מהו הסולם המטרי?

אם אתה גר בארצות הברית, אתה יכול לסלוח לך שיש לך הבנה פחות ברורה של מערכת המדידה, הידועה גם בשם Système Internationale (SI). ארצות הברית היא אחת משלוש המדינות היחידות שעדיין משתמשות במערכת הקיסרית, ודבקותה ביחידות הבריטיות היא הסיבה היחידה לכך שהמערכת אינה מיושנת.

המערכת המדדית, שאותה תוכלו לאפיין כסולם המונים, מקורם בצרפת, שממשלתה אימצה אותה בשנת 1795. למרות שזה לקח כמעט 200 שנה, בסופו של דבר הבריטים עשו זאת, ואחריהם כמעט כל האחרים מדינה, כולל שתי השכנות הקרובות ביותר ושותפות המסחר החשובות ביותר של ארצות הברית, קנדה ו מקסיקו.

באופן מדהים, חלק מהיחידות הבריטיות הנמצאות בשימוש כיום בארה"ב אינן אפילו אלו שאומצו על ידי ממשלת בריטניה בשנת 1824, אלא מיושנות שהבריטים השליכו באותה תקופה.

מדענים, סוחרים וממשלות מעדיפים את המערכת המדדית מסיבות טובות. לדוגמא, יש בה רק שבע יחידות בסיס, שמהן נגזרות כל האחרות. הוא משתמש במרווחים של 10 ולא 12, והיחידה הבסיסית, המונה, מבוססת על תקן פיזי שניתן לאמת בכל מקום.

אבי המערכת המטרית היה כומר בכנסייה שהתגורר בליונס, צרפת בין השנים 1618 עד 1694. לגבריאל מוטון היה דוקטורט בתאולוגיה, אך הוא היה גם מדען פעיל ואסטרונום. הצעתו למערכת מדידה המבוססת על שברים עשרוניים נתמכה על ידי מאורות כגון הפיזיקאי כריסטיאן הויגנס והמתמטיקאי גוטפריד וילהלם פון לייבניץ, והוא נחקר על ידי המלוכה חֶברָה. עם זאת, לקח מאה שנים עד שמדענים עידנו את המערכת ושכנעו את ממשלת צרפת לאמץ אותה.

היחידה הבסיסית שמוטון הציעה הייתהמיליאר, שהוגדר כשני אורך אחד על פני כדור הארץ בקו המשווה. זה חולק על ידי חלוקה ב- 10 ליחידות משנה כמו ה-צנטוריה, דקוריהווירגה.אף שבסופו של דבר לא נעשה שימוש באף אחת מהיחידות הללו, מדענים לקחו ללב את הרעיון הבסיסי של מוטון לבסס את מערכת המדידה על תקן גיאופיזי.

כאשר ממשלת צרפת אימצה לראשונה את המערכת המטרית, המונה הפך ליחידת הבסיס. המילה באה מהמילה היווניתמטרון, שפירושו "למדוד", והוא הוגדר במקור כעשר מיליון מהמרחק בין קו המשווה לקוטב הצפוני לאורך מרידיאן שעובר בפריז.

ההגדרה השתנתה עם השנים, וכיום היא מוגדרת כמרחק האור שעובר דרך ואקום תוך 1/299792458 שניות בדיוק. הגדרה זו מבוססת על מהירות האור, שהיא 299,792,458 מטר בדיוק לשנייה.

המערכת המטרית מתעדת את כל מדידות האורך במטר, בשברי מטרים או בכפולות מטרים, וכך נמנעת הצורך במספר יחידות, כמו אינץ ', רגליים וקילומטרים. במערכת SI, לכל תוספת של 1,000 שמזיזה את העשרוני של המדידה בשלושה מקומות ימינה או שמאלה, יש קידומת. בנוסף, יש קידומות לעשירית ולמאה, כמו גם ל -10 ו -100.

אם אתה מודד את המרחקים בין ערים, אין לך לבטא אותם באלפי מטרים. אתה יכול להשתמש בקילומטרים. באופן דומה, מדענים המודדים מרחקים אטומיים אינם צריכים לבטא אותם במיליארדי מטר. הם יכולים להשתמש בננומטר. רשימת הקידומות כוללת את הדברים הבאים:

• 10¹⁸ מטר: בוחן (אמ) 10 ⁻¹⁸ מטר: אטומטר (am)
• 10¹⁵ מטר: פטר (Pm) 10 ⁻¹⁵ מטר: פמטומטר (fm)
• 10¹² מטר: טמפרטורה (Tm) 10 ⁻¹² מטר: פיקומטר (pm)
• 10⁹ מטר: ג'יגה-מטר (Gm) ⁻⁹ מטר: ננומטר (ננומטר)
• 10⁶ מטר: מגה-מטר (מ"מ) 10 ⁻⁶ מטר: מיקרומטר (מיקרומטר)
• 10³ מטר: קילומטר (ק"מ) 10 ⁻³ מטר: מילימטר (מ"מ)
• 10² מטר: הקטר (hm) 10 ⁻² מטר: ס"מ (ס"מ)
• 10¹ מטר: דקאמטר (סכר) 10 ⁻¹ מטר: דקימטר (dm)

קידומות אלה משמשות בכל מערכת המדידה. הם חלים על יחידות מסה (גרם), זמן (שניות), זרם חשמלי (אמפר), בהירות (קנדלה), טמפרטורה (קלווינים) וכמות החומר (שומות).

כאשר אתה מודד אורך, אתה מודד בממד אחד. הרחב את המידות שלך לשני מימדים כדי לקבוע שטח, והיחידות יהיו מטרים רבועים. הוסף מימד שלישי ותמדוד נפח במטר מעוקב. אתה לא יכול לעשות את ההתקדמות הפשוטה הזו בעת שימוש ביחידות בריטיות, מכיוון שלמערכת הבריטית יש יחידות שונות לכל שלוש הכמויות, ואפילו יש לה יותר מיחידה אחת לאורך.

מטרים רבועים אינם יחידות שימושיות במיוחד למדידת שטחים קטנים, כמו שטח הפנים של תא סולארי. בשטחים קטנים נהוג להמיר מ"ר לסנטימטרים רבועים. עבור שטחים גדולים, קילומטרים רבועים שימושיים יותר. גורמי ההמרה הם מטר רבוע אחד = 10⁴ סנטימטרים רבועים = 10 ⁻⁶ קילומטרים רבועים.

כאשר מודדים נפח במערכת SI, ליטרים הם יחידות שימושיות יותר ממטר מעוקב, בעיקר מכיוון שמטר מעוקב גדול מדי לנשיאה. ליטר מוגדר כ -1,000 סנטימטרים מעוקבים (הנקראים גם מיליליטר), מה שהופך אותו לשווה ל -0.001 קוב.

מלבד המונה, המערכת המטרית מגדירה רק שש יחידות אחרות, וכל היחידות האחרות נגזרות מאלה. ליחידות האחרות יכולות להיות שמות, ניוטון (כוח) כזה או וואט (כוח), אך יחידות נגזרות אלה תמיד יכולות לבוא לידי ביטוי במונחים של היסודות. שש היחידות הבסיסיות הן:

• ​השני / ים​

–

זו היחידה לזמן. פעם זה התבסס על אורך יום, אך כעת כשאנחנו יודעים שיום הוא למעשה פחות מ 24 שעות, יש צורך בהגדרה מדויקת יותר. ההגדרה הרשמית של שנייה מבוססת כעת על תנודות האטום של צזיום -133.

• ​הקילוגרם (ק"ג)​

–

יחידת המסה במערכת המשתמשת במדידת המונה היא הקילוגרם. מכיוון שמדובר ב -1,000 גרם, זה לא נראה כי מדובר ביחידה בסיסית, אך הגרם שימושית רק במדידת אורך בסנטימטרים. המערכת המודדת במטרים, קילוגרמים ושניות נקראת מערכת MKS. זו שנמדדת בסנטימטרים, גרם ושניות היא מערכת CGS.

• ​הקלווין (K)​

–

בניגוד למה שניתן לצפות, הטמפרטורה לא נמדדת בסולם צלזיוס במערכת SI, אם כי מדינות המשתמשות במערכת המטרית נוטות למדוד טמפרטורה במעלות צלזיוס. הם עושים זאת משום שההמרה כל כך פשוטה. המעלות באותו הגודל, וטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס תואמת 273.15 קלווינים. כדי להמיר את צלזיוס לקלווין, פשוט הוסף 273.15.

• ​אמפר (A)​

–

יחידת הזרם החשמלי מגדירה את כמות המטען החשמלי שעוברת נקודה במוליך בשנייה אחת. זה מוגדר כקלומב אחד, שהוא 6.241 × 10¹⁸ אלקטרונים, לשנייה.

• ​השומה (mol)​

- זהו מדד של כמות האטומים במדגם של חומר מסוים. שומה אחת היא מספר האטומים ב -12 גרם (0.012 ק"ג) של דגימת פחמן -12.

• ​הקנדלה (CD)​

–

יחידה זו מתוארכת לימים שבהם נרות סיפקו את התאורה המלאכותית היחידה. זו הייתה כמות התאורה הניתנת בסטראדיאן אחד על ידי נר בודד, אך ההגדרה המודרנית מורכבת מעט יותר. קנדלה אחת מוגדרת כעוצמת האור של מקור נתון הפולט אור מונוכרומטי בתדר של 5.4 x 10¹⁴ הרץ ובעל עוצמת קורן של 1/683 וואט לסטרדיאן. סטראדיאן הוא חתך מעגלי של כדור בעל שטח השווה לריבוע רדיוס הכדור.

המערכת המדדית כוללת 22 יחידות נקובות אשר נגזרות משבע היחידות הבסיסיות. רובם, אך לא כולם, נקראים על שם מדענים בולטים שתרמו תרומות משמעותיות לתחום בו היחידות רלוונטיות. לדוגמא, היחידה לכוח נקראת על שם סר אייזק ניוטון, שהניח את היסודות למכניקה, חקר הגופות במנוחה ובתנועה. דוגמה נוספת היא היחידה לקיבול חשמלי, הפאראד, אשר נקראת על שם מיכל פאראדיי, חלוצה בחקר האלקטרומגנטיות.

היחידות הנגזרות הן כדלקמן:

• כּוֹחַניוטון (N)מ"ג ק"ג

ס ⁻² לחץ / לחץפסקל (אב)M ⁻¹ ק"ג ⁻² אנרגיה / עבודהג'ול (J)M² ק"ג ⁻² שטף כוח / קורןוואט (W)M² ק"ג ⁻³ מטען חשמליקולומב (C)s א פוטנציאל חשמליוולט (V)M² ק"ג ⁻³ א ⁻¹ קיבוליותפאראד (F)M ⁻²ק"ג ⁻¹ס⁴א² התנגדות חשמליתאוהם (Ω)M²ק"ג ⁻³א ⁻² מוליכות חשמליתסימנס (S)M ⁻² ק"ג ⁻¹ ס³ א² שטף מגנטיוובר (Wb)M² ק"ג ⁻²א ⁻¹ צפיפות שטף מגנטיתטסלה (T)ק"ג ⁻²א-¹ הַשׁרָאוּתהנרי (H)M²ק"ג ⁻²א ⁻² טֶמפֶּרָטוּרָהצלזיוס (° C)ק

− 273.15 שטף אורלומן (lm)M²M ⁻²cd = cd הארה (lx)לוקס (lx)M²M ⁻⁴cd = m ⁻²CD פעילות רדיואקטיביתbecquerel (Bq)ס ⁻¹ מינון נספגאפור (Gy)M²ס ⁻² שווה ערך למינוןSievert (Sv)M²ס ⁻² פעילות קטליטיתקטל (קט)ס ⁻¹ mol זווית המטוסרדיאן (רד)מ 'מ' ⁻¹ = 1 כיוון מוצקסטרדיאן (sr)M²M ⁻² = 1

בהשוואה למערכת האנגלית, שהיא מפעל של יחידות שנוצרו בשוק האנגלי, המערכת המדדית היא אלגנטית, מדויקת ומבוססת על סטנדרטים פיזיים אוניברסליים.

זה תעלומה מדוע המערכת האנגלית עדיין נמצאת בשימוש בארצות הברית, במיוחד בהתחשב בכך הקונגרס העביר את חוק ההסבה המטרי בשנת 1975 כדי לתאם את השימוש הגובר במערכת המטרית בכך מדינה. הוקמה ועדת מדדים, וסוכנויות ממשלתיות נדרשו להשתמש במערכת המדד. הבעיה היא שהגיור היה מרצון לציבור הרחב, ורוב האנשים פשוט התעלמו מהוועד המנהל שהתפרק ב -1982.

אפשר לומר שהסיבה היחידה להמשך השימוש במערכת האנגלית בארצות הברית היא כוח ההרגל. זה אמת כי הרגלים ישנים מתים קשה, אך לאור האלגנטיות של המערכת המטרית והעובדה שה- העולם כולו משתמש בו כעת, אין זה סביר שמי שמשתמש במערכת האנגלית ימשיך לעשות זאת רבות ארוך יותר.

השינוי אולי נראה מרתיע, אך המערכת המדדית תוכננה על ידי מדענים כך שהיא תהיה קלה לשימוש, וזה יתרון העולה על הקפדה על עיקשות למסורת.