Como a mudança na definição do quilograma afeta o vestibular?

*Por Carlos Marmo, professor do Anglo Vestibulares.

A necessidade de medir grandezas físicas é tão antiga quanto a própria civilização. No princípio, o dia a dia das pessoas dependia apenas da determinação de algumas medidas mais simples, tais como o volume de grãos de trigo colhidos, o comprimento de uma corda de fibras vegetais que foi produzida ou a área de um determinado lote de terra.

Atualmente, além de medidas como essas, nós também dependemos de muitas outras, como é o caso da potência elétrica de um liquidificador, da aceleração de um automóvel, da luminosidade de uma lâmpada ou da quantidade de energia elétrica produzida por uma usina em um mês.

Até o século XVIII, boa parte das unidades de medidas existentes se baseavam em partes do corpo humano, geralmente de nobres. É o caso do palmo, do pé e da polegada. Esse sistema, porém, não é adequado, na medida em que não é confiável, nem durável e nem decimal. Em 1790, durante a Revolução Francesa, a Academia de Ciências Francesa propôs o estabelecimento do Sistema Métrico Decimal. Posteriormente, em 1960, o Sistema Métrico Decimal foi aperfeiçoado, passando a se chamar Sistema Internacional de Unidades (SI), o sistema atualmente adotado pela comunidade científica em todo o mundo.

O SI possui sete unidades fundamentais: metro (unidade de comprimento), quilograma (unidade de massa), segundo (unidade de tempo), ampere (unidade de corrente elétrica), kelvin (unidade de temperatura), mol (unidade de quantidade de matéria) e candela (unidade de intensidade luminosa). Todas as outras unidades da ciência podem ser obtidas combinando-se essas unidades de base por meio de relações algébricas entre elas, como a multiplicação e a divisão. É o caso do m/s (unidade de velocidade), do m² (unidade de área) e do kg/m³ (unidade de densidade).

Todas essas unidades também foram sendo aperfeiçoadas ao longo dos tempos. O segundo, por exemplo, correspondia a 1/86.400 de um dia solar médio. O fato de a rotação terrestre ser tão variável evidenciou a necessidade de se criar um outro padrão. E foi assim que, com o desenvolvimento dos relógios atômicos, o segundo passou a corresponder à duração de 9.192.631.770 períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio-133.

Uma das últimas unidades a ser aperfeiçoada foi o quilograma. No início, ele era definido como a massa existente em 1 litro de água pura, a 4^o C. O objetivo era definir um padrão de comparação de massas que fosse reprodutível em qualquer lugar do mundo. Para tornar esse padrão portátil e eterno, confeccionou-se um pequeno cilindro metálico de platina e irídio, conhecido como "Le Grand K" (o Grande K, em francês) ou IPK (Protótipo Internacional do Quilograma, em inglês). Apesar de estar protegido por três campânulas de vidro e guardado em um cofre no Escritório Internacional de Pesos e Medidas (BIPM, em francês), em Sèvres, na França, o IPK (bem como suas réplicas espalhadas pelo mundo) sofreu pequenas alterações na sua massa, evidenciando a necessidade de criar outro padrão.

Recentemente, cientistas representantes dos 60 países-membros da Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) decidiram, por unanimidade, redefinir o quilograma com base em uma constante da natureza, a constante de Planck (h), que é imutável e universal. Isso foi realizado por meio de um sofisticado equipamento, denominado balança de Kibble, uma homenagem ao físico britânico Bryan Kibble (1938 – 2016).

Para as ciências da natureza e suas tecnologias, a mudança na definição do quilograma implica mudança de paradigma e um grande aumento na precisão e na exatidão em todas as pesquisas científicas e processos industriais que envolvam a grandeza de massa e suas grandezas derivadas. Dessa maneira, é possível, por exemplo, otimizar processos, consumindo menos recursos naturais, aumentando o nível de segurança, entre outros. Sob esse ponto de vista, podemos afirmar que a mudança na definição do quilograma, certamente, trará benefícios a toda a sociedade.

Por fim, quais são os possíveis reflexos dessa notícia nos vestibulares/ENEM?

– É possível que os próximos vestibulares/ENEM provoquem as reflexões que acabamos de fazer, o que exigirá dos vestibulandos algum conhecimento sobre história e filosofia da ciência e dos seus impactos, positivos e negativos, sobre a natureza e toda a sociedade.

– A alteração na definição do quilograma está sendo acompanhada pelas alterações na definição de três outras grandezas físicas, o ampere (unidade de medida da corrente elétrica), o kelvin (unidade de temperatura) e o mol (unidade utilizada para expressar a quantidade de matéria). Dessa forma, é possível que isso inspire as bancas examinadoras a confeccionar questões envolvendo os temas "análise dimensional" e "estimativas de ordem de grandeza", bastante tradicionais em vestibulares/ENEM.

– A balança de Kibble é um equipamento extremamente sofisticado e complexo. Apesar disso, seu princípio fundamental de funcionamento é relativamente simples. Ela pode ser pode ser entendida como uma espécie de balança de braços iguais. Na extremidade de um dos braços, há um eletroímã e, na extremidade do outro braço, um corpo de massa desconhecida. Ao se estabelecer corrente elétrica no eletroímã, cria-se uma força que equilibra o peso do corpo que está pendurado do outro lado. Isso pode inspirar as bancas examinadoras a confeccionar questões envolvendo os temas "eletromagnetismo" e "estática", igualmente tradicionais em vestibulares/ENEM.