Kilogram
Symbol: kgWorldwide
O que é um/uma Kilogram (kg)?
Definição Formal
O quilograma (símbolo: kg) é a unidade base de massa no Sistema Internacional de Unidades (SI). Desde 20 de maio de 2019, foi definido fixando o valor numérico da constante de Planck h em exatamente 6.62607015 × 10⁻³⁴ joule-segundos (J·s), que é igual a kg·m²·s⁻¹. Essa definição vincula o quilograma ao segundo e ao metro, ambos definidos por constantes físicas fundamentais. A redefinição garante que o quilograma possa ser realizado em qualquer laboratório adequadamente equipado no mundo, sem referência a um objeto físico.
O quilograma é a única unidade base do SI cujo nome inclui um prefixo ("quilo-"). Um quilograma é igual a 1000 gramas. No uso cotidiano, o quilograma é amplamente entendido como a massa de um litro de água a aproximadamente 4 °C, embora essa relação não faça parte da definição formal. A estreita correspondência entre 1 kg e 1 litro de água é uma característica deliberada do design original do sistema métrico, destinada a tornar as conversões entre massa e volume intuitivas para substâncias comuns.
Papel no Sistema SI
O quilograma é usado para medir a massa de objetos físicos em praticamente todos os domínios científicos, industriais e comerciais. Ele serve como a base para unidades derivadas do SI, como o newton (kg·m·s⁻²), o pascal (kg·m⁻¹·s⁻²) e o joule (kg·m²·s⁻²). Na prática, o quilograma é usado para tudo, desde medir o peso corporal e porções de alimentos até quantificar reagentes químicos e especificar cargas de propelente de foguetes.
Entre as sete unidades base do SI, o quilograma ocupa uma posição única devido à sua dependência histórica de um artefato físico — o Protótipo Internacional do Quilograma — por mais de 130 anos. A redefinição de 2019 fez do quilograma a última das unidades base a ser libertada da dependência de um padrão material, completando um programa de décadas para ancorar todo o SI em constantes invariantes da natureza.
Etymology
Raízes Antigas
A palavra "quilograma" deriva do francês "kilogramme," que foi cunhada durante a criação do sistema métrico na década de 1790. O prefixo "quilo-" vem da palavra grega "chilioi" (χίλιοι), que significa "mil." A raiz "grama" remonta ao latim tardio "gramma," que significa um pequeno peso, que por sua vez foi emprestado do grego "gramma" (γράμμα), que originalmente significava algo escrito ou uma pequena unidade. No contexto de pesos, "gramma" referia-se a 1/24 de uma onça no sistema romano tardio.
Entrada nas Línguas Modernas
O governo revolucionário francês reuniu uma comissão de cientistas, incluindo Antoine Lavoisier e o Marquês de Condorcet, para elaborar um sistema de medição racional. Eles escolheram o sistema de prefixos baseado em raízes gregas e latinas: prefixos de origem grega (quilo-, hecto-, deca-) para múltiplos e prefixos de origem latina (milli-, centi-, deci-) para frações. O "gramme" foi definido como a massa de um centímetro cúbico de água, e o "quilogramme" — mil gramas — tornou-se o padrão prático porque uma massa de um grama era muito pequena para servir como uma referência física confiável.
A decisão de fazer do quilograma, em vez do grama, a unidade base de massa teve uma peculiaridade duradoura na nomenclatura científica. Ao contrário de todas as outras unidades base do SI, o quilograma carrega um prefixo, o que cria uma estranheza ao adicionar mais prefixos: por exemplo, um milionésimo de quilograma é chamado de miligrama (não microquilograma). O SI resolve isso aplicando prefixos adicionais ao grama em vez do quilograma, então temos microgramas, nanogramas e assim por diante.
Precise Definition
A Definição da Constante de Planck
O quilograma é definido tomando o valor numérico fixo da constante de Planck h como 6.62607015 × 10⁻³⁴ quando expresso na unidade J·s, que é igual a kg·m²·s⁻¹, onde o metro e o segundo são definidos em termos da velocidade da luz c e da frequência de transição hiperfina do césio-133 ΔνCs. Em forma algébrica, a definição pode ser escrita como: 1 kg = (h / 6.62607015 × 10⁻³⁴) × s × m⁻². Isso significa que qualquer um que possa medir a constante de Planck com precisão suficiente pode realizar o quilograma de forma independente.
Métodos de Realização Experimental
Os dois principais métodos experimentais para realizar o quilograma sob esta definição são o Kibble balance (anteriormente chamado de watt balance) e o método de densidade de cristal de raios X (o projeto Avogadro). O Kibble balance iguala a potência elétrica à potência mecânica: equilibra a força gravitacional sobre uma massa de teste contra uma força eletromagnética gerada por uma bobina condutora de corrente em um campo magnético, ligando a massa à constante de Planck através de medições de tensão e corrente rastreáveis a padrões elétricos quânticos. O projeto Avogadro utiliza esferas de silício-28 altamente enriquecidas para contar átomos e relacionar massa à constante de Planck via a constante de Avogadro e massas atômicas.
Calibração Prática
Para calibração prática, institutos nacionais de metrologia como NIST (Estados Unidos), PTB (Alemanha) e NPL (Reino Unido) mantêm padrões primários de massa que são periodicamente verificados contra medições do Kibble balance. A incerteza padrão relativa das realizações de quilograma via Kibble balance está na ordem de 10⁻⁸ (cerca de 10 microgramas por quilograma), o que é suficiente para todas as necessidades científicas e comerciais conhecidas. O BIPM em Sèvres, França, continua a coordenar comparações internacionais para garantir consistência entre os padrões nacionais.
História
Origens na Revolução Francesa
O quilograma foi definido pela primeira vez em 1795 durante a Revolução Francesa como a massa de um decímetro cúbico (um litro) de água à temperatura do gelo derretido. Essa definição prática fazia parte do esforço mais amplo para criar um sistema de medição racional e baseado em decimais que pudesse servir como um padrão universal. O governo revolucionário buscou substituir o caótico emaranhado de sistemas de medição feudais — a França sozinha tinha mais de 800 diferentes unidades de medida — por uma única estrutura coerente baseada na natureza.
Em 1799, o Kilogramme des Archives, um artefato sólido de platina, foi fabricado pelo ourives e fabricante de instrumentos francês Nicolas Fortin sob a direção do químico Antoine Lavoisier e do matemático Louis Lefèvre-Gineau. Este cilindro, medindo 39 mm em altura e diâmetro, foi depositado nos Archives de la République e serviu como o padrão definitivo de massa por 90 anos.
O Protótipo Internacional
Em 1875, a Convenção do Metro foi assinada por 17 nações, estabelecendo o Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM) em Sèvres, perto de Paris. A Convenção exigiu a criação de novos protótipos internacionais mais precisos. Em 1889, a Primeira Conferência Geral sobre Pesos e Medidas (CGPM) substituiu o Kilogramme des Archives pelo Protótipo Internacional do Quilograma (IPK), um cilindro feito de 90% de platina e 10% de irídio, com 39,17 mm de altura e 39,17 mm de diâmetro. O IPK — informalmente conhecido como "Le Grand K" ou "Big K" — e suas seis cópias oficiais foram armazenados sob três frascos de vidro aninhados em um cofre com controle climático no BIPM.
Quarenta réplicas do IPK foram fabricadas e distribuídas para as nações signatárias como protótipos nacionais. Essas réplicas eram periodicamente retornadas a Sèvres para comparação com o IPK em um processo conhecido como "verificação periódica." A terceira verificação, concluída em 1988-1992, revelou resultados preocupantes: as massas das cópias nacionais divergiram do IPK em até 50 microgramas ao longo de 100 anos. Ainda mais preocupante, era impossível determinar se as cópias haviam ganho massa ou se o IPK havia perdido massa — ou uma combinação de ambos.
A Necessidade de Redefinição
Essa instabilidade era profundamente problemática porque o quilograma, como a última unidade do SI definida por um artefato físico, introduzia incerteza fundamental em todas as medições que dependiam dele. Como o newton, pascal, joule, watt e muitas outras unidades derivadas dependem do quilograma, qualquer desvio na massa do IPK se propagava por todo o sistema. No início dos anos 2000, a comunidade de metrologia concordou que o quilograma deveria ser redefinido em termos de uma constante fundamental da natureza.
O esforço para redefinir o quilograma levou mais de duas décadas e envolveu duas abordagens experimentais independentes. Bryan Kibble, no Laboratório Nacional de Física do Reino Unido, inventou o Kibble balance (mais tarde renomeado em sua homenagem após sua morte em 2016) em 1975. Este dispositivo iguala potência mecânica e elétrica para ligar a massa à constante de Planck. Enquanto isso, o Projeto Internacional de Avogadro, liderado pelo PTB na Alemanha, produziu a esfera mais perfeita do mundo — uma bola de silício-28 isotopicamente enriquecida de 1 kg — para determinar a constante de Avogadro com precisão sem precedentes. Ambos os métodos convergiram em valores consistentes da constante de Planck até 2017.
A Redefinição de 2019
Em 16 de novembro de 2018, na 26ª Conferência Geral sobre Pesos e Medidas realizada no Palais des Congrès em Versalhes, representantes de 60 nações votaram unanimemente para redefinir o quilograma fixando a constante de Planck em exatamente 6.62607015 × 10⁻³⁴ J·s. A nova definição entrou em vigor em 20 de maio de 2019 — Dia Mundial da Metrologia. O IPK permanece em seu cofre no BIPM, mas agora é uma peça de museu em vez de um padrão definidor.
A palavra "quilograma" deriva do francês "kilogramme," que foi construída a partir do grego "chilioi" (mil) e do latim tardio "gramma" (um pequeno peso). Apesar do prefixo "quilo-", o quilograma, e não o grama, foi escolhido como a unidade base de massa do SI porque o padrão de platina de um quilograma era muito mais prático de fabricar e manter do que um artefato de um grama teria sido.
Uso atual
No Comércio e na Indústria
O quilograma é a unidade padrão de massa usada em quase todos os países do mundo. É a unidade legal de medida para comércio, comércio e rotulagem em todos os países que adotaram o sistema métrico, que inclui praticamente todas as nações da Terra. Itens de supermercado, peso corporal, pacotes de envio e materiais industriais são comumente medidos em quilogramas. Na União Europeia, todos os produtos embalados devem exibir sua massa em gramas ou quilogramas, e os rótulos de preço em mercados e supermercados referenciam quilogramas como a unidade padrão.
Na Ciência e Engenharia
Na ciência e engenharia, o quilograma é fundamental e onipresente. Ele aparece em cálculos envolvendo força (newtons = kg·m/s²), pressão (pascals = kg/m·s²), energia (joules = kg·m²/s²) e potência (watts = kg·m²/s³). As dosagens médicas são calculadas com base na massa do paciente em quilogramas — por exemplo, muitos medicamentos são prescritos em miligramas por quilograma de peso corporal. Formulações químicas especificam quantidades de reagentes em gramas e quilogramas. A engenharia aeroespacial depende de medições baseadas em quilogramas para cargas de combustível, capacidades de carga e cálculos de empuxo. O quilograma também é essencial na ciência dos materiais, onde a densidade é expressa em quilogramas por metro cúbico.
Nos Estados Unidos
Os Estados Unidos são um dos poucos países que não usam o quilograma como sua unidade primária de massa no comércio cotidiano, preferindo a libra. No entanto, a libra dos EUA foi legalmente definida em termos do quilograma desde 1959 (1 lb = 0.45359237 kg exatamente), e os quilogramas são amplamente utilizados em contextos científicos, militares e médicos americanos. A rotulagem farmacêutica dos EUA, por exemplo, utiliza unidades métricas. O exército dos EUA adotou o sistema métrico para logística e operações, e a NASA usa unidades métricas para todo o design de espaçonaves e planejamento de missões — uma política reforçada após a perda do Mars Climate Orbiter em 1999, que foi causada por um erro de conversão de unidade entre libras-força e newtons.
No comércio internacional e no envio, o quilograma é o padrão universal. As taxas de frete aéreo são calculadas por quilograma em todo o mundo, e o Sistema Internacional de Unidades serve como a linguagem comum de medição para o comércio global. Mesmo em países que usam unidades não métricas internamente, o quilograma é usado para transações internacionais, declarações aduaneiras e colaborações científicas.
Everyday Use
Na Cozinha
Na cozinha, o quilograma e seus submúltiplos são indispensáveis. Receitas em todo o mundo especificam ingredientes em gramas e quilogramas — um pão padrão requer cerca de 500 g de farinha, um saco de açúcar de um quilograma é um item básico de despensa, e a manteiga geralmente vem em blocos de 250 g em países métricos. Balanças de cozinha digitais calibradas em gramas fornecem a precisão necessária para a panificação, onde medições precisas afetam diretamente o resultado. Chefs e padeiros profissionais quase universalmente preferem pesar ingredientes em vez de medir por volume porque o peso é mais consistente e reproduzível.
Saúde e Fitness
Para saúde e fitness, o quilograma é a unidade padrão para monitorar o peso corporal na maior parte do mundo. O Índice de Massa Corporal (IMC), a ferramenta de triagem mais amplamente utilizada para classificação de peso, é calculado usando a massa em quilogramas e a altura em metros: IMC = massa (kg) / altura² (m²). Um IMC de 18.5 a 24.9 é considerado saudável para adultos. Os rótulos nutricionais em produtos alimentícios em países métricos expressam energia por 100 g ou por porção, e as diretrizes dietéticas especificam as ingestões diárias recomendadas de macronutrientes em gramas. Equipamentos de ginástica em países métricos — halteres, barras, placas de peso e máquinas — são calibrados em quilogramas, com placas olímpicas padrão pesando 25 kg, 20 kg, 15 kg, 10 kg, 5 kg, 2.5 kg e 1.25 kg.
Compras e Viagens
Ao fazer compras, os consumidores encontram quilogramas constantemente. Produtos frescos, carne e frutos do mar são precificados por quilograma em supermercados e mercados de agricultores em toda a Europa, Ásia, África e América do Sul. Produtos embalados exibem peso líquido em gramas ou quilogramas. Os limites de peso de bagagem para viagens aéreas são especificados em quilogramas — tipicamente 23 kg para bagagem despachada em voos internacionais de classe econômica e 7 a 10 kg para bagagens de mão. Os serviços postais em todo o mundo calculam custos de envio com base no peso em quilogramas.
Em viagens e logística diária, o quilograma está sempre presente. Capacidades de carga de veículos, limites de peso de elevadores e classificações de carga de pontes são todos especificados em quilogramas (ou toneladas métricas). Um saco padrão de cimento pesa 25 kg ou 50 kg, dependendo do país. Máquinas de lavar especificam sua capacidade em quilogramas de roupas secas — uma máquina de lavar típica para uso doméstico lida com 7 a 9 kg. Mesmo recém-nascidos são pesados em quilogramas na maioria dos países, com o peso médio ao nascer sendo aproximadamente 3.5 kg.
In Science & Industry
Física e Constantes Fundamentais
Na física, o quilograma é central para a definição de força, energia e potência. A segunda lei de Newton, F = ma, define a força em newtons, onde um newton é a força necessária para acelerar uma massa de um quilograma a um metro por segundo ao quadrado (1 N = 1 kg·m/s²). A pressão é medida em pascals (1 Pa = 1 kg/m·s²), energia em joules (1 J = 1 kg·m²/s²) e potência em watts (1 W = 1 kg·m²/s³). O quilograma, portanto, permeia toda a edificação da medição física. Na física gravitacional, as massas de planetas e estrelas são expressas em quilogramas (a massa da Terra é aproximadamente 5.972 × 10²⁴ kg), e a famosa equação de Einstein E = mc² relaciona a massa em quilogramas à energia em joules através da velocidade da luz.
Metrologia
Na metrologia — a ciência da medição em si — o quilograma ocupa um lugar especial. A redefinição de 2019 foi uma das conquistas mais significativas na história da ciência da medição. Institutos nacionais de metrologia ao redor do mundo, incluindo NIST (EUA), PTB (Alemanha), NPL (Reino Unido), NRC (Canadá) e NMIJ (Japão), mantêm padrões primários de quilograma rastreáveis à constante de Planck através de experimentos com Kibble balance. Um Kibble balance é um aparelho complexo que geralmente custa vários milhões de dólares para ser construído e operado, exigindo medições ultra-precisas de corrente elétrica e tensão referenciadas a padrões quânticos (o efeito Josephson para tensão e o efeito Hall quântico para resistência). A incerteza relativa dessas medições é de aproximadamente 1 × 10⁻⁸, correspondente a cerca de 10 microgramas por quilograma.
Química e Medicina
Na química e farmacologia, o quilograma e seus submúltiplos (gramas, miligramas, microgramas) são as unidades padrão para quantificar reagentes, produtos e dosagens. A massa molar é expressa em gramas por mol (g/mol), ligando o mundo macroscópico dos quilogramas à escala atômica. As dosagens de medicamentos são tipicamente especificadas em miligramas ou microgramas por quilograma da massa corporal do paciente — por exemplo, o anestésico comum propofol é administrado a 1.5 a 2.5 mg/kg para indução. Na toxicologia forense, a concentração de álcool no sangue e os níveis de drogas são medidos em miligramas por decilitro ou microgramas por litro, todos rastreáveis a padrões de massa baseados em quilogramas.
Engenharia
Na engenharia, o quilograma é essencial para análise estrutural, controle de qualidade de fabricação e otimização de processos. Engenheiros civis calculam cargas mortas e cargas vivas em quilogramas (ou quilonewtons) ao projetar edifícios e pontes. Engenheiros aeroespaciais devem conhecer a massa de cada componente com precisão de gramas para otimizar a eficiência do combustível — a massa seca do ônibus espacial era de aproximadamente 78.000 kg, e cada quilograma economizado na estrutura permitia um quilograma adicional de carga. Na fabricação, o controle estatístico de processos utiliza medições de massa em gramas ou quilogramas para garantir a consistência do produto, desde comprimidos farmacêuticos (tipicamente 100 a 500 mg cada) até componentes automotivos.
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.