Sistema Internacional de Unidades

Países que usam os sistemas métrico (SI), imperial e consuetudinário dos EUA em 2019.

O Sistema Internacional de Unidades, ou SI, ^{[2] : 123} é um sistema decimal ^[d] e métrico ^[e] de unidades estabelecido em 1960 e atualizado periodicamente desde então. A SI tem status oficial na maioria dos países, ^[f] incluindo os Estados Unidos , ^[h] Canadá e o Reino Unido , embora esses três países estejam entre um punhado de nações que, em vários graus, também continuam a usar seus métodos habituais sistemas. No entanto, com esse nível de aceitação quase universal, o sistema SI "tem sido usado em todo o mundo como o sistema preferencial de unidades, a linguagem básica para ciência, tecnologia, indústria e comércio". ^{[2] : 123}

Os únicos outros tipos de sistema de medição que ainda têm uso generalizado em todo o mundo são os sistemas de medição consuetudinários Imperial e dos EUA , e eles são legalmente definidos em termos do sistema SI . ^[i] Existem outros sistemas de medição menos difundidos que são ocasionalmente usados ​​em determinadas regiões do mundo. Além disso, existem muitas unidades individuais não SI que não pertencem a nenhum sistema abrangente de unidades, mas que, no entanto, ainda são usadas regularmente em determinados campos e regiões. Ambas as categorias de unidade também são normalmente definidas legalmente em termos de unidades do SI. ^[j]

Corpo de controle

O SI foi estabelecido e é mantido pela Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM ^[k] ). ^[4] Na prática, a CGPM segue as recomendações do Comitê Consultivo de Unidades (CCU), que é o próprio órgão de deliberação técnica sobre novos desenvolvimentos científicos e tecnológicos relacionados à definição das unidades e do SI. A CCU se reporta ao Comitê Internacional de Pesos e Medidas (CIPM ^[l] ), que, por sua vez, se reporta à CGPM. Veja abaixo para mais detalhes.

Todas as decisões e recomendações relativas às unidades são coletadas em um folheto denominado Sistema Internacional de Unidades (SI) ^[m] , que é publicado pelo Escritório Internacional de Pesos e Medidas (BIPM ^[n] ) e atualizado periodicamente.

Visão geral das unidades

Unidades de base SI

O SI seleciona sete unidades para servir como unidades básicas , correspondendo a sete grandezas físicas básicas. ^{[o] [p]} Eles são os segundos , com o símbolo s , que é a unidade SI da quantidade física de tempo ; o metro , símbolo m , a unidade SI de comprimento ; quilograma ( kg , a unidade de massa ); ampere ( A , corrente elétrica ); Kelvin ( K , temperatura termodinâmica ); mole ( mol , quantidade de substância ); e candela ( cd , intensidade luminosa ). ^[2] Todas as unidades no SI podem ser expressas em termos de unidades de base, e as unidades de base servem como um conjunto preferido para expressar ou analisar as relações entre as unidades.

Unidades derivadas de SI

O sistema permite um número ilimitado de unidades adicionais, chamadas unidades derivadas , que sempre podem ser representadas como produtos de potências das unidades básicas, possivelmente com um multiplicador numérico não trivial. Quando esse multiplicador é um, a unidade é chamada de unidade derivada coerente . ^[q] A base e as unidades derivadas coerentes do SI juntas formam um sistema coerente de unidades ( o conjunto de unidades coerentes do SI ). ^[r] Vinte e duas unidades derivadas coerentes foram fornecidas com nomes e símbolos especiais. ^[s] As sete unidades básicas e as 22 unidades derivadas com nomes e símbolos especiais podem ser usadas em combinação para expressar outras unidades derivadas, ^[t] que são adotadas para facilitar a medição de diversas quantidades.

Antes das definições adotadas em 2018, o SI era definido por meio de sete unidades básicas a partir das quais as unidades derivadas eram construídas como produtos de potências das unidades básicas. Definir o SI fixando os valores numéricos de sete constantes definidoras tem o efeito de que esta distinção é, em princípio, desnecessária, uma vez que todas as unidades, base bem como unidades derivadas, podem ser construídas diretamente a partir das constantes definidoras. No entanto, o conceito de unidades básicas e derivadas é mantido porque é útil e historicamente bem estabelecido. ^[6]

Prefixos métricos SI e a natureza decimal do sistema SI

Como todos os sistemas métricos, o SI usa prefixos métricos para construir sistematicamente, para a mesma quantidade física, um conjunto de unidades que são múltiplos decimais entre si em uma ampla faixa.

Por exemplo, enquanto a unidade coerente de comprimento é o metro, ^[u] o SI fornece uma gama completa de unidades menores e maiores de comprimento, qualquer uma das quais pode ser mais conveniente para qualquer aplicação - por exemplo, distâncias de condução são normalmente fornecidas em quilômetros (símbolo km ) em vez de em metros. Aqui, o prefixo métrico ' kilo- ' (símbolo 'k') representa um fator de 1000; portanto,1 km =1000 m . ^[v]

A versão atual do SI fornece vinte prefixos métricos que significam poderes decimais que variam de 10 ⁻²⁴ a 10 ²⁴ . ^{[2] : 143–4} Exceto os prefixos para 1/100, 1/10, 10 e 100, todos os outros são potências de 1000.

Em geral, dada qualquer unidade coerente com um nome e símbolo separados, ^[w] forma-se uma nova unidade simplesmente adicionando um prefixo métrico apropriado ao nome da unidade coerente (e um símbolo de prefixo correspondente ao símbolo da unidade). Uma vez que o prefixo métrico significa uma potência de dez específica, a nova unidade é sempre um múltiplo ou submúltiplo de potência de dez da unidade coerente. Assim, a conversão entre unidades dentro do SI é sempre por meio de uma potência de dez; é por isso que o sistema SI (e os sistemas métricos mais geralmente) são chamados de sistemas decimais de unidades de medida . ^{[7] [x]}

O agrupamento formado por um símbolo de prefixo anexado a um símbolo de unidade (por exemplo, ' km ', ' cm ') constitui um novo símbolo de unidade inseparável. Este novo símbolo pode ser elevado a uma potência positiva ou negativa e pode ser combinado com outros símbolos de unidade para formar símbolos de unidade compostos. ^{[2] : 143} Por exemplo, g / cm ³ é uma unidade SI de densidade , onde cm ³ deve ser interpretado como ( cm ) ³ .

Unidades SI coerentes e não coerentes

Quando os prefixos são usados ​​com as unidades do SI coerentes, as unidades resultantes não são mais coerentes, porque o prefixo introduz um fator numérico diferente de um. ^{[2] : 137} A única exceção é o quilograma, a única unidade SI coerente cujo nome e símbolo, por razões históricas, incluem um prefixo. ^[y]

O conjunto completo de unidades SI consiste no conjunto coerente e nos múltiplos e submúltiplos de unidades coerentes formadas usando os prefixos SI. ^{[2] : 138} Por exemplo, o metro, quilômetro, centímetro, nanômetro, etc. são todas unidades SI de comprimento, embora apenas o metro seja uma unidade SI coerente . Uma declaração semelhante é válida para unidades derivadas: por exemplo, kg / m ³ , g / dm ³ , g / cm ³ , Pg / km ³ , etc. são todas unidades SI de densidade, mas destas, apenas kg / m ³ é uma unidade SI coerente .

Além disso, o metro é a única unidade de comprimento do SI coerente. Cada quantidade física tem exatamente uma unidade SI coerente, embora essa unidade possa ser expressada em diferentes formas usando alguns dos nomes e símbolos especiais. ^{[2] : 140} Por exemplo, a unidade SI coerente de momento linear pode ser escrita como kg⋅m / s ou como N⋅s , e ambas as formas estão em uso (por exemplo, compare respectivamente aqui ^{[8] : 205} e aqui ^{[ 9] : 135} ).

Por outro lado, várias quantidades diferentes podem compartilhar a mesma unidade SI coerente. Por exemplo, o joule por Kelvin é a unidade SI coerente para duas quantidades distintas: capacidade de calor e entropia . Além disso, a mesma unidade SI coerente pode ser uma unidade base em um contexto, mas uma unidade derivada coerente em outro. Por exemplo, a amperagem é a unidade SI coerente para ambos corrente eléctrica e força magnetomotriz , mas é uma unidade de base, no primeiro caso e uma unidade derivada neste último. ^{[2] : 140 [aa]}

Unidades não SI permitidas

Existe um grupo especial de unidades que são chamadas de "unidades não SI aceitas para uso com o SI". ^{[2] : 145} Veja unidades não-SI mencionadas no SI para uma lista completa. A maioria deles, para serem convertidos na unidade SI correspondente, requerem fatores de conversão que não sejam potências de dez. Alguns exemplos comuns de tais unidades são as unidades habituais de tempo, nomeadamente o minuto (fator de conversão de 60 s / min, uma vez que 1 min =60 s ), a hora (3600 s ), e o dia (86 400  s ); o grau (para medir ângulos planos,1 ° =π/180 rad ); e o elétron - volt (uma unidade de energia,1 eV =1,602 176 634 × 10 ⁻¹⁹  J ).

Novas unidades

O SI pretende ser um sistema em evolução; unidades ^[ab] e prefixos são criados e as definições de unidades são modificadas por meio de acordos internacionais conforme a tecnologia de medição progride e a precisão das medições melhora.

Definindo magnitudes de unidades

Desde 2019, as magnitudes de todas as unidades do SI foram definidas de forma abstrata, que é conceitualmente separada de qualquer realização prática delas. ^{[2] : 126 [ac]} Ou seja, as unidades SI são definidas declarando que sete constantes definidoras ^{[2] : 125–9} têm certos valores numéricos exatos quando expressos em termos de suas unidades SI. Provavelmente, a mais conhecida dessas constantes é a velocidade da luz no vácuo, c , que no SI, por definição, tem o valor exato de c =299 792 458  m / s . As outras seis constantes são${\ displaystyle \ Delta \ nu _ {\ text {Cs}}}$, a frequência de transição hiperfina do césio ; h , a constante de Planck ; e , a carga elementar ; k , a constante de Boltzmann ; N _A , a constante de Avogadro ; e K _cd , a eficácia luminosa da radiação monocromática de frequência540 × 10 ¹²  Hz . ^[ad] A natureza das constantes definidoras varia de constantes fundamentais da natureza, como c, até a constante puramente técnica K _cd . ^{[2] : 128–9} Antes de 2019, h , e , k e N _A não foram definidos a priori, mas sim grandezas medidas com muita precisão. Em 2019, seus valores foram fixados por definição às melhores estimativas da época, garantindo a continuidade com as definições anteriores das unidades base.

No que diz respeito às realizações, o que se acredita serem as melhores realizações práticas atuais de unidades estão descritas nas chamadas ' mises en pratique ' , ^[ae] que também são publicadas pelo BIPM. ^[12] A natureza abstrata das definições de unidades é o que torna possível melhorar e mudar as mises en pratique à medida que a ciência e a tecnologia se desenvolvem, sem ter que mudar as próprias definições. ^[ah]

Em certo sentido, essa maneira de definir as unidades do SI não é mais abstrata do que a maneira como as unidades derivadas são tradicionalmente definidas em termos das unidades básicas. Considere uma determinada unidade derivada, por exemplo, o joule, a unidade de energia. Sua definição em termos de unidades básicas é kg ⋅ m ² / s ² . Mesmo que as realizações práticas do metro, quilograma e segundo estejam disponíveis, uma realização prática do joule exigiria algum tipo de referência à definição física subjacente de trabalho ou energia - algum procedimento físico real para realizar a energia na quantidade de um joule que pode ser comparado a outras instâncias de energia (como o conteúdo de energia da gasolina colocada em um carro ou da eletricidade entregue a uma casa).

A situação com as constantes de definição e todas as unidades SI é análoga. Na verdade, falando puramente matematicamente , as unidades do SI são definidas como se declarássemos que são as unidades da constante definidora que agora são as unidades de base, com todas as outras unidades do SI sendo unidades derivadas. Para tornar isso mais claro, primeiro observe que cada constante definidora pode ser tomada como determinando a magnitude da unidade de medida dessa constante definidora; ^{[2] : 128} por exemplo, a definição de c define a unidade m / s como1 m / s = c/299 792 458 ('a velocidade de um metro por segundo é igual a um 299 792 458º da velocidade da luz '). Desta forma, as constantes definidoras definem diretamente as seguintes sete unidades: o hertz ( Hz ), uma unidade da quantidade física de frequência (note que podem surgir problemas ao lidar com frequência ou a constante de Planck porque as unidades de medida angular (ciclo ou radiano) são omitidos em SI. ^{[13] [14] [15] [16] [17]} ); o metro por segundo ( m / s ), uma unidade de velocidade; joule-segundo ( J⋅s ), uma unidade de ação ; coulomb ( C ), uma unidade de carga elétrica ; joule por kelvin ( J / K ), uma unidade de entropia e capacidade térmica ; a molécula inversa ( mol ⁻¹ ), uma unidade de uma constante de conversão entre a quantidade de substância e o número de entidades elementares (átomos, moléculas, etc.); e lúmen por watt ( lm / W ), uma unidade de uma constante de conversão entre a potência física transportada pela radiação eletromagnética e a capacidade intrínseca dessa mesma radiação de produzir percepção visual de brilho em humanos. Além disso, pode-se mostrar, usando análise dimensional , que cada unidade SI coerente (seja de base ou derivada) pode ser escrita como um produto único de potências das unidades das constantes definidoras de SI (em completa analogia ao fato de que cada SI derivado coerente unidade pode ser escrita como um produto único de potências das unidades básicas do SI). Por exemplo, o quilograma pode ser escrito como kg = ( Hz ) ( J⋅s ) / ( m / s ) ² . ^[ai] Assim, o quilograma é definido em termos das três constantes definidoras Δ ν _Cs , c , e h porque, por um lado, essas três constantes definidoras definem respectivamente as unidades Hz , m / s e J⋅s , ^[aj] enquanto, por outro lado, o quilograma pode ser escrito em termos dessas três unidades, a saber, kg = ( Hz ) ( J⋅s ) / ( m / s ) ² . ^[ak] Verdade, a questão de como realmente realizar o quilograma na prática estaria, neste ponto, ainda em aberto, mas isso não é realmente diferente do fato de que a questão de como realmente realizar o joule na prática ainda está em princípio aberto mesmo depois de ter alcançado as realizações práticas do metro, quilograma e segundo.

Uma consequência da redefinição do SI é que a distinção entre as unidades básicas e as unidades derivadas não é, em princípio, necessária, uma vez que qualquer unidade pode ser construída diretamente a partir das sete constantes definidoras. No entanto, a distinção é mantida porque 'é útil e historicamente bem estabelecida', e também porque a série de padrões ISO / IEC 80000 ^[al] especifica quantidades básicas e derivadas que necessariamente têm as unidades SI correspondentes. ^{[2] : 129}

Especificando constantes fundamentais vs. outros métodos de definição

A forma atual de definir o sistema SI é o resultado de um movimento de décadas em direção a uma formulação cada vez mais abstrata e idealizada na qual as realizações das unidades são conceitualmente separadas das definições. ^{[2] : 126}

A grande vantagem de fazer assim é que, à medida que a ciência e as tecnologias se desenvolvem, novas e superiores realizações podem ser introduzidas sem a necessidade de redefinir as unidades. ^{[af] As} unidades podem agora ser realizadas com 'uma precisão que em última análise é limitada apenas pela estrutura quântica da natureza e nossas habilidades técnicas, mas não pelas próprias definições. ^[ag] Qualquer equação da física válida relacionando as constantes definidoras a uma unidade pode ser usada para realizar a unidade, criando assim oportunidades para inovação ... com precisão crescente conforme a tecnologia avança. ' ^{[2] : 122} Na prática, os Comitês Consultivos do CIPM fornecem os chamados " mises en pratique " (técnicas práticas), ^[12] que são as descrições do que atualmente se acredita serem as melhores realizações experimentais das unidades. ^[20]

Este sistema carece da simplicidade conceitual de usar artefatos (referidos como protótipos ) como realizações de unidades para definir essas unidades: com protótipos, a definição e a realização são uma e a mesma. ^[am] No entanto, o uso de artefatos tem duas desvantagens principais que, tão logo seja tecnologicamente e cientificamente viável, resultam em seu abandono como meio de definição de unidades. ^[aq] Uma grande desvantagem é que os artefatos podem ser perdidos, danificados, ^[como] ou alterados. ^[at] A outra é que eles, em grande parte não pode beneficiar de avanços na ciência e tecnologia. O último artefato usado pelo SI foi o International Prototype Kilogram (IPK), um cilindro particular de platina-irídio ; de 1889 a 2019, o quilograma era, por definição, igual à massa do IPK. Preocupações em relação à sua estabilidade , por um lado, e o progresso nas medições precisas da constante de Planck e a constante de Avogadro , por outro, levaram a uma revisão da definição das unidades de base , colocado em efeito em 20 de Maio de 2019. ^[27] Este foi a maior mudança no sistema SI desde que foi formalmente definido e estabelecido em 1960, e resultou nas definições descritas acima. ^[28]

No passado, havia também várias outras abordagens para as definições de algumas das unidades do SI. Um fazia uso de um estado físico específico de uma substância específica (o ponto triplo da água , que foi usado na definição do ^{Kelvin [29] : 113–4} ); outros se referiam a prescrições experimentais idealizadas ^{[2] : 125} (como no caso da antiga definição SI do ampere ^{[29] : 113} e da antiga definição SI (originalmente promulgada em 1979) da candela ^{[29] : 115} ).

No futuro, o conjunto de constantes de definição usado pelo SI pode ser modificado à medida que constantes mais estáveis ​​são encontradas, ou se for descoberto que outras constantes podem ser medidas com mais precisão. ^[au]

História

A motivação original para o desenvolvimento do SI foi a diversidade de unidades que surgiram dentro dos sistemas centímetro-grama-segundo (CGS) (especificamente a inconsistência entre os sistemas de unidades eletrostáticas e unidades eletromagnéticas ) e a falta de coordenação entre os várias disciplinas que os utilizaram. A Conferência Geral sobre Pesos e Medidas (francês: Conférence générale des poids et mesures - CGPM), que foi estabelecida pela Convenção do Medidor de 1875, reuniu muitas organizações internacionais para estabelecer as definições e padrões de um novo sistema e padronizar as regras para escrever e apresentar medidas.

Adotado em 1889, o uso do sistema de unidades MKS sucedeu ao sistema de unidades centímetro-grama-segundo (CGS) no comércio e na engenharia . O sistema de metros e quilogramas serviu de base para o desenvolvimento do Sistema Internacional de Unidades (abreviado SI), que agora serve como padrão internacional. Por conta disso, os padrões do sistema CGS foram gradativamente substituídos por padrões métricos incorporados ao sistema MKS. ^[30]

Em 1901, Giovanni Giorgi propôs à Associazione elettrotecnica italiana  [ it ] (AEI) que esse sistema, estendido com uma quarta unidade a ser retirada das unidades do eletromagnetismo , fosse usado como um sistema internacional. ^[31] Este sistema foi fortemente promovido pelo engenheiro elétrico George A. Campbell . ^[32]

O Sistema Internacional foi publicado em 1960, com base nas unidades MKS, como resultado de uma iniciativa iniciada em 1948.

O SI é regulamentado e continuamente desenvolvido por três organizações internacionais que foram estabelecidas em 1875 sob os termos da Convenção do Medidor . Eles são a Conferência Geral sobre Pesos e Medidas (CGPM ^[k] ), o Comitê Internacional de Pesos e Medidas (CIPM ^[l] ) e o Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM ^[n] ). A autoridade final recai sobre a CGPM, que é um órgão plenário por meio do qual seus Estados Membros ^[aw] atuam em conjunto em questões relacionadas à ciência da medição e às normas de medição; geralmente se reúne a cada quatro anos. ^[33] O CGPM elege o CIPM, que é um comitê de 18 cientistas eminentes. O CIPM opera com base no parecer de uma série de seus Comitês Consultivos, que reúnem especialistas do mundo todo em suas áreas específicas como consultores em questões científicas e técnicas. ^{[34] [ax]} Um desses comitês é o Comitê Consultivo de Unidades (CCU), que é responsável pelos assuntos relacionados ao desenvolvimento do Sistema Internacional de Unidades (SI), preparação das edições sucessivas do folheto SI e assessoria ao CIPM em matéria de unidades de medida. ^[35] É a CCU que considera em detalhe todos os novos desenvolvimentos científicos e tecnológicos relacionados com a definição das unidades e do SI. Na prática, quando se trata da definição do SI, a CGPM simplesmente aprova formalmente as recomendações do CIPM, que, por sua vez, segue a orientação da CCU.

A CCU tem como membros: ^{[36] [37]} laboratórios nacionais dos Estados membros da CGPM encarregados de estabelecer as normas nacionais; ^[ay] organizações intergovernamentais e organismos internacionais relevantes; ^[az] comissões ou comitês internacionais; ^[ba] sindicatos científicos; ^[bb] membros pessoais; ^[bc] e, como membro ex officio de todos os Comitês Consultivos, o Diretor do BIPM .

Todas as decisões e recomendações relativas às unidades são coletadas em um folheto denominado Sistema Internacional de Unidades (SI) ^{[2] [m]} , que é publicado pelo BIPM e atualizado periodicamente.

O Sistema Internacional de Unidades consiste em um conjunto de unidades básicas , unidades derivadas e um conjunto de multiplicadores decimais que são usados ​​como prefixos . ^{[29] : 103-106} As unidades, excluindo unidades prefixadas, ^[bd] formam um sistema coerente de unidades , que é baseado em um sistema de quantidades de tal forma que as equações entre os valores numéricos expressos em unidades coerentes têm exatamente o mesma forma, incluindo fatores numéricos, como as equações correspondentes entre as quantidades. Por exemplo, 1 N = 1 kg × 1 m / s ² diz que um newton é a força necessária para acelerar uma massa de um quilograma a um metro por segundo ao quadrado , conforme relacionado através do princípio de coerência à equação que relaciona as quantidades correspondentes : F = m × a .

As unidades derivadas aplicam-se a quantidades derivadas, que podem, por definição, ser expressas em termos de quantidades básicas e, portanto, não são independentes; por exemplo, a condutância elétrica é o inverso da resistência elétrica , com a consequência de que o siemens é o inverso do ohm e, da mesma forma, o ohm e o siemens podem ser substituídos por uma razão de um ampere e um volt, porque essas quantidades carregam um relacionamento definido entre si. ^[be] Outras grandezas derivadas úteis podem ser especificadas em termos da base SI e unidades derivadas que não têm unidades nomeadas no sistema SI, como a aceleração, que é definida em unidades SI como m / s ² .

Unidades básicas

As unidades básicas do SI são os blocos de construção do sistema e todas as outras unidades são derivadas delas.

Unidades derivadas

As unidades derivadas no SI são formadas por potências, produtos ou quocientes das unidades básicas e são potencialmente ilimitadas em número. ^{[29] : 103 [40] : 14,16} Unidades derivadas estão associadas a quantidades derivadas; por exemplo, velocidade é uma quantidade derivada das quantidades básicas de tempo e comprimento e, portanto, a unidade derivada do SI é metro por segundo (símbolo m / s). As dimensões das unidades derivadas podem ser expressas em termos das dimensões das unidades básicas.

Combinações de unidades básicas e derivadas podem ser usadas para expressar outras unidades derivadas. Por exemplo, a unidade SI de força é o newton (N), a unidade SI de pressão é o pascal (Pa) - e o pascal pode ser definido como um newton por metro quadrado (N / m ² ). ^[43]

Prefixos

Prefixos são adicionados aos nomes das unidades para produzir múltiplos e submúltiplos da unidade original. Todos esses são potências inteiras de dez, e acima de cem ou abaixo de um centésimo todos são potências inteiras de mil. Por exemplo, quilo- denota um múltiplo de mil e mili- denota um múltiplo de um milésimo, então há mil milímetros para o metro e mil metros para o quilômetro. Os prefixos nunca são combinados, então, por exemplo, um milionésimo de metro é um micrômetro , não um milimilímetro. Os múltiplos do quilograma são nomeados como se o grama fosse a unidade básica, portanto, um milionésimo de um quilograma é um miligrama , não um microquilograma. ^{[29] : 122 [44] : 14} Quando os prefixos são usados ​​para formar múltiplos e submúltiplos da base do SI e unidades derivadas, as unidades resultantes não são mais coerentes. ^{[29] : 7}

O BIPM especifica 20 prefixos para o Sistema Internacional de Unidades (SI):

Unidades não SI aceitas para uso com SI

Muitas unidades fora do SI continuam a ser usadas na literatura científica, técnica e comercial. Algumas unidades estão profundamente enraizadas na história e na cultura, e seu uso não foi totalmente substituído por suas alternativas de SI. O CIPM reconheceu e reconheceu tais tradições, compilando uma lista de unidades não-SI aceitas para uso com SI : ^[29]

Embora não seja uma unidade SI, o litro pode ser usado com unidades SI. É equivalente a (10 cm) ³  = (1 dm) ³  = 10 ⁻³  m ³ .

Algumas unidades de tempo, ângulo e unidades legadas não SI têm um longo histórico de uso. A maioria das sociedades usou o dia solar e suas subdivisões não decimais como base de tempo e, ao contrário do pé ou da libra , estes eram os mesmos, independentemente de onde estavam sendo medidos. O radiano , sendo 1/2πde uma revolução, tem vantagens matemáticas, mas raramente é usado para navegação. Além disso, as unidades usadas na navegação ao redor do mundo são semelhantes. A tonelada , o litro e o hectare foram adotados pela CGPM em 1879 e foram mantidos como unidades que podem ser usadas junto com as unidades do SI, tendo recebido símbolos exclusivos. As unidades catalogadas são fornecidas abaixo:

Essas unidades são usadas em combinação com unidades SI em unidades comuns, como quilowatt-hora (1 kW⋅h = 3,6 MJ).

Noções comuns das unidades métricas

As unidades básicas do sistema métrico, conforme originalmente definidas, representavam quantidades ou relacionamentos comuns na natureza. Ainda o fazem - as quantidades modernas precisamente definidas são refinamentos de definição e metodologia, mas ainda com as mesmas magnitudes. Nos casos em que a precisão laboratorial pode não ser exigida ou disponível, ou onde as aproximações são boas o suficiente, as definições originais podem ser suficientes. ^[bf]

• Um segundo é 1/60 de um minuto, que é 1/60 de uma hora, que é 1/24 de um dia, então um segundo é 1/86400 de um dia (o uso da base 60 remonta aos tempos da Babilônia) ; um segundo é o tempo que leva para um objeto denso cair livremente 4,9 metros do repouso. ^[bg]
• O comprimento do equador é próximo a40 000 000  m (mais precisamente40 075 014 .2 m ). ^[45] Na verdade, as dimensões do nosso planeta foram usadas pela Academia Francesa na definição original do metro. ^[46]
• O metro está próximo do comprimento de um pêndulo que tem um período de 2 segundos ; ^{[bh] a} maioria das mesas de jantar tem cerca de 0,75 metros de altura; ^[47] um humano muito alto (atacante de basquete) tem cerca de 2 metros de altura. ^[48]
• O quilograma é a massa de um litro de água fria; um centímetro cúbico ou mililitro de água tem uma massa de um grama; uma moeda de 1 euro pesa 7,5 g; ^[49] uma moeda Sacagawea de 1 dólar dos EUA pesa 8,1 g; ^[50] uma moeda de 50 pence do Reino Unido pesa 8,0 g. ^[51]
• Uma candela tem a intensidade luminosa de uma vela moderadamente brilhante, ou a potência de 1 vela; uma lâmpada incandescente de filamento de tungstênio de 60 W tem uma intensidade luminosa de cerca de 64 candelas. ^[bi]
• Um mol de uma substância tem uma massa que é sua massa molecular expressa em unidades de gramas; a massa de uma mol de carbono é 12,0 g, e a massa de uma mol de sal de cozinha é 58,4 g.
• Uma vez que todos os gases têm o mesmo volume por mol a uma dada temperatura e pressão longe de seus pontos de liquefação e solidificação (ver gás perfeito ), e o ar tem cerca de 1/5 de oxigênio (massa molecular 32) e 4/5 de nitrogênio (massa molecular 28), a densidade de qualquer gás quase perfeito em relação ao ar pode ser obtida com uma boa aproximação dividindo sua massa molecular por 29 (porque 4/5 × 28 + 1/5 × 32 = 28,8 ≈ 29). Por exemplo, o monóxido de carbono (massa molecular 28) tem quase a mesma densidade do ar.
• Uma diferença de temperatura de um Kelvin é igual a um grau Celsius: 1/100 da diferença de temperatura entre os pontos de congelamento e ebulição da água ao nível do mar; a temperatura absoluta em kelvins é a temperatura em graus Celsius mais cerca de 273; a temperatura do corpo humano é de cerca de 37 ° C ou 310 K.
• Uma lâmpada incandescente de 60 W avaliada em 120 V (tensão da rede elétrica dos EUA) consome 0,5 A nesta tensão. Uma lâmpada de 60 W avaliada em 240 V (tensão de rede europeia) consome 0,25 A nesta tensão. ^[bj]

Nomes de unidades

Os nomes das unidades são substantivos comuns , usam o conjunto de caracteres e seguem as regras gramaticais da linguagem de contexto. Por exemplo, em inglês e francês, eles começam com uma letra minúscula (por exemplo, newton, hertz, pascal), mesmo quando a unidade recebe o nome de uma pessoa e seu símbolo começa com uma letra maiúscula. ^{[29] : 148} Isso também se aplica a "graus Celsius", ^[bk], uma vez que "graus" é o início da unidade. ^{[53] [54]} As únicas exceções são no início das frases e nos cabeçalhos e títulos de publicações . ^{[29] : 148} A grafia em inglês para certas unidades do SI difere: o inglês americano usa a grafia deka- , metro e litro , enquanto o inglês internacional usa deca- , metro e litro .

Símbolos de unidade e os valores das quantidades

Os símbolos das unidades do SI devem ser únicos e universais, independentemente da linguagem do contexto. ^{[29] : 130–135} O folheto SI tem regras específicas para escrevê-los. ^{[29] : 130–135} A diretriz produzida pelo National Institute of Standards and Technology (NIST) ^[55] esclarece detalhes específicos do idioma para o inglês americano que não foram deixados claros pelo SI Brochure, mas de outra forma é idêntica ao SI Brochure. ^[56]

Regras gerais

As regras gerais ^[bl] para escrever unidades e quantidades SI aplicam-se ao texto que é escrito à mão ou produzido usando um processo automatizado:

• O valor de uma quantidade é escrito como um número seguido por um espaço (representando um sinal de multiplicação) e um símbolo de unidade; por exemplo, 2,21 kg,7,3 × 10 ²  m ² , 22 K. Esta regra inclui explicitamente o sinal de porcentagem (%) ^{[29] : 134} e o símbolo para graus Celsius (° C). ^{[29] : 133} As exceções são os símbolos para graus angulares planos, minutos e segundos (°, ′ e ″, respectivamente), que são colocados imediatamente após o número sem espaço intermediário.
• Os símbolos são entidades matemáticas, não abreviações e, como tal, não têm um ponto final / ponto final anexado (.), A menos que as regras gramaticais exijam um por outro motivo, como denotar o final de uma frase.
• Um prefixo é parte da unidade e seu símbolo é anexado a um símbolo de unidade sem um separador (por exemplo, k em km, M em MPa, G em GHz, μ em μg). Prefixos compostos não são permitidos. Uma unidade prefixada é atômica em expressões (por exemplo, km ² é equivalente a (km) ² ).
• Os símbolos de unidade são escritos usando o tipo romano (vertical), independentemente do tipo usado no texto circundante.
• Os símbolos para unidades derivadas formadas por multiplicação são unidos com um ponto central (⋅) ou um espaço ininterrupto; por exemplo, N⋅m ou Nm.
• Os símbolos para unidades derivadas formadas por divisão são unidos com um solidus (/), ou dados como um expoente negativo . Por exemplo, o "metro por segundo" pode ser escrito m / s, m s ⁻¹ , m⋅s ⁻¹ ou m/s. Um solidus seguido sem parênteses por um ponto central (ou espaço) ou um solidus é ambíguo e deve ser evitado; por exemplo, kg / (m⋅s ² ) e kg⋅m ⁻¹ ⋅s ⁻² são aceitáveis, mas kg / m / s ² é ambíguo e inaceitável.

Na expressão de aceleração devido à gravidade, um espaço separa o valor e as unidades, tanto o 'm' quanto o 's' são minúsculos porque nem o metro nem o segundo têm o nome de pessoas, e a exponenciação é representada com um sobrescrito ' 2 '.

• A primeira letra dos símbolos das unidades derivadas do nome de uma pessoa é escrita em maiúsculas ; caso contrário, eles são escritos em minúsculas . Por exemplo, a unidade de pressão é nomeada após Blaise Pascal , então seu símbolo é escrito "Pa", mas o símbolo para mole é escrito "mol". Assim, "T" é o símbolo de tesla , uma medida da força do campo magnético , e "t" o símbolo da tonelada , uma medida de massa . Desde 1979, o litro pode excepcionalmente ser escrito usando um "L" maiúsculo ou um "l" minúsculo, uma decisão motivada pela semelhança da letra "l" minúscula com o numeral "1", especialmente com certos tipos de letras ou inglês. caligrafia de estilo. O NIST americano recomenda que, nos Estados Unidos, seja usado "L" em vez de "l".
• Os símbolos não têm uma forma plural, por exemplo, 25 kg, mas não 25 kg.
• Prefixos maiúsculos e minúsculos não são intercambiáveis. Por exemplo, as quantidades de 1 mW e 1 MW representam duas quantidades diferentes (miliwatt e megawatt).
• O símbolo do marcador decimal é um ponto ou vírgula na linha. Na prática, o ponto decimal é usado na maioria dos países de língua inglesa e na maior parte da Ásia, e a vírgula na maior parte da América Latina e nos países da Europa continental . ^[57]
• Os espaços devem ser usados ​​como um separador de milhares (1 000 000 ), em contraste com vírgulas ou períodos (1.000.000 ou 1.000.000) para diminuir a confusão resultante da variação entre estas formas em diferentes países.
• Qualquer quebra de linha dentro de um número, dentro de uma unidade composta ou entre número e unidade deve ser evitada. Onde isso não for possível, as quebras de linha devem coincidir com milhares de separadores.
• Como o valor de "bilhão" e "trilhão" varia entre os idiomas , os termos adimensionais "ppb" (partes por bilhão ) e "ppt" (partes por trilhão ) devem ser evitados. O folheto SI não sugere alternativas.

Impressão de símbolos SI

As regras que cobrem a impressão de quantidades e unidades fazem parte da ISO 80000-1: 2009. ^[58]

Outras regras ^[bl] são especificadas em relação à produção de texto usando impressoras , processadores de texto , máquinas de escrever e semelhantes.

Folheto SI

Capa da brochura O Sistema Internacional de Unidades

A CGPM publica um folheto que define e apresenta o SI. ^[29] Sua versão oficial é em francês, de acordo com a Convenção do Metro . ^{[29] : 102} Isso deixa algum espaço para variações locais, particularmente em relação a nomes de unidades e termos em diferentes idiomas. ^{[bm] [40]}

A redação e manutenção do folheto CGPM são realizadas por um dos comitês do Comitê Internacional de Pesos e Medidas (CIPM). As definições dos termos "quantidade", "unidade", "dimensão" etc. que são usados ​​na brochura SI são aquelas fornecidas no vocabulário internacional de metrologia . ^[59]

As quantidades e equações que fornecem o contexto no qual as unidades do SI são definidas são agora chamadas de Sistema Internacional de Quantidades (ISQ). O ISQ é baseado nas quantidades subjacentes a cada uma das sete unidades básicas do SI . Outras grandezas, como área , pressão e resistência elétrica , são derivadas dessas grandezas básicas por equações claras não contraditórias. O ISQ define as quantidades que são medidas com as unidades SI. ^[60] O ISQ é formalizado, em parte, no padrão internacional ISO / IEC 80000 , que foi concluído em 2009 com a publicação da ISO 80000-1 , ^[61] e foi amplamente revisado em 2019-2020, sendo o restante sob revisão.

Esfera de silício para o projeto Avogadro usada para medir a constante de Avogadro para uma incerteza padrão relativa de 2 × 10 ⁻⁸ ou menos, realizada por Achim Leistner ^[62]

Os metrologistas distinguem cuidadosamente entre a definição de uma unidade e sua realização. A definição de cada unidade básica do SI é elaborada de forma que seja única e forneça uma base teórica sólida sobre a qual as medições mais precisas e reproduzíveis podem ser feitas. A realização da definição de uma unidade é o procedimento pelo qual a definição pode ser usada para estabelecer o valor e a incerteza associada de uma quantidade do mesmo tipo da unidade. Uma descrição da mise en pratique ^[bn] das unidades básicas é fornecida em um apêndice eletrônico do folheto SI. ^{[63] [29] : 168-169}

A mise en pratique publicada não é a única maneira pela qual uma unidade básica pode ser determinada: a brochura SI afirma que "qualquer método consistente com as leis da física pode ser usado para realizar qualquer unidade SI". ^{[29] : 111} No atual exercício (2016) de revisão das definições das unidades de base , vários comitês consultivos do CIPM exigiram que mais de uma mise en pratique seja desenvolvida para determinar o valor de cada unidade. ^[64] Em particular:

• Pelo menos três experimentos separados devem ser realizados produzindo valores com uma incerteza padrão relativa na determinação do quilograma de não mais do que5 × 10 ⁻⁸ e pelo menos um desses valores deve ser melhor do que2 × 10 ⁻⁸ . Tanto a balança Kibble quanto o projeto Avogadro devem ser incluídos nos experimentos e quaisquer diferenças entre eles devem ser reconciliadas. ^{[65] [66]}
• Quando o kelvin está sendo determinado, a incerteza relativa da constante de Boltzmann derivada de dois métodos fundamentalmente diferentes, como termometria de gás acústica e termometria de gás de constante dielétrica, é melhor do que uma parte em10 ⁻⁶ e que esses valores sejam corroborados por outras medidas. ^[67]

Mudanças no SI

O Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM) descreveu o SI como "a forma moderna de sistema métrico". ^{[29] : 95 A} mudança na tecnologia levou a uma evolução das definições e padrões que seguiram duas vertentes principais - mudanças no próprio SI e esclarecimento de como usar unidades de medida que não fazem parte do SI, mas ainda são usadas em uma base mundial.

Desde 1960, o CGPM fez uma série de alterações no SI para atender às necessidades de campos específicos, notadamente química e radiometria. Estes são principalmente adições à lista de unidades derivadas nomeadas e incluem o mol (símbolo mol) para uma quantidade de substância, o pascal (símbolo Pa) para pressão , o siemens (símbolo S) para condutância elétrica, o becquerel (símbolo Bq ) para " atividade referida a um radionuclídeo ", o cinza (símbolo Gy) para radiação ionizante, o sievert (símbolo Sv) como a unidade de radiação equivalente à dose e o katal (símbolo kat) para atividade catalítica . ^{[29] : 156 [68] [29] : 156 [29] : 158 [29] : 159 [29] : 165}

O intervalo de prefixos definidos pico- (10 ⁻¹² ) a tera- (10 ¹² ) foi estendido para 10 ⁻²⁴ a 10 ²⁴ . ^{[29] : 152 [29] : 158 [29] : 164}

A definição de 1960 do metro padrão em termos de comprimentos de onda de uma emissão específica do átomo de criptônio-86 foi substituída pela distância que a luz viaja no vácuo exatamente 1/299 792 458 segundo, para que a velocidade da luz seja agora uma constante da natureza exatamente especificada.

Algumas mudanças nas convenções de notação também foram feitas para aliviar as ambigüidades lexicográficas. Uma análise sob a égide do CSIRO , publicada em 2009 pela Royal Society , apontou as oportunidades para finalizar a concretização desse objetivo, ao ponto da legibilidade universal por máquina de ambiguidade zero. ^[69]

Redefinições de 2019

Dependências reversas das unidades de base do SI em sete constantes físicas , às quais são atribuídos valores numéricos exatos na redefinição de 2019. Ao contrário das definições anteriores, as unidades básicas são todas derivadas exclusivamente de constantes da natureza. As setas são mostradas na direção oposta em comparação com os gráficos de dependência típicos , ou seja, ${\ displaystyle a \ rightarrow b}$ neste gráfico significa ${\ displaystyle b}$ depende de ${\ displaystyle a}$.

Depois que o metro foi redefinido em 1960, o Protótipo Internacional do Quilograma (IPK) foi o único artefato físico do qual unidades básicas (diretamente o quilograma e indiretamente o ampere, toupeira e candela) dependiam para sua definição, tornando essas unidades sujeitas a avaliações periódicas comparações de quilogramas padrão nacionais com o IPK. ^[70] Durante a 2ª e 3ª Verificação Periódica de Protótipos Nacionais do Quilograma, uma divergência significativa ocorreu entre a massa do IPK e todas as suas cópias oficiais armazenadas em todo o mundo: todas as cópias aumentaram visivelmente em massa em relação a o IPK. Durante as verificações extraordinárias realizadas em 2014, preparatórias para a redefinição dos padrões métricos, a continuação da divergência não foi confirmada. No entanto, a instabilidade residual e irredutível de um IPK físico minou a confiabilidade de todo o sistema métrico para medições de precisão de escalas pequenas (atômicas) a grandes (astrofísicas).

Foi feita uma proposta que: ^[71]

• Além da velocidade da luz, quatro constantes da natureza - a constante de Planck , uma carga elementar , a constante de Boltzmann e a constante de Avogadro - podem ser definidas para ter valores exatos
• O Protótipo Internacional do Quilograma seja aposentado
• As definições atuais de quilograma, ampere, Kelvin e mole devem ser revisadas
• O texto das definições da unidade base deve mudar a ênfase de unidade explícita para definições explícitas de constantes.

As novas definições foram adotadas na 26ª CGPM em 16 de novembro de 2018 e entraram em vigor em 20 de maio de 2019. ^[72] A alteração foi adotada pela União Europeia através da Diretiva (UE) 2019/1258. ^[73]

Pedra marcando a fronteira austro-húngara / italiana em Pontebba exibindo miriametres , uma unidade de 10 km usada na Europa Central no século 19 (mas desde então obsoleta ) ^[74]

A improvisação de unidades

As unidades e magnitudes unitárias do sistema métrico que se tornou o SI foram improvisadas gradativamente a partir de quantidades físicas diárias a partir de meados do século XVIII. Só mais tarde eles foram moldados em um sistema decimal coerente ortogonal de medição.

O grau centígrado como uma unidade de temperatura resultou da escala criada pelo astrônomo sueco Anders Celsius em 1742. Sua escala, contra-intuitivamente, designava 100 como o ponto de congelamento da água e 0 como o ponto de ebulição. De forma independente, em 1743, o físico francês Jean-Pierre Christin descreveu uma escala com 0 como o ponto de congelamento da água e 100 como o ponto de ebulição. A escala ficou conhecida como escala centi-grade, ou 100 gradações de temperatura.

O sistema métrico foi desenvolvido a partir de 1791 por um comitê da Academia Francesa de Ciências , encarregado de criar um sistema de medidas unificado e racional. ^[75] O grupo, que incluía homens de ciência franceses proeminentes, ^{[76] : 89} usaram os mesmos princípios para relacionar comprimento, volume e massa que foram propostos pelo clérigo inglês John Wilkins em 1668 ^{[77] [78]} e o conceito de usar o meridiano da Terra como base para a definição de comprimento, originalmente proposto em 1670 pelo abade francês Mouton . ^{[79] [80]}

Carl Friedrich Gauss

Em março de 1791, a Assembleia adotou os princípios propostos pelo comitê para o novo sistema decimal de medida, incluindo o metro definido como 1 / 10.000.000 do comprimento do quadrante do meridiano da Terra passando por Paris, e autorizou uma pesquisa para estabelecer com precisão o comprimento de o meridiano. Em julho de 1792, o comitê propôs os nomes metro , are , litro e sepultura para as unidades de comprimento, área, capacidade e massa, respectivamente. O comitê também propôs que múltiplos e submúltiplos dessas unidades fossem denotados por prefixos decimais, como centi para centésimo e quilo para mil. ^{[81] : 82}

Thomson

Maxwell

William Thomson (Lord Kelvin) e James Clerk Maxwell desempenharam um papel proeminente no desenvolvimento do princípio de coerência e na nomeação de muitas unidades de medida. ^{[82] [83] [84] [85] [86]}

Posteriormente, durante o processo de adoção do sistema métrico, o grama latino e o quilograma , substituíram os antigos termos provinciais gravet (1/1000 sepultura ) e sepultura . Em junho de 1799, com base nos resultados da pesquisa de meridiano, o padrão mètre des Archives e o kilogram des Archives foram depositados nos Arquivos Nacionais da França . Posteriormente, naquele ano, o sistema métrico foi adotado por lei na França. ^{[87] [88]} O sistema francês teve vida curta devido à sua impopularidade. Napoleão ridicularizou-o e, em 1812, introduziu um sistema de substituição, as medidas usuelles ou "medidas habituais" que restauraram muitas das unidades antigas, mas redefinidas em termos do sistema métrico.

Durante a primeira metade do século 19, havia pouca consistência na escolha dos múltiplos preferidos das unidades de base: normalmente o miriametre (10 000  metros) estava em uso difundido na França e partes da Alemanha, enquanto o quilograma (1000 gramas) em vez do miriagrama foi usado para a massa. ^[74]

Em 1832, o matemático alemão Carl Friedrich Gauss , auxiliado por Wilhelm Weber , definiu implicitamente a segunda como uma unidade base quando citou o campo magnético da Terra em termos de milímetros, gramas e segundos. ^[82] Antes disso, a força do campo magnético da Terra havia sido descrita apenas em termos relativos . A técnica usada por Gauss era igualar o torque induzido em um ímã suspenso de massa conhecida pelo campo magnético da Terra com o torque induzido em um sistema equivalente sob a gravidade. Os cálculos resultantes permitiram-lhe atribuir dimensões com base na massa, comprimento e tempo para o campo magnético. ^{[bo] [89]}

Uma vela como uma unidade de iluminância foi originalmente definida por uma lei inglesa de 1860 como a luz produzida por uma vela de espermacete puro pesando 1 ⁄ 6 libras (76 gramas) e queima a uma taxa específica. O espermacete, uma substância cerosa encontrada na cabeça dos cachalotes, já foi usado para fazer velas de alta qualidade. Nessa época, o padrão de luz francês baseava-se na iluminação de uma lamparina Carcel . A unidade foi definida como aquela iluminação proveniente de uma lâmpada queimando óleo de colza puroa uma taxa definida. Aceitava-se que dez velas padrão eram quase iguais a uma lâmpada Carcel.

Convenção do Medidor

Uma iniciativa de inspiração francesa para a cooperação internacional em metrologia levou à assinatura em 1875 da Convenção do Metro , também chamada de Tratado do Metro, por 17 nações. ^{[bp] [76] : 353–354} Inicialmente, a convenção cobria apenas os padrões para o metro e o quilograma. Em 1921, a Convenção do Medidor foi estendida para incluir todas as unidades físicas, incluindo o ampere e outras, permitindo assim que a CGPM resolvesse as inconsistências na forma como o sistema métrico tinha sido usado. ^{[83] [29] : 96}

Um conjunto de 30 protótipos do metro e 40 protótipos do quilograma, ^[bq] em cada caso feito de uma liga de 90% platina -10% irídio , foram fabricados pela empresa britânica de especialidades em metalurgia ^(quem?) E aceitos pela CGPM em 1889. Um de cada foi selecionado aleatoriamente para se tornar o medidor de protótipo internacional e o quilograma de protótipo internacional que substituíram o mètre des Archives e o quilogram des Archives, respectivamente. Cada estado membro tinha direito a um de cada um dos protótipos restantes para servir de protótipo nacional para aquele país. ^[90]

O tratado também estabeleceu uma série de organizações internacionais para supervisionar a manutenção de padrões internacionais de medição. ^{[91] [br]}

Os sistemas CGS e MKS

Imagem aproximada do Medidor Nacional de Protótipo, número de série 27, alocado para os Estados Unidos

Na década de 1860, James Clerk Maxwell , William Thomson (mais tarde Lord Kelvin) e outros trabalhando sob os auspícios da Associação Britânica para o Avanço da Ciência , desenvolveram o trabalho de Gauss e formalizaram o conceito de um sistema coerente de unidades com unidades básicas e derivadas unidades batizaram de sistema de unidades centímetro-grama-segundo em 1874. O princípio de coerência foi usado com sucesso para definir um número de unidades de medida com base no CGS, incluindo o erg para energia , o dine para força , a barye para pressão , o equilíbrio para a viscosidade dinâmica e os stokes de viscosidade cinemática . ^[85]

Em 1879, o CIPM publicou recomendações para escrever os símbolos de comprimento, área, volume e massa, mas estava fora de seu domínio publicar recomendações para outras quantidades. Começando por volta de 1900, os físicos que usavam o símbolo "μ" (mu) para "micrômetro" ou "mícron", "λ" (lambda) para "microlitro" e "γ" (gama) para "micrograma" começaram para usar os símbolos "μm", "μL" e "μg". ^[92]

No final do século 19, existiam três sistemas diferentes de unidades de medida para medições elétricas: um sistema baseado em CGS para unidades eletrostáticas , também conhecido como sistema Gaussiano ou ESU, um sistema baseado em CGS para unidades eletromecânicas (EMU) e um sistema Sistema internacional baseado em unidades definidas pela Convenção do Medidor. ^[93] para sistemas de distribuição elétrica. As tentativas de resolver as unidades elétricas em termos de comprimento, massa e tempo usando a análise dimensional foram cercadas de dificuldades - as dimensões dependiam de se usava os sistemas ESU ou EMU. ^[86] Esta anomalia foi resolvida em 1901, quando Giovanni Giorgi publicou um artigo no qual ele defendia o uso de uma quarta unidade de base ao lado das três unidades de base existentes. A quarta unidade pode ser escolhida para ser corrente elétrica , voltagem ou resistência elétrica . ^[94] A corrente elétrica com a unidade nomeada 'ampere' foi escolhida como a unidade base, e as outras grandezas elétricas derivadas dela de acordo com as leis da física. Essa se tornou a base do sistema de unidades MKS.

No final do século 19 e no início do século 20, uma série de unidades de medida não coerentes com base no grama / quilograma, centímetro / metro e segundo, como o Pferdestärke (potência métrica) para potência , ^{[95] [bs]} o darcy para permeabilidade ^[96] e " milímetros de mercúrio " para pressão barométrica e sanguínea foram desenvolvidos ou propagados, alguns dos quais incorporaram a gravidade padrão em suas definições. ^[bt]

No final da Segunda Guerra Mundial , vários sistemas diferentes de medição estavam em uso em todo o mundo. Alguns desses sistemas eram variações do sistema métrico; outros eram baseados em sistemas de medida consuetudinários , como o sistema consuetudinário dos Estados Unidos e o sistema imperial do Reino Unido e do Império Britânico.

O sistema prático de unidades

Em 1948, a 9ª CGPM encomendou um estudo para avaliar as necessidades de medição das comunidades científica, técnica e educacional e "fazer recomendações para um único sistema prático de unidades de medição, adequado para adoção por todos os países aderentes à Convenção do Medidor" . ^[97] Este documento de trabalho foi Sistema prático de unidades de medida . Com base nesse estudo, a 10ª CGPM em 1954 definiu um sistema internacional derivado de seis unidades básicas, incluindo unidades de temperatura e radiação óptica, além das unidades de massa, comprimento e tempo do sistema MKS e unidade atual de Giorgi . Seis unidades básicas foram recomendadas: metro, quilograma, segundo, ampere, grau Kelvin e candela.

A 9ª CGPM também aprovou a primeira recomendação formal para a escrita de símbolos no sistema métrico quando as bases das regras como são agora conhecidas foram estabelecidas. ^[98] Essas regras foram posteriormente estendidas e agora cobrem símbolos e nomes de unidades, símbolos de prefixo e nomes, como os símbolos de quantidade devem ser escritos e usados, e como os valores das quantidades devem ser expressos. ^{[29] : 104.130}

Nascimento do SI

Em 1960, a 11ª CGPM sintetizou os resultados do estudo de 12 anos em um conjunto de 16 resoluções. O sistema foi denominado Sistema Internacional de Unidades , abreviado SI do nome francês, Le Système International d'Unités . ^{[29] : 110 [99]}

Definições históricas

Quando Maxwell introduziu pela primeira vez o conceito de um sistema coerente, ele identificou três quantidades que poderiam ser usadas como unidades básicas: massa, comprimento e tempo. Posteriormente, Giorgi identificou a necessidade de uma unidade de base elétrica, para a qual a unidade de corrente elétrica foi escolhida para o SI. Outras três unidades básicas (para temperatura, quantidade de substância e intensidade luminosa) foram adicionadas posteriormente.

Os primeiros sistemas métricos definiam uma unidade de peso como unidade básica, enquanto o SI define uma unidade análoga de massa. No uso diário, eles são intercambiáveis, mas em contextos científicos a diferença é importante. A massa, estritamente a massa inercial, representa uma quantidade de matéria. Relaciona a aceleração de um corpo com a força aplicada pela lei de Newton , F = m × a : a força é igual à massa vezes a aceleração. Uma força de 1 N (newton) aplicada a uma massa de 1 kg irá acelerá-la a 1 m / s ² . Isso é verdade se o objeto está flutuando no espaço ou em um campo de gravidade, por exemplo, na superfície da Terra. Peso é a força exercida em um corpo por um campo gravitacional e, portanto, seu peso depende da força do campo gravitacional. O peso de uma massa de 1 kg na superfície da Terra é m × g ; massa vezes a aceleração da gravidade, que é 9,81 newtons na superfície da Terra e cerca de 3,5 newtons na superfície de Marte. Como a aceleração da gravidade é local e varia de acordo com a localização e altitude na Terra, o peso não é adequado para medições precisas de uma propriedade de um corpo, e isso torna uma unidade de peso inadequada como unidade base.

Embora o termo sistema métrico seja freqüentemente usado como um nome alternativo informal para o Sistema Internacional de Unidades, ^[103] existem outros sistemas métricos, alguns dos quais eram amplamente usados ​​no passado ou ainda são usados ​​em áreas específicas. Existem também unidades métricas individuais , como o sverdrup, que existem fora de qualquer sistema de unidades. A maioria das unidades dos outros sistemas métricos não são reconhecidas pelo SI. ^{[bw] [por]}

Aqui estão alguns exemplos. O sistema centímetro-grama-segundo (CGS) foi o sistema métrico dominante nas ciências físicas e na engenharia elétrica desde 1860 até pelo menos 1960, e ainda está em uso em alguns campos. Ele inclui unidades tais SI-não reconhecidos como a gal , dina , erg , barye , etc, na sua mecânica sector, bem como o equilíbrio e Stokes em dinâmica de fluidos. Quando se trata de unidades para grandezas em eletricidade e magnetismo, existem várias versões do sistema CGS. Dois deles são obsoletos: o CGS eletrostático ('CGS-ESU', com as unidades SI não reconhecidas de statcoulomb , statvolt , statampere , etc.) e o sistema eletromagnético CGS ('CGS-EMU', com abampere , abcoulomb , oersted , maxwell , abhenry , gilbert , etc.). ^[bz] Uma 'mistura' desses dois sistemas ainda é popular e é conhecida como o sistema Gaussiano (que inclui o gauss como um nome especial para a unidade CGS-EMU maxwell por centímetro quadrado). ^[ca]

Na engenharia (exceto engenharia elétrica), havia antigamente uma longa tradição de uso do sistema métrico gravitacional , cujas unidades SI não reconhecidas incluem o quilograma-força (quilopond), atmosfera técnica , potência métrica , etc. O metro-tonelada-segundo (mts) sistema, usado na União Soviética de 1933 a 1955, tinha unidades SI não reconhecidas como sthène , pièze , etc. Outros grupos de unidades métricas SI não reconhecidas são as várias unidades legadas e CGS relacionadas à radiação ionizante ( rutherford , curie , roentgen , rad , rem , etc.), radiometria ( langley , jansky ), fotometria ( phot , nox , stilb , nit , meter-candle, ^{[107] : 17} lambert , apostilb , skot , rodovalho , troland , talbot , candlepower , candle ), termodinâmica ( calorias ) e espectroscopia ( centímetro recíproco ).

O angstrom ainda é usado em vários campos. Algumas outras unidades métricas não reconhecidas do SI que não se enquadram em nenhuma das categorias já mencionadas incluem are , bar , celeiro , fermi , gradiano (gon, grad ou grau) , quilate métrico , mícron , milímetro de mercúrio , torr , milímetro (ou centímetro ou metro) de água , milimicron , mho , stere , unidade x , γ (unidade de massa) , γ (unidade de densidade de fluxo magnético) e λ (unidade de volume) . ^{[108] : 20–21} Em alguns casos, as unidades métricas SI não reconhecidas têm unidades SI equivalentes formadas pela combinação de um prefixo métrico com uma unidade SI coerente. Por exemplo,1  γ (unidade de densidade de fluxo magnético) =1 nT ,1 Gal =1 cm⋅s ⁻² ,1 bari =1  deci pascal , etc. (um grupo relacionado são as correspondências ^[bz] , como1 abampere ≘1  deca ampere ,1 abhenry ≘1  nano Henry , etc. ^[cb] ). Às vezes, não é nem mesmo uma questão de um prefixo métrico: a unidade não reconhecida do SI pode ser exatamente a mesma que uma unidade coerente do SI, exceto pelo fato de que o SI não reconhece o nome e o símbolo especiais. Por exemplo, o nit é apenas um nome SI não reconhecido para a unidade SI candela por metro quadrado e o talbot é um nome SI não reconhecido para o segundo lúmen da unidade SI . Freqüentemente, uma unidade métrica não SI está relacionada a uma unidade SI por meio de uma potência de dez fator, mas não aquela que tem um prefixo métrico, por exemplo1 din =10 ^-5  Newton ,1 Å =10 ^-10  m , etc. (e correspondências ^[BZ] como1 gauss ≘10 ⁻⁴  tesla ). Finalmente, existem unidades métricas cujos fatores de conversão para unidades SI não são potências de dez, por exemplo1 caloria =4.184  joules e1 quilograma-força =9,806 650  newtons . Algumas unidades métricas não reconhecidas do SI ainda são frequentemente usadas, por exemplo, a caloria (na nutrição), o rem (nos EUA), o jansky (na radioastronomia ), o centímetro recíproco (na espectroscopia), o gauss (na indústria) e as unidades CGS-Gaussian ^[ca] mais geralmente (em alguns subcampos da física), a potência métrica (para potência do motor, na Europa), o quilograma-força (para empuxo do motor de foguete, na China e às vezes na Europa), etc. Outros agora são raramente usados, como o sthène e o rutherford.

• Unidades fora do SI mencionadas no SI