Mikä on metrinen asteikko?

Jos asut Yhdysvalloissa, sinulle voidaan antaa anteeksi, että sinulla on vähemmän selkeä käsitys metrisestä mittausjärjestelmästä, joka tunnetaan myös nimellä Système Internationale (SI). Yhdysvallat on yksi kolmesta maasta, joka edelleen käyttää keisarillista järjestelmää, ja sen noudattaminen brittiläisiin yksiköihin on ainoa syy, miksi järjestelmä ei ole vanhentunut.

Metrinen järjestelmä, jota voit luonnehtia mittarilukemaksi, on peräisin Ranskasta, jonka hallitus hyväksyi sen vuonna 1795. Vaikka se kesti lähes 200 vuotta, britit tekivät lopulta saman, mitä seurasivat käytännössä kaikki muut maassa, mukaan lukien kaksi lähintä naapuria ja tärkeimmät kauppakumppanit Yhdysvalloissa, Kanadassa ja Meksiko.

Hämmästyttävää kyllä, jotkut Yhdysvalloissa tällä hetkellä käytössä olevista brittiläisistä yksiköistä eivät edes ole Yhdistyneen kuningaskunnan hallituksen vuonna 1824 hyväksymiä, mutta vanhentuneita, jotka britit hävittivät tuolloin.

Tutkijat, kauppiaat ja hallitukset suosivat metrijärjestelmää hyvistä syistä. Esimerkiksi sillä on vain seitsemän perusyksikköä, joista kaikki muut ovat peräisin. Se käyttää 10: n lisäystä pikemminkin kuin 12, ja perusyksikkö, mittari, perustuu fyysiseen standardiin, joka voidaan tarkistaa missä tahansa.

Metrisen järjestelmän isä oli kirkon kirkkoherra, joka asui Lyonissa, Ranskassa vuosina 1618-1694. Gabriel Moutonilla oli teologian tohtorin tutkinto, mutta hän oli myös aktiivinen tutkija ja tähtitieteilijä. Hänen ehdotustaan ​​desimaalimurtolukuihin perustuvasta mittausjärjestelmästä tukivat esimerkiksi valaisimet fyysikko Christiaan Huygens ja matemaatikko Gottfried Wilhelm von Leibniz, ja kuninkaallinen kuningas Yhteiskunta. Kesti kuitenkin sata vuotta, ennen kuin tutkijat parantivat järjestelmää ja suostuttelivat Ranskan hallituksen hyväksymään sen.

Perusyksikkö, jonka Mouton ehdotti, oliMilliare, joka määriteltiin yhden sekunnin pituudeksi maapallon pinnalla päiväntasaajalla. Tämä jaettiin jakamalla 10: llä sellaisiin alayksiköihin kuincenturia, decuriajavirga.Vaikka mikään näistä yksiköistä ei päätynyt käyttämään, tutkijat ottivat sydämensä Moutonin perusajatukseen perustaa mittausjärjestelmä geofysikaaliseen standardiin.

Kun Ranskan hallitus otti ensimmäisen kerran käyttöön metrijärjestelmän, mittarista tuli perusyksikkö. Sana tulee kreikkalaisesta sanastametron, mikä tarkoittaa "mitata", ja se määriteltiin alun perin kymmenen miljoonasosaksi päiväntasaajan ja pohjoisnavan välisestä etäisyydestä Pariisin läpi kulkevaa meridiaania pitkin.

Määritelmä on muuttunut vuosien varrella, ja tänään se on määritelty etäisyydeksi, jonka valo kulkee tyhjiön läpi tarkalleen 1/299792458 sekunnissa. Tämä määritelmä perustuu valon nopeuteen, joka on täsmälleen 299792458 metriä sekunnissa.

Metrinen järjestelmä tallentaa kaikki pituusmitat metreinä, metrin osina tai metrien kerrannaisina, jolloin vältetään useiden yksiköiden, kuten tuumien, jalkojen ja mailien, tarve. SI-järjestelmässä jokaisella 1000: n lisäyksellä, joka siirtää mittauksen desimaalin kolme paikkaa oikealle tai vasemmalle, on etuliite. Lisäksi on etuliitteitä kymmenesosalle ja sadasosalle sekä 10- ja 100-tunnuksille.

Jos mitat kaupunkien välisiä etäisyyksiä, sinulla ei ole niitä ilmaista tuhansina metreinä. Voit käyttää kilometrejä. Samoin atomietäisyyksiä mittaavien tutkijoiden ei tarvitse ilmaista niitä miljardisosina metreinä. He voivat käyttää nanometrejä. Etuliitteiden luettelo sisältää seuraavat:

• 10¹⁸ mittarit: tutkija (Em) 10 ⁻¹⁸ metriä: Attometer (am)
• 10¹⁵ metriä: petameter (Pm) 10 ⁻¹⁵ metriä: femtometri (fm)
• 10¹² metriä: terameter (Tm) 10 ⁻¹² metrit: pikometri (pm)
• 10⁹ metriä: gigametri (Gm) 10 ⁻⁹ metriä: nanometri (nm)
• 10⁶ metriä: megameter (Mm) 10 ⁻⁶ metriä: mikrometri (µm)
• 10³ metriä: kilometri (km) 10 ⁻³ metriä: millimetri (mm)
• 10² metriä: hektometri (hm) 10 ⁻² metriä: senttimetri (cm)
• 10¹ metriä: dekameter (pato) 10 ⁻¹ metriä: desimetri (dm)

Näitä etuliitteitä käytetään koko mittausjärjestelmässä. Ne koskevat massayksikköä (grammaa), aikaa (sekuntia), sähkövirtaa (ampeeria), kirkkautta (kandelaa), lämpötilaa (kelvinejä) ja aineen määrää (moolia).

Kun mitat pituuden, mittaat yhden ulottuvuuden. Laajenna mittauksesi kahteen ulottuvuuteen alueen määrittämiseksi, ja yksiköt ovat neliömetriä. Lisää kolmas ulottuvuus ja mittaat tilavuutta kuutiometreinä. Tätä yksinkertaista etenemistä ei voitu tehdä, kun käytetään brittiläisiä yksiköitä, koska brittiläisessä järjestelmässä on eri yksiköt kaikille kolmelle määrälle ja jopa enemmän kuin yksi pituuden yksikkö.

Neliömetrit eivät ole erityisen hyödyllisiä yksiköitä pienien alueiden, kuten aurinkokennon pinta-alan, mittaamiseen. Pienillä alueilla on tapana muuntaa neliömetrit neliösenttimetreiksi. Suurille alueille neliökilometrit ovat hyödyllisempiä. Muuntokertoimet ovat 1 neliömetri = 10⁴ neliösenttimetrit = 10 ⁻⁶ neliökilometrit.

Mitattaessa tilavuutta SI-järjestelmässä litrat ovat hyödyllisiä yksiköitä kuin kuutiometriä, lähinnä siksi, että kuutiometri on liian suuri kantamiseen. Litra määritellään 1000 kuutiosenttimetriksi (joita kutsutaan myös millilitroiksi), mikä tekee siitä 0,001 kuutiometriä.

Mittarin lisäksi metrinen järjestelmä määrittelee vain kuusi muuta yksikköä, ja kaikki muut yksiköt on johdettu näistä. Muilla yksiköillä voi olla nimiä, kuten newton (voima) tai watti (voima), mutta nämä johdetut yksiköt voidaan aina ilmaista perusyksiköinä. Kuusi perusyksikköä ovat:

• ​Toinen (t)​

–

Tämä on ajan yksikkö. Aikaisemmin se perustui päivän pituuteen, mutta nyt kun tiedämme, että päivä on itse asiassa alle 24 tuntia, tarvitaan tarkempi määritelmä. Sekunnin virallinen määritelmä perustuu nyt cesium-133-atomin värähtelyihin.

• ​Kilogramma (kg)​

–

Mittayksikkö mittarin mittausta käyttävässä järjestelmässä on kilogramma. Koska tämä on 1000 grammaa, se ei näytä olevan perusyksikkö, mutta gramma on hyödyllinen vain mitattaessa pituutta senttimetreinä. Metriä, kilogrammaa ja sekuntia mittaavaa järjestelmää kutsutaan MKS-järjestelmäksi. CGS-järjestelmä mittaa senttimetreinä, grammoina ja sekunteina.

• ​Kelvin (K)​

–

Päinvastoin kuin voit odottaa, lämpötilaa ei mitata SI-järjestelmän Celsius-asteikolla, vaikka metristä järjestelmää käyttävät maat yleensä mittaavat lämpötilaa Celsius-asteina. He tekevät niin, koska muuntaminen on niin yksinkertaista. Asteet ovat samankokoisia, ja 0 asteen lämpötila vastaa 273,15 kelviniä. Muunna Celsius Kelviniksi lisäämällä vain 273,15.

• ​Ampeeri (A)​

–

Sähkövirran yksikkö määrittelee sähkövarauksen määrän, joka kulkee johtimen pisteen yhdessä sekunnissa. Se on määritelty yhdeksi coulombiksi, joka on 6,241 × 10¹⁸ elektroneja sekunnissa.

• ​Mooli (mol)​

- Tämä mittaa atomien määrän tietyn aineen näytteessä. Yksi mooli on atomien lukumäärä 12 grammassa (0,012 kg) hiili-12-näytettä.

• ​Kandela (cd)​

–

Tämä yksikkö on peräisin päivistä, jolloin kynttilät olivat ainoa keinotekoinen valaistus. Se oli valaistuksen määrä, jonka yhdellä steradiaanilla tarjosi yksi kynttilä, mutta nykyaikainen määritelmä on hieman monimutkaisempi. Yksi kandela määritellään tietyn lähteen valovoimaksi, joka lähettää yksiväristä valoa taajuudella 5,4 x 10¹⁴ Hertsi ja jonka säteilyintensiteetti on 1/683 wattia steradiaania kohti. Steradiaani on pyöreä poikkileikkaus pallosta, jonka pinta-ala on yhtä suuri kuin pallon säteen neliö.

Metrisessä järjestelmässä on 22 nimettyä yksikköä, jotka on johdettu seitsemästä perusyksiköstä. Suurin osa näistä, mutta ei kaikki, on nimetty merkittävien tutkijoiden mukaan, jotka ovat antaneet merkittävän panoksen kentälle, jolla yksiköt ovat merkityksellisiä. Esimerkiksi voimayksikkö on nimetty Sir Isaac Newtonin mukaan, joka loi perustan mekaniikalle, levossa olevien ja liikkuvien kappaleiden tutkimukselle. Toinen esimerkki on sähkökapasitanssin yksikkö, farad, joka on nimetty sähkömagneettisuuden tutkimuksen edelläkävijän Micheal Faradayn mukaan.

Johdetut yksiköt ovat seuraavat:

• Pakottaanewton (N)m kg

s ⁻² Paine / stressipaskal (Pa)m ⁻¹ kg s ⁻² Energia / työjoule (J)m² kg s ⁻² Teho / säteilyvirtawatti (W)m² kg s ⁻³ Sähkövarauscoulomb (C)s A Sähköinen potentiaalivoltti (V)m² kg s ⁻³ A ⁻¹ Kapasitanssifarad (F)m ⁻²kg ⁻¹s⁴A² Sähköinen vastusohmia (Ω)m²kg s ⁻³A ⁻² SähköjohtavuusSiemens (S)m ⁻² kg ⁻¹ s³ A² Magneettinen virtausweber (Wb)m² kg s ⁻²A ⁻¹ Magneettivuon tiheystesla (T)kg s ⁻²A-¹ Induktanssihenry (H)m²kg s ⁻²A ⁻² LämpötilaCelsius (° C)K

− 273.15 Valovirtaluumen (lm)m²m ⁻²cd = cd Valaistusvoima (lx)lux (lx)m²m ⁻⁴cd = m ⁻²CD Radioaktiivinen toimintabecquerel (Bq)s ⁻¹ Imeytynyt annosharmaa (Gy)m²s ⁻² Annosekvivalenttisievert (Sv)m²s ⁻² Katalyyttinen aktiivisuuskatal (kat)s ⁻¹ mol Tasokulmaradiaani (rad)m m ⁻¹ = 1 Kiinteä kulmasteradiaani (sr)m²m ⁻² = 1

Verrattuna englantilaiseen järjestelmään, joka on englantilaisille markkinoille luotujen yksiköiden hodgepodge, metrinen järjestelmä on tyylikäs, tarkka ja perustuu yleisiin fyysisiin standardeihin.

Se on jotain mysteeri, miksi englantilaista järjestelmää käytetään edelleen Yhdysvalloissa, varsinkin kun otetaan huomioon Kongressi hyväksyi metrisen muunnoksen lain vuonna 1975 koordinoimaan metrisen järjestelmän kasvavaa käyttöä siinä maa. Metrinen hallitus perustettiin, ja valtion virastojen edellytettiin käyttävän metrijärjestelmää. Ongelmana on, että kääntyminen oli vapaaehtoista suurelle yleisölle, ja useimmat ihmiset jättivät yksinkertaisesti huomiotta hallituksen, joka hajosi vuonna 1982.

Voidaan sanoa, että ainoa syy englantilaisen järjestelmän jatkamiseen Yhdysvalloissa on tottumuksen voima. On totta, että vanhat tavat kuolevat kovasti, mutta kun otetaan huomioon metrisen järjestelmän tyylikkyys ja se, että koko maailma käyttää sitä nyt, on epätodennäköistä, että kukaan englantilaista järjestelmää käyttää jatkossakin niin paljon pitempi.

Muutos saattaa tuntua pelottavalta, mutta tutkijat ovat suunnitelleet metrisen järjestelmän helppokäyttöiseksi, ja se on etu, joka ylittää itsepintaisen perinteen noudattamisen.