Definición de metro (unidad)

1. Este artículo es sobre el metro (unidad). Para otros usos del término "metro", por favor vea "metro" (desambiguación). El metro (metro americano) es la unidad básica de medición de la longitud en el Sistema Internacional de Unidades (SI), comúnmente conocido como el sistema métrico. El metro se abrevia como m, que aparece después de la cantidad. El metro ha sido adoptado como la unidad fundamental de longitud en casi todos los países del mundo, con la notable excepción de los Estados Unidos.
   
   Actualmente, las unidades del SI definen el metro en términos de velocidad de la luz y el segundo, de tal manera que el metro es la longitud recorrida por la luz en el medio de referencia del vacío clásico en el intervalo de tiempo de 1/299 792 458 segundos.
   
   Una medición fácil de realizar y reproducible es uno de los principales objetivos de la metrología. La viabilidad de la adopción de un tiempo de vuelo como medida de la longitud depende fundamentalmente del hecho experimental de que la velocidad de la luz en el vacío es una constante universal dentro del error experimental. Su practicidad se ve reforzada por el hecho de que las correcciones introducidas mediante el uso de medios reales, como el vacío terrestre, o incluso el aire, son muy pequeñas.
   
   El metro es también la base de las unidades de área y volumen del SI, que son el metro cuadrado (m^2) y el metro cúbico (m^3), respectivamente.
   
   El pie se define en términos del metro como exactamente 0,3048 metros.
   
   
   
   Metro. CC
   
   
   

   Realizaciones

   
   
   El intento de elaborar una realización del metro para que sirva de longitud de referencia debe utilizar un medio real, por lo que la verificación de cualquier versión de laboratorio del "metro patrón" está sujeta a incertidumbres en la caracterización del medio, además de diversas incertidumbres de la interferometría, y a incertidumbres en la medición de la frecuencia de la fuente. Un medio de uso común es el aire, y el NIST ha establecido una calculadora en línea para convertir las longitudes de onda en el vacío en longitudes de onda en el aire. Tal como lo describe el NIST, en el aire las incertidumbres en la caracterización del medio están dominadas por errores en la búsqueda de la temperatura y la presión, y los errores en las fórmulas teóricas utilizadas son secundarios. Mediante la aplicación de una corrección del índice de refracción como ésta, se puede llevar a cabo una realización aproximada del metro patrón en el aire utilizando la formulación del metro como 1 579 800,762046±(3,3 × 10^-5) longitudes de onda de la luz láser de helio-neón en el vacío, por ejemplo, y convirtiendo las longitudes de onda en el vacío en longitudes de onda en el aire. (La incertidumbre en el número de longitudes de onda corresponde a una incertidumbre de Δf=10 kHz en la frecuencia del láser). Por supuesto, el aire es sólo un medio posible para establecer un metro estándar aproximado, y se puede utilizar cualquier vacío parcial, o alguna atmósfera inerte como el gas helio, siempre que se apliquen las correcciones adecuadas para el índice de refracción.
   
   

   Historia

   
   
   El metro se adoptó inicialmente como unidad de medida en Francia en 1790, durante la Revolución Francesa.
   
   La definición original del metro era la longitud de un péndulo con un medio período de 1 segundo, pero fue cambiada en 1791 para ser la longitud de una barra prototipo que se suponía que era 1/10 000 000 de la longitud del meridiano de París desde el polo norte hasta el ecuador. Desde entonces, el metro ha sido redefinido varias veces.
   
   Después de 1960 y hasta 1983, las longitudes se midieron en principio en términos del número de longitudes de onda de luz que se podían ajustar en ellas. La definición precisa del metro se estableció en el 11º CGPM de 1960 como 1 650 763,73 longitudes de onda de la línea 2p10-5d5 del criptón-86.
   
   En 1972 KM Evenson y sus colaboradores de la entonces Oficina Nacional de Normalización (NIST hoy en día) encontraron que la línea de criptón estándar era una función tan asimétrica de la frecuencia que se podían determinar varias opciones igualmente plausibles para las longitudes de onda, y sugirieron que se podían hacer mediciones 100 veces más precisas utilizando un láser He-Ne estabilizado con metano. Esa evaluación fue confirmada por otros. Estas incertidumbres en la determinación de la frecuencia de la fuente estándar específica de 1960, junto con las limitaciones en el uso de su longitud de onda particular, llevaron en 1983 (junto con otras consideraciones expuestas en la decisión final) al cambio a la norma independiente de la frecuencia basada en el tiempo de tránsito de la luz. Este cambio liberó la definición del metro de la restricción a cualquier fuente específica, permitiendo que la fuente se seleccionara para ajustarse a los requisitos de la medición en cuestión. Tal vez la principal ventaja del cambio de definición fue definir el metro de manera que no requiriera una nueva revisión a medida que avanzaban las fuentes de luz y la metodología de medición.
   
   Aunque hoy en día se utilizan mediciones del tiempo de tránsito, por ejemplo en métodos prácticos como el GPS, las mediciones de precisión de las longitudes intermedias se determinan comúnmente en las longitudes de onda λ de una fuente estándar y se convierten en metros utilizando la relación λ= c0 / f, donde c0 = 299 792 458m/s es la velocidad definida de la luz en el vacío clásico y f es la frecuencia de la fuente. Una consecuencia de la relación λ= c0 / f es que los errores de medición en la búsqueda de la frecuencia de la fuente se reflejan en la longitud de onda de la fuente, y para cualquier elección específica de la fuente comparten la misma incertidumbre estándar relativa. El BIPM mantiene una lista de fuentes estándar e incertidumbres de medición.
   
   La diferencia entre el uso actual del interferómetro y el del pasado es que la unidad de longitud de onda se convierte directamente en metros utilizando λ = c0 / f, en lugar del antiguo intermediario más propenso a errores de comparación con una fuente estándar seleccionada con una longitud de onda definida en metros. La comparación de fuentes que utilizan longitudes de onda introduce errores de interferómetro que no se introducen mediante una comparación directa de frecuencias. Un cambio añadido en la interferometría actual, sin relación con el cambio de definición, es que las fuentes actuales son mucho más estables y sus frecuencias son más conocidas.
   
   

   Medición práctica

   
   
   El siguiente tema es cómo se aplicará en la práctica la definición del metro. En primer lugar se examinan los métodos más utilizados: los métodos de tiempo de tránsito y los métodos del interferómetro. Para objetos como los cristales y las rejillas de difracción, se utilizan patrones de difracción. Sólo se mencionan otros métodos para la medición de pequeñas dimensiones.
   
   
   

   Otros sistemas de unidades

   
   
   En algunos sistemas de unidades, a diferencia del actual sistema del SI, las longitudes son unidades fundamentales (por ejemplo, las longitudes de onda en las antiguas unidades del SI y los bohrs en las unidades atómicas) y no se definen por los tiempos de tránsito. Sin embargo, incluso en esas unidades, la comparación de dos longitudes puede hacerse comparando los dos tiempos de tránsito de la luz a lo largo de las longitudes. Esa metodología de tiempo de vuelo puede o no ser más precisa que la determinación de una longitud como múltiplo de la unidad de longitud fundamental.
   
   

   Unidades tradicionales

   
   
   El pie se ha definido en los Estados Unidos para que sea exactamente igual a 0,3048 m, aunque una definición anterior del pie (survey foot) era de 1200/3937 m, lo que difiere de la definición actual en aproximadamente una parte de 500.000. La pulgada, siendo 1/12 pie, es exactamente 0,0254 m, o 2,54 cm.
   
   El moderno "pie chino", se ha definido para que equivalga exactamente a un tercio de metro. El chek de Hong Kong es exactamente 0,371475 m. El kanejaku japonés fue definido como 10/33 m en 1891.
   
   La vara española se fijó en unos 835,9 mm en 1801; sin embargo, la vara se definió en California como 838,2 mm (33 pulgadas), y en Texas como 846,666 mm (33 1/3 pulgadas).
   
   
   Origen etimológico de metro: proviene de la palabra griega μέτρον (que significa "medida").

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