Kilogram
Symbol: kgWorldwide
¿Qué es un/una Kilogram (kg)?
Definición Formal
El kilogramo (símbolo: kg) es la unidad base de masa en el Sistema Internacional de Unidades (SI). Desde el 20 de mayo de 2019, se ha definido fijando el valor numérico de la constante de Planck h en exactamente 6.62607015 × 10⁻³⁴ joule-segundos (J·s), lo que equivale a kg·m²·s⁻¹. Esta definición vincula el kilogramo al segundo y al metro, los cuales están definidos por constantes físicas fundamentales. La redefinición asegura que el kilogramo pueda ser realizado en cualquier laboratorio debidamente equipado en el mundo sin referencia a un objeto físico.
El kilogramo es la única unidad base del SI cuyo nombre incluye un prefijo ("kilo-"). Un kilogramo es igual a 1000 gramos. En el uso cotidiano, el kilogramo se entiende ampliamente como la masa de un litro de agua a aproximadamente 4 °C, aunque esta relación no forma parte de la definición formal. La estrecha correspondencia entre 1 kg y 1 litro de agua es una característica deliberada del diseño original del sistema métrico, destinada a hacer que las conversiones entre masa y volumen sean intuitivas para sustancias comunes.
Papel en el Sistema SI
El kilogramo se utiliza para medir la masa de objetos físicos en prácticamente todos los dominios científicos, industriales y comerciales. Sirve como base para unidades derivadas del SI como el newton (kg·m·s⁻²), el pascal (kg·m⁻¹·s⁻²) y el joule (kg·m²·s⁻²). En la práctica, el kilogramo se utiliza para todo, desde medir el peso corporal y las porciones de alimentos hasta cuantificar reactivos químicos y especificar cargas de propelente de cohetes.
Entre las siete unidades base del SI, el kilogramo ocupa una posición única debido a su dependencia histórica de un artefacto físico — el Prototipo Internacional del Kilogramo — durante más de 130 años. La redefinición de 2019 hizo del kilogramo la última de las unidades base en liberarse de la dependencia de un estándar material, completando un programa de décadas para anclar todo el SI en constantes invariantes de la naturaleza.
Etymology
Raíces Antiguas
La palabra "kilogramo" deriva del francés "kilogramme," que fue acuñada durante la creación del sistema métrico en la década de 1790. El prefijo "kilo-" proviene de la palabra griega "chilioi" (χίλιοι), que significa "mil." La raíz "gramo" se remonta al latín tardío "gramma," que significa un peso pequeño, que a su vez fue tomado del griego "gramma" (γράμμα), que originalmente significaba algo escrito o una pequeña unidad. En el contexto de los pesos, "gramma" se refería a 1/24 de una onza en el sistema romano tardío.
Entrada en los Idiomas Modernos
El gobierno revolucionario francés reunió una comisión de científicos, incluidos Antoine Lavoisier y el Marqués de Condorcet, para idear un sistema de medición racional. Eligieron el sistema de prefijos basado en raíces griegas y latinas: prefijos derivados del griego (kilo-, hecto-, deca-) para múltiplos y prefijos derivados del latín (milli-, centi-, deci-) para fracciones. El "gramme" fue definido como la masa de un centímetro cúbico de agua, y el "kilogramme" — mil gramos — se convirtió en el estándar práctico porque una masa de un gramo era demasiado pequeña para servir como referencia física confiable.
La decisión de hacer del kilogramo y no del gramo la unidad base de masa ha tenido una peculiaridad duradera en la nomenclatura científica. A diferencia de todas las demás unidades base del SI, el kilogramo lleva un prefijo, lo que crea una rareza al añadir más prefijos: por ejemplo, un millonésimo de kilogramo se llama miligramo (no microkilogramo). El SI resuelve esto aplicando prefijos adicionales al gramo en lugar de al kilogramo, por lo que tenemos microgramos, nanogramos, y así sucesivamente.
Precise Definition
La Definición de la Constante de Planck
El kilogramo se define tomando el valor numérico fijo de la constante de Planck h como 6.62607015 × 10⁻³⁴ cuando se expresa en la unidad J·s, que es igual a kg·m²·s⁻¹, donde el metro y el segundo están definidos en términos de la velocidad de la luz c y la frecuencia de transición hiperfina del cesio-133 ΔνCs. En forma algebraica, la definición puede escribirse como: 1 kg = (h / 6.62607015 × 10⁻³⁴) × s × m⁻². Esto significa que cualquier persona que pueda medir la constante de Planck con suficiente precisión puede realizar el kilogramo de manera independiente.
Métodos de Realización Experimental
Los dos métodos experimentales principales para realizar el kilogramo bajo esta definición son el Kibble balance (anteriormente llamado el watt balance) y el método de densidad de cristal de rayos X (el proyecto de Avogadro). El Kibble balance iguala la potencia eléctrica a la potencia mecánica: equilibra la fuerza gravitacional sobre una masa de prueba contra una fuerza electromagnética generada por una bobina que transporta corriente en un campo magnético, vinculando la masa a la constante de Planck a través de mediciones de voltaje y corriente rastreables a estándares eléctricos cuánticos. El proyecto de Avogadro utiliza esferas de silicio-28 altamente enriquecidas para contar átomos y relacionar la masa con la constante de Planck a través de la constante de Avogadro y las masas atómicas.
Calibración Práctica
Para la calibración práctica, institutos nacionales de metrología como NIST (Estados Unidos), PTB (Alemania) y NPL (Reino Unido) mantienen estándares primarios de masa que se verifican periódicamente contra las mediciones del Kibble balance. La incertidumbre estándar relativa de las realizaciones de kilogramo a través del Kibble balance es del orden de 10⁻⁸ (alrededor de 10 microgramos por kilogramo), lo que es suficiente para todas las necesidades científicas y comerciales conocidas. El BIPM en Sèvres, Francia, continúa coordinando comparaciones internacionales para asegurar la consistencia entre los estándares nacionales.
Historia
Orígenes en la Revolución Francesa
El kilogramo fue definido por primera vez en 1795 durante la Revolución Francesa como la masa de un decímetro cúbico (un litro) de agua a la temperatura de fusión del hielo. Esta definición práctica fue parte de un esfuerzo más amplio para crear un sistema de medición racional y basado en decimales que pudiera servir como un estándar universal. El gobierno revolucionario buscó reemplazar el caótico mosaico de sistemas de medición feudales — Francia sola tenía más de 800 unidades de medida diferentes — con un único marco coherente basado en la naturaleza.
En 1799, el Kilogramme des Archives, un artefacto sólido de platino, fue fabricado por el orfebre y fabricante de instrumentos francés Nicolas Fortin bajo la dirección del químico Antoine Lavoisier y el matemático Louis Lefèvre-Gineau. Este cilindro, que medía 39 mm tanto de altura como de diámetro, fue depositado en los Archivos de la República y sirvió como el estándar definitivo de masa durante 90 años.
El Prototipo Internacional
En 1875, se firmó la Convención del Metro por 17 naciones, estableciendo el Buró Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) en Sèvres, cerca de París. La Convención mandató la creación de nuevos prototipos internacionales más precisos. En 1889, la Primera Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) reemplazó el Kilogramme des Archives con el Prototipo Internacional del Kilogramo (IPK), un cilindro hecho de 90% platino y 10% iridio, que mide 39.17 mm de altura y 39.17 mm de diámetro. El IPK — conocido informalmente como "Le Grand K" o "Gran K" — y sus seis copias oficiales fueron almacenados bajo tres frascos de campana anidados en una bóveda controlada climáticamente en el BIPM.
Cuarenta réplicas del IPK fueron fabricadas y distribuidas a las naciones signatarias como prototipos nacionales. Estas réplicas fueron devueltas periódicamente a Sèvres para comparación con el IPK en un proceso conocido como "verificación periódica." La tercera verificación, completada en 1988-1992, reveló resultados preocupantes: las masas de las copias nacionales se habían desviado del IPK hasta en 50 microgramos durante 100 años. Aún más preocupante, era imposible determinar si las copias habían ganado masa o si el IPK había perdido masa — o alguna combinación de ambos.
La Necesidad de Redefinición
Esta inestabilidad fue profundamente problemática porque el kilogramo, como la última unidad del SI definida por un artefacto físico, introdujo una incertidumbre fundamental en todas las mediciones que dependían de él. Dado que el newton, pascal, joule, watt y muchas otras unidades derivadas dependen del kilogramo, cualquier deriva en la masa del IPK se propagaba a través de todo el sistema. A principios de la década de 2000, la comunidad de metrología acordó que el kilogramo debía ser redefinido en términos de una constante fundamental de la naturaleza.
El esfuerzo por redefinir el kilogramo tomó más de dos décadas e involucró dos enfoques experimentales independientes. Bryan Kibble en el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido inventó el Kibble balance (más tarde renombrado en su honor después de su muerte en 2016) en 1975. Este dispositivo iguala la potencia mecánica y eléctrica para vincular la masa a la constante de Planck. Mientras tanto, el Proyecto Internacional de Avogadro, liderado por el PTB en Alemania, produjo la esfera más perfecta del mundo — una bola de silicio-28 isotópicamente enriquecida de 1 kg — para determinar la constante de Avogadro con una precisión sin precedentes. Ambos métodos convergieron en valores consistentes de la constante de Planck para 2017.
La Redefinición de 2019
El 16 de noviembre de 2018, en la 26ª Conferencia General de Pesas y Medidas celebrada en el Palais des Congrès en Versalles, representantes de 60 naciones votaron unánimemente para redefinir el kilogramo fijando la constante de Planck en exactamente 6.62607015 × 10⁻³⁴ J·s. La nueva definición entró en vigor el 20 de mayo de 2019 — Día Mundial de la Metrología. El IPK permanece en su bóveda en el BIPM pero ahora es una pieza de museo en lugar de un estándar definitorio.
La palabra "kilogramo" deriva del francés "kilogramme," que fue construida a partir del griego "chilioi" (mil) y del latín tardío "gramma" (un peso pequeño). A pesar del prefijo "kilo-", se eligió el kilogramo y no el gramo como la unidad base del SI porque el estándar de platino de un kilogramo era mucho más práctico de fabricar y mantener que un artefacto de un gramo.
Uso actual
En el Comercio y la Industria
El kilogramo es la unidad estándar de masa utilizada en casi todos los países del mundo. Es la unidad legal de medida para el comercio, la industria y el etiquetado en todos los países que han adoptado el sistema métrico, que incluye prácticamente todas las naciones de la Tierra. Los productos de supermercado, el peso corporal, los paquetes de envío y los materiales industriales se miden comúnmente en kilogramos. En la Unión Europea, todos los productos envasados deben mostrar su masa en gramos o kilogramos, y las etiquetas de precios en mercados y supermercados hacen referencia a los kilogramos como la unidad estándar.
En Ciencia e Ingeniería
En ciencia e ingeniería, el kilogramo es fundamental y omnipresente. Aparece en cálculos que involucran fuerza (newtons = kg·m/s²), presión (pascales = kg/m·s²), energía (joules = kg·m²/s²) y potencia (watts = kg·m²/s³). Las dosis médicas se calculan en función de la masa del paciente en kilogramos — por ejemplo, muchos medicamentos se prescriben en miligramos por kilogramo de peso corporal. Las formulaciones químicas especifican cantidades de reactivos en gramos y kilogramos. La ingeniería aeroespacial se basa en mediciones en kilogramos para cargas de combustible, capacidades de carga y cálculos de empuje. El kilogramo también es esencial en la ciencia de materiales, donde la densidad se expresa como kilogramos por metro cúbico.
En los Estados Unidos
Los Estados Unidos son uno de los pocos países que no utilizan el kilogramo como su unidad principal de masa en el comercio diario, prefiriendo la libra en su lugar. Sin embargo, la libra estadounidense ha sido definida legalmente en términos del kilogramo desde 1959 (1 lb = 0.45359237 kg exactamente), y los kilogramos se utilizan ampliamente en contextos científicos, militares y médicos estadounidenses. El etiquetado farmacéutico en EE. UU., por ejemplo, utiliza unidades métricas. El ejército de EE. UU. adoptó el sistema métrico para logística y operaciones, y la NASA utiliza unidades métricas para todo el diseño de naves espaciales y planificación de misiones — una política reforzada tras la pérdida del Mars Climate Orbiter en 1999, que fue causada por un error de conversión de unidades entre libras-fuerza y newtons.
En el comercio internacional y el envío, el kilogramo es el estándar universal. Las tarifas de carga aérea se calculan por kilogramo en todo el mundo, y el Sistema Internacional de Unidades sirve como el lenguaje de medición común para el comercio global. Incluso en países que utilizan unidades no métricas a nivel nacional, el kilogramo se utiliza para transacciones internacionales, declaraciones aduaneras y colaboración científica.
Everyday Use
En la Cocina
En la cocina, el kilogramo y sus submúltiplos son indispensables. Las recetas de todo el mundo especifican ingredientes en gramos y kilogramos — un pan estándar requiere aproximadamente 500 g de harina, una bolsa de azúcar de un kilogramo es un alimento básico en la despensa, y la mantequilla típicamente viene en bloques de 250 g en países métricos. Las balanzas de cocina digitales calibradas en gramos proporcionan la precisión necesaria para hornear, donde las mediciones precisas afectan directamente el resultado. Los chefs y panaderos profesionales casi universalmente prefieren pesar los ingredientes en lugar de medir por volumen porque el peso es más consistente y reproducible.
Salud y Fitness
Para la salud y el fitness, el kilogramo es la unidad estándar para monitorear el peso corporal en la mayor parte del mundo. El Índice de Masa Corporal (IMC), la herramienta de cribado más utilizada para la clasificación del peso, se calcula utilizando la masa en kilogramos y la altura en metros: IMC = masa (kg) / altura² (m²). Un IMC de 18.5 a 24.9 se considera saludable para adultos. Las etiquetas nutricionales en productos alimenticios en países métricos expresan la energía por 100 g o por porción, y las pautas dietéticas especifican las ingestas diarias recomendadas de macronutrientes en gramos. El equipo de gimnasio en países métricos — mancuernas, barras, discos de pesas y máquinas — está calibrado en kilogramos, con discos olímpicos estándar que pesan 25 kg, 20 kg, 15 kg, 10 kg, 5 kg, 2.5 kg y 1.25 kg.
Compras y Viajes
Al hacer compras, los consumidores se encuentran constantemente con kilogramos. Los productos frescos, la carne y los mariscos se precios por kilogramo en supermercados y mercados de agricultores en toda Europa, Asia, África y América del Sur. Los productos envasados muestran el peso neto en gramos o kilogramos. Los límites de peso del equipaje para viajes aéreos se especifican en kilogramos — típicamente 23 kg para el equipaje facturado en vuelos internacionales de clase económica y 7 a 10 kg para las maletas de mano. Los servicios postales en todo el mundo calculan los costos de envío en función del peso en kilogramos.
En viajes y logística diaria, el kilogramo está siempre presente. Las capacidades de carga de vehículos, los límites de peso de ascensores y las clasificaciones de carga de puentes se especifican en kilogramos (o toneladas métricas). Un saco estándar de cemento pesa 25 kg o 50 kg dependiendo del país. Las máquinas de lavandería especifican su capacidad en kilogramos de ropa seca — una lavadora doméstica típica maneja de 7 a 9 kg. Incluso los recién nacidos se pesan en kilogramos en la mayoría de los países, con un peso de nacimiento promedio de aproximadamente 3.5 kg.
In Science & Industry
Física y Constantes Fundamentales
En física, el kilogramo es central para la definición de fuerza, energía y potencia. La segunda ley de Newton, F = ma, define la fuerza en newtons, donde un newton es la fuerza requerida para acelerar una masa de un kilogramo a un metro por segundo al cuadrado (1 N = 1 kg·m/s²). La presión se mide en pascales (1 Pa = 1 kg/m·s²), la energía en joules (1 J = 1 kg·m²/s²) y la potencia en watts (1 W = 1 kg·m²/s³). Por lo tanto, el kilogramo permea todo el edificio de la medición física. En la física gravitacional, las masas de planetas y estrellas se expresan en kilogramos (la masa de la Tierra es aproximadamente 5.972 × 10²⁴ kg), y la famosa ecuación de Einstein E = mc² relaciona la masa en kilogramos con la energía en joules a través de la velocidad de la luz.
Metrología
En metrología — la ciencia de la medición en sí — el kilogramo ocupa un lugar especial. La redefinición de 2019 fue uno de los logros más significativos en la historia de la ciencia de la medición. Los institutos nacionales de metrología de todo el mundo, incluidos NIST (EE. UU.), PTB (Alemania), NPL (Reino Unido), NRC (Canadá) y NMIJ (Japón), mantienen estándares primarios de kilogramo rastreables a la constante de Planck a través de experimentos de Kibble balance. Un Kibble balance es un aparato complejo que generalmente cuesta varios millones de dólares construir y operar, requiriendo mediciones ultra-precisas de corriente eléctrica y voltaje referenciadas a estándares cuánticos (el efecto Josephson para voltaje y el efecto Hall cuántico para resistencia). La incertidumbre relativa de estas mediciones es aproximadamente 1 × 10⁻⁸, correspondiente a alrededor de 10 microgramos por kilogramo.
Química y Medicina
En química y farmacología, el kilogramo y sus submúltiplos (gramos, miligramos, microgramos) son las unidades estándar para cuantificar reactivos, productos y dosis. La masa molar se expresa en gramos por mol (g/mol), vinculando el mundo macroscópico de los kilogramos a la escala atómica. Las dosis de medicamentos se especifican típicamente en miligramos o microgramos por kilogramo de masa corporal del paciente — por ejemplo, el anestésico común propofol se administra a 1.5 a 2.5 mg/kg para la inducción. En toxicología forense, la concentración de alcohol en sangre y los niveles de drogas se miden en miligramos por decilitro o microgramos por litro, todos finalmente rastreables a estándares de masa basados en kilogramos.
Ingeniería
En ingeniería, el kilogramo es esencial para el análisis estructural, el control de calidad de fabricación y la optimización de procesos. Los ingenieros civiles calculan cargas muertas y cargas vivas en kilogramos (o kilonewtons) al diseñar edificios y puentes. Los ingenieros aeroespaciales deben conocer la masa de cada componente con precisión de gramos para optimizar la eficiencia del combustible — la masa seca del transbordador espacial era de aproximadamente 78,000 kg, y cada kilogramo ahorrado en la estructura permitía un kilogramo adicional de carga útil. En la fabricación, el control estadístico de procesos utiliza mediciones de masa en gramos o kilogramos para asegurar la consistencia del producto, desde tabletas farmacéuticas (típicamente de 100 a 500 mg cada una) hasta componentes automotrices.
Multiples & Submultiples
| Name | Symbol | Factor |
|---|---|---|
| Microgram | μg | 0.000000001 |
| Milligram | mg | 0.000001 |
| Gram | g | 0.001 |
| Kilogram | kg | 1 |
| Metric tonne (megagram) | t | 1000 |
Interesting Facts
The International Prototype of the Kilogram (IPK), also known as "Le Grand K," was used as the world's mass standard from 1889 to 2019 — a reign of exactly 130 years. It is a platinum-iridium cylinder just 39 mm tall and 39 mm in diameter, roughly the size of a golf ball.
During the third periodic verification (1988-1992), scientists discovered that the IPK and its copies had diverged in mass by up to 50 micrograms — roughly the mass of a fingerprint. Since the IPK was the definition of the kilogram, it was technically impossible to say whether it had gained or lost mass; by definition, it was always exactly one kilogram.
A Kibble balance — the instrument used to realize the kilogram from the Planck constant — typically costs between $1 million and $3 million to build and requires a vibration-isolated, temperature-controlled laboratory to operate. As of 2024, fewer than a dozen Kibble balances exist worldwide.
The Avogadro Project created the world's most perfect sphere: a 1-kg ball of isotopically enriched silicon-28, polished to within 0.3 nanometers of a perfect sphere. If this sphere were scaled up to the size of Earth, its tallest mountain would be only 2.4 meters high.
The kilogram is the only SI base unit whose name contains a prefix. This historical quirk means that SI prefix rules are applied to the gram (milligram, microgram) rather than the kilogram, making it unique among all seven base units.
On Earth, a one-kilogram mass weighs about 9.81 newtons. On the Moon, the same kilogram would weigh only about 1.62 newtons — roughly one-sixth of its Earth weight — but its mass remains exactly one kilogram regardless of location.
The International Space Station has a mass of approximately 420,000 kg (420 metric tonnes), making it the most massive human-made object ever assembled in orbit. Its mass has been measured using the Space Acceleration Measurement System, which tracks how the station responds to known forces.
Before the 2019 redefinition, the kilogram was the only SI base unit still defined by a physical artifact. All other base units had been redefined in terms of fundamental constants by 1983, when the meter was linked to the speed of light. The kilogram held out for 36 more years.
A standard Olympic weightlifting barbell weighs exactly 20 kg for men and 15 kg for women. The heaviest single lift in competition history is the 263.5 kg clean and jerk by Lasha Talakhadze of Georgia in 2021.
The human body is roughly 60% water by mass. For a 70 kg adult, this means approximately 42 kg of water, distributed among blood plasma, interstitial fluid, and intracellular fluid.
Regional Variations
Global Metric Adoption
In the vast majority of countries worldwide, the kilogram is the sole legal unit of mass for commerce, science, and daily life. The European Union, China, India, Japan, Brazil, Russia, Australia, and virtually all nations in Africa, Asia, and South America use the kilogram exclusively. In these countries, body weight is discussed in kilograms, produce is sold per kilogram, and industrial specifications reference metric mass units. The global standardization of the kilogram has been one of the great successes of the SI system.
The United States
The United States is the most prominent exception. Americans measure body weight in pounds, buy groceries in pounds and ounces, and use tons (short tons of 2000 pounds) for large quantities. However, the US pound is legally defined as exactly 0.45359237 kg, and metric units are used in American science, medicine, the military, and international trade. US food labels are required to show both customary and metric units. Myanmar and Liberia are the only other countries that have not fully adopted the metric system, though both are in the process of transitioning.
Traditional Units in Asia and the UK
Several countries maintain traditional mass units alongside the kilogram for cultural or commercial purposes. In China, the jin (市斤) equals exactly 500 grams (0.5 kg), and the liang (两) equals 50 grams. Chinese markets often price goods per jin rather than per kilogram. In Southeast Asia, the kati (also spelled catty) is a traditional unit that varies by country: it equals 604.79 grams in Malaysia and Singapore, but 600 grams in mainland China and Taiwan. In Japan, the traditional kan (貫) equals 3.75 kg and the momme (匁) equals 3.75 grams, though these are now used mainly in specific contexts such as pearl weight (momme) and traditional crafts. In the United Kingdom, the stone (14 pounds, approximately 6.35 kg) remains the preferred unit for stating personal body weight in everyday conversation, even though metric units are used for most other purposes.