Als u in de Verenigde Staten woont, kan het u worden vergeven dat u een minder dan duidelijk begrip heeft van het metrische meetsysteem, ook wel bekend als de Système Internationale (SI). De Verenigde Staten zijn een van de slechts drie landen die nog steeds het imperiale systeem gebruiken, en de naleving van Britse eenheden is de enige reden dat dat systeem niet verouderd is.
Het metrieke stelsel, dat je zou kunnen typeren als de meterschaal, is ontstaan in Frankrijk, waarvan de regering het in 1795 heeft aangenomen. Hoewel het bijna 200 jaar duurde, deden de Britten uiteindelijk hetzelfde, gevolgd door vrijwel elke andere land, met inbegrip van de twee naaste buren en belangrijkste handelspartners van de Verenigde Staten, Canada en Mexico.
Verbazingwekkend genoeg zijn sommige van de Britse eenheden die momenteel in gebruik zijn in de VS niet eens degene die in 1824 door de Britse regering zijn aangenomen, maar verouderde eenheden die de Britten destijds hebben weggegooid.
Wetenschappers, handelaren en overheden geven om goede redenen de voorkeur aan het metrieke stelsel. Het heeft bijvoorbeeld slechts zeven basiseenheden, waarvan alle andere zijn afgeleid. Het gebruikt stappen van 10 in plaats van 12, en de fundamentele eenheid, de meter, is gebaseerd op een fysieke standaard die overal kan worden geverifieerd.
Het hart van het metrische systeem – Meters
De vader van het metrieke stelsel was een dominee die van 1618 tot 1694 in Lyon, Frankrijk woonde. Gabriel Mouton was gepromoveerd in de theologie, maar was ook een actieve wetenschapper en astronoom. Zijn voorstel voor een meetsysteem op basis van decimale breuken werd ondersteund door armaturen zoals: natuurkundige Christiaan Huygens en wiskundige Gottfried Wilhelm von Leibniz, en het werd bestudeerd door de Koninklijke Maatschappij. Het kostte wetenschappers echter honderd jaar om het systeem te verfijnen en de Franse regering over te halen het over te nemen.
De fundamentele eenheid die Mouton voorstelde was demilliare, die werd gedefinieerd als één seconde lengtegraad op het aardoppervlak op de evenaar. Dit werd door deling door 10 onderverdeeld in subeenheden zoals decenturia, decuriaenmaagd.Hoewel geen van deze eenheden uiteindelijk werd gebruikt, namen wetenschappers Moutons basisidee ter harte om het meetsysteem te baseren op een geofysische standaard.
Toen de Franse regering het metrieke stelsel voor het eerst invoerde, werd de meter de basiseenheid. Het woord komt van het Griekse woordmetro, wat 'meten' betekent, en oorspronkelijk werd gedefinieerd als een tienmiljoenste van de afstand tussen de evenaar en de Noordpool langs een meridiaan die door Parijs loopt.
De definitie is in de loop der jaren veranderd en tegenwoordig wordt het gedefinieerd als de afstand die het licht in precies 1/299792458 seconden door een vacuüm aflegt. Deze definitie is gebaseerd op de lichtsnelheid, die precies 299.792.458 meter per seconde is.
Voorvoegsels gebruiken in de metrische systeemschaal
Het metrische systeem registreert alle lengtemetingen in meters, fracties van meters of veelvouden van meters, waardoor meerdere eenheden, zoals inches, feet en mijlen, niet nodig zijn. In het SI-systeem heeft elke stap van 1.000 die het decimaalteken van een meting drie plaatsen naar rechts of links verplaatst een prefix. Daarnaast zijn er voorvoegsels voor een tiende en een honderdste, evenals voor 10 en 100.
Als je de afstanden tussen steden meet, kun je ze niet in duizenden meters uitdrukken. Je kunt kilometers gebruiken. Evenzo hoeven wetenschappers die atomaire afstanden meten ze niet uit te drukken in miljardsten van een meter. Ze kunnen nanometers gebruiken. De lijst met voorvoegsels omvat het volgende:
- 1018 meter: examinator (Em) 10 −18 meter: attometer (am)
- 1015 meter: petameter (Pm) 10 −15 meter: femtometer (fm)
- 1012 meter: terameter (Tm) 10 −12 meter: picometer (pm)
- 109 meter: gigameter (Gm) 10 −9 meter: nanometer (nm)
- 106 meter: megameter (Mm) 10 −6 meter: micrometer (µm)
- 103 meter: kilometer (km) 10 −3 meter: millimeter (mm)
- 102 meter: hectometer (hm) 10 −2 meter: centimeter (cm)
- 101 meter: dekameter (dam) 10 −1 meter: decimeter (dm)
Deze voorvoegsels worden door het hele meetsysteem gebruikt. Ze zijn van toepassing op eenheden van massa (gram), tijd (seconden), elektrische stroom (ampère), helderheid (candela), temperatuur (kelvin) en hoeveelheid materie (mol).
Oppervlakte- en volume-eenheden worden afgeleid van de meter
Als je lengte meet, meet je in één dimensie. Breid uw metingen uit naar twee dimensies om het gebied te bepalen, en de eenheden zijn vierkante meters. Voeg een derde dimensie toe en je meet het volume in kubieke meters. Je zou deze eenvoudige progressie niet kunnen doen bij het gebruik van Britse eenheden, omdat het Britse systeem verschillende eenheden heeft voor alle drie de hoeveelheden, en zelfs meer dan één eenheid voor de lengte heeft.
Vierkante meters zijn niet echt handige eenheden voor het meten van kleine gebieden, zoals het oppervlak van een zonnecel. Voor kleine oppervlakten is het gebruikelijk om vierkante meters om te rekenen naar vierkante centimeters. Voor grote gebieden zijn vierkante kilometers handiger. De omrekeningsfactoren zijn 1 vierkante meter = 104 vierkante centimeter = 10 −6 vierkante kilometer.
Bij het meten van volume in het SI-systeem zijn liters nuttigere eenheden dan kubieke meters, vooral omdat een kubieke meter te groot is om te dragen. Een liter wordt gedefinieerd als 1.000 kubieke centimeter (ook wel milliliter genoemd), wat het gelijk maakt aan 0,001 kubieke meter.
De zes andere fundamentele eenheden
Naast de meter definieert het metrieke stelsel slechts zes andere eenheden, en alle andere eenheden zijn hiervan afgeleid. De andere eenheden kunnen namen hebben, zoals newton (kracht) of watt (vermogen), maar deze afgeleide eenheden kunnen altijd worden uitgedrukt in termen van de fundamentele eenheden. De zes fundamentele eenheden zijn:
- De tweede (s)
–
Dit is de eenheid voor tijd. Vroeger was het gebaseerd op de lengte van een dag, maar nu we weten dat een dag eigenlijk minder dan 24 uur is, is een preciezere definitie nodig. De officiële definitie van een seconde is nu gebaseerd op de trillingen van het cesium-133-atoom.
- De kilogram (kg)
–
De eenheid voor massa in het systeem dat de metermeting gebruikt, is de kilogram. Omdat dit 1000 gram is, lijkt het geen fundamentele eenheid te zijn, maar de gram is alleen bruikbaar bij het meten van lengte in centimeters. Het systeem dat meet in meters, kilogram en seconden heet het MKS-systeem. Degene die meet in centimeters, grammen en seconden is het CGS-systeem.
- De Kelvin (K)
–
In tegenstelling tot wat je zou verwachten, wordt de temperatuur niet gemeten op de Celsius-schaal in het SI-systeem, hoewel landen die het metrische systeem gebruiken, de temperatuur meestal in graden Celsius meten. Ze doen dit omdat de conversie zo eenvoudig is. De graden zijn even groot en een temperatuur van 0 graden Celsius komt overeen met 273,15 Kelvin. Om Celsius naar Kelvin te converteren, voegt u gewoon 273,15 toe.
- De ampère (A)
–
De eenheid van elektrische stroom definieert de hoeveelheid elektrische lading die in één seconde een punt in een geleider passeert. Het is gedefinieerd als één coulomb, dat is 6,241 × 1018 elektronen, per seconde.
- De mol (mol)
– Dit is een maat voor het aantal atomen in een monster van een bepaalde stof. Eén mol is het aantal atomen in 12 gram (0,012 kg) van een monster koolstof-12.
- De candela (cd)
–
Dit apparaat dateert uit de tijd dat kaarsen de enige kunstmatige verlichting waren. Het was de hoeveelheid verlichting in één steradiaal door een enkele kaars, maar de moderne definitie is iets complexer. Eén candela wordt gedefinieerd als de lichtsterkte van een bepaalde bron die monochromatisch licht uitstraalt met een frequentie van 5,4 x 1014 Hertz en met een stralingsintensiteit van 1/683 watt per steradiaal. Een steradiaal is een cirkelvormige doorsnede van een bol met een oppervlakte gelijk aan het kwadraat van de straal van de bol.
Andere afgeleide eenheden in het metrische systeem
Het metrieke stelsel heeft 22 benoemde eenheden die zijn afgeleid van de zeven fundamentele. De meeste, maar niet alle, zijn vernoemd naar vooraanstaande wetenschappers die een belangrijke bijdrage hebben geleverd aan het veld waarin de eenheden relevant zijn. Zo is de eenheid voor kracht genoemd naar Sir Isaac Newton, die de basis legde voor de mechanica, de studie van lichamen in rust en in beweging. Een ander voorbeeld is de eenheid voor elektrische capaciteit, de farad, die is vernoemd naar Micheal Faraday, een pionier in de studie van elektromagnetisme.
De afgeleide eenheden zijn als volgt:
- Dwingennewton (N)m kg
zo −2 Druk/stresspascal (Pa)m −1 kg s −2 Energie/werkjoule (J)m2 kg s −2 Vermogen/stralingsstroomwatt (W)m2 kg s −3 Elektrische ladingcoulomb (C)s A elektrische potentiaalvolt (V)m2 kg s −3 EEN −1 Capaciteitfarad (V)m −2kg −1zo4EEN2 elektrische weerstand:ohm (Ω)m2kg s −3EEN −2 elektrische geleiding:siemens (S)m −2 kg −1 zo3 EEN2 Magnetische fluxweber (Wb)m2 kg s −2EEN −1 Magnetische fluxdichtheidtesla (T)kg s −2EEN-1 InductieHendrik (H)m2kg s −2EEN −2 TemperatuurCelsius (°C)K
− 273.15 Lichtstroomlumen (lm)m2m −2cd = cd Verlichtingssterkte (lx)luxe (lx)m2m −4cd = m −2CD Radioactieve activiteitbecquerel (Bq)zo −1 Geabsorbeerde dosisgrijs (Gy)m2zo −2 Dosis equivalentsievert (Sv)m2zo −2 Katalytische activiteitkatal (kat)zo −1 mol vlak hoek:radiaal (rad)m m −1 = 1 Solide hoeksteradiaal (sr)m2m −2 = 1
Metrisch versus Engelse meetsystemen – geen wedstrijd!
Vergeleken met het Engelse systeem, dat een mengelmoes is van eenheden die op de Engelse markt zijn gecreëerd, is het metrieke stelsel elegant, nauwkeurig en gebaseerd op universele fysieke standaarden.
Het is een beetje een mysterie waarom het Engelse systeem nog steeds in gebruik is in de Verenigde Staten, vooral gezien het feit dat Het congres nam in 1975 de Metric Conversion Act aan om het toenemende gebruik van het metrieke stelsel daarbij te coördineren land. Er werd een Metric Board opgericht en overheidsinstanties moesten het metrieke stelsel gebruiken. Het probleem is dat bekering vrijwillig was voor het grote publiek, en de meeste mensen negeerden gewoon de Raad, die in 1982 werd ontbonden.
Je zou kunnen zeggen dat de enige reden voor het voortdurende gebruik van het Engelse systeem in de Verenigde Staten de gewoonte is. Het is een gemeenplaats dat oude gewoonten moeilijk uitsterven, maar gezien de elegantie van het metrieke stelsel en het feit dat de de hele wereld gebruikt het nu, het is onwaarschijnlijk dat iemand die het Engelse systeem gebruikt dit nog lang zal blijven doen langer.
Verandering lijkt misschien ontmoedigend, maar het metrieke stelsel is ontworpen door wetenschappers om gemakkelijk te gebruiken te zijn, en dat is een voordeel dat zwaarder weegt dan hardnekkig vasthouden aan traditie.