Что такое метрическая шкала?

Если вы живете в Соединенных Штатах, вас можно простить за нечеткое понимание метрической системы измерения, также известной как Système Internationale (SI). Соединенные Штаты - одна из трех стран, которые все еще используют имперскую систему, и их приверженность британским единицам - единственная причина, по которой система не устарела.

Метрическая система, которую можно было бы охарактеризовать как шкала метров, возникла во Франции, правительство которой приняло ее в 1795 году. Хотя на это ушло почти 200 лет, британцы, в конце концов, сделали то же самое, а затем практически все остальные. страны, в том числе двух ближайших соседей и наиболее важных торговых партнеров США, Канады и Мексика.

Удивительно, но некоторые из британских единиц, используемых в настоящее время в США, даже не те, что были приняты британским правительством в 1824 году, а являются устаревшими, от которых британцы в то время отказались.

Ученые, торговцы и правительства предпочитают метрическую систему по уважительным причинам. Например, у него всего семь основных единиц, от которых происходят все остальные. Он использует приращения 10, а не 12, а основная единица измерения, счетчик, основана на физическом стандарте, который можно проверить где угодно.

Отцом метрической системы был церковный викарий, который жил в Лионе, Франция, с 1618 по 1694 год. Габриэль Мутон имел докторскую степень по теологии, но он также был активным ученым и астрономом. Его предложение о системе измерения, основанной на десятичных дробях, было поддержано такими знаменитостями, как физик Христиан Гюйгенс и математик Готфрид Вильгельм фон Лейбниц, и это было изучено Королевским Общество. Однако ученым потребовалось сто лет, чтобы усовершенствовать систему и убедить правительство Франции принять ее.

Фундаментальной единицей, предложенной Мутоном, быламиллиар, который был определен как одна секунда долготы на поверхности Земли на экваторе. Он был разделен на 10 подразделений на такие подразделения, какцентурия, декурияа такжевирга.Хотя ни одна из этих единиц в конечном итоге не использовалась, ученые приняли к сведению основную идею Мутона о том, чтобы базировать систему измерений на геофизических стандартах.

Когда французское правительство впервые приняло метрическую систему, метр стал базовой единицей. Слово происходит от греческого словаметрон, что означает «измерять», и первоначально он был определен как одна десятимиллионная расстояния между экватором и Северным полюсом по меридиану, проходящему через Париж.

С годами определение изменилось, и сегодня оно определяется как расстояние, которое свет проходит через вакуум ровно за 1/299792458 секунд. Это определение основано на скорости света, которая составляет 299 792 458 метров в секунду.

Метрическая система записывает все измерения длины в метрах, долях метров или кратных метрах, что позволяет избежать необходимости использования нескольких единиц измерения, таких как дюймы, футы и мили. В системе СИ каждое приращение 1000, которое перемещает десятичную дробь измерения на три позиции вправо или влево, имеет префикс. Кроме того, есть приставки на одну десятую и сотую, а также на 10 и 100.

Если вы измеряете расстояния между городами, вам не нужно выражать их в тысячах метров. Вы можете использовать километры. Точно так же ученые, измеряющие атомные расстояния, не должны выражать их в миллиардных долях метра. Они могут использовать нанометры. В список префиксов входят:

• 10¹⁸ метры: экзаменатор (Em) 10 ⁻¹⁸ метры: аттометр (ам)
• 10¹⁵ метры: петаметр (Pm) 10 ⁻¹⁵ метры: фемтометр (фм)
• 10¹² метры: тераметр (Тм) 10 ⁻¹² метры: пикометр (pm)
• 10⁹ метры: гигаметр (Gm) 10 ⁻⁹ метры: нанометр (нм)
• 10⁶ метры: мегаметр (мм) 10 ⁻⁶ метры: микрометр (мкм)
• 10³ метры: километр (км) 10 ⁻³ метры: миллиметр (мм)
• 10² метры: гектометр (hm) 10 ⁻² метры: сантиметр (см)
• 10¹ метров: декаметр (дамба) 10 ⁻¹ метры: дециметр (дм)

Эти префиксы используются во всей системе измерения. Они применяются к единицам массы (граммы), времени (секунды), электрическому току (амперам), светимости (кандела), температуре (кельвины) и количеству вещества (моль).

Когда вы измеряете длину, вы измеряете одно измерение. Расширьте ваши измерения до двух измерений, чтобы определить площадь, и единицы измерения будут квадратными метрами. Добавьте третье измерение, и вы измеряете объем в кубических метрах. Вы не можете проделать эту простую последовательность при использовании британских единиц, потому что британская система имеет разные единицы для всех трех величин и даже имеет более одной единицы длины.

Квадратные метры не особенно полезны для измерения небольших площадей, таких как площадь поверхности солнечного элемента. Для небольших площадей принято переводить квадратные метры в квадратные сантиметры. Для больших площадей больше подходят квадратные километры. Коэффициенты пересчета: 1 квадратный метр = 10.⁴ квадратных сантиметров = 10 ⁻⁶ квадратных километров.

При измерении объема в системе СИ литры являются более полезными единицами измерения, чем кубические метры, в основном потому, что кубический метр слишком велик для переноса. Литр определяется как 1000 кубических сантиметров (которые также называются миллилитрами), что составляет 0,001 кубических метров.

Помимо метра, метрическая система определяет только шесть других единиц, и все остальные единицы являются производными от них. Другие единицы могут иметь названия, например, ньютон (сила) или ватт (мощность), но эти производные единицы всегда могут быть выражены в терминах основных единиц. Шесть основных единиц:

• ​Второй (ы)​

–

Это единица времени. Раньше он основывался на длине дня, но теперь, когда мы знаем, что день на самом деле меньше 24 часов, необходимо более точное определение. Официальное определение секунды теперь основано на колебаниях атома цезия-133.

• ​Килограмм (кг)​

–

Единицей измерения массы в системе, использующей измерение счетчика, является килограмм. Поскольку это 1000 грамм, это не основная единица измерения, но грамм полезен только при измерении длины в сантиметрах. Система, измеряющая метры, килограммы и секунды, называется системой MKS. Тот, который измеряется в сантиметрах, граммах и секундах, - это система CGS.

• ​Кельвин (K)​

–

Вопреки тому, что вы могли ожидать, температура не измеряется по шкале Цельсия в системе СИ, хотя страны, использующие метрическую систему, обычно измеряют температуру в градусах Цельсия. Они делают это, потому что преобразование очень простое. Градусы имеют одинаковый размер, а температура 0 градусов Цельсия соответствует 273,15 Кельвина. Чтобы преобразовать Цельсий в Кельвин, просто добавьте 273,15.

• ​Ампер (А)​

–

Единица электрического тока определяет количество электрического заряда, проходящего через точку в проводнике за одну секунду. Он определяется как один кулон, что составляет 6,241 × 10.¹⁸ электронов в секунду.

• ​Родинка (моль)​

- Это мера количества атомов в образце любого конкретного вещества. Один моль - это количество атомов в 12 граммах (0,012 кг) образца углерода-12.

• ​Кандела (cd)​

–

Этот блок восходит к тем временам, когда свечи обеспечивали единственное искусственное освещение. Это было количество света, обеспечиваемое одной свечой на один стерадиан, но современное определение немного сложнее. Одна кандела определяется как сила света данного источника, излучающего монохроматический свет с частотой 5,4 × 10.¹⁴ Герц и интенсивность излучения 1/683 Вт на стерадиан. Стерадиан - это круговое поперечное сечение сферы, площадь которой равна квадрату радиуса сферы.

Метрическая система состоит из 22 именованных единиц, производных от семи основных. Большинство, но не все, из них названы в честь выдающихся ученых, которые внесли значительный вклад в область, в которой используются эти единицы. Например, единица измерения силы названа в честь сэра Исаака Ньютона, заложившего основы механики, изучения тел в состоянии покоя и в движении. Другой пример - единица измерения электрической емкости, фарад, названная в честь Майкла Фарадея, пионера в изучении электромагнетизма.

Производные единицы следующие:

• Силаньютон (N)м кг

s ⁻² Давление / стресспаскаль (Па)м ⁻¹ кг с ⁻² Энергия / работаджоуль (Дж)м² кг с ⁻² Мощность / лучистый потокватт (Вт)м² кг с ⁻³ Электрический зарядкулон (C)s A Электрический потенциалвольт (В)м² кг с ⁻³ А ⁻¹ Емкостьфарад (н)м ⁻²кг ⁻¹s⁴А² Электрическое сопротивлениеОм (Ом)м²кг с ⁻³А ⁻² Электрическая проводимостьсименс (S)м ⁻² кг ⁻¹ s³ А² Магнитный потокВебер (Wb)м² кг с ⁻²А ⁻¹ Плотность магнитного потокатесла (Т)кг с ⁻²А-¹ ИндуктивностьГенри (H)м²кг с ⁻²А ⁻² ТемператураЦельсия (° C)K

− 273.15 Световой потоклюмен (лм)м²м ⁻²cd = cd Освещенность (лк)люкс (лк)м²м ⁻⁴cd = m ⁻²CD Радиоактивная активностьбеккерель (Бк)s ⁻¹ Поглощенная дозасерый (Гр)м²s ⁻² Эквивалент дозызиверт (Зв)м²s ⁻² Каталитическая активностькатал (кат)s ⁻¹ моль Плоский уголрадиан (рад)м м ⁻¹ = 1 Телесный уголстерадиан (ср)м²м ⁻² = 1

По сравнению с английской системой, которая представляет собой мешанину единиц, созданных на английском рынке, метрическая система элегантна, точна и основана на универсальных физических стандартах.

Почему английская система до сих пор используется в Соединенных Штатах, остается загадкой, особенно с учетом того, что Конгресс принял Закон о преобразовании метрической системы в 1975 году, чтобы координировать все более широкое использование метрической системы в этой системе. страна. Был создан Метрический совет, и правительственные учреждения были обязаны использовать метрическую систему. Проблема в том, что преобразование было добровольным для широкой публики, и большинство людей просто проигнорировали Совет, который распался в 1982 году.

Можно сказать, что единственная причина дальнейшего использования английской системы в Соединенных Штатах - это сила привычки. Это банальная истина, что от старых привычек трудно избавиться, но, учитывая элегантность метрической системы и тот факт, что весь мир теперь использует его, маловероятно, что кто-то, использующий английскую систему, будет продолжать это делать много дольше.

Изменения могут показаться пугающими, но метрическая система была разработана учеными, чтобы ее было легко использовать, и это преимущество перевешивает упорное следование традициям.