El quilogram, kilogram o abreviat quilo (símbol: kg) és la unitat base de massa del Sistema Internacional d'Unitats (SI). Des del 20 de maig del 2019 es defineix en termes de constants físiques fonamentals; anteriorment, era definit com la massa del prototip internacional del quilogram que és gairebé idèntica a la massa d'un litre d'aigua. És l'única unitat base del SI que porta un prefix del SI al nom.
miniatura|Imatge generada per ordinador del Prototip internacional del quilogram, que és fet d'un aliatge amb el 90% de platí i el 10% d'iridi i té forma de cilindre amb un diàmetre de 39,17 mm. Aquest prototip es conserva al Bureau International des Poids et Mesures, a Sèvres, als afores de París.
Originàriament, un quilogram es va definir com la massa d'un litre d'aigua pura a la temperatura de 4 graus Celsius i pressió atmosfèrica estàndard. Aquesta definició era poc pràctica, ja que la densitat de l'aigua depèn de la pressió, i les unitats de pressió inclouen la massa com a unitat base, de manera que s'introduïa una dependència circular en la definició. Per evitar aquests problemes, es va redefinir el quilogram agafant com a referència un objecte que tingués aproximadament la massa expressada en la definició original. Des del 1899, el prototip internacional del quilogram (anomenat en francès Le Grand K) fou un cilindre fet d'un aliatge de platí i iridi, de 39 mm d'alçada i de diàmetre, guardat a l'Oficina Internacional de Pesos i Mesures de París. També n'existien còpies oficials, que es comparaven amb el prototip cada 10 anys.
La nova definició es basa en les constants invariants de la naturalesa, particularment en la constant de Planck; el valor del quilogram queda fixat, doncs, en termes del segon i del metre, i elimina la necessitat del prototip. La nova definició fou aprovada per la Conferència General de Pesos i Mesures (CGPM) el 16 de novembre de 2018.New York Times "The Latest: Landmark Change to Kilogram Approved" Nov 16 2018; https://www.nytimes.com/aponline/2018/11/16/world/europe/ap-eu-france-updating-the-kilo-the-latest.html La constant de Planck relaciona l'energia d'una partícula –i per tant la massa– amb la seva freqüència. La nova definició només fou possible quan es tingueren instruments prou precisos per mesurar la constant de Planck.
Massa i pes miniatura|Les cadenes del gronxador suporten el pes dels nens. Si una persona se situa darrere de la nena al punt més baix de l'arc que descriu i tracta de detenir-la, estaria actuant en contra de la seva inèrcia, que s'origina només de la massa, no de pes.
El quilogram és una unitat de massa, una mesura que a la vida diària fem correspondre amb el pes de les coses. No obstant això, la massa és en realitat una propietat inercial, és a dir, la tendència d'un objecte a romandre a una velocitat constant si no hi ha cap força exterior que actuï per canviar aquest estat. D'acord amb les lleis del moviment d'Isaac Newton del 1687, utilitzant la fórmula un objecte amb una massa m d'un quilogram s'accelerarà (a) un metre per segon cada segon (al voltant d'una desena part de l'acceleració de la gravetat de la Terra)En metrologia professional (la ciència del mesurament), l'acceleració de la gravetat de la Terra es pren com a gravetat estàndard (simbolitzada gn o g0) el valor de 9,80665 metre per segon al quadrat (m/s²). L'expressió significa que per cada segon que transcorre, la velocitat canvia 1 metre per segon addicional. En termes més familiars: una acceleració d'1 m/s² també pot ser expressada com una ràtio de canvi de la velocitat de 3,6 km/h per segon exactament. quan sobre l'objecte actuï una força F d'un newton.
Mentre que el pes de la matèria depèn directament de la força de gravetat, la seva massa és invariant.La matèria té una massa invariant suposant que no viatgi a una velocitat relativista respecte a un observador. D'acord amb la d'Einstein de la relativitat especial, la massa relativista (massa aparent respecte a l'observador) d'un objecte o partícula amb una massa en repòs m0 augmenta amb la velocitat segons M=γm0 (on γ és factor de Lorentz). Aquest efecte és negligible a les velocitats de la nostra vida diària, que són molts ordres de magnitud inferiors a la velocitat de la llum. Per exemple, per canviar la massa d'un quilogram en 1 μg (1 ppm, el nivell de detecció de la tecnologia actual) caldria moure'l a 0,0045% de la velocitat de la llum en relació amb un observador, que són 13,4 km/s. Això fa que, quant al quilogram, l'efecte de la relativitat sobre la massa de la matèria és simplement un fenomen d'interès científic no té cap efecte sobre la definició del quilogram ni sobre les seves aplicacions pràctiques. Per tant, en el cas dels astronautes en un ambient de microgravetat no necessiten fer cap esforç per sostenir objectes a les naus espacials perquè no tenen pes. No obstant això, atès que els objectes en condicions de microgravetat conserven la seva massa i la seva inèrcia, un astronauta ha d'exercir deu vegades més força donar la mateixa acceleració a un objecte de 10 quilograms que a un altre d'un quilogram.
A la Terra, un gronxador pot servir per demostrar la relació entre la força, la massa i l'acceleració sense ser influenciat de manera apreciable pel pes (la força cap avall). Si som darrere d'un adult gros assegut i quiet en un gronxador i li donem una empenta forta, la persona s'acceleraria de forma relativament lenta i durant el moviment cap endavant només recorrerà una distància petita abans de començar a anar cap enrere. Exercint el mateix esforç quan s'empeny a un nen petit produiria una acceleració força més gran.
Múltiples Per raons històriques el quilogram (kg) és l'única unitat que inclou un prefix al nom i al símbol. Els múltiples i submúltiples de la unitat de massa es formen afegint els prefixos al gram (g), quan la unitat de base és el quilogram.<ref>BIPM: SI Brochure: Section 3.2, The kilogram </ref> Per exemple, una mil·lionèsima part d'un quilogram és un mil·ligram (mg) i no un microquilogram (µkg).
+ Múltiples del quilogram (kg)SubmúltiplesMúltiplesValorSímbolNomValorSímbolNom 10–1 g dgdecigram 10¹ gdag decagram 10–2 g cgcentigram 10² g hghectogram 10–3 g mgmil·ligram 103 g kgquilogram 10–6 g µgmicrogram 10⁶ g Mgmegagram (tona t) 10–9 g ngnanogram 10⁹ g Gggigagram 10–12 g pgpicogram 1012 g Tgteragram 10–15 g fgfemtogram 1015 g Pgpetagram 10–18 g agattogram 1018 g Egexagram 10–21 g zgzeptogram 1021 g Zgzettagram 10–24 g ygyoctogram 1024 g YgyottagramEls prefixos més habituals són en negreta.
La unitat equivalent a 1.000 kg anomenada megagram no s'acostuma a utilitzar mai amb aquest nom sinó com a tona (t).
Història El 7 d'abril del 1795, a la França revolucionària es va decretar que el gram era igual al pes absolut d'un volum d'aigua igual al cub de la centèsima part del metre a la temperatura a la qual es fon el gel. (en francès) Però atès que el comerç comporta objectes significativament més massius que un gram i que la massa estàndard feta a partir de l'aigua no sembla excessivament adequada ni estable, la regulació del comerç necessitava la concreció de la definició basada en l'aigua en un patró més utilitzable. Per això a es va fer un artefacte metàl·lic com a massa estàndard provisional que era mil vegades més massiu que el gram, el quilogram.
Al mateix temps es va crear una comissió de treball per a determinar de manera precisa la massa d'un decímetre cúbic, un litre, d'aigua El mateix decret va definir el litre com «la mesura de volum, tant per a líquids com per a sòlids, d'un cub amb una aresta igual a una dècima part d'un metre». El text original era: Litre, la mesure de capacité, tant pour les liquides que pour les matières sèches, dont la contenance sera celle du cube de la dixièrne partie du mètre. Tot i que el decret que definia el quilogram especificava l'aigua a 0 °C, la temperatura en la qual es troba en el seu punt més estable, després de diversos anys de recerca, el 1799 el químic francès Louis Lefèvre-Gineau i el naturalista italià Giovanni Fabbroni van proposar la redefinició de l'estàndard en funció del punt més estable de la densitat de l'aigua: la temperatura a la qual l'aigua assoleix la seva màxima densitat, en aquell moment, 4 °C.Les mesures modernes han mostrat que la temperatura en la qual l'aigua presenta la màxima densitat és de 3,984 °C. Però els científics del pensaven que la màxima densitat es donava a 4 °C. Van determinar que un decímetre cúbic d'aigua a la seva màxima densitat era igual al 99,9265% de la massa del prototip estàndard de quilogram fet quatre anys abans.El quilogram estàndard provisional havia estat fabricat a partir d'una única mesura, no precisa, de la densitat de l'aigua que havien fet abans Antoine Lavoisier i René Just Haüy, i que havia mostrat que un decímetre cúbic d'aigua destil·lada a 0 °C tenia la massa de 18.841 grains (en el sistema d'unitats antic de França). Les noves acurades mesures de Lefèvre-Gineau i Fabbroni mostraven que la massa d'un decímetre cúbic d'aigua a la nova temperatura de 4 °C (en la qual l'aigua és més densa) era menys massiu, 18.827,15 grains, que l'anterior valor adoptat per l'aigua a 0 °C. Cal fer notar que Lavoisier no va poder continuar el treball que havia iniciat perquè durant el Regnat del Terror va ser detingut i després portat a la guillotina el 8 de maig del 1794. Haüy va anar a la presó però es va poder lliurar de ser executat.
El mateix any 1799, es va construir un prototip totalment de platí amb l'objectiu de què fos igual, en la mesura en què fos científicament possible, a la massa d'un decímetre cúbic d'aigua a 4 °C. El prototip va ser presentat a l'Arxiu de la República al juny, i el 10 de desembre d'aquell any era formalment ratificat i el quilogram definit com la massa d'aquell prototip. Aquesta definició seria l'estàndard durant els següents noranta anys.
Prototip Internacional del Quilogram El tractat internacional de la Convenció del Metre es va signar el 20 de maig del 1875 i va establir el Sistema Internacional d'Unitats, que des del 1889 defineix la magnitud del quilogram com la massa del Prototip Internacional del Quilogram. Aquest prototip està fet d'un aliatge de platí conegut com a «Pt-10Ir», que està format per un 90% platí i un 10% d'iridi (en massa) i té una forma de cilindre recte d'altura igual al diàmetre (39,17 mm) per reduir al mínim la seva superfície.New Techniques in the Manufacture of Platinum-Iridium Mass Standards, T. J. Quinn, Platinum Metals Rev., 1986, 30, (2), pp. L'addició del 10% d'iridi millora el prototip totalment de platí del 1799 de l'Arxiu de la República augmentant considerablement la seva duresa al mateix temps que conservava moltes de les virtuts del platí: gran resistència a l'oxidació, una densitat extremadament alta, una conductivitat elèctrica i tèrmica satisfactòries, i una petita susceptibilitat magnètica. El Prototip Internacional del Quilogram i les seves sis còpies germanesThe international prototype of the kilogram and its six official copies , Imatge del prototip del quilogram al BIPM s'emmagatzemen a l'Oficina Internacional de Pesos i Mesures (BIPM) a una caixa fortaThe international prototype of the kilogram and its six official copies Imatge de la caixa forta, BIPM amb un medi ambient controlat que es troba al soterrani de la seu del BIPM a Breteuil a Sèvres als afores de París. Es necessiten tres claus diferents per obrir la caixa forta. Altres còpies oficials del prototip van ser posades a disposició d'altres estats per ser utilitzades com la seva norma. Aquestes còpies es comparen amb el Prototip oficial aproximadament cada 50 anys.
El Prototip Internacional és un de tres cilindres fets el 1879. El 1883, es va constatar que la seva massa era idèntica a la massa del prototip de l'Arxiu de la República fet vuitanta-quatre anys abans, i va ser ratificat oficialment como el quilogram a la primera CGPM del 1889.