"Un kilo y dos pancitos": el secreto de la masa y el peso, visto desde la física

Luciano Andreychuk
landreychuk@ellitoral.com

El ya famoso dicho “un kilo y dos pancitos” de Carlitos Balá —frase que usaba para decir que estaba “todo bien”— no cambiará. Un kilo seguirá siendo eso para la vida cotidiana, en las balanzas de los supermercados, las panaderías y las verdulerías. El kilogramo seguirá siendo equivalente a mil gramos (o a 1.000.000 de miligramos), y los dos pancitos saldrán de la buena fe del panadero.

Pero el punto, más allá de la muletilla del cómico y del panadero imaginario, es que la medición de kilogramo —entendido como unidad de masa y peso— podría cambiar este año, o mejor: podría reformularse al punto de alcanzar un máximo de precisión posible. A la historia la explica el Dr. en Física Raúl Urteaga (investigador adjunto del IFIS/Litoral, que depende del Conicet/UNL), y docente de la Fiq (UNL).

El físico dio un seminario que se llamó “¿Cuánto pesa un kilo?” para investigadores, becarios y público curioso. El título de por sí es llamativo. Y remite en parte a aquella pregunta capciosa de la escuela: ¿qué pesa más, un kilo de plumas o un kilo de plomo? Ambos kilos (de plumas y de plomo) pesan lo mismo, según la física, si se pesaran en una cámara al vacío y sin gravedad. Pero claro: en la práctica no pesan lo mismo.

Masa, peso, gravedad (y bizcochos en la Luna)

Urteaga empieza aclarando algo central: la masa, el peso y la fuerza gravitatoria son las cuestiones clave para entender a la unidad física del kilogramo. “En la vida cotidiana hay una confusión sobre esto; masa y peso que parecen lo mismo pero no lo son, y en física son elementos completamente distintos. Una cosa es la cantidad de masa que se mide (en un kilo), y otra es su peso (unidad de fuerza)”, dice al El Litoral.

El peso de un cuerpo proviene de su masa, pero fundamentalmente de la atracción gravitatoria de esa masa: “Ésa es la fuerza de atracción que hace que las cosas caigan y que tengan peso. Pongamos el ejemplo de un kilo de bizcochos, o de pan. Lo que se pone en la balanza es un kilo de masa. Y la balanza ‘compensa’ esa fuerza de atracción gravitatoria contra la Tierra, para que eso que está sopesando no se caiga. En la vida cotidiana decimos: ‘La fuerza de un kilo’, que está mal expresado”, aclara Urteaga.

Pero en la cotidianeidad no hay ni habrá ninguna confusión: siempre un kilo pesará lo mismo, mientras no nos salgamos de la Tierra y de su atracción gravitatoria. “Porque si nos fuéramos con esa misma balanza a la Luna, por ejemplo, el peso de ese kilo de bizcochos (o de pan) sería mucho menor, porque la atracción gravitatoria de la Luna es menor que en la Tierra”. Allí, ese peso (fuerza) es de 160 gramos, estima.

Y el científico se permite bromear: “Si compráramos un kilo de bizcochos en la Luna estaría genial, porque allí el panadero tendría que poner muchos más bizcochos que lo que nos ponen aquí, justamente para que la balanza perciba un kilo. Es decir, un mismo kilo podría pesar diferente, siempre en función de la atracción gravitatoria”, agrega con una sonrisa breve.

Si bien kilo-masa y kilo-peso en la cotidianeidad se usan indistintamente, y eso no va a cambiar —insiste Urteaga—, en física eso es diferente: masa y peso son cosas muy pero muy distintas. La fórmula científica es simple: el peso es el producto entre la masa de un cuerpo y la gravedad del Planeta (P=m*g).

El “patrón”

Y en esto de cuánto pesa un kilo, hace su aparición un kilogramo especial: el kilogramo “patrón”. Este objeto físico es una aleación de cilindro hecho de platino e iridio que está guardado bajo siete llaves en una bóveda de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, en Sèvres, Francia, desde hace unos 130 años. Es hasta ahora la unidad de medida más precisa del kilo, que integra el Sistema Internacional de Unidades (SI).

El kilogramo es la única unidad de las siete que figuran en el SI que tiene un patrón, un objeto físico. Las otras seis unidades son el metro (unidad de longitud), la unidad de tiempo; el kelvin (unidad de temperatura); el amper (unidad de corriente); el mol (unidad de materia) y la candela (unidad de intensidad luminosa).

La diferencia entre el kilo y las otras seis unidades de medición es que éstas no tienen un modelo patrón. “En todo el mundo hay equipos muy precisos para medir el tiempo o la intensidad de la luz, por caso. Pero si uno quiere estar absolutamente seguro de que un kilo de bizcochos es eso, un kilo, tiene que ir a compararlo con el cilindro que está en Francia. Claro, quién va a hacer semejante cosa”, vuelve a bromear Urteaga.

La novedad

¿Y qué podría pasar este año con ese kilogramo patrón celosamente guardado en Francia? “A finales de 2018 esa medida podría ser reformulada para lograr un kilogramo patrón mucho más exacto. Imaginate: de lograrse esto, el nuevo patrón de kilo sería 500 veces más preciso que las balanzas analíticas de medición que usamos en los laboratorios, y 5 millones de veces más preciso que la balanza del panadero que nos vendió el kilo de bizcocho o de pan”, vuelve sobre el didáctico ejemplo.

Esta redefinición del kilogramo patrón involucraría un experimento mediante el cual, y siguiendo una receta única universal, “podría fabricarse un nuevo kilogramo patrón en cualquier laboratorio del mundo. Es algo que se viene trabajando desde hace muchos años. Está todo dispuesto para que se realice ese cambio: es decir, que se reformule y se precise al extremo ese kilogramo patrón en el Sistema Internacional de Mediciones”, explica Urteaga.

La vida cotidiana

Pero con esto, ¿podría afectarse en la vida cotidiana lo que es un kilo hoy? “No, la idea es que no se afecte en nada de la vida común y corriente de la gente. El kilo seguirá siendo tal cual como lo conocemos hoy. La diferencia será a favor para la ciencia física: es decir, ya no tendremos que usar ese kilo patrón en Francia para verificar que un kilo (en laboratorio) sea efectivamente un kilo. Va a cambiar la actividad en laboratorios específicos de calibración de medidas, o de estándares que dependen de organismos de control de peso de medida”, dice el físico.

Ante este eventual cambio, la gran candidata es la “balanza de Watt”. Esta balanza lo que hace es lo siguiente: con patrones eléctricos calibrados (de voltaje y resistencia, muy exactos), puede ejercer una fuerza eléctrica sobre la masa del kilo. “Esta nueva balanza es súper precisa, y conoceríamos con precisión cuál es la fuerza eléctrica que estaría ejerciendo sobre esa balanza. Así, se podrá medir con extrema precisión la masa de ese kilo. Y el peso se determina midiendo la fuerza que hace ese kilo por la atracción gravitatoria”.

“Un laboratorio de física aquí en el país podría seguir esa ‘receta’ única para construir esa nueva balanza de medición, y que sea exactamente igual a otras que estén en cualquier lugar del mundo. Esto normalizaría las precisiones. Todos los sistemas de calibración en física serán mucho más precisos”, concluye.

Across the universe

—¿En qué campos científicos o tipos de investigaciones físicas podría tener implicancias esta nueva medición del kilogramo patrón?

—Esto quizás redunde en beneficios para quienes trabajan en el área de la mecánica cuántica. Esta balanza obtendría la medida más perfecta para la llamada “constante de Planck”, que es el argumento central y la base de la física cuántica. La precisión daría mejores predicciones sobre, por ejemplo, la observación y el entendimiento del universo. Es decir, previsiones del tipo cósmicas, cómo está compuesto y hasta la edad del universo.