El metro (o metro en la ortografía norteamericana ; símbolo: m ) es la unidad base de longitud en el Sistema Internacional de Unidades (SI). Desde 2019 el metro se define como la longitud del camino recorrido por la luz en el vacío durante un intervalo de tiempo de1/299 792 458de un segundo , donde el segundo está definido por una frecuencia de transición hiperfina del cesio . [2]
El metro fue definido originalmente en 1791 por la Asamblea Nacional francesa como una diezmillonésima parte de la distancia desde el ecuador al Polo Norte a lo largo de un círculo máximo , por lo que la circunferencia polar de la Tierra es aproximadamente40.000 kilómetros . _
En 1799, el medidor se redefinió en términos de un prototipo de barra métrica, la barra utilizada se cambió en 1889 y en 1960 el medidor se redefinió en términos de un cierto número de longitudes de onda de una determinada línea de emisión de criptón-86 . La definición actual fue adoptada en 1983 y modificada ligeramente en 2002 para aclarar que el metro es una medida de longitud adecuada . Desde 1983 hasta 2019, el metro se definió formalmente como la longitud del camino recorrido por la luz en el vacío en1/299 792 458de un segundo . Después de la redefinición de las unidades básicas del SI en 2019 , esta definición se reformuló para incluir la definición de un segundo en términos de la frecuencia de cesio Δ ν Cs . Esta serie de enmiendas no alteró significativamente el tamaño del metro: hoy la circunferencia polar de la Tierra mide40 007 .863 km , un cambio de 0.022% del valor original de exactamente40.000 km , que también incluye mejoras en la precisión de la medición de la circunferencia.
Metro es la ortografía estándar de la unidad métrica de longitud en casi todos los países de habla inglesa, con las excepciones de Estados Unidos [3] [4] [5] [6] y Filipinas [7] , que utilizan metro .
Los dispositivos de medición (como el amperímetro , el velocímetro ) se escriben "-meter" en todas las variantes del inglés. [8] El sufijo "-metro" tiene el mismo origen griego que la unidad de longitud. [9] [10]
Las raíces etimológicas de metro se remontan al verbo griego μετρέω ( metreo ) (medir, contar o comparar) y al sustantivo μέτρον ( metron ) (una medida), que se utilizaban para la medición física, para la métrica poética y, por extensión, para la moderación. o evitar el extremismo (como en "sea medido en su respuesta"). Esta gama de usos también se encuentra en latín ( metior, mensura ), francés ( mètre, mesure ), inglés y otros idiomas. La palabra griega se deriva de la raíz protoindoeuropea *meh₁- 'medir'. El lema ΜΕΤΡΩ ΧΡΩ ( metro chro ) en el sello de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM), que era un dicho del estadista y filósofo griego Pítaco de Mitilene y que puede traducirse como "¡Usa medida!", exige así tanto de medida como de moderación. El uso de la palabra metro (para la unidad francesa mètre ) en inglés comenzó al menos ya en 1797. [11]
Galileo descubrió la aceleración gravitacional para explicar la caída de los cuerpos en la superficie de la Tierra. [12] También observó la regularidad del período de oscilación del péndulo y que este período dependía de la longitud del péndulo. [13]
Las leyes del movimiento planetario de Kepler sirvieron tanto para el descubrimiento de la ley de gravitación universal de Newton como para la determinación de la distancia de la Tierra al Sol por parte de Giovanni Domenico Cassini . [14] [15] Ambos también utilizaron una determinación del tamaño de la Tierra, entonces considerada como una esfera, realizada por Jean Picard mediante la triangulación del meridiano de París . [16] [17] En 1671, Jean Picard también midió la longitud de un péndulo de segundos en el Observatorio de París y propuso que esta unidad de medida se llamara radio astronómico (en francés: Rayon Astronomique ). [18] [19] En 1675, Tito Livio Burattini sugirió el término metro cattolico , que significa medida universal para esta unidad de longitud, pero luego se descubrió que la longitud de un péndulo de segundos varía de un lugar a otro. [20] [21] [22] [23]
Christiaan Huygens descubrió la fuerza centrífuga que explicaba las variaciones de la aceleración gravitacional según la latitud. [24] [25] También formuló matemáticamente el vínculo entre la longitud del péndulo simple y la aceleración gravitacional. [26] Según Alexis Clairaut , el estudio de las variaciones de la aceleración gravitacional era una manera de determinar la figura de la Tierra , cuyo parámetro crucial era el achatamiento del elipsoide terrestre . En el siglo XVIII, además de su importancia para la cartografía , la geodesia cobró importancia como medio para demostrar empíricamente la teoría de la gravedad , que Émilie du Châtelet promovió en Francia en combinación con los trabajos matemáticos de Leibniz y porque el radio de la Tierra era el unidad a la que debían referirse todas las distancias celestes. De hecho, la Tierra demostró ser un esferoide achatado a través de estudios geodésicos en Ecuador y Laponia y estos nuevos datos pusieron en duda el valor del radio de la Tierra tal como lo había calculado Picard. [26] [27] [28] [20] [17]
Después del estudio anglo-francés , la Academia de Ciencias de Francia encargó una expedición dirigida por Jean Baptiste Joseph Delambre y Pierre Méchain , que duró de 1792 a 1798, y que midió la distancia entre un campanario de Dunkerque y el castillo de Montjuïc de Barcelona a la longitud del Panteón de París . Cuando la longitud del metro se definió como una diezmillonésima parte de la distancia entre el Polo Norte y el Ecuador , se supuso que el aplanamiento del elipsoide terrestre era1/334. [29] [30] [17] [31] [32] [33]
En 1841, Friedrich Wilhelm Bessel , utilizando el método de mínimos cuadrados, calculó a partir de varias mediciones de arco un nuevo valor para el achatamiento de la Tierra, que determinó como1/299,15. [34] [35] [36] También ideó un nuevo instrumento para medir la aceleración gravitacional que fue utilizado por primera vez en Suiza por Emile Plantamour , Charles Sanders Peirce e Isaac-Charles Élisée Cellérier (8.01.1818 – 2.10.1889), un ginebrino . Un matemático pronto descubrió de forma independiente una fórmula matemática para corregir los errores sistemáticos de este dispositivo que habían observado Plantamour y Adolphe Hirsch . [37] [38] Esto permitió a Friedrich Robert Helmert determinar un valor notablemente preciso de 1/298,3para el aplanamiento de la Tierra cuando propuso su elipsoide de referencia en 1901. [39] Este fue también el resultado de la Convención del Metro de 1875, cuando el metro fue adoptado como unidad científica internacional de longitud para conveniencia de los geodesistas de Europa continental. siguiendo el ejemplo de Ferdinand Rudolph Hassler . [40] [41] [42 ] [43] [44] [45]
En 1790, un año antes de que finalmente se decidiera que el metro se basaría en el cuadrante de la Tierra (un cuarto de la circunferencia de la Tierra a través de sus polos), Talleyrand propuso que el metro fuera la longitud del péndulo de segundos a una latitud de 45°. . Esta opción, en la que un tercio de esta longitud define el pie , también fue considerada por Thomas Jefferson y otros para redefinir el patio en los Estados Unidos poco después de independizarse de la Corona británica . [46] [47]
En lugar del método del segundo péndulo, la comisión de la Academia Francesa de Ciencias – entre cuyos miembros se encontraban Borda , Lagrange , Laplace , Monge y Condorcet – decidió que la nueva medida debería ser igual a una diezmillonésima parte de la distancia entre el Polo Norte y el Ecuador , determinado mediante mediciones a lo largo del meridiano que pasa por París. Aparte de la consideración obvia de un acceso seguro para los topógrafos franceses, el meridiano de París también era una buena elección por razones científicas: una parte del cuadrante desde Dunkerque a Barcelona (unos 1.000 km, o una décima parte del total) podría estudiarse con puntos de inicio y fin al nivel del mar, y esa porción estaba aproximadamente en el medio del cuadrante, donde se esperaba que no fuera necesario tener en cuenta los efectos del achatamiento de la Tierra. Las mejoras en los dispositivos de medición diseñados por Borda y utilizados para este estudio también generaron esperanzas de una determinación más precisa de la longitud de este arco meridiano. [48] [49] [50] [51] [33]
La tarea de estudiar el arco del meridiano de París duró más de seis años (1792-1798). Las dificultades técnicas no fueron los únicos problemas que los topógrafos tuvieron que afrontar en el convulso período posterior a la Revolución Francesa: Méchain y Delambre, y más tarde Arago , fueron encarcelados varias veces durante sus estudios, y Méchain murió en 1804 de fiebre amarilla. que contrató mientras intentaba mejorar sus resultados originales en el norte de España. Mientras tanto, la comisión de la Academia Francesa de Ciencias calculó un valor provisional a partir de encuestas anteriores de 443,44 líneas. Este valor fue fijado por legislación el 7 de abril de 1795. [48] [49] [51] [52] [53]
En 1799, una comisión formada por Johan Georg Tralles , Jean Henri van Swinden , Adrien-Marie Legendre y Jean-Baptiste Delambre calculó la distancia de Dunkerque a Barcelona utilizando los datos de la triangulación entre estas dos localidades y determinó la porción de la distancia desde el Del Polo Norte al Ecuador que representaba. Las mediciones de Pierre Méchain y Jean-Baptiste Delambre se combinaron con los resultados de la misión geodésica hispano-francesa y se obtuvo un valor de1/334se encontró para el aplanamiento de la Tierra. Sin embargo, los astrónomos franceses sabían, por estimaciones anteriores del achatamiento de la Tierra, que diferentes arcos de meridianos podían tener diferentes longitudes y que su curvatura podía ser irregular. La distancia entre el Polo Norte y el Ecuador se extrapoló a partir de la medición del arco del meridiano de París entre Dunkerque y Barcelona y se determinó en 5.130.740 toesas. Como el metro tenía que ser igual a una diezmillonésima parte de esta distancia, se definió como 0,513074 toise o 3 pies y 11,296 líneas de la Toise del Perú, que había sido construida en 1735 para la Misión Geodésica Francesa al Ecuador . Cuando se conoció el resultado final, se seleccionó una barra cuya longitud era la más cercana a la definición meridional del metro y se colocó en los Archivos Nacionales el 22 de junio de 1799 (4 messidor An VII en el calendario republicano) como registro permanente del resultado. [54] [17] [48] [51] [55] [56] [57]
En 1816, Ferdinand Rudolph Hassler fue nombrado primer superintendente del Servicio de Inspección de la Costa . Formado en geodesia en Suiza, Francia y Alemania , Hassler había traído a los Estados Unidos un medidor patrón fabricado en París en 1805. Diseñó un aparato de referencia que, en lugar de poner diferentes barras en contacto real durante las mediciones, utilizaba sólo una barra calibrada en el Medidor y contacto óptico. Así, el metro se convirtió en la unidad de longitud de la geodesia en los Estados Unidos. [58] [59] [44]
En 1830, Hassler se convirtió en jefe de la Oficina de Pesos y Medidas, que pasó a formar parte del Estudio de la Costa. Comparó varias unidades de longitud utilizadas en los Estados Unidos en ese momento y midió coeficientes de expansión para evaluar los efectos de la temperatura en las mediciones. [60]
En 1832, Carl Friedrich Gauss estudió el campo magnético de la Tierra y propuso sumar el segundo a las unidades básicas del metro y el kilogramo en forma del sistema CGS ( centímetro , gramo , segundo). En 1836 fundó Magnetischer Verein, la primera asociación científica internacional, en colaboración con Alexander von Humboldt y Wilhelm Edouard Weber . La coordinación de la observación de fenómenos geofísicos como el campo magnético terrestre, los rayos y la gravedad en diferentes puntos del globo estimuló la creación de las primeras asociaciones científicas internacionales. A la fundación del Magnetischer Verein le seguiría la de la Medición del Arco Centroeuropea (en alemán: Mitteleuropaïsche Gradmessung ) por iniciativa de Johann Jacob Baeyer en 1863, y la de la Organización Meteorológica Internacional cuyo presidente, el meteorólogo y físico suizo, Heinrich von Wild representaría a Rusia en el Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM). [56] [39] [61] [62] [63] [64]
En 1834, Hassler midió en Fire Island la primera línea de base del Estudio de la Costa, poco antes de que Louis Puissant declarara ante la Academia de Ciencias de Francia en 1836 que Jean Baptiste Joseph Delambre y Pierre Méchain habían cometido errores en la medición del arco meridiano , lo que Se había utilizado para determinar la longitud del metro. Bessel tuvo en cuenta los errores en el método de cálculo de la longitud del meridiano de París cuando propuso su elipsoide de referencia en 1841. [65] [66] [67] [35] [36]
La astronomía egipcia tiene raíces antiguas que fueron revividas en el siglo XIX por el impulso modernista de Muhammad Ali , quien fundó en Sabtieh, distrito de Boulaq , en El Cairo , un observatorio que deseaba mantener en armonía con los avances de esta ciencia aún en progreso. En 1858, se creó una Comisión Técnica para continuar, adoptando los procedimientos instituidos en Europa, los trabajos catastrales inaugurados bajo Muhammad Ali. Esta comisión sugirió al virrey Mohammed Sa'id Pasha la idea de comprar dispositivos geodésicos encargados en Francia. Mientras Mahmud Ahmad Hamdi al-Falaki se encargaba, en Egipto, de la dirección de los trabajos del mapa general, el virrey encomendó a Ismail Mustafa al-Falaki el estudio, en Europa, de los aparatos de precisión calibrados con respecto al metro destinados a Medir las bases geodésicas y ya construidas por Jean Brunner en París. Ismail Mustafa tuvo la tarea de realizar los experimentos necesarios para determinar los coeficientes de expansión de las dos barras de platino y latón, y comparar el patrón egipcio con un patrón conocido. Para ello se eligió el estandarte español diseñado por Carlos Ibáñez e Ibáñez de Ibero y Frutos Saavedra Meneses , ya que había servido de modelo para la construcción del estandarte egipcio. Además, el estándar español había sido comparado con la doble toesa N° 1 de Borda , que servía como módulo de comparación para la medición de todas las bases geodésicas en Francia, y también debía compararse con el aparato de Ibáñez. En 1954, la conexión de la extensión sur del Arco Geodésico de Struve con un arco que discurría hacia el norte desde Sudáfrica a través de Egipto traería el curso de un arco meridiano importante de regreso a la tierra donde Eratóstenes había fundado la geodesia . [68] [69] [70] [71] [72]
Diecisiete años después de que Bessel calculara su elipsoide de referencia , algunos de los arcos de meridianos que el astrónomo alemán había utilizado para sus cálculos habían sido ampliados. Esta fue una circunstancia muy importante porque la influencia de los errores debidos a las desviaciones verticales se minimizó en proporción a la longitud de los arcos de los meridianos: cuanto más largos fueran los arcos de los meridianos, más precisa sería la imagen del elipsoide de la Tierra . [34] Después de la medición del Arco Geodésico de Struve , se resolvió en la década de 1860, por iniciativa de Carlos Ibáñez e Ibáñez de Ibero, quien se convertiría en el primer presidente tanto de la Asociación Geodésica Internacional como del Comité Internacional de Pesas y Medidas , volver a medir el Arco del meridiano de Dunkerque a Formentera y extenderlo desde las Shetland hasta el Sahara . [73] [74] [75] [72] Esto no allanó el camino hacia una nueva definición del medidor porque se sabía que la definición teórica del medidor había sido inaccesible y engañosa en el momento de la medición del arco de Delambre y Mechain. , ya que el geoide es una bola, que en su conjunto puede asimilarse a un esferoide achatado , pero que en los detalles se diferencia de él hasta el punto de prohibir cualquier generalización y cualquier extrapolación a partir de la medición de un solo arco meridiano. [32] En 1859, Friedrich von Schubert demostró que varios meridianos no tenían la misma longitud, confirmando una hipótesis de Jean Le Rond d'Alembert . También propuso un elipsoide con tres ejes desiguales. [76] [77] En 1860, Elie Ritter, un matemático de Ginebra , utilizando los datos de Schubert calculó que el elipsoide de la Tierra podría ser más bien un esferoide de revolución de acuerdo con el modelo de Adrien-Marie Legendre . [78] Sin embargo, al año siguiente, retomando sus cálculos basándose en todos los datos disponibles entonces, Ritter llegó a la conclusión de que el problema sólo se solucionaba de forma aproximada, ya que los datos parecían demasiado escasos y, para algunos afectados, por desviaciones verticales , en particular la latitud de Montjuïc en el arco meridiano francés, cuya determinación también se había visto afectada en menor proporción por errores sistemáticos del círculo repetido . [79] [80] [32]
La definición de la longitud de un metro en la década de 1790 se basó en mediciones de arco en Francia y Perú con una definición de que debía ser 1/40 millonésima parte de la circunferencia de la tierra medida a través de los polos. Las imprecisiones de aquella época eran tales que en cuestión de pocos años mediciones más fiables habrían dado un valor diferente a la definición de esta norma internacional. Esto no invalida el medidor de ninguna manera, pero resalta el hecho de que las continuas mejoras en la instrumentación hicieron posible mejores mediciones del tamaño de la Tierra.
— Propuesta de inscripción del ARCO GEODÉSICO DE STRUVE en la LISTA DEL PATRIMONIO MUNDIAL, p. 40
Era bien sabido que al medir la latitud de dos estaciones de Barcelona , Méchain había descubierto que la diferencia entre esas latitudes era mayor que la prevista por la medición directa de distancias por triangulación y que no se atrevía a admitir esta inexactitud. [81] [82] [52] Esto se explicó más tarde por la holgura en el eje central del círculo de repetición que causaba desgaste y, en consecuencia, las mediciones cenitales contenían errores sistemáticos significativos. [80] El movimiento polar predicho por Leonard Euler y posteriormente descubierto por Seth Carlo Chandler también tuvo un impacto en la precisión de las determinaciones de latitudes. [83] [26] [84] [85] Entre todas estas fuentes de error, fue principalmente una desviación vertical desfavorable que dio una determinación inexacta de la latitud de Barcelona y un metro "demasiado corto" en comparación con una definición más general tomada del promedio de un gran número de arcos. [32]
Ya en 1861, Johann Jacob Baeyer envió un memorando al rey de Prusia recomendando la colaboración internacional en Europa Central con el objetivo de determinar la forma y las dimensiones de la Tierra. En el momento de su creación, la asociación contaba con dieciséis países miembros: Imperio austríaco , Reino de Bélgica , Dinamarca , siete estados alemanes ( Gran Ducado de Baden , Reino de Baviera , Reino de Hannover , Mecklemburgo , Reino de Prusia , Reino de Sajonia , Sajonia-Coburgo y Gotha ), Reino de Italia , Países Bajos , Imperio Ruso (por Polonia ), Reino Unido de Suecia y Noruega , así como Suiza . La Medición del Arco de Europa Central creó una Oficina Central, ubicada en el Instituto Geodésico Prusiano, cuya dirección fue confiada a Johann Jacob Baeyer. [86] [85]
El objetivo de Baeyer era una nueva determinación de las anomalías en la forma de la Tierra mediante triangulaciones precisas, combinadas con mediciones de la gravedad. Se trataba de determinar el geoide mediante mediciones gravimétricas y de nivelación, con el fin de deducir el conocimiento exacto del esferoide terrestre teniendo en cuenta las variaciones locales. Para resolver este problema, fue necesario estudiar cuidadosamente áreas considerables de tierra en todas direcciones. Baeyer desarrolló un plan para coordinar estudios geodésicos en el espacio comprendido entre los paralelos de Palermo y Freetown Christiana ( Dinamarca ) y los meridianos de Bonn y Trunz (nombre alemán de Milejewo en Polonia ). Este territorio estaba cubierto por una red triangular e incluía más de treinta observatorios o estaciones cuya posición se determinaba astronómicamente. Bayer propuso volver a medir diez arcos de meridianos y un número mayor de arcos de paralelas, para comparar la curvatura de los arcos de meridianos en las dos vertientes de los Alpes , con el fin de determinar la influencia de esta cadena montañosa en la deflexión vertical . Baeyer también tenía previsto determinar la curvatura de los mares: el mar Mediterráneo y el mar Adriático en el sur, el mar del Norte y el mar Báltico en el norte. En su opinión, la cooperación de todos los Estados de Europa Central podría abrir el campo a investigaciones científicas del mayor interés, investigaciones que cada Estado, tomado aisladamente, no podría realizar. [87] [88]
España y Portugal se adhirieron a la Medición del Arco Europea en 1866. El Imperio francés dudó mucho antes de ceder a las exigencias de la Asociación, que pedía a los geodesistas franceses que participaran en sus trabajos. Sólo después de la guerra franco-prusiana , Charles-Eugène Delaunay representó a Francia en el Congreso de Viena en 1871. En 1874, Hervé Faye fue nombrado miembro de la Comisión Permanente presidida por Carlos Ibáñez e Ibáñez de Ibero. [66] [89] [75] [45]
La Asociación Geodésica Internacional ganó importancia mundial con la adhesión de Chile , México y Japón en 1888; Argentina y Estados Unidos en 1889; e Imperio Británico en 1898. La convención de la Asociación Geodésica Internacional expiró a finales de 1916. No fue renovada debido a la Primera Guerra Mundial . Sin embargo, las actividades del Servicio Internacional de Latitud continuaron a través de una Association Géodesique réduite entre États neutre gracias a los esfuerzos de HG van de Sande Bakhuyzen y Raoul Gautier (1854-1931), directores respectivamente del Observatorio de Leiden y del Observatorio de Ginebra . [72] [85]
Después de la Revolución Francesa , las Guerras Napoleónicas condujeron a la adopción del metro en América Latina tras la independencia de Brasil e Hispanoamérica , mientras que la Revolución Americana impulsó la fundación del Estudio de la Costa en 1807 y la creación de la Oficina de Pesos Estándar y Medidas en 1830. En la Europa continental , las guerras napoleónicas fomentaron el nacionalismo alemán que posteriormente condujo a la unificación de Alemania en 1871. Mientras tanto, la mayoría de los países europeos habían adoptado el metro. En la década de 1870, el Imperio alemán jugó un papel fundamental en la unificación del sistema métrico a través de la medición del arco europeo, pero su influencia abrumadora fue mitigada por la de los estados neutrales. Mientras que el astrónomo alemán Wilhelm Julius Foerster , director del Observatorio de Berlín y director del Servicio Alemán de Pesas y Medidas boicoteó al Comité Permanente de la Comisión Internacional de Metros junto con los representantes de Rusia y Austria para promover la fundación de una Oficina Internacional permanente de Pesas y Medidas , el astrónomo suizo nacido en Alemania, Adolphe Hirsch se conformó con la opinión de Italia y España de crear, a pesar de las reticencias francesas, la Oficina Internacional de Pesas y Medidas en Francia como institución permanente en detrimento del Conservatorio Nacional. des Arts et Métiers . [88] [63] [90]
En ese momento, las unidades de medida estaban definidas por estándares primarios , y los artefactos únicos hechos de diferentes aleaciones con distintos coeficientes de expansión eran la base legal de las unidades de longitud. Una regla de hierro forjado, la Toise del Perú, también llamada Toise de l'Académie , era el principal estándar francés de la toise, y el metro estaba oficialmente definido por un artefacto hecho de platino conservado en los Archivos Nacionales. Además de este último, Étienne Lenoir fabricó otro patrón de platino y doce patrones de hierro para el metro en 1799. Uno de ellos pasó a ser conocido como el Metro del Comité en los Estados Unidos y sirvió como patrón de longitud en el Estudio de la Costa de los Estados Unidos hasta 1890. Según para los geodesistas, estos estándares eran estándares secundarios deducidos de los Toise del Perú. En Europa, excepto España, los topógrafos continuaron utilizando instrumentos de medición calibrados en la Toise del Perú. Entre ellos, la toise de Bessel y el aparato de Borda fueron, respectivamente, las principales referencias de la geodesia en Prusia y en Francia . Estos aparatos de medición consistían en reglas bimetálicas de platino y latón o hierro y zinc fijadas entre sí en un extremo para evaluar las variaciones de longitud producidas por cualquier cambio de temperatura. La combinación de dos barras fabricadas con dos metales diferentes permitió tener en cuenta la expansión térmica sin medir la temperatura. Un fabricante de instrumentos científicos francés, Jean Nicolas Fortin , había hecho tres copias directas de la Toise del Perú, una para Friedrich Georg Wilhelm von Struve , una segunda para Heinrich Christian Schumacher en 1821 y una tercera para Friedrich Bessel en 1823. En 1831, Henri -Prudence Gambey también realizó una copia del Toise del Perú que se conservaba en el Observatorio de Altona . [91] [92] [64] [54] [93 ] [94] [35] [44] [40]
En la segunda mitad del siglo XIX, la creación de la Asociación Geodésica Internacional marcaría la adopción de nuevos métodos científicos. [95] Entonces se hizo posible medir con precisión arcos paralelos, ya que la diferencia de longitud entre sus extremos podía determinarse gracias a la invención del telégrafo eléctrico . Además, los avances en metrología combinados con los de la gravimetría han dado lugar a una nueva era de la geodesia . Si la metrología de precisión hubiera necesitado la ayuda de la geodesia, esta última no podría seguir prosperando sin la ayuda de la metrología. Fue entonces necesario definir una única unidad para expresar todas las medidas de arcos terrestres y todas las determinaciones de la aceleración gravitacional mediante péndulo. [96] [54]
En 1866, la preocupación más importante era que la Toise de Perú, el estándar de la toise construida en 1735 para la Misión Geodésica Francesa al Ecuador , pudiera estar tan dañada que la comparación con ella sería inútil, mientras que Bessel había cuestionado la precisión. de copias de este estándar pertenecientes a los observatorios de Altona y Koenigsberg , que había comparado entre sí alrededor de 1840. Esta afirmación era particularmente preocupante, porque cuando el principal estándar del patio imperial fue parcialmente destruido en 1834, se construyó un nuevo estándar de referencia usando copias del "Standard Yard, 1760", en lugar de la longitud del péndulo prevista en la Ley de Pesos y Medidas de 1824, porque el método del péndulo resultó poco fiable. Sin embargo, el uso del metro por parte de Ferdinand Rudolph Hassler y la creación de la Oficina de Pesos y Medidas Estándar como oficina dentro del Coast Survey contribuyeron a la introducción de la Ley Métrica de 1866 que permitió el uso del metro en los Estados Unidos, y precedió a la elección del metro como unidad científica internacional de longitud y a la propuesta de la European Arc Measurement (en alemán: Europäische Gradmessung ) de establecer una "oficina internacional europea de pesos y medidas". [91] [97] [45] [88] [54] [98] [99] [100] [101]
En 1867, en la segunda Conferencia General de la Asociación Internacional de Geodesia celebrada en Berlín, se debatió la cuestión de una unidad de longitud estándar internacional para combinar las mediciones realizadas en diferentes países para determinar el tamaño y la forma de la Tierra. [102] [103] [104] Según una propuesta preliminar hecha en Neuchâtel el año anterior, la Conferencia General recomendó la adopción del metro en sustitución de la toesa de Bessel, la creación de una Comisión Internacional del Metro y la fundación de un instituto mundial para la comparación de estándares geodésicos, el primer paso hacia la creación de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas . [105] [102] [104] [106] [107]
Los trabajos metrológicos y geodésicos de Hassler también tuvieron una respuesta favorable en Rusia. [60] [59] En 1869, la Academia de Ciencias de San Petersburgo envió a la Academia de Ciencias de Francia un informe redactado por Otto Wilhelm von Struve , Heinrich von Wild y Moritz von Jacobi invitando a su homólogo francés a emprender una acción conjunta para garantizar la universalidad. Uso del sistema métrico en todo trabajo científico. [100]
En la década de 1870 y a la luz de la precisión moderna, se celebró una serie de conferencias internacionales para idear nuevos estándares métricos. Cuando estalló un conflicto por la presencia de impurezas en la aleación del metro de 1874, miembro del Comité Preparatorio desde 1870 y representante español en la Conferencia de París de 1875, Carlos Ibáñez e Ibáñez de Ibero intervino ante la Academia Francesa de Ciencias para unir a Francia al proyecto de crear una Oficina Internacional de Pesas y Medidas dotada de los medios científicos necesarios para redefinir las unidades del sistema métrico en función del progreso de las ciencias. [108] [41] [64] [109]
La Convención del Metro ( Convention du Mètre ) de 1875 ordenó el establecimiento de una Oficina Internacional permanente de Pesas y Medidas (BIPM: Bureau International des Poids et Mesures ) que estaría ubicada en Sèvres , Francia. Esta nueva organización debía construir y preservar un prototipo de barra métrica, distribuir prototipos métricos nacionales y mantener comparaciones entre ellos y estándares de medición no métricos. La organización distribuyó este tipo de barras en 1889 en la primera Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM: Conférence Générale des Poids et Mesures ), estableciendo el Prototipo Internacional de Metro como la distancia entre dos líneas en una barra estándar compuesta por una aleación de 90% de platino. y 10% de iridio , medido en el punto de fusión del hielo. [108]
La comparación de los nuevos prototipos del medidor entre sí implicó el desarrollo de equipos de medición especiales y la definición de una escala de temperatura reproducible. Los trabajos de termometría del BIPM llevaron al descubrimiento de aleaciones especiales de hierro-níquel, en particular el invar , cuyo coeficiente de expansión prácticamente insignificante permitió desarrollar métodos de medición de referencia más simples, y para los cuales su director, el físico suizo Charles-Edouard Guillaume , recibió el Premio Nobel de Física en 1920. El Premio Nobel de Guillaume marcó el final de una era en la que la metrología abandonaba el campo de la geodesia para convertirse en una aplicación tecnológica de la física . [110] [111] [112]
En 1921, el Premio Nobel de Física fue concedido a otro científico suizo, Albert Einstein , que tras el experimento de Michelson-Morley había cuestionado el éter luminífero en 1905, del mismo modo que Newton había cuestionado la teoría del Vórtice de Descartes en 1687 tras el experimento del péndulo de Jean Richer. en Cayena , Guayana Francesa . [113] [114] [16] [20]
Además, la relatividad especial cambió las concepciones del tiempo y la masa , mientras que la relatividad general cambió la del espacio . Según Newton, el espacio era euclidiano , infinito y sin fronteras y los cuerpos gravitaban unos alrededor de otros sin cambiar la estructura del espacio. La teoría de la gravedad de Einstein afirma, por el contrario, que la masa de un cuerpo influye en todos los demás cuerpos y modifica la estructura del espacio. Un cuerpo masivo induce una curvatura del espacio a su alrededor en la que se desvía la trayectoria de la luz, como lo demostró el desplazamiento de la posición de una estrella observado cerca del Sol durante un eclipse en 1919. [115]
En 1873, James Clerk Maxwell sugirió que la luz emitida por un elemento se utilizara como estándar tanto para la unidad de longitud como para la segunda. Estas dos cantidades podrían usarse para definir la unidad de masa. [116] Sobre la unidad de longitud escribió:
En el estado actual de la ciencia, el estándar de longitud más universal que podríamos suponer sería la longitud de onda en el vacío de un tipo particular de luz, emitida por alguna sustancia ampliamente difundida como el sodio, que tiene líneas bien definidas en su espectro. Tal norma sería independiente de cualquier cambio en las dimensiones de la Tierra y debería ser adoptada por aquellos que esperan que sus escritos sean más permanentes que ese cuerpo.
— James Clerk Maxwell, Tratado sobre electricidad y magnetismo , tercera edición, vol. 1, pág. 3
El trabajo de Charles Sanders Peirce promovió el advenimiento de la ciencia estadounidense a la vanguardia de la metrología global. Además de sus intercomparaciones de artefactos del metro y sus contribuciones a la gravimetría mediante la mejora del péndulo reversible, Peirce fue el primero en vincular experimentalmente el metro a la longitud de onda de una línea espectral. Según él, la longitud estándar podría compararse con la de una onda de luz identificada por una línea en el espectro solar . Albert Michelson pronto retomó la idea y la mejoró. [101] [117]
En 1893, Albert A. Michelson , el inventor del dispositivo y defensor del uso de alguna longitud de onda de luz particular como estándar de longitud, midió por primera vez el metro estándar con un interferómetro . En 1925, la interferometría se utilizaba habitualmente en el BIPM. Sin embargo, el Prototipo Internacional de Metro siguió siendo el estándar hasta 1960, cuando el undécimo CGPM definió el metro en el nuevo Sistema Internacional de Unidades (SI) como igual a1.650.763,73 longitudes de onda de la línea de emisión naranja - roja en el espectro electromagnético del átomo de criptón-86 en el vacío . [118]
Para reducir aún más la incertidumbre, la 17.ª CGPM de 1983 sustituyó la definición de metro por su definición actual, fijando así la longitud del metro en términos de segundos y de la velocidad de la luz : [119] [120]
Esta definición fijó la velocidad de la luz en el vacío exactamente en299 792 458 metros por segundo [119] (≈300.000 km/s o ≈1.079 mil millones de km/hora [ 121] ). Un subproducto previsto de la definición de la 17ª CGPM fue que permitió a los científicos comparar láseres con precisión utilizando la frecuencia, lo que dio como resultado longitudes de onda con una quinta parte de la incertidumbre involucrada en la comparación directa de longitudes de onda, porque se eliminaron los errores del interferómetro. Para facilitar aún más la reproducibilidad de un laboratorio a otro, la 17.ª CGPM también convirtió el láser de helio-neón estabilizado con yodo en "una radiación recomendada" para realizar el metro. [122] A los efectos de delimitar el metro, el BIPM considera actualmente que la longitud de onda del láser HeNe, λ HeNe , es632,991 212 58 nm con una incertidumbre estándar relativa estimada ( U ) de2,1 × 10 −11 . [122] [123] [124]
Esta incertidumbre es actualmente un factor limitante en las realizaciones de laboratorio del medidor, y es varios órdenes de magnitud más pobre que la del segundo, basado en el reloj atómico de fuente de cesio ( U =5 × 10-16 ) . [125] En consecuencia, una realización del medidor generalmente se delinea (no se define) hoy en día en los laboratorios como1 579 800 .762 042 (33) longitudes de onda de luz láser de helio-neón en el vacío, siendo el error indicado únicamente el de la determinación de la frecuencia. [122] Esta notación entre corchetes que expresa el error se explica en el artículo sobre incertidumbre de medición .
La realización práctica del medidor está sujeta a incertidumbres en la caracterización del medio, a diversas incertidumbres de la interferometría y a incertidumbres en la medición de la frecuencia de la fuente. [126] Un medio comúnmente utilizado es el aire, y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) ha creado una calculadora en línea para convertir longitudes de onda en el vacío a longitudes de onda en el aire. [127] Como lo describe el NIST, en el aire, las incertidumbres en la caracterización del medio están dominadas por errores en la medición de la temperatura y la presión. Los errores en las fórmulas teóricas utilizadas son secundarios. [128]
Al implementar una corrección del índice de refracción como esta, se puede implementar una realización aproximada del medidor en el aire, por ejemplo, usando la formulación del medidor como1 579 800 .762 042 (33) longitudes de onda de luz láser de helio-neón en el vacío y conversión de longitudes de onda en el vacío a longitudes de onda en el aire. El aire es sólo un medio posible para usar en la realización del medidor, y se puede usar cualquier vacío parcial , o alguna atmósfera inerte como gas helio, siempre que se implementen las correcciones apropiadas para el índice de refracción. [129]
El metro se define como la longitud del camino recorrido por la luz en un tiempo determinado, y las mediciones prácticas de longitud en metros en el laboratorio se determinan contando el número de longitudes de onda de luz láser de uno de los tipos estándar que se ajustan a la longitud, [132] y convertir la unidad seleccionada de longitud de onda a metros. Tres factores principales limitan la precisión que se puede lograr con los interferómetros láser para una medición de longitud: [126] [133]
De estos, el último es propio del propio interferómetro. La conversión de una longitud en longitudes de onda a una longitud en metros se basa en la relación
que convierte la unidad de longitud de onda λ a metros usando c , la velocidad de la luz en el vacío en m/s. Aquí n es el índice de refracción del medio en el que se realiza la medición y f es la frecuencia medida de la fuente. Aunque la conversión de longitudes de onda a metros introduce un error adicional en la longitud total debido al error de medición al determinar el índice de refracción y la frecuencia, la medición de la frecuencia es una de las mediciones más precisas disponibles. [133]
El CIPM emitió una aclaración en 2002:
Por lo tanto, su definición se aplica sólo dentro de una extensión espacial lo suficientemente pequeña como para que los efectos de la no uniformidad del campo gravitacional puedan ignorarse (obsérvese que, en la superficie de la Tierra, este efecto en la dirección vertical es aproximadamente 1 parte en10 16 por metro). En este caso, los efectos a tener en cuenta son únicamente los de la relatividad especial.
En Francia, el metro fue adoptado como medida exclusiva en 1801 bajo el Consulado . Esto continuó bajo el Primer Imperio Francés hasta 1812, cuando Napoleón decretó la introducción de las medidas usuelles no decimales , que permanecieron en uso en Francia hasta 1840 durante el reinado de Luis Felipe . [48] Mientras tanto, el metro fue adoptado por la República de Ginebra. [145] Después de la unión del cantón de Ginebra a Suiza en 1815, Guillaume Henri Dufour publicó el primer mapa oficial suizo, para el cual se adoptó el metro como unidad de longitud. [146] [147]
Los prefijos SI se pueden utilizar para indicar múltiplos y submúltiplos decimales del metro, como se muestra en la siguiente tabla. Las distancias largas suelen expresarse en kilómetros, unidades astronómicas (149,6 Gm), años luz (10 Pm) o pársecs (31 Pm), en lugar de Mm, Gm, Tm, Pm, Em, Zm o Ym; "30 cm", "30 m" y "300 m" son más comunes que "3 dm", "3 dam" y "3 hm", respectivamente.
Se han utilizado los términos micrómetro y milimicrón en lugar de micrómetro (μm) y nanómetro (nm), respectivamente, pero se desaconseja esta práctica. [149]
En esta tabla, "pulgada" y "yarda" significan "pulgada internacional" y "yarda internacional" [150] respectivamente, aunque las conversiones aproximadas en la columna de la izquierda son válidas tanto para unidades internacionales como para unidades topográficas.
Un metro equivale exactamente a5 000/127 pulgadas y hasta1 250/1 143 yardas.
Un mnemotécnico simple para ayudar con la conversión es "tres 3": 1 metro equivale casi a 3 pies 3 +3 ⁄ 8 pulgadas. Esto da una sobreestimación de 0,125 mm.
El codo del antiguo Egipto medía aproximadamente 0,5 m (las varillas supervivientes miden entre 523 y 529 mm). [151] Las definiciones escocesa e inglesa del ell (dos codos) eran 941 mm (0,941 m) y 1143 mm (1,143 m) respectivamente. [152] [153] La antigua toise parisina (braza) era ligeramente más corta que 2 my estaba estandarizada en exactamente 2 m en el sistema de medidas habituales , de modo que 1 m era exactamente 1 ⁄ 2 toise. [154] La versta rusa era 1,0668 km. [155] El mil sueco era 10,688 km, pero se cambió a 10 km cuando Suecia convirtió a unidades métricas. [156]
La ortografía de las palabras en inglés se ajusta al Manual de estilo de la Imprenta del Gobierno de los Estados Unidos, que sigue el Tercer Nuevo Diccionario Internacional Webster en lugar del Diccionario Oxford. Por lo tanto, se utilizan las grafías 'metro', 'litro', 'deka' y 'cesio' en lugar de 'metro', 'litro', 'deca' y 'cesio' como en el texto original en inglés del BIPM.
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Este artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público : Ibáñez e Ibáñez de Ibero, Carlos (1881). Discursos leidos ante la Real Academia de Ciencias Exactas Físicas y Naturales en la recepción pública de Don Joaquín Barraquer y Rovira (PDF) . Madrid: Imprenta de la Viuda e Hijo de DE Aguado. págs. 70–78.{{cite book}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento CS1: falta el editor de la ubicación ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ){{cite book}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )El error [introducido por el uso de aire] se puede reducir diez veces si la cámara se llena con una atmósfera de helio en lugar de aire.
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )Datos de Giacomo, P., Du platine à la lumière [Del platino a la luz], Bull. Rebaba. Nat. Metrología , 102 (1995) 5-14.