Какво представлява метричната скала?

Ако живеете в Съединените щати, може да ви бъде простено, че имате по-малко ясно разбиране на метричната система за измерване, известна още като Système Internationale (SI). Съединените щати са една от трите държави, които все още използват имперската система и придържането й към британските единици е единствената причина системата да не е остаряла.

Метричната система, която можете да охарактеризирате като скала на измервателните уреди, произхожда от Франция, чието правителство я приема през 1795 година. Въпреки че отне почти 200 години, британците в крайна сметка направиха същото, последвани от почти всички други страна, включително двете най-близки съседи и най-важните търговски партньори на САЩ, Канада и Мексико.

Удивително е, че някои от британските единици, които в момента се използват в САЩ, дори не са тези, приети от британското правителство през 1824 г., а остарели такива, които британците изхвърлиха по това време.

Учените, търговците и правителствата предпочитат метричната система по основателни причини. Например, той има само седем основни единици, от които са получени всички останали. Той използва стъпки от 10 вместо 12, а основната единица, измервателният уред, се основава на физически стандарт, който може да бъде проверен навсякъде.

Бащата на метричната система е църковен викарий, който е живял в Лион, Франция от 1618 до 1694 година. Габриел Мутон има докторска степен по богословие, но е бил и активен учен и астроном. Предложението му за измервателна система, базирана на десетични дроби, беше подкрепено от осветителни тела като физик Кристиан Хюйгенс и математикът Готфрид Вилхелм фон Лайбниц, и той е изследван от Кралския Общество. Сто години обаче отне на учените да усъвършенстват системата и да убедят правителството на Франция да я приеме.

Основната единица, която Мутон предложи, бешемилиар, което беше определено като една секунда дължина на повърхността на Земята при екватора. Това беше разделено чрез разделяне на 10 на такива подразделения катоцентурия, декурияиvirga.Въпреки че нито една от тези единици в крайна сметка не се използва, учените приеха присърце основната идея на Мутон да основава измервателната система на геофизичен стандарт.

Когато френското правителство за първи път прие метричната система, измервателният уред се превърна в базова единица. Думата идва от гръцката думаМетрон, което означава „да се измери“ и първоначално се определя като една десетмилионна от разстоянието между екватора и Северния полюс по меридиан, минаващ през Париж.

Определението се е променило през годините и днес се определя като разстоянието, което светлината изминава през вакуум за точно 1/299792458 секунди. Това определение се основава на скоростта на светлината, която е точно 299 792 458 метра в секунда.

Метричната система записва всички измервания на дължина в метри, части от метри или кратни метри, като по този начин се избягва необходимостта от множество единици, като инчове, футове и мили. В системата SI всяко увеличение от 1000, което премества десетичната запетая на три места надясно или наляво, има префикс. Освен това има префикси за една десета и една стотна, както и за 10 и 100.

Ако измервате разстоянията между градовете, няма да ги изразявате в хиляди метри. Можете да използвате километри. По същия начин учените, измерващи атомните разстояния, не трябва да ги изразяват в милиардни части от метър. Те могат да използват нанометри. Списъкът с префикси включва следното:

• 10¹⁸ метри: диаметър (Em) 10 ⁻¹⁸ метри: татометър (am)
• 10¹⁵ метри: петаметър (Pm) 10 ⁻¹⁵ метри: фемтометър (fm)
• 10¹² метри: тераметър (Tm) 10 ⁻¹² метри: пикометър (pm)
• 10⁹ метри: гигаметър (Gm) 10 ⁻⁹ метри: нанометър (nm)
• 10⁶ метри: мегаметър (Mm) 10 ⁻⁶ метри: микрометър (µm)
• 10³ метри: километър (км) 10 ⁻³ метри: милиметър (mm)
• 10² метри: хектометър (hm) 10 ⁻² метри: сантиметър (см)
• 10¹ метри: декаметър (язовир) 10 ⁻¹ метри: дециметър (dm)

Тези префикси се използват в цялата измервателна система. Те се прилагат за единици за маса (грамове), време (секунди), електрически ток (ампери), светимост (кандела), температура (келвини) и количество вещество (бенки).

Когато измервате дължината, измервате в едно измерение. Разширете измерванията си до две измерения, за да определите площта, и мерните единици ще бъдат квадратни метри. Добавете трето измерение и измервате обема в кубични метри. Не бихте могли да направите тази проста прогресия, когато използвате британски единици, тъй като британската система има различни единици за всичките три величини и дори има повече от една единица за дължина.

Квадратните метри не са особено полезни единици за измерване на малки площи, като площта на слънчевата клетка. За малки площи е обичайно да се преобразуват квадратни метри в квадратни сантиметри. За големи площи квадратните километри са по-полезни. Коефициентите на преобразуване са 1 квадратен метър = 10⁴ квадратни сантиметри = 10 ⁻⁶ квадратни километри.

Когато се измерва обемът в системата SI, литрите са по-полезни единици от кубичните метри, най-вече защото кубическият метър е твърде голям, за да се носи. Литърът се определя като 1000 кубически сантиметра (които също се наричат ​​милилитри), което го прави равен на 0,001 кубически метра.

Освен измервателния уред, метричната система определя само шест други единици и всички останали единици са получени от тях. Останалите единици могат да имат имена, като нютон (сила) или ват (мощност), но тези производни единици винаги могат да бъдат изразени чрез основните. Шестте основни единици са:

• ​Вторият (ите)​

–

Това е единицата за време. Преди се базираше на продължителността на деня, но сега, когато знаем, че един ден всъщност е по-малко от 24 часа, е необходима по-точна дефиниция. Официалната дефиниция на секунда сега се основава на вибрациите на атома цезий-133.

• ​Килограмът (кг)​

–

Единицата за маса в системата, която използва измерването на измервателния уред, е килограмът. Тъй като това са 1000 грама, изглежда не е основна единица, но грамът е полезен само при измерване на дължината в сантиметри. Системата, която измерва в метри, килограми и секунди, се нарича система MKS. Тази, която измерва в сантиметри, грамове и секунди, е системата CGS.

• ​Келвинът (K)​

–

Противно на това, което можете да очаквате, температурата не се измерва по скалата на Целзий в системата SI, въпреки че страните, които използват метричната система, са склонни да измерват температурата в градуси по Целзий. Те правят това, защото преобразуването е толкова просто. Градусите са с еднакъв размер, а температурата от 0 градуса по Целзий съответства на 273,15 келвина. За да конвертирате Целзий в Келвин, просто добавете 273.15.

• ​Ампер (A)​

–

Единицата за електрически ток определя количеството електрически заряд, преминаващ точка в проводник за една секунда. Определя се като един кулон, който е 6,241 × 10¹⁸ електрони, в секунда.

• ​Бенката (мол)​

- Това е мярка за количеството атоми в пробата на дадено вещество. Един мол е броят на атомите в 12 грама (0,012 кг) от проба от въглерод-12.

• ​Кандела (CD)​

–

Това устройство датира от времето, когато свещите осигуряват единственото изкуствено осветление. Това беше количеството осветеност, осигурено в един стерадиан от една свещ, но съвременната дефиниция е малко по-сложна. Една кандела се определя като интензитета на светлината на даден източник, излъчващ монохроматична светлина с честота 5,4 х 10¹⁴ Hertz и с интензитет на излъчване 1/683 вата на стерадиан. Стерадиан е кръгло напречно сечение на сфера, която има площ, равна на квадрата на радиуса на сферата.

Метричната система има 22 именувани единици, които са получени от седемте основни единици. Повечето, но не всички, са кръстени на видни учени, които са допринесли значително за областта, в която единиците са от значение. Например единицата за сила е кръстена на сър Исак Нютон, който положи основите на механиката, изучаването на тела в покой и в движение. Друг пример е единицата за електрически капацитет, фарад, която е кръстена на Майкъл Фарадей, пионер в изследването на електромагнетизма.

Получените единици са както следва:

• Силанютон (N)m кг

с ⁻² Налягане / стреспаскал (Pa)м ⁻¹ kg s ⁻² Енергия / работаджаул (J)м² kg s ⁻² Мощност / лъчист потокват (W)м² kg s ⁻³ Електрически зарядкулон (C)s A Електрически потенциалволта (V)м² kg s ⁻³ A ⁻¹ Капацитетфарад (F)м ⁻²килограма ⁻¹с⁴A² Електрическо съпротивлениеом (Ω)м²kg s ⁻³A ⁻² Електрическа проводимостСименс (S)м ⁻² килограма ⁻¹ с³ A² Магнитен потокweber (Wb)м² kg s ⁻²A ⁻¹ Плътност на магнитния потоктесла (T)kg s ⁻²A-¹ ИндуктивностХенри (H)м²kg s ⁻²A ⁻² ТемператураЦелзий (° C)К

− 273.15 Светлинен потоклумен (lm)м²м ⁻²cd = cd Осветеност (lx)лукс (lx)м²м ⁻⁴cd = m ⁻²cd Радиоактивна активностбекерел (Bq)с ⁻¹ Абсорбирана дозасиво (Gy)м²с ⁻² Еквивалент на дозатасиверт (Sv)м²с ⁻² Каталитична активносткатал (кат)с ⁻¹ мол Равен ъгълрадиан (rad)m m ⁻¹ = 1 Плътен ъгълстерадиан (sr)м²м ⁻² = 1

В сравнение с английската система, която представлява смесица от единици, създадени на английския пазар, метричната система е елегантна, точна и базирана на универсални физически стандарти.

Загадка е защо английската система все още се използва в САЩ, особено като се има предвид това Конгресът прие Закона за метричната конверсия през 1975 г., за да координира все по-широкото използване на метричната система в нея страна. Създаден бе метричен съвет и държавните агенции бяха длъжни да използват метричната система. Проблемът е, че преобразуването е било доброволно за широката общественост и повечето хора просто са игнорирали Управителния съвет, който се разпадна през 1982 г.

Може да се каже, че единствената причина за продължаващото използване на английската система в Съединените щати е силата на навика. Истина е, че старите навици умират трудно, но предвид елегантността на метричната система и факта, че целият свят сега го използва, едва ли някой, който използва английската система, ще продължи да го прави много повече време.

Промяната може да изглежда плашеща, но метричната система е създадена от учените, за да бъде лесна за използване и това е предимство, което надвишава упоритото придържане към традицията.