Τι είναι η μετρική κλίμακα;

Εάν ζείτε στις Ηνωμένες Πολιτείες, μπορεί να σας συγχωρεθεί ότι έχετε μια λιγότερο ξεκάθαρη κατανόηση του μετρικού συστήματος μέτρησης, γνωστό και ως Système Internationale (SI). Οι Ηνωμένες Πολιτείες είναι μία από τις τρεις μόνο χώρες που εξακολουθούν να χρησιμοποιούν το Αυτοκρατορικό Σύστημα και η προσήλωσή τους στις βρετανικές μονάδες είναι ο μόνος λόγος που το σύστημα δεν είναι ξεπερασμένο.

Το σύστημα μετρικών, το οποίο θα μπορούσατε να χαρακτηρίσετε ως κλίμακα μετρητών, προήλθε από τη Γαλλία, του οποίου η κυβέρνηση το υιοθέτησε το 1795. Αν και χρειάστηκαν σχεδόν 200 χρόνια, οι Βρετανοί τελικά έκαναν το ίδιο, ακολουθούμενο σχεδόν από κάθε άλλο χώρα, συμπεριλαμβανομένων των δύο πλησιέστερων γειτόνων και των σημαντικότερων εμπορικών εταίρων των Ηνωμένων Πολιτειών, του Καναδά και της Μεξικό.

Εκπληκτικά, ορισμένες από τις βρετανικές μονάδες που χρησιμοποιούνται σήμερα στις ΗΠΑ δεν είναι καν αυτές που υιοθετήθηκαν από τη βρετανική κυβέρνηση το 1824, αλλά ξεπερασμένες εκείνες που οι Βρετανοί απορρίφθηκαν εκείνη τη στιγμή.

Επιστήμονες, έμποροι και κυβερνήσεις προτιμούν το μετρικό σύστημα για καλό λόγο. Για παράδειγμα, έχει μόνο επτά βασικές μονάδες, από τις οποίες προέρχονται όλες οι άλλες. Χρησιμοποιεί προσαυξήσεις 10 αντί 12, και η βασική μονάδα, ο μετρητής, βασίζεται σε φυσικό πρότυπο που μπορεί να επαληθευτεί οπουδήποτε.

Ο πατέρας του μετρικού συστήματος ήταν ένας εκπρόσωπος της εκκλησίας που έζησε στη Λυών της Γαλλίας από το 1618 έως το 1694. Ο Gabriel Mouton είχε διδακτορικό στη θεολογία, αλλά ήταν επίσης ενεργός επιστήμονας και αστρονόμος. Η πρότασή του για ένα σύστημα μέτρησης που βασίζεται σε δεκαδικά κλάσματα υποστηρίχθηκε από φωτιστικά όπως φυσικός Christiaan Huygens και μαθηματικός Gottfried Wilhelm von Leibniz, και μελετήθηκε από το Royal Κοινωνία. Χρειάστηκαν όμως εκατό χρόνια για τους επιστήμονες να βελτιώσουν το σύστημα και να πείσουν την κυβέρνηση της Γαλλίας να το υιοθετήσει.

Η θεμελιώδης μονάδα που πρότεινε ο Mouton ήταν ηχιλιοστό, που ορίστηκε ως ένα δευτερόλεπτο γεωγραφικού μήκους στην επιφάνεια της Γης στον ισημερινό. Αυτό υποδιαιρέθηκε με διαίρεση με 10 σε υπο-μονάδες όπως τοcenturia, decuriaκαιvirga.Παρόλο που καμία από αυτές τις μονάδες δεν κατέληξε να χρησιμοποιείται, οι επιστήμονες πήραν στην καρδιά τη βασική ιδέα του Mouton να βασίσει το σύστημα μέτρησης σε ένα γεωφυσικό πρότυπο.

Όταν η γαλλική κυβέρνηση υιοθέτησε για πρώτη φορά το μετρικό σύστημα, ο μετρητής έγινε η βασική μονάδα. Η λέξη προέρχεται από την ελληνική λέξημέτρο, που σημαίνει "μέτρηση", και αρχικά ορίστηκε ως το ένα δέκατο εκατοστό της απόστασης μεταξύ του ισημερινού και του Βόρειου Πόλου κατά μήκος ενός μεσημβρινού που διέρχεται από το Παρίσι.

Ο ορισμός άλλαξε με την πάροδο των ετών και σήμερα, ορίζεται ότι η απόσταση που διανύει το φως μέσα σε ένα κενό σε ακριβώς 1/299792458 δευτερόλεπτα. Αυτός ο ορισμός βασίζεται στην ταχύτητα του φωτός, που είναι ακριβώς 299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο.

Το μετρικό σύστημα καταγράφει όλες τις μετρήσεις μήκους σε μέτρα, κλάσματα μέτρων ή πολλαπλάσια μέτρων, αποφεύγοντας έτσι την ανάγκη πολλαπλών μονάδων, όπως ίντσες, πόδια και μίλια. Στο σύστημα SI, κάθε προσαύξηση 1.000 που μετακινεί το δεκαδικό της μέτρησης τρεις θέσεις προς τα δεξιά ή αριστερά, έχει ένα πρόθεμα. Επιπλέον, υπάρχουν προθέματα για το ένα δέκατο και το ένα εκατοστό, καθώς και για 10 και 100.

Εάν μετράτε τις αποστάσεις μεταξύ πόλεων, δεν τις εκφράζετε σε χιλιάδες μέτρα. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε χιλιόμετρα. Ομοίως, οι επιστήμονες που μετρούν ατομικές αποστάσεις δεν χρειάζεται να τις εκφράζουν σε δισεκατομμυριοστά του μέτρου. Μπορούν να χρησιμοποιήσουν νανόμετρα. Η λίστα των προθεμάτων περιλαμβάνει τα εξής:

• 10¹⁸ μετρητές: μετρητής (Em) 10 ⁻¹⁸ μέτρα: ατμόμετρο (π.μ.)
• 10¹⁵ μέτρα: petameter (Pm) 10 ⁻¹⁵ μέτρα: femtometer (fm)
• 10¹² μέτρα: terameter (Tm) 10 ⁻¹² μέτρα: picometer (pm)
• 10⁹ μέτρα: gigameter (Gm) 10 ⁻⁹ μέτρα: νανόμετρο (nm)
• 10⁶ μέτρα: megameter (Mm) 10 ⁻⁶ μέτρα: μικρόμετρο (μm)
• 10³ μέτρα: χιλιόμετρο (km) 10 ⁻³ μέτρα: χιλιοστά (mm)
• 10² μέτρα: εκατόμετρο (hm) 10 ⁻² μέτρα: εκατοστό (cm)
• 10¹ μέτρα: dekameter (φράγμα) 10 ⁻¹ μέτρα: εκατοστόμετρο (dm)

Αυτά τα προθέματα χρησιμοποιούνται σε όλο το σύστημα μέτρησης. Ισχύουν για μονάδες μάζας (γραμμάρια), χρόνο (δευτερόλεπτα), ηλεκτρικό ρεύμα (αμπέρ), φωτεινότητα (candela), θερμοκρασία (kelvins) και ποσότητα ύλης (moles).

Όταν μετράτε το μήκος, μετράτε σε μία διάσταση. Επεκτείνετε τις μετρήσεις σας σε δύο διαστάσεις για να προσδιορίσετε την περιοχή και οι μονάδες θα είναι τετραγωνικά μέτρα. Προσθέστε μια τρίτη διάσταση και μετράτε τον όγκο σε κυβικά μέτρα. Δεν θα μπορούσατε να κάνετε αυτήν την απλή εξέλιξη όταν χρησιμοποιείτε βρετανικές μονάδες, επειδή το βρετανικό σύστημα έχει διαφορετικές μονάδες και για τις τρεις ποσότητες και ακόμη και έχει περισσότερες από μία μονάδες για μήκος.

Τα τετραγωνικά μέτρα δεν είναι ιδιαίτερα χρήσιμες μονάδες για τη μέτρηση μικρών περιοχών, όπως η επιφάνεια ενός ηλιακού στοιχείου. Για μικρές περιοχές, συνηθίζεται η μετατροπή τετραγωνικών μέτρων σε τετραγωνικά εκατοστά. Για μεγάλες περιοχές, τα τετραγωνικά χιλιόμετρα είναι πιο χρήσιμα. Οι συντελεστές μετατροπής είναι 1 τετραγωνικό μέτρο = 10⁴ τετραγωνικά εκατοστά = 10 ⁻⁶ τετραγωνικά χιλιόμετρα.

Κατά τη μέτρηση του όγκου στο σύστημα SI, τα λίτρα είναι πιο χρήσιμες μονάδες από τα κυβικά μέτρα, κυρίως επειδή ένα κυβικό μέτρο είναι πολύ μεγάλο για μεταφορά. Το λίτρο ορίζεται ως 1.000 κυβικά εκατοστά (τα οποία ονομάζονται επίσης χιλιοστόλιτρα), το οποίο το ισοδυναμεί με 0,001 κυβικά μέτρα.

Εκτός από το μετρητή, το μετρικό σύστημα ορίζει μόνο έξι άλλες μονάδες και όλες οι άλλες μονάδες προέρχονται από αυτές. Οι άλλες μονάδες μπορεί να έχουν ονόματα, όπως ένα newton (force) ή watt (power), αλλά αυτές οι παράγωγες μονάδες μπορούν πάντα να εκφράζονται με βάση τις θεμελιώδεις. Οι έξι θεμελιώδεις ενότητες είναι:

• ​Το δεύτερο​

–

Αυτή είναι η μονάδα για το χρόνο. Ήταν βασισμένο στο μήκος μιας ημέρας, αλλά τώρα που γνωρίζουμε ότι μια ημέρα είναι στην πραγματικότητα λιγότερο από 24 ώρες, απαιτείται ακριβέστερος ορισμός. Ο επίσημος ορισμός του δευτερολέπτου βασίζεται τώρα στις δονήσεις του ατόμου καισίου-133.

• ​Το κιλό (kg)​

–

Η μονάδα μάζας στο σύστημα που χρησιμοποιεί τη μέτρηση του μετρητή είναι το χιλιόγραμμο. Επειδή αυτό είναι 1.000 γραμμάρια, δεν φαίνεται να είναι βασική μονάδα, αλλά το γραμμάριο είναι χρήσιμο μόνο όταν μετράτε το μήκος σε εκατοστά. Το σύστημα που μετρά σε μέτρα, κιλά και δευτερόλεπτα ονομάζεται σύστημα MKS. Αυτό που μετρά σε εκατοστά, γραμμάρια και δευτερόλεπτα είναι το σύστημα CGS.

• ​Το kelvin (K)​

–

Σε αντίθεση με αυτό που θα περίμενε κανείς, η θερμοκρασία δεν μετριέται στην κλίμακα Κελσίου στο σύστημα SI, αν και οι χώρες που χρησιμοποιούν το μετρικό σύστημα τείνουν να μετρούν τη θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου. Το κάνουν επειδή η μετατροπή είναι τόσο απλή. Οι βαθμοί έχουν το ίδιο μέγεθος και μια θερμοκρασία 0 βαθμούς Κελσίου αντιστοιχεί σε 273,15 Κέλβιν. Για να μετατρέψετε τον Κελσίου σε Kelvin, απλώς προσθέστε το 273.15.

• ​Το αμπέρ (Α)​

–

Η μονάδα ηλεκτρικού ρεύματος καθορίζει την ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου που περνά ένα σημείο σε έναν αγωγό σε ένα δευτερόλεπτο. Ορίζεται ως ένα coulomb, το οποίο είναι 6.241 × 10¹⁸ ηλεκτρόνια, ανά δευτερόλεπτο.

• ​Ο τυφλοπόντικας (mol)​

- Αυτό είναι ένα μέτρο του αριθμού των ατόμων σε ένα δείγμα οποιασδήποτε συγκεκριμένης ουσίας. Ένα γραμμομόριο είναι ο αριθμός ατόμων σε 12 γραμμάρια (0,012 kg) δείγματος άνθρακα-12.

• ​Η candela (cd)​

–

Αυτή η μονάδα χρονολογείται από τις ημέρες που τα κεριά παρείχαν τον μοναδικό τεχνητό φωτισμό. Ήταν η ποσότητα φωτισμού που παρέχεται σε ένα στερτιανό από ένα μόνο κερί, αλλά ο σύγχρονος ορισμός είναι λίγο πιο περίπλοκος. Ένα candela ορίζεται ως η φωτεινή ένταση μιας δεδομένης πηγής που εκπέμπει μονοχρωματικό φως σε συχνότητα 5,4 x 10¹⁴ Hertz και έχει ένταση ακτινοβολίας 1/683 watt ανά στερτιανό. Η στερτιανή είναι μια κυκλική διατομή μιας σφαίρας που έχει μια περιοχή ίση με το τετράγωνο της ακτίνας της σφαίρας.

Το μετρικό σύστημα έχει 22 ονομαστικές μονάδες που προέρχονται από τις επτά βασικές. Τα περισσότερα, αλλά όχι όλα, πήραν το όνομά τους από εξέχοντες επιστήμονες που συνέβαλαν σημαντικά στον τομέα στον οποίο σχετίζονται οι μονάδες. Για παράδειγμα, η μονάδα δύναμης πήρε το όνομά του από τον Sir Isaac Newton, ο οποίος έθεσε τις βάσεις για τη μηχανική, τη μελέτη των σωμάτων σε ηρεμία και σε κίνηση. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η μονάδα ηλεκτρικής χωρητικότητας, το farad, που πήρε το όνομά του από τον Micheal Faraday, πρωτοπόρο στη μελέτη του ηλεκτρομαγνητισμού.

Οι παράγωγες μονάδες έχουν ως εξής:

• ΔύναμηΝιούτον (Ν)κλ

μικρό ⁻² Πίεση / στρεςpascal (Pa)Μ ⁻¹ κιλά s ⁻² Ενέργεια / εργασίαjoule (J)Μ² κιλά s ⁻² Ρεύμα ισχύος / ακτινοβολίαςwatt (W)Μ² κιλά s ⁻³ Ηλεκτρικό φορτίοκουλούμπ (Γ)ΑΝΩΝΥΜΗ ΕΤΑΙΡΙΑ Ηλεκτρικό δυναμικόβολτ (V)Μ² κιλά s ⁻³ ΕΝΑ ⁻¹ Χωρητικότηταfarad (F)Μ ⁻²κιλό ⁻¹μικρό⁴ΕΝΑ² Ηλεκτρική αντίστασηωμ (Ω)Μ²κιλά s ⁻³ΕΝΑ ⁻² Ηλεκτρική αγωγιμότηταsiemens (S)Μ ⁻² κιλό ⁻¹ μικρό³ ΕΝΑ² Μαγνητική ροήweber (Wb)Μ² κιλά s ⁻²ΕΝΑ ⁻¹ Πυκνότητα μαγνητικής ροήςtesla (Τ)κιλά s ⁻²ΕΝΑ-¹ Επαγωγήhenry (Η)Μ²κιλά s ⁻²ΕΝΑ ⁻² ΘερμοκρασίαΚελσίου (° C)κ

− 273.15 Φωτεινή ροήαυλός (lm)Μ²Μ ⁻²cd = cd Φωτισμός (lx)lux (lx)Μ²Μ ⁻⁴cd = μ ⁻²CD Ραδιενεργή δραστηριότηταbecquerel (Bq)μικρό ⁻¹ Απορροφημένη δόσηγκρι (Gy)Μ²μικρό ⁻² Ισοδύναμη δόσηκοσκίνισμα (Sv)Μ²μικρό ⁻² Καταλυτική δραστηριότηταΚαταλ (kat)μικρό ⁻¹ mol Επίπεδο γωνίαακτινικό (rad)μμ ⁻¹ = 1 Στέρεα γωνίαστερτιανά (sr)Μ²Μ ⁻² = 1

Σε σύγκριση με το αγγλικό σύστημα, το οποίο είναι ένα hodgepodge μονάδων που δημιουργήθηκαν στην αγγλική αγορά, το μετρικό σύστημα είναι κομψό, ακριβές και βασίζεται σε καθολικά φυσικά πρότυπα.

Είναι κάτι μυστήριο γιατί το αγγλικό σύστημα εξακολουθεί να χρησιμοποιείται στις Ηνωμένες Πολιτείες, ειδικά δεδομένου ότι Το Κογκρέσο ψήφισε το Νόμο Μετατροπής Μετρικών το 1975 για να συντονίσει την αυξανόμενη χρήση του μετρικού συστήματος Χώρα. Δημιουργήθηκε ένα Μετρικό Διοικητικό Συμβούλιο και οι κυβερνητικές υπηρεσίες υποχρεώθηκαν να χρησιμοποιήσουν το σύστημα μέτρησης. Το πρόβλημα είναι ότι η μετατροπή ήταν εθελοντική για το ευρύ κοινό και οι περισσότεροι απλώς αγνόησαν το Διοικητικό Συμβούλιο, το οποίο διαλύθηκε το 1982.

Θα μπορούσε κανείς να πει ότι ο μόνος λόγος για τη συνεχιζόμενη χρήση του αγγλικού συστήματος στις Ηνωμένες Πολιτείες είναι η δύναμη της συνήθειας. Είναι αλήθεια ότι οι παλιές συνήθειες πεθαίνουν σκληρά, αλλά δεδομένης της κομψότητας του μετρικού συστήματος και του γεγονότος ότι το ολόκληρος ο κόσμος το χρησιμοποιεί τώρα, είναι απίθανο οποιοσδήποτε χρησιμοποιεί το αγγλικό σύστημα να συνεχίσει να το κάνει για πολλά μακρύτερα.

Η αλλαγή μπορεί να φαίνεται τρομακτική, αλλά το μετρικό σύστημα σχεδιάστηκε από τους επιστήμονες ώστε να είναι εύκολο στη χρήση, και αυτό είναι ένα όφελος που υπερτερεί της επίμονης τήρησης της παράδοσης.