Što je metrička skala?

Ako živite u Sjedinjenim Državama, može vam se oprostiti što manje jasno razumijevate metrički sustav mjerenja, poznat i kao Système Internationale (SI). Sjedinjene Države jedna su od samo tri zemlje koja još uvijek koristi carski sustav, a njegovo pridržavanje britanskih jedinica jedini je razlog što sustav nije zastario.

Metrički sustav, koji biste mogli okarakterizirati mjerilom, potječe iz Francuske, čija ga je vlada usvojila 1795. Iako je trebalo gotovo 200 godina, Britanci su na kraju učinili isto, a pratili su ih gotovo svi drugi zemlja, uključujući dva najbliža susjeda i najvažnije trgovinske partnere Sjedinjenih Država, Kanade i Meksiko.

Nevjerojatno je da neke od britanskih jedinica koje se trenutno koriste u SAD-u nisu čak ni one koje je britanska vlada usvojila 1824. godine, već zastarjele koje su Britanci u to vrijeme odbacili.

Znanstvenici, trgovci i vlade iz dobrih razloga preferiraju metrički sustav. Primjerice, ima samo sedam osnovnih jedinica, iz kojih su izvedene sve ostale. Koristi korake od 10 umjesto 12, a temeljna jedinica, mjerač, temelji se na fizičkom standardu koji se može provjeriti bilo gdje.

Otac metričkog sustava bio je crkveni vikar koji je živio u Lyonu u Francuskoj od 1618. do 1694. godine. Gabriel Mouton je doktorirao iz teologije, ali bio je i aktivni znanstvenik i astronom. Njegov prijedlog mjernog sustava koji se temelji na decimalnim razlomcima podržali su svjetiljke poput fizičar Christiaan Huygens i matematičar Gottfried Wilhelm von Leibniz, a proučavao ga je Royal Društvo. Međutim, trebalo je stotinu godina da znanstvenici usavrše sustav i nagovore francusku vladu da ga usvoji.

Temeljna jedinica koju je Mouton predložio bila jemilliare, koja je definirana kao jedna sekunda zemljopisne dužine na površini Zemlje na ekvatoru. To je podijeljeno podjelom sa 10 na podjedinice poputcenturija, dekurijaivirga.Iako niti jedna od ovih jedinica na kraju nije korištena, znanstvenici su prihvatili k srcu Moutonovu osnovnu ideju da mjerni sustav temelji na geofizičkom standardu.

Kad je francuska vlada prvi put usvojila metrički sustav, brojilo je postalo osnovna jedinica. Riječ dolazi od grčke riječimetron, što znači "mjeriti", a prvotno je definirana kao desetomilionita udaljenost između ekvatora i Sjevernog pola duž meridijana koji prolazi kroz Pariz.

Definicija se mijenjala tijekom godina, a danas se definira kao udaljenost koju svjetlost prijeđe kroz vakuum za točno 1/299792458 sekundi. Ova se definicija temelji na brzini svjetlosti, koja iznosi točno 299.792.458 metara u sekundi.

Metrički sustav bilježi sva mjerenja dužine u metrima, dijelovima metra ili višestrukim metrima, čime se izbjegava potreba za više jedinica, kao što su inči, stope i milje. U SI sustavu, svaki prirast od 1000 koji pomiče decimalu mjere tri mjesta udesno ili ulijevo, ima predznak. Uz to postoje prefiksi za jednu desetinu i stotinku, kao i za 10 i 100.

Ako mjerite udaljenosti između gradova, ne morate ih izraziti u tisućama metara. Možete koristiti kilometre. Slično tome, znanstvenici koji mjere atomske udaljenosti ne moraju ih izraziti milijarditim dijelovima metra. Oni mogu koristiti nanometre. Popis prefiksa uključuje sljedeće:

• 10¹⁸ metara: promjer (Em) 10 ⁻¹⁸ metri: atometar (am)
• 10¹⁵ metri: petametar (Pm) 10 ⁻¹⁵ metri: femtometar (fm)
• 10¹² metara: terametar (Tm) 10 ⁻¹² metri: pikometar (pm)
• 10⁹ metara: gigametar (Gm) 10 ⁻⁹ metri: nanometar (nm)
• 10⁶ metara: megametar (Mm) 10 ⁻⁶ metara: mikrometar (µm)
• 10³ metara: kilometar (km) 10 ⁻³ metri: milimetar (mm)
• 10² metara: hektometar (hm) 10 ⁻² metri: centimetar (cm)
• 10¹ metara: dekametar (brana) 10 ⁻¹ metri: decimetar (dm)

Ti se prefiksi koriste u cijelom mjernom sustavu. Primjenjuju se na jedinice mase (grami), vrijeme (sekunde), električnu struju (amperi), sjaj (kandela), temperaturu (kelvine) i količinu materije (molovi).

Kada mjerite duljinu, mjerite u jednoj dimenziji. Proširite mjere na dvije dimenzije kako biste odredili površinu, a jedinice će biti kvadratni metri. Dodajte treću dimenziju i mjerite obujam u kubičnim metrima. Ne biste mogli napraviti ovaj jednostavan napredak kada koristite britanske jedinice, jer britanski sustav ima različite jedinice za sve tri veličine, a ima čak i više jedinica za duljinu.

Kvadratni metri nisu osobito korisne jedinice za mjerenje malih površina, poput površine solarne ćelije. Za mala područja uobičajeno je kvadratne metre pretvoriti u kvadratne centimetre. Za velika područja korisniji su kvadratni kilometri. Faktori pretvorbe su 1 kvadratni metar = 10⁴ kvadratnih centimetara = 10 ⁻⁶ četvornih kilometara.

Pri mjerenju zapremine u SI sustavu, litre su korisnije jedinice od kubnih metara, ponajviše zato što je kubni metar prevelik za nošenje. Litra se definira kao 1.000 kubičnih centimetara (koji se nazivaju i mililitrima), što je jednako 0,001 kubika.

Osim mjerača, metrički sustav definira samo šest drugih jedinica, a sve ostale jedinice izvedene su iz njih. Ostale jedinice mogu imati nazive, poput njutna (sila) ili vata (snaga), ali ove izvedene jedinice uvijek se mogu izraziti osnovnim. Šest osnovnih jedinica su:

• ​Drugi (e)​

–

Ovo je jedinica za vrijeme. Nekad se temeljilo na duljini dana, ali sada kada znamo da je dan zapravo manje od 24 sata, potrebna je preciznija definicija. Službena definicija sekunde sada se temelji na vibracijama atoma cezija-133.

• ​Kilogram (kg)​

–

Jedinica za masu u sustavu koji koristi mjerač je kilogram. Budući da je ovo 1.000 grama, čini se da nije temeljna jedinica, ali gram je koristan samo kada se mjeri duljina u centimetrima. Sustav koji mjeri u metrima, kilogramima i sekundama naziva se MKS sustav. Onaj koji se mjeri u centimetrima, gramima i sekundama je CGS sustav.

• ​Kelvin (K)​

–

Suprotno onome što biste mogli očekivati, temperatura se ne mjeri na Celzijevoj skali u SI sustavu, iako zemlje koje koriste metrički sustav teže mjeriti temperaturu u Celzijevim stupnjevima. To čine jer je pretvorba tako jednostavna. Stupnjevi su iste veličine, a temperatura od 0 Celzijevih stupnjeva odgovara 273,15 Kelvina. Da biste pretvorili Celzijus u Kelvine, samo dodajte 273,15.

• ​Amper (A)​

–

Jedinica električne struje definira količinu električnog naboja koji prolazi točku u vodiču u jednoj sekundi. Definiran je kao jedan kulon, što je 6,241 × 10¹⁸ elektroni, u sekundi.

• ​Krtica (mol)​

- Ovo je mjera količinskog broja atoma u uzorku bilo koje određene tvari. Jedan mol je broj atoma u 12 grama (0,012 kg) uzorka ugljika-12.

• ​Kandela (CD)​

–

Ova jedinica datira iz dana kada su svijeće pružale jedino umjetno osvjetljenje. Bila je to količina osvjetljenja koju u jednom steradijanu pruža jedna svijeća, ali moderna je definicija malo složenija. Jedna kandela definirana je kao svjetlosni intenzitet datog izvora koji emitira monokromatsku svjetlost na frekvenciji 5,4 x 10¹⁴ Hertz i s intenzitetom zračenja od 1/683 vata po steradijanu. Steradijan je kružni presjek kugle koja ima površinu jednaku kvadratu polumjera kugle.

Metrički sustav ima 22 imenovane jedinice koje su izvedene iz sedam temeljnih. Većina, ali ne i svi, nazvani su po istaknutim znanstvenicima koji su dali značajan doprinos polju u kojem su jedinice relevantne. Na primjer, jedinica za silu nazvana je po Sir Isaacu Newtonu, koji je postavio temelje za mehaniku, proučavanje tijela u mirovanju i pokretu. Sljedeći je primjer jedinica za električni kapacitet, farad, koja je dobila ime po Michealu Faradayu, pioniru u proučavanju elektromagnetizma.

Izvedene jedinice su kako slijedi:

• SilaNjutn (N)m kg

s ⁻² Pritisak / strespaskal (Pa)m ⁻¹ kg s ⁻² Energija / raddžul (J)m² kg s ⁻² Tok snage / zračenjavat (W)m² kg s ⁻³ Električno punjenjekulon (C)s A Električni potencijalvolt (V)m² kg s ⁻³ A ⁻¹ Kapacitetfarad (F)m ⁻²kg ⁻¹s⁴A² Električni otporohm (Ω)m²kg s ⁻³A ⁻² Električna vodljivostsiemens (S)m ⁻² kg ⁻¹ s³ A² Magnetski tokweber (Wb)m² kg s ⁻²A ⁻¹ Gustoća magnetskog tokatesla (T)kg s ⁻²A-¹ Induktivnosthenry (H)m²kg s ⁻²A ⁻² TemperaturaCelzija (° C)K

− 273.15 Svjetlosni toklumen (lm)m²m ⁻²cd = cd Osvjetljenje (lx)lux (lx)m²m ⁻⁴cd = m ⁻²CD Radioaktivna aktivnostbekerel (Bq)s ⁻¹ Apsorbirana dozasiva (Gy)m²s ⁻² Ekvivalent dozesivert (Sv)m²s ⁻² Katalitička aktivnostkatal (kat)s ⁻¹ mol Ravni kutradijan (rad)m m ⁻¹ = 1 Čvrsti kutsteradijan (sr)m²m ⁻² = 1

U usporedbi s engleskim sustavom, koji je mješavina jedinica stvorenih na engleskom tržištu, metrički sustav je elegantan, precizan i zasnovan na univerzalnim fizičkim standardima.

Zagonetno je zašto se engleski sustav još uvijek koristi u Sjedinjenim Državama, posebno s obzirom na to Kongres je 1975. godine usvojio Zakon o metričkoj pretvorbi kako bi koordinirao sve veću upotrebu metričkog sustava u tome zemlja. Osnovan je metrički odbor, a vladine agencije morale su koristiti metrički sustav. Problem je u tome što je pretvaranje bilo dobrovoljno za širu javnost, a većina ljudi jednostavno je ignorirala Odbor koji se raspao 1982. godine.

Moglo bi se reći da je jedini razlog daljnjeg korištenja engleskog sustava u Sjedinjenim Državama sila navike. Istina je da stare navike teško umiru, ali s obzirom na eleganciju metričkog sustava i činjenicu da čitav svijet ga sada koristi, malo je vjerojatno da će itko tko koristi engleski sustav to nastaviti raditi mnogo više.

Promjena se može činiti zastrašujućom, ali metrički sustav znanstvenici su osmislili kako bi ga bilo lako koristiti, a to je prednost koja nadilazi tvrdoglavo poštivanje tradicije.