APOSTILA DE METROLOGIA

CAPÍTULO 1

MEDIR

1. Introdução

Há milhares de anos, quando o Homem intensificou a vida em grupo, a necessidade de estabelecer a comunicação interpessoal levou ao desenvolvimento das primeiras formas de linguagem. Com a evolução das primeiras sociedades, a capacidade de contar, isto é, de descrever alguns fatos por meio de números, foi sendo, aos poucos, desenvolvida. A contagem de animais, os membros das famílias, armas e alimentos (Figura 1) são alguns exemplos. Com o passar do tempo, o contínuo aprimoramento tornou a vida em sociedade mais sofisticada. A descrição de certas quantidades apenas por números tornou-se insuficiente para algumas necessidades cotidianas. Era necessário acrescentar um elemento adicional aos números para descrever de forma mais clara e precisa certas quantidades. O número dos passos que caracterizam uma distância, o número de sacas que correspondem a uma certa produção de cereais ou o número de barris de vinho (Figura 2) são alguns exemplos de unidades que passaram a ser usadas com os números para deixar a comunicação e as transações comerciais mais claras. Foram essas as primeiras medições rudimentares.

Figura 1 – Algumas formas de realizar contagens.

Figura 2 – Contagens de unidades para sua quantificação.

Certamente, o desenvolvimento do comércio interno e entre grupos e tribos vizinhas fortaleceu a necessidade de estabelecer um processo de medição mais elaborado e aceito pelas partes envolvidas. À medida que as civilizações floresceram, as técnicas e unidades de medição foram sendo aperfeiçoadas para satisfazer as demandas de cada época. Inicialmente, medições baseadas em partes da anatomia humana como jarda, pé e polegada, por exemplo (Figura 3), se mostraram suficientes para medir comprimentos e volumes, porém instáveis e confusos por questões comerciais entre as civilizações. Com o desenvolvimento tecnológico, unidades de medição mais estáveis e bens definidas mostraram-se necessárias.

Figura 3 – Medições feitas com base das partes anatômicas do ser humano.

Para que transações comerciais possam ser efetuadas de forma justa e pacífica, é necessário descrever as quantidades envolvidas em termos de uma base comum, isto é, de unidades de medição conhecidas e aceitas pelas partes envolvidas. O volume de petróleo, a massa de grãos ou minérios, o volume de produto contido em uma embalagem são exemplos. O percentual de enxofre no petróleo, os teores de umidade dos grãos, o teor de pureza do minério ou a composição química do produto embalado são exemplos de outras quantidades que influenciam transações comerciais. É muito importante que quem vende e quem compra saibam, claramente, com que e com quanto estão lidando.

Na era da globalização, produtos devem ser projetados para funcionar além das fronteiras dos países. Mecanismos de precisão produzidos na Suíça devem ser integrados a um periférico de computador montado na China que comporá um sistema alemão para medição de peças produzidas por uma companhia de aviação americana. As partes devem se encaixar precisamente para que funções do componente, do mecanismo e do produto sejam cumpridas com a qualidade necessária. Não há mais espaço para o artesão que, com paciência e habilidade manual, consegue ajustar individualmente peças de forma magistral. Peças são hoje produzidas para encaixarem-se umas com as outras da forma prevista pelo projetista, sem exceções. Essa garantia é possível graças à adoção internacional de um sistema de metrologia maduro e estável.

Hoje, em plena era na nanotecnologia, é possível reproduzir o metro com incertezas de apenas 10-11 m, isto é, 0,00000000001 m. Embora esse seja um número fantástico, esse limite não é absoluto. O desenvolvimento da metrologia foi, é e sempre será impulsionado pela evolução tecnológica. É possível esperar grandes avanços para os próximos anos que, fatalmente, trarão os limites da metrologia para níveis ainda mais formidáveis.

2. Definição de Metrologia, Medição e Indicação

O que é “medir”? Medir é o procedimento experimental pelo qual o valor momentâneo de uma grandeza física (mensurando) é determinado como um múltiplo e/ou uma fração de uma unidade, estabelecida por um padrão e reconhecida internacionalmente.

Lord Kelvin, cientista britânico, afirmou, em 1883, que “o conhecimento amplo e satisfatório sobre um processo ou um fenômeno somente existirá quando for possível medi-lo e expressá-lo por meio de números”. A partir dessa afirmação, fica claro que palavras e impressões não são suficientes para descrever de forma clara um fenômeno ou um processo. É necessário expressá-lo de modo quantitativo; é necessário medi-lo. Medir é uma forma clara e objetiva de descrever o mundo.

De tudo o que está descrito até aqui é o que denominamos de Metrologia. Segundo o Vocabulário Internacional de Metrologia (VIM), a Metrologia é a ciência da medição, que abrange todos os aspectos técnicos e práticos relativos às medições, qualquer que seja a incerteza, em quaisquer campos da ciência ou tecnologia.

Por sua vez, a medição é o conjunto de operações que tem por objetivo determinar um valor de uma grandeza.

Para exprimir quantitativamente uma grandeza física, é necessário compará-la com uma unidade e determinar o número de vezes que essa unidade está contida na grandeza avaliada. É fundamental que a unidade utilizada seja muito bem definida e amplamente reconhecida internacionalmente. Só assim as medições assumem caráter universal.

A grandeza física que está sendo medida recebe o nome de mensurando, que é definido como a grandeza específica submetida à medição. Assim, o mensurando é o objeto da medição. O tempo que velocista percorre os 100 m rasos, o comprimento de um certo muro, a pressão da caldeira, a área de um terreno e a altura de um edifício são alguns exemplos de mensurandos.

A operação de medição é realizada por um dispositivo denominado instrumento de medição ou sistema de medição. Na Metrologia, ambas as expressões são utilizadas para designar o dispositivo usado para realizar medições. Neste texto, a expressão instrumento de medição tem sido reservada para denominar sistemas de medição de pequeno porte, normalmente encapsulados em um único conjunto fisicamente