มาตราส่วนเมตริกคืออะไร?

หากคุณอาศัยอยู่ในสหรัฐอเมริกา คุณอาจได้รับการให้อภัยเนื่องจากมีความเข้าใจระบบเมตริกของการวัดที่ไม่ค่อยชัดเจน หรือที่เรียกว่า Système Internationale (SI) สหรัฐอเมริกาเป็นหนึ่งในสามประเทศที่ยังคงใช้ระบบอิมพีเรียล และการยึดมั่นในหน่วยอังกฤษเป็นเหตุผลเดียวที่ระบบไม่ล้าสมัย

ระบบเมตริก ซึ่งคุณสามารถอธิบายลักษณะเป็นมาตราส่วนเมตร มีต้นกำเนิดในฝรั่งเศส ซึ่งรัฐบาลใช้ในปี พ.ศ. 2338 แม้ว่าจะใช้เวลาเกือบ 200 ปี แต่ในที่สุดอังกฤษก็ทำแบบเดียวกัน ตามมาด้วยแทบทุกๆ ประเทศ รวมทั้งประเทศเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดและคู่ค้าที่สำคัญที่สุดของสหรัฐ แคนาดา และ เม็กซิโก.

น่าแปลกที่หน่วยอังกฤษบางหน่วยที่ใช้ในสหรัฐอเมริกาในปัจจุบันไม่ใช่หน่วยที่รัฐบาลอังกฤษนำมาใช้ในปี พ.ศ. 2367 แต่เป็นหน่วยที่ล้าสมัยซึ่งอังกฤษทิ้งในเวลานั้น

นักวิทยาศาสตร์ พ่อค้า และรัฐบาลชอบระบบเมตริกด้วยเหตุผลที่ดี ตัวอย่างเช่น มีหน่วยพื้นฐานเพียงเจ็ดหน่วย ซึ่งมาจากหน่วยพื้นฐานอื่นๆ ทั้งหมด มันใช้การเพิ่มขึ้นทีละ 10 แทนที่จะเป็น 12 และหน่วยพื้นฐาน มิเตอร์ อยู่บนพื้นฐานของมาตรฐานทางกายภาพที่สามารถตรวจสอบได้ทุกที่

บิดาของระบบเมตริกคือพระสังฆราชที่อาศัยอยู่ในลียง ประเทศฝรั่งเศส ระหว่างปี 1618 ถึง 1694 Gabriel Mouton มีปริญญาเอกด้านเทววิทยา แต่เขายังเป็นนักวิทยาศาสตร์และนักดาราศาสตร์ที่กระตือรือร้นอีกด้วย ข้อเสนอของระบบการวัดตามเศษส่วนทศนิยมได้รับการสนับสนุนโดยผู้ทรงคุณวุฒิเช่น นักฟิสิกส์ Christiaan Huygens และนักคณิตศาสตร์ Gottfried Wilhelm von Leibniz และได้รับการศึกษาโดย Royal สังคม. อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ต้องใช้เวลาหลายร้อยปีในการปรับแต่งระบบและเกลี้ยกล่อมให้รัฐบาลฝรั่งเศสยอมรับ

หน่วยพื้นฐานที่มูตันเสนอคือmilliareซึ่งถูกกำหนดให้เป็นหนึ่งวินาทีของลองจิจูดบนพื้นผิวโลกที่เส้นศูนย์สูตร นี้ถูกแบ่งโดยหารด้วย 10 เป็นหน่วยย่อยเช่นเซ็นทูเรีย เดคูเรียและหญิงพรหมจารีแม้ว่าจะไม่ได้มีการใช้หน่วยเหล่านี้แล้วก็ตาม แต่นักวิทยาศาสตร์ได้ให้ความสำคัญกับแนวคิดพื้นฐานของ Mouton ในการอิงระบบการวัดตามมาตรฐานธรณีฟิสิกส์

เมื่อรัฐบาลฝรั่งเศสนำระบบเมตริกมาใช้เป็นครั้งแรก มิเตอร์ก็กลายเป็นหน่วยพื้นฐาน คำนี้มาจากคำภาษากรีกเมโทรซึ่งหมายถึง "การวัด" และเดิมถูกกำหนดให้เป็นหนึ่งในสิบล้านของระยะห่างระหว่างเส้นศูนย์สูตรและขั้วโลกเหนือตามเส้นเมริเดียนที่ผ่านปารีส

คำจำกัดความเปลี่ยนไปตลอดหลายปีที่ผ่านมา และในปัจจุบัน นิยามนี้ก็คือระยะทางที่แสงเดินทางผ่านสุญญากาศใน 1/299792458 วินาทีพอดี คำจำกัดความนี้ขึ้นอยู่กับความเร็วของแสงซึ่งเท่ากับ 299,792,458 เมตรต่อวินาที

ระบบเมตริกจะบันทึกการวัดความยาวทั้งหมดเป็นเมตร เศษส่วนของเมตรหรือหลายเมตร ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้หลายหน่วย เช่น นิ้ว ฟุต และไมล์ ในระบบ SI ทุกๆ 1,000 ที่เพิ่มขึ้นซึ่งย้ายจุดทศนิยมของการวัดไปทางขวาหรือซ้ายสามตำแหน่งจะมีคำนำหน้า นอกจากนี้ยังมีคำนำหน้าสำหรับหนึ่งในสิบและหนึ่งร้อย เช่นเดียวกับ 10 และ 100

หากคุณกำลังวัดระยะทางระหว่างเมือง คุณจะไม่ได้แสดงเป็นพันเมตร คุณสามารถใช้กิโลเมตร ในทำนองเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์ที่วัดระยะทางปรมาณูไม่จำเป็นต้องแสดงเป็นหนึ่งในพันล้านของเมตร สามารถใช้นาโนเมตรได้ รายการคำนำหน้ารวมถึงต่อไปนี้:

• 10¹⁸ เมตร: ผู้สอบ (Em) 10 ⁻¹⁸ เมตร: แอตโตมิเตอร์ (น.)
• 10¹⁵ เมตร: petameter (น.) 10 ⁻¹⁵ เมตร: เฟมโตมิเตอร์ (เอฟเอ็ม)
• 10¹² เมตร: เส้นผ่านศูนย์กลาง (Tm) 10 ⁻¹² เมตร: พิโคมิเตอร์ (น.)
• 10⁹ เมตร: กิกะไบต์ (Gm) 10 ⁻⁹ เมตร: นาโนเมตร (นาโนเมตร)
• 10⁶ เมตร: เมกะเมตร (มม.) 10 ⁻⁶ เมตร: ไมโครมิเตอร์ (µm)
• 10³ เมตร: กิโลเมตร (กม.) 10 ⁻³ เมตร: มิลลิเมตร (มม.)
• 10² เมตร: เฮกโตเมตร (hm) 10 ⁻² เมตร: เซนติเมตร (ซม.)
• 10¹ เมตร: เดคาเมตร (เขื่อน) 10 ⁻¹ เมตร: เดซิเมตร (dm)

คำนำหน้าเหล่านี้ใช้ทั่วทั้งระบบการวัด ใช้กับหน่วยมวล (กรัม) เวลา (วินาที) กระแสไฟฟ้า (แอมแปร์) ความส่องสว่าง (แคนเดลา) อุณหภูมิ (เคลวิน) และปริมาณของสสาร (โมล)

เมื่อคุณวัดความยาว คุณกำลังวัดในมิติเดียว ขยายการวัดของคุณเป็นสองมิติเพื่อกำหนดพื้นที่ และหน่วยจะเป็นตารางเมตร เพิ่มมิติที่สามแล้วคุณกำลังวัดปริมาตรเป็นลูกบาศก์เมตร คุณไม่สามารถดำเนินการอย่างง่ายนี้เมื่อใช้หน่วยอังกฤษ เนื่องจากระบบของอังกฤษมีหน่วยที่แตกต่างกันสำหรับทั้งสามปริมาณ และยังมีความยาวมากกว่าหนึ่งหน่วย

ตารางเมตรไม่ใช่หน่วยที่มีประโยชน์อย่างยิ่งในการวัดพื้นที่ขนาดเล็ก เช่น พื้นที่ผิวของเซลล์แสงอาทิตย์ สำหรับพื้นที่ขนาดเล็ก เป็นเรื่องปกติที่จะแปลงตารางเมตรเป็นตารางเซนติเมตร สำหรับพื้นที่ขนาดใหญ่ ตารางกิโลเมตรมีประโยชน์มากกว่า ปัจจัยการแปลงคือ 1 ตารางเมตร = 10⁴ ตารางเซนติเมตร = 10 ⁻⁶ ตารางกิโลเมตร.

เมื่อวัดปริมาตรในระบบ SI ลิตรเป็นหน่วยที่มีประโยชน์มากกว่าลูกบาศก์เมตร ส่วนใหญ่เป็นเพราะลูกบาศก์เมตรมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะบรรทุกได้ ลิตรถูกกำหนดเป็น 1,000 ลูกบาศก์เซนติเมตร (ซึ่งเรียกอีกอย่างว่ามิลลิลิตร) ซึ่งเท่ากับ 0.001 ลูกบาศก์เมตร

นอกจากเครื่องวัดแล้ว ระบบเมตริกยังกำหนดหน่วยอื่นๆ อีกเพียง 6 หน่วยเท่านั้น และหน่วยอื่นๆ ทั้งหมดได้มาจากหน่วยเหล่านี้ หน่วยอื่นๆ อาจมีชื่อ เช่น นิวตัน (แรง) หรือวัตต์ (กำลัง) แต่หน่วยที่ได้รับเหล่านี้สามารถแสดงออกมาในรูปของหน่วยพื้นฐานได้เสมอ หน่วยพื้นฐานหกหน่วยคือ:

• ​ที่สอง​

–

นี่คือหน่วยของเวลา มันเคยอิงตามความยาวของวัน แต่ตอนนี้เรารู้แล้วว่าจริง ๆ แล้ววันหนึ่งน้อยกว่า 24 ชั่วโมง จำเป็นต้องมีคำจำกัดความที่แม่นยำกว่านี้ คำจำกัดความอย่างเป็นทางการของวินาทีขึ้นอยู่กับการสั่นสะเทือนของอะตอมซีเซียม-133

• ​กิโลกรัม (กก.)​

–

หน่วยมวลในระบบที่ใช้วัดเป็นกิโลกรัม เนื่องจากนี่คือ 1,000 กรัม จึงไม่ปรากฏว่าเป็นหน่วยพื้นฐาน แต่กรัมมีประโยชน์เฉพาะเมื่อวัดความยาวเป็นเซนติเมตรเท่านั้น ระบบที่ใช้หน่วยเมตร กิโลกรัม และวินาที เรียกว่าระบบ MKS หน่วยที่มีหน่วยเซนติเมตร กรัม และวินาทีคือระบบ CGS

• ​เคลวิน (K)​

–

ตรงกันข้ามกับสิ่งที่คุณคาดหวัง อุณหภูมิไม่ได้วัดในระดับเซลเซียสในระบบ SI แม้ว่าประเทศที่ใช้ระบบเมตริกมักจะวัดอุณหภูมิเป็นองศาเซลเซียส พวกเขาทำเช่นนั้นเพราะการแปลงนั้นง่ายมาก องศามีขนาดเท่ากัน และอุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส เท่ากับ 273.15 เคลวิน หากต้องการแปลงเซลเซียสเป็นเคลวิน ให้บวก 273.15

• ​แอมแปร์ (A)​

–

หน่วยของกระแสไฟฟ้ากำหนดปริมาณของประจุไฟฟ้าที่ผ่านจุดในตัวนำในหนึ่งวินาที มันถูกกำหนดให้เป็นหนึ่งคูลอมบ์ ซึ่งเท่ากับ 6.241 × 10¹⁸ อิเล็กตรอนต่อวินาที

• ​โมล (โมล)​

– นี่คือการวัดจำนวนอะตอมในตัวอย่างของสารใด ๆ หนึ่งโมลคือจำนวนอะตอมใน 12 กรัม (0.012 กิโลกรัม) ของตัวอย่างคาร์บอน -12

• ​แคนเดลา (cd)​

–

หน่วยนี้มีอายุย้อนไปถึงสมัยที่เทียนให้แสงสว่างประดิษฐ์เพียงอย่างเดียว มันคือปริมาณของแสงสว่างที่จัดให้ในหนึ่งสเตอเรเดียนด้วยเทียนเล่มเดียว แต่คำจำกัดความสมัยใหม่นั้นซับซ้อนกว่าเล็กน้อย หนึ่งแคนเดลาถูกกำหนดให้เป็นความเข้มของการส่องสว่างของแหล่งกำเนิดแสงเดียวที่เปล่งแสงสีเดียวที่ความถี่ 5.4 x 10¹⁴ เฮิรตซ์และมีความเข้มการแผ่รังสี 1/683 วัตต์ต่อสเตอเรเดียน สเตอเรเดียนคือส่วนตัดขวางวงกลมของทรงกลมที่มีพื้นที่เท่ากับกำลังสองของรัศมีของทรงกลม

ระบบเมตริกมีหน่วยชื่อ 22 หน่วยซึ่งได้มาจากหน่วยพื้นฐานเจ็ดหน่วย สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่แต่ไม่ใช่ทั้งหมดได้รับการตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงซึ่งมีคุณูปการสำคัญในสาขาที่เกี่ยวข้องกับหน่วยที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น หน่วยของแรงได้รับการตั้งชื่อตามเซอร์ไอแซก นิวตัน ซึ่งเป็นผู้วางรากฐานสำหรับกลศาสตร์ การศึกษาร่างกายขณะพักและเคลื่อนที่ อีกตัวอย่างหนึ่งคือหน่วยของความจุไฟฟ้าคือ Farad ซึ่งตั้งชื่อตาม Micheal Faraday ซึ่งเป็นผู้บุกเบิกการศึกษาเกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้า

หน่วยที่ได้รับมีดังนี้:

• บังคับนิวตัน (N)ม.กก.

ส ⁻² ความดัน/ความเครียดปาสกาล (ปาสกาล)ม ⁻¹ กิโลกรัม s ⁻² พลังงาน/งานจูล (เจ)ม² กิโลกรัม s ⁻² ฟลักซ์กำลัง/การแผ่รังสีวัตต์ (W)ม² กิโลกรัม s ⁻³ ค่าไฟฟ้าคูลอมบ์ (C)s A ศักย์ไฟฟ้าโวลต์ (V)ม² กิโลกรัม s ⁻³ อา ⁻¹ ความจุฟารัด (F)ม ⁻²กิโลกรัม ⁻¹ส⁴อา² ความต้านทานไฟฟ้าโอห์ม (Ω)ม²กิโลกรัม s ⁻³อา ⁻² การนำไฟฟ้าซีเมนส์ (S)ม ⁻² กิโลกรัม ⁻¹ ส³ อา² สนามแม่เหล็กเวเบอร์ (Wb)ม² กิโลกรัม s ⁻²อา ⁻¹ ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กเทสลา (T)กิโลกรัม s ⁻²เอ-¹ ตัวเหนี่ยวนำเฮนรี่ (H)ม²กิโลกรัม s ⁻²อา ⁻² อุณหภูมิเซลเซียส (°C)K

− 273.15 ฟลักซ์ส่องสว่างลูเมน (lm)ม²ม ⁻²cd = cd ความสว่าง (lx)ลักซ์ (lx)ม²ม ⁻⁴cd = m ⁻²cd กิจกรรมกัมมันตภาพรังสีเบคเคอเรล (Bq)ส ⁻¹ ปริมาณที่ดูดซึมสีเทา (Gy)ม²ส ⁻² ปริมาณเทียบเท่าซีเวิร์ต (Sv)ม²ส ⁻² กิจกรรมตัวเร่งปฏิกิริยาคาตาล (แคท)ส ⁻¹ โมล มุมระนาบเรเดียน (rad)m m ⁻¹ = 1 มุมทึบสเตอเรเดียน (ซีอาร์)ม²ม ⁻² = 1

เมื่อเทียบกับระบบภาษาอังกฤษ ซึ่งเป็นการผสมผสานของหน่วยที่สร้างขึ้นในตลาดภาษาอังกฤษ ระบบเมตริกมีความสง่างาม แม่นยำ และเป็นไปตามมาตรฐานทางกายภาพสากล

เป็นเรื่องลึกลับว่าทำไมระบบภาษาอังกฤษยังคงใช้ในสหรัฐอเมริกาโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อ given สภาคองเกรสผ่านพระราชบัญญัติการแปลงเมตริกในปี 2518 เพื่อประสานงานการใช้ระบบเมตริกที่เพิ่มขึ้นในนั้น ประเทศ. มีการจัดตั้งคณะกรรมการเมตริกขึ้นและหน่วยงานของรัฐต้องใช้ระบบเมตริก ปัญหาคือการเปลี่ยนใจเลื่อมใสนั้นเป็นไปโดยสมัครใจสำหรับประชาชนทั่วไป และคนส่วนใหญ่ก็เพิกเฉยต่อคณะกรรมการซึ่งยุบไปในปี 1982

อาจกล่าวได้ว่าเหตุผลเดียวที่ยังคงใช้ระบบภาษาอังกฤษในสหรัฐอเมริกาอย่างต่อเนื่องคือความเคยชิน มันเป็นความจริงที่นิสัยเก่าตายยาก แต่ด้วยความสง่างามของระบบเมตริกและความจริงที่ว่า ทั่วโลกใช้กันหมดแล้ว ไม่น่าจะมีใครใช้ระบบภาษาอังกฤษกันแบบนี้อีกเยอะนะ อีกต่อไป

การเปลี่ยนแปลงอาจดูน่ากลัว แต่ระบบเมตริกได้รับการออกแบบโดยนักวิทยาศาสตร์ให้ใช้งานง่าย และนั่นเป็นข้อดีที่มีมากกว่าการยึดมั่นในประเพณีที่ดื้อรั้นอย่างดื้อรั้น