Vad är den metriska skalan?

Om du bor i USA kan du bli förlåtad för att du har en mindre än tydlig förståelse för det metriska mätsystemet, även känt som Système Internationale (SI). USA är ett av endast tre länder som fortfarande använder det kejserliga systemet, och dess anslutning till brittiska enheter är den enda anledningen till att systemet inte är föråldrat.

Det metriska systemet, som du kan karakterisera som mätarskalan, har sitt ursprung i Frankrike, vars regering antog det 1795. Även om det tog nästan 200 år gjorde britterna så småningom samma sak, följt av praktiskt taget alla andra land, inklusive de två närmaste grannarna och de viktigaste handelspartnerna i USA, Kanada och Mexiko.

Otroligt nog är några av de brittiska enheter som för närvarande används i USA inte ens de som antogs av den brittiska regeringen 1824, men föråldrade som britterna kastade vid den tiden.

Forskare, handlare och regeringar föredrar det metriska systemet av goda skäl. Till exempel har den bara sju basenheter, från vilka alla andra härstammar. Den använder steg om 10 i stället för 12, och den grundläggande enheten, mätaren, är baserad på fysisk standard som kan verifieras var som helst.

Fadern till det metriska systemet var en kyrkomästare som bodde i Lyons, Frankrike från 1618 till 1694. Gabriel Mouton hade en doktorsexamen i teologi, men han var också en aktiv forskare och astronom. Hans förslag om ett mätsystem baserat på decimalfraktioner stöddes av armaturer som fysikern Christiaan Huygens och matematikern Gottfried Wilhelm von Leibniz, och den studerades av Royal Samhälle. Det tog dock hundra år för forskare att förfina systemet och övertala Frankrikes regering att anta det.

Den grundläggande enhet som Mouton föreslog varmilliare, som definierades som en sekund av longitud på jordytan vid ekvatorn. Detta delades upp genom uppdelning med 10 i sådana underenheter somcenturia, decuriaochvirga.Även om ingen av dessa enheter slutligen användes tog forskare Moutons grundläggande idé att basera mätsystemet på en geofysisk standard.

När den franska regeringen först antog det metriska systemet blev mätaren basenheten. Ordet kommer från det grekiska ordetmetron, som betyder "att mäta", och det definierades ursprungligen som en tio miljondel av avståndet mellan ekvatorn och Nordpolen längs en meridian som passerar Paris.

Definitionen har förändrats genom åren, och idag definieras den som avståndet som ljuset färdas genom ett vakuum på exakt 1/299792458 sekunder. Denna definition baseras på ljusets hastighet, vilket är exakt 299 792 458 meter per sekund.

Det metriska systemet registrerar alla längdmätningar i meter, bråkdelar av meter eller multiplar av meter, vilket undviker behovet av flera enheter, som tum, fot och mil. I SI-systemet har varje steg på 1000 som flyttar decimaltalet för en mätning tre platser åt höger eller vänster, ett prefix. Dessutom finns prefix för en tiondel och en hundradel, liksom för 10 och 100.

Om du mäter avstånden mellan städer behöver du inte uttrycka dem i tusentals meter. Du kan använda kilometer. På samma sätt behöver forskare som mäter atomavstånd inte uttrycka dem i miljondels meter. De kan använda nanometer. Listan med prefix innehåller följande:

• 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: pikometer (pm)
• 10⁹ meter: gigameter (Gm) 10 ⁻⁹ meter: nanometer (nm)
• 10⁶ meter: megameter (Mm) 10 ⁻⁶ meter: mikrometer (µm)
• 10³ meter: kilometer (km) 10 ⁻³ meter: millimeter (mm)
• 10² meter: hektometer (hm) 10 ⁻² meter: centimeter (cm)
• 10¹ meter: dekameter (damm) 10 ⁻¹ meter: decimeter (dm)

Dessa prefix används i hela mätsystemet. De gäller massenheter (gram), tid (sekunder), elektrisk ström (ampere), ljusstyrka (candela), temperatur (kelvin) och mängd materia (mol).

När du mäter längd mäter du i en dimension. Utöka dina mätningar till två dimensioner för att bestämma ytan, och enheterna blir kvadratmeter. Lägg till en tredje dimension så mäter du volymen i kubikmeter. Du kunde inte göra denna enkla progression när du använder brittiska enheter, eftersom det brittiska systemet har olika enheter för alla tre kvantiteterna och till och med har mer än en enhet för längd.

Kvadratmeter är inte särskilt användbara enheter för mätning av små ytor, såsom en solcells yta. För små områden är det vanligt att konvertera kvadratmeter till kvadratcentimeter. För stora områden är kvadratkilometer mer användbar. Omvandlingsfaktorerna är 1 kvadratmeter = 10⁴ kvadratcentimeter = 10 ⁻⁶ kvadratkilometer.

Vid mätning av volymen i SI-systemet är liter mer användbara enheter än kubikmeter, främst för att en kubikmeter är för stor för att bära. En liter definieras som 1 000 kubikcentimeter (som även kallas milliliter), vilket gör den lika med 0,001 kubikmeter.

Förutom mätaren definierar det metriska systemet endast sex andra enheter, och alla andra enheter härrör från dessa. De andra enheterna kan ha namn, såsom en newton (kraft) eller watt (effekt), men dessa härledda enheter kan alltid uttryckas i termer av de grundläggande. De sex grundläggande enheterna är:

• ​Den / de andra​

–

Det här är enheten för tiden. Det brukade vara baserat på längden på en dag, men nu när vi vet att en dag faktiskt är mindre än 24 timmar behövs en mer exakt definition. Den officiella definitionen av en sekund baseras nu på vibrationerna i cesium-133-atomen.

• ​Kilogrammet (kg)​

–

Enheten för massa i systemet som använder mätaren är kilo. Eftersom detta är 1 000 gram verkar det inte vara en grundläggande enhet, men grammet är bara användbart när man mäter längden i centimeter. Systemet som mäter i meter, kilogram och sekunder kallas MKS-systemet. Den som mäter i centimeter, gram och sekunder är CGS-systemet.

• ​Kelvin (K)​

–

Till skillnad från vad du kan förvänta dig, mäts inte temperaturen på Celsius-skalan i SI-systemet, även om länder som använder det metriska systemet tenderar att mäta temperaturen i grader Celsius. De gör det för att konverteringen är så enkel. Graderna har samma storlek och en temperatur på 0 grader Celsius motsvarar 273,15 Kelvin. För att konvertera Celsius till Kelvin, lägg bara till 273.15.

• ​Ampere (A)​

–

Enheten för elektrisk ström definierar mängden elektrisk laddning som passerar en punkt i en ledare på en sekund. Det definieras som en coulomb, vilket är 6,241 × 10¹⁸ elektroner, per sekund.

• ​Mullvaden (mol)​

- Detta är ett mått på antalet atomer i ett prov av ett visst ämne. En mol är antalet atomer i 12 gram (0,012 kg) av ett prov av kol-12.

• ​Candela (CD)​

–

Denna enhet går tillbaka till de dagar då ljus gav den enda konstgjorda belysningen. Det var mängden belysning som tillhandahålls i en steradian av ett enda ljus, men den moderna definitionen är lite mer komplex. En candela definieras som ljusintensiteten för en given källa som avger monokromatiskt ljus med en frekvens på 5,4 x 10¹⁴ Hertz och har en strålningsintensitet på 1/683 watt per steradian. En steradian är ett cirkulärt tvärsnitt av en sfär som har ett område lika med kvadraten för sfärens radie.

Det metriska systemet har 22 namngivna enheter som härrör från de sju grundläggande enheterna. De flesta, men inte alla, är uppkallade efter framstående forskare som gjorde betydande bidrag till det område där enheterna är relevanta. Enheten för kraft är till exempel uppkallad efter Sir Isaac Newton, som lade grunden för mekanik, studier av kroppar i vila och i rörelse. Ett annat exempel är enheten för elektrisk kapacitans, farad, som är uppkallad efter Micheal Faraday, en pionjär inom studien av elektromagnetism.

De härledda enheterna är som följer:

• Tvinganewton (N)m kg

s ⁻² Tryck / stresspascal (Pa)m ⁻¹ kg s ⁻² Energi / arbetejoule (J)m² kg s ⁻² Effekt / strålningsflödewatt (W)m² kg s ⁻³ Elektrisk laddningcoulomb (C)s A Elektrisk potentialvolt (V)m² kg s ⁻³ A ⁻¹ Kapacitansfarad (F)m ⁻²kg ⁻¹s⁴A² Elektriskt motståndohm (Ω)m²kg s ⁻³A ⁻² Elektrisk ledningsiemens (S)m ⁻² kg ⁻¹ s³ A² Magnetiskt flödeweber (Wb)m² kg s ⁻²A ⁻¹ Magnetisk flödestäthettesla (T)kg s ⁻²A-¹ Induktanshenry (H)m²kg s ⁻²A ⁻² TemperaturCelsius (° C)K

− 273.15 Ljusflödelumen (lm)m²m ⁻²cd = cd Belysning (lx)lux (lx)m²m ⁻⁴cd = m ⁻²CD Radioaktiv aktivitetbecquerel (Bq)s ⁻¹ Absorberad dosgrå (Gy)m²s ⁻² Dosekvivalentsievert (Sv)m²s ⁻² Katalytisk aktivitetkatal (kat)s ⁻¹ mol Planvinkelradian (rad)m m ⁻¹ = 1 Fast vinkelsteradian (sr)m²m ⁻² = 1

Jämfört med det engelska systemet, som är ett urval av enheter som skapats på den engelska marknaden, är det metriska systemet elegant, exakt och baserat på universella fysiska standarder.

Det är något av ett mysterium varför det engelska systemet fortfarande används i USA, särskilt med tanke på det Kongressen antog metriska konverteringslagen 1975 för att samordna den ökande användningen av det metriska systemet i det Land. En metrisk styrelse inrättades, och myndigheter behövde använda det metriska systemet. Problemet är att konvertering var frivillig för allmänheten, och de flesta ignorerade helt enkelt styrelsen, som upplöstes 1982.

Man kan säga att den enda anledningen till den fortsatta användningen av det engelska systemet i USA är vana. Det är en troism att gamla vanor dör hårt, men med tanke på det metriska systemets elegans och det faktum att hela världen använder det nu, det är osannolikt att någon som använder det engelska systemet kommer att fortsätta göra det för mycket längre.

Förändring kan verka skrämmande, men det metriska systemet utformades av forskare för att vara lätt att använda, och det är en fördel som uppväger envis efterlevnad av tradition.