Metro lineal
El metro (símbolo: m) es la unidad coherente de longitud del Sistema Internacional de Unidades. Se define como la distancia que recorre la luz en el vacío en un intervalo de 1/299 792 458 s.
El metro se definió originalmente en 1793 como una diez millonésima parte de la distancia desde el Ecuador hasta el polo norte a lo largo de un gran círculo, por lo que la circunferencia de la Tierra es aproximadamente 40 000 kilómetros. En 1799, el medidor se redefinió en términos de una barra de medidor prototipo (la barra real utilizada se cambió en 1889). En 1960, el medidor se redefinió en términos de un cierto número de longitudes de onda de una cierta línea de emisión de kriptón-86. La definición actual se adoptó en 1983 y se modificó ligeramente en 2002 para aclarar que el metro es una medida de longitud adecuada .
La palabra metro proviene del griego μέτρον (metron, medida); de aquí pasó al francés como mètre. Su utilización en el sentido moderno de unidad de medida fue introducida por el científico italiano Tito Livio Burattini en su obra Misura Universale de 1675 para cambiar de nombre a metro cattolico la medida universal propuesta por el filósofo inglés John Wilkins en 1668.
En 1668 Wilkins hizo su propuesta de medida universal utilizando la sugerencia de Christopher Wren de un péndulo con un semiperiodo de un segundo para medir una longitud estándar de 997 mm de longitud que había observado Christiaan Huygens.
Durante el siglo XVIII hubo dos tendencias predominantes respecto a la definición de la unidad estándar de longitud. Una de estas, siguiendo a Wilkins, sugería la definición del metro como la longitud de un péndulo con un semiperíodo de un segundo. Mientras tanto, la otra proponía una definición basada en la longitud del meridiano terrestre entre el ecuador y el polo norte: la diezmillonésima parte de la longitud de la mitad del meridiano terrestre. En 1791, la Academia de Ciencias de Francia optó por la segunda definición frente a la que se basaba en el péndulo porque la fuerza de la gravedad varía significativamente a lo largo de la superficie de la Tierra y esta variación afecta el periodo del péndulo.
El metro fue definido en 1791 por la Academia Francesa de las Ciencias como la diezmillonésima parte del cuadrante de un meridiano terrestre; concretamente, la distancia a través de la superficie de la Tierra desde el polo norte hasta el ecuador pasando por el meridiano de París (más precisamente por el observatorio de París). Este meridiano ya había sido medido con anterioridad en 1669 por Jean Picard (tramo París-Amiens), alargado hasta Dunkerque y Perpiñán en 1718 por Jean-Dominique Cassini (Giovanni Cassini) y revisado en 1739 por LaCaille. La Academia de Ciencias creó una comisión formada por Borde, Condorcet, Lagrange, Lavoisier, Tillet añadiéndose posteriormente Laplace y Monge que encargó a Pierre-François André Méchain (1744-1804) y Jean-Baptiste Joseph Delambre (1749-1822) efectuar las medidas geodésicas pertinentes para calcular el arco del meridiano y poder deducir la longitud del metro. La tarea de medida se alargó del 1792 al 1798, entre otras razones debido a las Guerras revolucionarias francesas. Estas medidas se llevaron a cabo en una primera fase entre Dunkerque y Barcelona. En concreto, el meridiano de París llega al mar en la playa de Ocata, en el Masnou. En una segunda fase las medidas se prolongaron hasta las Islas Baleares, entre los años 1806 y 1808. El científico norte-catalán Francesc Aragón, que explica en sus memorias que conoció Méchain cuando este medía el arco de meridiano por el Rossellón, fue uno de los miembros de la segunda expedición que completó, alargándolas hacia Alicante, Ibiza y Mallorca, las medidas que permitieron confirmar esta primera definición. Al estallar la guerra del Francés Francesc Aragón evitó el linchamiento gracias a su conocimiento del catalán pero se tuvo que refugiar en la prisión del castillo de Bellver con sus ayudantes y no pudieron volver a Francia hasta un año más tarde. En 1795, Francia adoptó el metro como unidad oficial de longitud.
A lo largo de toda la historia se llevaron a cabo intentos de unificación de las distintas medidas con el objetivo de simplificar los intercambios, facilitar el comercio y el cobro justo de impuestos. En la Revolución francesa de 1789, junto a otros desafíos considerados necesarios para los nuevos tiempos, se nombraron Comisiones de Científicos para uniformar los pesos y medidas, entre ellos está la longitud. La tarea fue ardua y complicada; se barajó como un patrón de la longitud de un péndulo de segundos a una latitud de 45°, pero acabaría descartándose por no ser un modelo completamente objetivo; se acordaría, por fin, medir un arco de meridiano para establecer, sobre él y por tanto sobre la propia Tierra, el patrón del metro. Los encargados de dicha medida fueron Jean-Baptiste Joseph Delambre y Pierre Méchain, quienes entre 1791 y 1798 y mediante un sistema de triangulación desde Dunkerque a Barcelona establecieron la medida de dicho arco de meridiano sobre la que se estableció el metro. Contaron con la colaboración del matemático y astrónomo español José Chaix Isniel, quien fue comisionado por el gobierno de España entre 1791 y 1793 para colaborar con el proyecto dirigido por Méchain.
Inicialmente esta unidad de longitud fue creada por la Academia de Ciencias de Francia en 1792 y definida como la diezmillonésima parte de la distancia que separa el polo norte de la línea del ecuador terrestre, a través de la superficie terrestre.
El 28 de septiembre de 1889, la Comisión Internacional de Pesos y Medidas adoptó nuevos prototipos para el metro y, después, para el kilogramo, los cuales se materializaron en un metro patrón de platino e iridio depositados en cofres situados en los subterráneos del pabellón de Breteuil en Sèvres, Oficina de Pesos y Medidas, en las afueras de París.
La 11.ª Conferencia de Pesos y Medidas adoptó una nueva definición del metro: «1 650 763,73 veces la longitud de onda en el vacío de la radiación naranja del átomo del criptón 86». La precisión era cincuenta veces superior a la del patrón de 1889. (Equivalencias: una braza = 2,09 m; un palmo = 0,2089 m).
Esta es la actual definición, se adoptó en 1983 por la 17.ª Conferencia General de Pesas y Medidas. Se define como la distancia que recorre la luz en el vacío en un intervalo de 1/299 792 458 s. Fijó la longitud del metro en función de segundos y de la velocidad de la luz:
Esta definición fija la velocidad de la luz en el vacío en exactamente a 299 792 458 m/s (metros por segundo). Una subproducto de la definición de la 17.ª CGPM fue que permitió a los científicos comparar sus láseres cuidadosamente utilizando frecuencia, el que resulta en longitudes de onda con una quinta parte de la incertidumbre involucrado en la comparación directa de longitudes de onda, gracias al hecho que los de errores de interferómetros fueron eliminados. Para facilitar todavía más la reproducibilidad de un laboratorio a la 17.ª CGPM también hizo la helio-neón láser de yodo estabilizado, "una radiación recomendada" para la realización del metro. Con el fin de delinear el metro, el BIPM actualmente considera la longitud de onda láser de HeNe tiene que ser de la siguiente manera: λHeNe = 632,991,212.58 fm con una incertidumbre estándar relativa estimada (U) de 2,1×10−11. Esta incertidumbre es actualmente un factor limitante en realizaciones de laboratorio del metro, y que es varios órdenes de magnitud más pobres que el de la segunda, en base a reloj atómico de fuente de cesio (1=U = 5×10−16). Por lo tanto, una realización del metro normalmente es delineado (no definido) hoy en día a los laboratorios como 1.579.800,762042(33) longitudes de onda de la luz láser de helio-neón en el vacío, el error indicado es solamente la de determinación de la frecuencia. Esta notación en claves expresando el error se explica en el artículo sobre la incertidumbre de medida.
La realización práctica del metro está sujeto a incertidumbres en la caracterización del medio, a varias incertidumbres de interferometria, y la incertidumbre en la medida de la frecuencia de la fuente. Un medio utilizado de forma habitual es aire, y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología ha creado una calculadora en línea para convertir las longitudes de onda en el vacío en longitudes de onda en el aire. Según la descripción realizada por el NIST, en el aire, las incertidumbres en la caracterización de la media están dominadas por los errores en la búsqueda de la temperatura y la presión. Los errores en las fórmulas teóricas utilizadas son secundarios. Al implementar una corrección del índice de refracción de este tipo, una aproximación de la realización del metro puede ser implementada al aire, como por ejemplo, el uso de la formulación del metro como 1.579.800,762042(33) longitudes de onda de la luz láser de helio-neón en el vacío, y convertir las longitudes de onda en el vacío a longitudes de onda en el aire. Por supuesto, el aire es sólo un posible medio a utilizar en una realización del metro, y cualquier vacío parcial puede ser utilizado, o alguna atmósfera inerte como el gas helio, siempre que las correcciones apropiadas para el índice de refracción se implementen.
Aunque la medida actualmente está definida como la longitud del camino recorrido por la luz en un tiempo dado, las mediciones de la longitud practicados al laboratorio en metros se determinó contando el número de longitudes de onda de la luz láser de uno de los tipo estándar que se ajustan a la longitud, y la conversión de la unidad seleccionada de longitud de onda a metros. Hay tres factores principales que limitan la precisión alcanzable con láser interferómetros para una medida de longitud:
De estos, el último es peculiar del mismo 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 en metros a c, la velocidad de la luz en el vacío, en m/s. Aquí n es el índice de refracción del medio en que se realiza la medición, y f es la frecuencia de medida de la fuente. A pesar de que la conversión de longitudes de onda a metros introduce un error adicional en la longitud total debido a errores de medida en la determinación del índice de refracción y la frecuencia, la medida de la frecuencia es una de las medidas más precisas disponibles.
Metre es la grafía estándar de la unidad métrica de longitud en casi todas las naciones de habla inglesa, excepto en Estados Unidos y Filipinas, que utilizan metro. Otras lenguas germánicas, como el alemán, el holandés y las lenguas escandinavas, también escriben la palabra meter.
Los aparatos de medición (como amperímetro, velocímetro) se escriben "-meter" en todas las variantes del inglés. El sufijo «-metro» tiene el mismo origen griego que la unidad de longitud.
La palabra metro proviene del término griego μέτρον (metron), que significa ‘medida’. Fue utilizada en Francia con el nombre de mètre para designar al patrón de medida de longitud.