Was ist die metrische Skala?

Wenn Sie in den Vereinigten Staaten leben, können Sie das metrische Maßsystem, auch bekannt als Système Internationale (SI), nicht ganz genau verstehen. Die Vereinigten Staaten sind eines von nur drei Ländern, die immer noch das imperiale System verwenden, und die Bindung an britische Einheiten ist der einzige Grund, warum das System nicht veraltet ist.

Das metrische System, das man als Meterskala charakterisieren könnte, stammt aus Frankreich, dessen Regierung es 1795 verabschiedete. Obwohl es fast 200 Jahre dauerte, taten die Briten schließlich dasselbe, gefolgt von praktisch allen anderen Land, einschließlich der beiden engsten Nachbarn und wichtigsten Handelspartner der Vereinigten Staaten, Kanada und Mexiko.

Erstaunlicherweise sind einige der britischen Einheiten, die derzeit in den USA eingesetzt werden, nicht einmal die von der britischen Regierung im Jahr 1824 übernommenen, sondern veraltete, die die Briten damals verworfen haben.

Wissenschaftler, Kaufleute und Regierungen bevorzugen aus guten Gründen das metrische System. Es hat beispielsweise nur sieben Grundeinheiten, von denen alle anderen abgeleitet sind. Es verwendet Inkremente von 10 statt 12, und die grundlegende Einheit, das Meter, basiert auf einem physikalischen Standard, der überall überprüft werden kann.

Der Vater des metrischen Systems war ein Kirchenvikar, der von 1618 bis 1694 in Lyon, Frankreich, lebte. Gabriel Mouton war promovierter Theologe, war aber auch ein aktiver Wissenschaftler und Astronom. Sein Vorschlag eines auf Dezimalbrüchen basierenden Messsystems wurde von Koryphäen wie Physiker Christiaan Huygens und Mathematiker Gottfried Wilhelm von Leibniz und wurde von der Royal Gesellschaft. Es dauerte jedoch hundert Jahre, bis Wissenschaftler das System verfeinerten und die französische Regierung davon überzeugten, es zu übernehmen.

Die grundlegende Einheit, die Mouton vorschlug, war diemilliare, die als eine Sekunde Längengrad auf der Erdoberfläche am Äquator definiert wurde. Dies wurde durch Division durch 10 in solche Untereinheiten unterteilt wie dieCenturie, DekurieundJungfrau.Obwohl keines dieser Geräte zum Einsatz kam, beherzigten die Wissenschaftler Moutons Grundidee, das Messsystem auf einem geophysikalischen Standard zu basieren.

Als die französische Regierung zum ersten Mal das metrische System einführte, wurde das Meter zur Basiseinheit. Das Wort kommt vom griechischen WortMetron, was "messen" bedeutet und ursprünglich als ein Zehnmillionstel der Entfernung zwischen dem Äquator und dem Nordpol entlang eines Meridians durch Paris definiert wurde.

Die Definition hat sich im Laufe der Jahre geändert und ist heute definiert als die Entfernung, die Licht in genau 1/299792458 Sekunden durch ein Vakuum zurücklegt. Diese Definition basiert auf der Lichtgeschwindigkeit, die exakt 299.792.458 Meter pro Sekunde beträgt.

Das metrische System zeichnet alle Längenmaße in Metern, Bruchteilen von Metern oder Vielfachen von Metern auf und vermeidet so die Notwendigkeit mehrerer Einheiten wie Zoll, Fuß und Meilen. Im SI-System hat jede 1.000er-Schritte, die die Dezimalstelle einer Messung um drei Stellen nach rechts oder links verschiebt, ein Präfix. Außerdem gibt es Präfixe für ein Zehntel und ein Hundertstel sowie für 10 und 100.

Wenn Sie die Entfernungen zwischen Städten messen, müssen Sie sie nicht in Tausenden von Metern ausdrücken. Sie können Kilometer verwenden. Ebenso müssen Wissenschaftler, die Atomabstände messen, diese nicht in Milliardstel Metern ausdrücken. Sie können Nanometer verwenden. Die Liste der Präfixe umfasst Folgendes:

• 10¹⁸ Meter: Prüfgerät (Em) 10 ⁻¹⁸ Meter: Attometer (am)
• 10¹⁵ Meter: Petameter (Pm) 10 ⁻¹⁵ Meter: Femtometer (fm)
• 10¹² Meter: Terameter (Tm) 10 ⁻¹² Meter: Pikometer (pm)
• 10⁹ Meter: Gigameter (Gm) 10 ⁻⁹ Meter: Nanometer (nm)
• 10⁶ Meter: Megameter (Mm) 10 ⁻⁶ Meter: Mikrometer (µm)
• 10³ Meter: Kilometer (km) 10 ⁻³ Meter: Millimeter (mm)
• 10² Meter: Hektometer (hm) 10 ⁻² Meter: Zentimeter (cm)
• 10¹ Meter: Dekameter (Damm) 10 ⁻¹ Meter: Dezimeter (dm)

Diese Präfixe werden im gesamten Messsystem verwendet. Sie gelten für die Einheiten Masse (Gramm), Zeit (Sekunden), Stromstärke (Ampere), Leuchtkraft (Candela), Temperatur (Kelvin) und Stoffmenge (Mol).

Wenn Sie die Länge messen, messen Sie in einer Dimension. Erweitern Sie Ihre Messungen auf zwei Dimensionen, um die Fläche zu bestimmen, und die Einheiten sind Quadratmeter. Fügen Sie eine dritte Dimension hinzu und Sie messen das Volumen in Kubikmetern. Sie könnten diese einfache Progression nicht durchführen, wenn Sie britische Einheiten verwenden, da das britische System für alle drei Größen unterschiedliche Einheiten und sogar mehr als eine Längeneinheit hat.

Quadratmeter sind keine besonders nützlichen Einheiten, um kleine Flächen zu messen, wie zum Beispiel die Oberfläche einer Solarzelle. Bei kleinen Flächen ist es üblich, Quadratmeter in Quadratzentimeter umzurechnen. Für große Gebiete sind Quadratkilometer sinnvoller. Die Umrechnungsfaktoren sind 1 Quadratmeter = 10⁴ Quadratzentimeter = 10 ⁻⁶ Quadratkilometer.

Bei der Volumenmessung im SI-System sind Liter sinnvollere Einheiten als Kubikmeter, vor allem weil ein Kubikmeter zu groß zum Tragen ist. Ein Liter wird als 1.000 Kubikzentimeter (auch Milliliter genannt) definiert, was 0,001 Kubikmeter entspricht.

Das metrische System definiert neben dem Meter nur sechs weitere Einheiten, von denen alle anderen Einheiten abgeleitet werden. Die anderen Einheiten können Namen wie Newton (Kraft) oder Watt (Leistung) haben, aber diese abgeleiteten Einheiten können immer in Bezug auf die Grundeinheiten ausgedrückt werden. Die sechs grundlegenden Einheiten sind:

• ​Die zweite(n)​

–

Dies ist die Einheit für die Zeit. Früher basierte sie auf der Länge eines Tages, aber jetzt, da wir wissen, dass ein Tag weniger als 24 Stunden beträgt, ist eine genauere Definition erforderlich. Die offizielle Definition einer Sekunde basiert nun auf den Schwingungen des Cäsium-133-Atoms.

• ​Das Kilogramm (kg)​

–

Die Einheit für die Masse in dem System, das die Metermessung verwendet, ist das Kilogramm. Da dies 1.000 Gramm sind, scheint es keine grundlegende Einheit zu sein, aber das Gramm ist nur nützlich, wenn die Länge in Zentimetern gemessen wird. Das System, das in Metern, Kilogramm und Sekunden misst, heißt MKS-System. In Zentimeter, Gramm und Sekunden misst das CGS-System.

• ​Das Kelvin (K)​

–

Anders als Sie vielleicht erwarten, wird die Temperatur im SI-System nicht auf der Celsius-Skala gemessen, obwohl Länder, die das metrische System verwenden, dazu neigen, die Temperatur in Grad Celsius zu messen. Sie tun dies, weil die Konvertierung so einfach ist. Die Gradzahlen sind gleich groß und eine Temperatur von 0 Grad Celsius entspricht 273,15 Kelvin. Um Celsius in Kelvin umzurechnen, addieren Sie einfach 273,15.

• ​Das Ampere (A)​

–

Die Einheit des elektrischen Stroms definiert die Menge an elektrischer Ladung, die in einer Sekunde einen Punkt in einem Leiter passiert. Es ist definiert als ein Coulomb, das 6.241 × 10. ist¹⁸ Elektronen pro Sekunde.

• ​Der Maulwurf (Mol)​

– Dies ist ein Maß für die Anzahl der Atome in einer Probe einer bestimmten Substanz. Ein Mol ist die Anzahl der Atome in 12 Gramm (0,012 kg) einer Probe von Kohlenstoff-12.

• ​Die Candela (CD)​

–

Dieses Gerät stammt aus der Zeit, als Kerzen die einzige künstliche Beleuchtung boten. Es war die Beleuchtungsstärke, die eine einzelne Kerze in einem Steradiant liefert, aber die moderne Definition ist etwas komplexer. Eine Candela ist definiert als die Lichtstärke einer gegebenen Quelle, die monochromatisches Licht mit einer Frequenz von 5,4 x 10. aussendet¹⁴ Hertz und mit einer Strahlungsintensität von 1/683 Watt pro Steradiant. Ein Steradiant ist ein kreisförmiger Querschnitt einer Kugel mit einer Fläche gleich dem Quadrat des Kugelradius.

Das metrische System hat 22 benannte Einheiten, die sich aus den sieben Grundeinheiten ableiten. Die meisten, aber nicht alle, sind nach prominenten Wissenschaftlern benannt, die wesentliche Beiträge zu dem Gebiet geleistet haben, in dem die Einheiten relevant sind. Zum Beispiel ist die Einheit für Kraft nach Sir Isaac Newton benannt, der die Grundlagen für die Mechanik legte, das Studium ruhender und bewegter Körper. Ein weiteres Beispiel ist die Einheit für die elektrische Kapazität, das Farad, benannt nach Micheal Faraday, einem Pionier auf dem Gebiet des Elektromagnetismus.

Die abgeleiteten Einheiten lauten wie folgt:

• MachtNewton (N)m kg

so ⁻² Druck/StressPascal (Pa)ich ⁻¹ kg s ⁻² Energie/ArbeitJoule (J)ich² kg s ⁻² Leistung/StrahlungsflussWatt (W)ich² kg s ⁻³ Elektrische LadungCoulomb (C)s A Elektrisches PotenzialVolt (V)ich² kg s ⁻³ EIN ⁻¹ KapazitätFarad (F)ich ⁻²kg ⁻¹so⁴EIN² Elektrischer WiderstandOhm (Ω)ich²kg s ⁻³EIN ⁻² Elektrischer LeitwertSiemens (S)ich ⁻² kg ⁻¹ so³ EIN² Magnetischer FlussWeber (Wb)ich² kg s ⁻²EIN ⁻¹ MagnetflußdichteTesla (T)kg s ⁻²EIN-¹ InduktivitätHeinrich (H)ich²kg s ⁻²EIN ⁻² TemperaturCelsius (°C)K

− 273.15 LichtstromLumen (lm)ich²ich ⁻²cd = cd Beleuchtungsstärke (lx)Lux (lx)ich²ich ⁻⁴cd = m ⁻²CD Radioaktive AktivitätBecquerel (Bq)so ⁻¹ Aufgenommene Dosisgrau (Gy)ich²so ⁻² DosisäquivalentSievert (Sv)ich²so ⁻² Katalytische Aktivitätkatal (kat)so ⁻¹ mol EbenenwinkelRadiant (Rad)m m ⁻¹ = 1 RaumwinkelSteradiant (sr)ich²ich ⁻² = 1

Im Vergleich zum englischen System, das aus einem Sammelsurium von Einheiten auf dem englischen Markt besteht, ist das metrische System elegant, genau und basiert auf universellen physikalischen Standards.

Es ist ein Rätsel, warum das englische System in den Vereinigten Staaten immer noch verwendet wird, insbesondere angesichts dessen Der Kongress verabschiedete 1975 das metrische Umwandlungsgesetz, um die zunehmende Verwendung des metrischen Systems in dieser Hinsicht zu koordinieren Land. Ein Metric Board wurde eingerichtet, und Regierungsbehörden mussten das metrische System verwenden. Das Problem ist, dass die Konvertierung für die breite Öffentlichkeit freiwillig war und die meisten Leute einfach den Vorstand ignorierten, der sich 1982 auflöste.

Man könnte sagen, dass der einzige Grund für die fortgesetzte Verwendung des englischen Systems in den Vereinigten Staaten die Gewohnheit ist. Es ist eine Binsenweisheit, dass alte Gewohnheiten schwer sterben, aber angesichts der Eleganz des metrischen Systems und der Tatsache, dass die Die ganze Welt verwendet es jetzt, es ist unwahrscheinlich, dass jemand, der das englische System verwendet, dies weiterhin für viel tun wird länger.

Veränderungen mögen entmutigend erscheinen, aber das metrische System wurde von Wissenschaftlern so konzipiert, dass es einfach zu bedienen ist, und das ist ein Vorteil, der das hartnäckige Festhalten an der Tradition überwiegt.