un intervalo de 1/299 792 458 de segundo.

A precisión desta definición é trinta veces superior á do prototipo de 1960 e fixou a velocidade da luz no baleiro como exactamente 299 792 458 m/s.

Liña de tempo

A liña do tempo amósanos como foi mudando a definición do metro en distintas épocas: 21 de outubro de 1983: defínese o metro coma a distancia percorrida pola luz no baleiro durante 1/299 792 458 segundos. 20 de outubro de 1960: a XI Conferencia Xeral de Pesas e Medidas define o metro como 1 650 763,73 oscilacións no baleiro da onda da radiación emitida polo salto cuántico entre 2p10 e 5d5 dun átomo de 86cripton. 6 de outubro de 1927: a VII Conferencia Xeral de Pesas e Medidas define o metro como a distancia entre as dúas marcas do padrón de platino cun 10% de iridio a 0 °C e 1 atmosfera. 28 de setembro de 1889: a I Conferencia Xeral de Pesas e Medidas define o metro como a distancia entre as dúas marcas do padrón de aliaxe de platino cun 10 % de iridio a 0 °C. 10 de decembro de 1799: defínese o metro cun padrón de prata (o primeiro padrón, construído o 23 de xuño dese mesmo ano). 1795: créase un padrón provisional de latón. 30 de marzo de 1791: defínese o metro como a dez millonésima parte dun meridiano dentro dun cuadrante (un cuarto da circunferencia polar da terra). 8 de maio de 1790: defínese o metro coa distancia percorrida por un péndulo determinado que ten un hemiperíodo dun segundo.

O metro dá orixe a diversas unidades compostas ou derivadas, como:

• metro cadrado (superficie)
• metro cúbico (volume)
• metro por segundo e quilómetro por hora (velocidade)

Wiki Commons ten máis contidos multimedia na categoría:  Metro

Bibliografía

• Bigourdan, Guillaume (1901). Le système métrique des poids et mesures ; son établissement et sa propagation graduelle, avec l'histoire des opérations qui ont servi à déterminer le mètre et le kilogramme [The metric system of weights and measures; its establishment and gradual propagation, with the history of the operations which served to determine the meter and the kilogram]. París: Gauthier-Villars. 
• Clarke, Alexander Ross; Helmert, Friedrich Robert (1911). "Earth, Figure of the". In Chisholm, Hugh (ed.). Encyclopædia Britannica. 8 (11th ed.). Cambridge University Press. pp. 801–813.
• Taylor, B.N. e Thompson, A. (2008b). Guide for the Use of the International System of Units (Special Publication 811). Gaithersburg, MD: National Institute of Standards and Technology. Consultado o 23 de agosto d e2008.

Ligazóns externas

• Conversión do metro noutras unidades