Nuova definizione di.... CHILOGRAMMO

[AlexanderG]

Vado un po' off-topic, passo dall'astronomia alla fisica... spero comunque di catturare il vostro interesse :)
La notizia non è recentissima, quindi qualcuno di voi potrebbe già saperlo... io non lo sapevo, perciò la condivido ;)
E' stato creato l'oggetto più rotondo del mondo: una sfera del peso di 1 kg composta interamente da silicio isotopo 28.
Il solo materiale grezzo è costato ben un milione di Euro (€ 1.000.000,00 !!!), perché non solo è costituito da tutti atomi dello stesso materiale, ma addirittura dello stesso isotopo di quel tipo di atomo!
Ora che da esso è stata creata una sfera perfetta, il suo valore è praticamente inestimabile!
Per renderci conto di quanto la sfera sia perfetta, se fosse stata grande come la Terra, la montagna più alta o la valle più profonda non avrebbero superato i 40 metri di dislivello!!!

Ok, è l'oggetto più rotondo del mondo.... ma perché l'hanno creato?!?
A cosa serve?? ....seguitemi bene e lo capirete facilmente ;)

Il Chilogrammo (kg) è una delle unità fondamentali della fisica e, come tutti sappiamo, serve a definire la massa (il "peso") di un oggetto: http://it.wikipedia.org/wiki/Chilogrammo
Essa è attualmente l'unica tra le unità di misura del Sistema Internazionale che è definita in relazione a un manufatto e non a una proprietà fisica.
Il Chilogrammo, infatti, è la massa di un particolare cilindro, di altezza e diametro pari a 39 millimetri, di una lega di platino-iridio, depositato nel 1875 presso l'Ufficio internazionale dei pesi e delle misure a Sèvres, in Francia.
Di esso sono state fatte circa una 40ina di repliche nel caso in cui l'originale subisse delle alterazioni; le repliche non erano identiche all'originale, ma le differenze sono state tutte precisamente registrate.
Nel 1948, però, questo cilindro, con le sue repliche, è stato nuovamente misurato, e ci si è accorti che la sua massa è leggermente variata nel tempo.
Nel 1988, poi, una seconda misurazione ha evidenziato che la variazione di massa è perfino aumentata.
Ora, non ci interessa se la variazione è stata causata da contatti con l'esterno o da interne trasformazioni chimico-nucleari o altro... quello che è chiaro è che la definizione di Chilogrammo è cambiata nel tempo a causa della variazione di massa di quell'oggetto!
E' chiaro che non è più possibile definire un'unità di misura in base ad un manufatto, è ormai necessario trovare una nuova definizione nel Sistema Internazionale per l'unità di misura della massa, cioè una nuova definizione di Chilogrammo.

La soluzione più logica è quella di definirla in base ad un preciso numero di atomi... ma quali atomi? ....e soprattutto, quanti?!?
Esiste già il Numero di Avogadro (http://it.wikipedia.org/wiki/Numero_di_Avogadro): definito come il numero di atomi presenti in 0,012 chilogrammi di carbonio isotopo 12, pari a circa 6,022 × 10²³; ma essendo legato, per definizione, proprio al Chilogrammo, non può certo prendere il posto del Chilogrammo stesso!
Occorre quindi trovare un oggetto del quale sappiano esattamente da quanti atomi è composto e, in base ad esso, ridefinirlo come unità fondamentale per la massa; a quel punto non ci sarebbero più problemi: anche se l'oggetto variasse la sua massa nel tempo, la sua definizione rimarrebbe legata solo al numero di atomi, e quindi anche "facilmente" replicabile.

Ecco quindi che entra in gioco la nostra rotondissima sfera.... ma perché una sfera?
Semplice: perché è l'oggetto più facile da creare! (e da misurare)
Un cubo o un'altra forma geometrica sono mooolto più complessi da fabbricare.
Una volta creata la sfera, il diametro viene misurato tramite un laser.
Dal diametro si ricava facilmente il volume della sfera, infatti, indicando con V il volume, d il diametro, ed r il raggio, abbiamo che:
V = 4/3 x π x r³
possiamo omettere il simbolo "x" della moltiplicazione e scrivere: V = 4/3 π r³
ma r = d/2, quindi: V = 4/3 π (d/2)³
scomponiamo il cubo del raggio (semi-diametro): (d/2)³ = (1/2)³ x d³ = (1/2)³ d³ = 1/8 d³
tornando al volume della sfera, abbiamo quindi: V = 4/3 π 1/8 d³
moltiplichiamo le frazioni: (4/3) x (1/8) = 4/24 = 1/6
Il risultato finale è quindi: V = 1/6 π d³

Ora sappiamo esattamente qual è il volume della nostra sfera, e sappiamo che è totalmente composta da atomi di silicio-28... un isotopo del quale si conosce perfettamente la densità atomica, cioè il numero di atomi per unità di volume; è quindi possibile ricavare l'esatto numero di atomi che compongono la sfera!
Questo esatto numero di atomi può essere ora utilizzato per ridefinire sia il numero di Avogadro che il Chilogrammo stesso.
A questo punto anche se la sfera dovesse subire alterazioni di massa, non ce ne fregherebbe più nulla perché ciò che è stato fissato è un numero di atomi e non più l'oggetto stesso.
La questione è ancora in fase di consolidamento, e ci sono anche altre definizioni di chilogrammo che contendono a questa sfera il suo primato, ad esempio la bilancia di Watt: http://en.wikipedia.org/wiki/Watt_balance
Tuttavia entro il prossimo anno (2014) si dovrebbe arrivare ad una conclusione definitiva.


Qui un simpatico video che spiega tutto:




Ciao
Alex.

[Andrea I.]

Grande Alex, bella segnalazione e interessantissimo approfondimento.
Fa riflettere leggere che una cosa che consideriamo ovvia sia da mettere in discussione in questi termini(anche se legare il chilogrammo solo alla massa mi pare un po "incompleta" come definizione, non dovremmo tenere in considerazione anche le condizioni gravitazionali?).
Grazie per l'opportunità di riflessione e per le info!

[marcom73]

Non ne avevo sentito nulla ... Grazie per la segnalazione !!

[Lampo]

Infatti la definizione del numero di Avogadro come numero di atomi di Carbonio 12 presenti in 12 grammi di carbonio 12 non mi ė mai piaciuta...mi sembrava un cane che si mordeva la coda!

La svolta mi sembra di capire che sia il fatto che per qualche ragione si conosca "perfettamente" la densità del silicio28...ma allora perché non si sono ricavati il raggio della sfera necessario ad avere di sfera di 1 kg esatto e non l'hanno costruita direttamente così?

Premetto che non riesco a vedere il video...domani lo guardo dal pc

[AlexanderG]

Infatti la definizione del numero di Avogadro come numero di atomi di Carbonio 12 presenti in 12 grammi di carbonio 12 non mi ė mai piaciuta...mi sembrava un cane che si mordeva la coda!

La svolta mi sembra di capire che sia il fatto che per qualche ragione si conosca "perfettamente" la densità del silicio28...ma allora perché non si sono ricavati il raggio della sfera necessario ad avere di sfera di 1 kg esatto e non l'hanno costruita direttamente così?

Premetto che non riesco a vedere il video...domani lo guardo dal pc

Credo che la linea sia stata proprio questa; è chiaro che poi si è data maggiore importanza ad ottenere una forma perfetta piuttosto che un diametro esatto... anche perché il peso "esatto" l'avrebbe definito la sfera stessa!

[Lampo]

Ma poi, come applicazione pratica, viene utilizzato sto famoso chilo per tarare particolari strumenti o rimane nell'ufficio internazionale a prendere polvere/massa...?

[AlexanderG]

Ma poi, come applicazione pratica, viene utilizzato sto famoso chilo per tarare particolari strumenti o rimane nell'ufficio internazionale a prendere polvere/massa...?

La seconda che hai detto
E' evidente che il chilo ufficiale rimane sotto tre campane di vetro.
Inizialmente si adottavano dei modelli simili sui quali era stato precedentemente registrata la differenza di peso... penso che oramai si adotti tutt'altro metodo.

[givi]

Molto interessante, dovremo comunque accettare la tolleranza imposta da Π .

[AlexanderG]

Molto interessante, dovremo comunque accettare la tolleranza imposta da Π .

Nell'anno 2010 siamo arrivati a 5.000.000.000.000 (CINQUEMILAMILIARDI!) di cifre decimali di Π
....dovrebbero bastare ad approssimare anche il milionesimo di quark
http://it.wikipedia.org/wiki/Pi_grec..._contemporanee

[givi]

Nell'anno 2010 siamo arrivati a 5.000.000.000.000 (CINQUEMILAMILIARDI!) di cifre decimali di Π
....dovrebbero bastare ad approssimare anche il milionesimo di quark
http://it.wikipedia.org/wiki/Pi_grec..._contemporanee

Non saprei, vedremo ...