Mr. Short Cut från Discovery Channels "Gimme Shelter, "förklarar varför han är ett stort fan av det metriska systemet. Upptäckt Innan det fanns globala leveranskedjor och handelsavtal, bekvämlighet var högsta prioritet när det gällde mätning. I de flesta fallen, människor hade inte tillgång till sofistikerade mätinstrument, så de litade på kroppsdelar, som var lätta att bära med sig och gav något konsekventa resultat. Till exempel, bredden på en mans tumme är ungefär en tum ("tumme" och "tum" är utbytbara på många språk).
Denna råa, informellt system fungerade bra i många år, men det började falla sönder när klaner växte till stammar och stammar växte till nationer. När civilisationerna expanderade, deras motstridiga mätsystem skapade förvirring och störde handeln. I Frankrike, situationen hade blivit särskilt kaotisk när den franska revolutionen började 1789. Mått för längd, volym och massa skilde sig från stad till stad. Många trodde att systemet som används i Paris, baserat på enheter som går tillbaka till Karl den Store, bör tvingas på hela landet, men guilderna och adelsmännen kämpade för ansträngningen. Med den franska regeringen på gränsen till ekonomisk kollaps, Kung Louis XVI sammankallade ständerna - en församling bestående av representanter från landets olika klasser - för att ta ut nya skatter. I sista hand, lagstiftningssessionen visade sig vara mer fruktbar, som leder till bildandet av nationalförsamlingen, en ny konstitution och ett nytt sätt att mäta saker.
Fransmännen kallade det nya mätsystemet métrique , en term härledd från ordet meter , eller mätare-ett grundläggande mått på längd definierat som en tio-miljonedel av en fjärdedel av jordens meridian som passerar genom Paris. Utvecklarna av detta nya mätsystem trodde att deras arbete skulle vara ett "företag vars resultat någon gång skulle tillhöra hela världen" [källa:Nelson]. De hade rätt, självklart, för det metriska systemet idag har antagits av nästan alla länder på planeten. Det enda betydande partiella innehavet är USA, vars medborgare hälsar mätare, liter och kilo med lätt misstänksamhet och, i vissa fall, förvirring. Vad många inte inser är att USA har varit en stark anhängare av det metriska systemet sedan inbördeskriget och att enheter i tum-pund-systemet definieras uteslutande med avseende på metriska mätningar.
Innan vi dyker ner i metriska detaljer, låt oss utarbeta lite mer om historien om världens mätsystem och hur det kom att ta sin moderna form, de Système International d'Unités - den Internationella enhetssystemet , eller SI .
Innehåll
Hallå, bara om du inte vet hur lång standardmätaren är, vi lägger upp det på väggen här åt dig, Herr 1700 -talets fransman. Använd den nu - annars! Universal History Archive/Getty Images Det moderna metriska systemet kan spåra sina rötter tillbaka till Gabriel Mouton, kyrkoherden i St. Paul's Church i Lyon, Frankrike, och en anmärkningsvärd astronom och matematiker. År 1670, Mouton tänkt sig ett mätsystem baserat på längden på en minut av longitud (kom ihåg att det finns 60 minuter i varje grad av longitud och latitud). Denna längdenhet, föreslog han vidare, bör baseras på decimalräkning, eller med tio befogenheter. Han rekommenderade också att använda prefix för att göra namnkonventioner mindre godtyckliga.
Franska forskare fortsatte att modifiera och förfina Moutons idéer, men de kodifierades aldrig formellt förrän vid den franska revolutionen. När det skapades 1790, Nationalförsamlingen begärde franska vetenskapsakademien att "härleda en oföränderlig standard för alla mått och alla vikter". Akademin tillsatte i sin tur en kommission för att utveckla systemet, med villkoret att den slutliga lösningen ska vara enkel på en gång, ändå vetenskapligt. Lån från Mouton, kommissionen fastställde tre grundläggande principer:
Kommissionen gav längdenheten "meter" ("meter" i USA), efter det grekiska ordet metron , vilket betyder "att mäta". Därefter kom uppgiften att faktiskt bestämma den exakta längden på en meter. Detta föll på två män, Pierre Mechain och Jean Delambre, som tillbringade sex mödosamma år med att mäta avståndet på meridianen från Barcelona, Spanien, till Dunkerque i norra Frankrike. Deras undersökning resulterade i ett värde för mätaren lika med "en tiomiljondel del av en meridional kvadrant av jorden". Andra enheter kom från den exakt definierade mätaren. Till exempel, gram gjordes lika med massan av en kubikcentimeter rent vatten vid temperaturen för dess maximala densitet; literen gjordes lika med volymen av en kub 10 centimeter (4 tum) på en sida.
Detta var den första inkarnationen av det metriska systemet, som Frankrike officiellt antog 1795. Fyra år senare, forskare utformade standarder för mätaren och kilogrammet av platina. Dessa, för, erkändes officiellt av den franska regeringen och förvarades på ett säkert ställe så att kopior kunde göras efter behov.
Nästa, det metriska systemet tar hela världen med storm.
Bra, gamla Napoleon, den allmänna berömda för att sprida krig och det metriska systemet var än hans små fötter marscherade. Hulton Archive/Getty Images Tack vare Napoleons erövring av Europa under början av 1800 -talet, andra länder antog - några mer motvilligt än andra - det metriska systemet som sitt nationella mätsystem.
År 1875, en särskild församling i Paris samlade representanter från 17 nationer, inklusive USA. Dessa nationer var upptagna under sammankomsten, underteckna mätarfördraget och inrätta International Bureau of Weights and Measures, en internationell kommitté för vikter och åtgärder för att driva byrån och generalkonferensen om vikter och åtgärder för att överväga och anta förändringar. I fördraget föreskrevs också att ett labb skulle upprätthållas i Sèvres, av Paris, att hysa internationella metriska standarder och tillät att dessa standarder distribuerades till varje ratificerande nation. USA fick sina kopior av International Prototype Meter och International Prototype Kilogram 1890.
1954, den tionde generalkonferensen om vikter och åtgärder inledde en omdesign av det metriska systemet för att bättre tillgodose behoven hos de vetenskapliga och tekniska samhällena. Revisionen fastställde sju basenheter och förenklade metriska enhetsdefinitioner, symboler och terminologi. Arbetet sträckte sig in i den elfte konferensen, och 1960, konferensmedlemmar ratificerade och godkände det nya systemet, kallar det det internationella systemet för enheter, eller SI för kort.
Det internationella systemet för enheter är den moderna formen av det metriska systemet, och även om de två namnen används omväxlande, SI är mer exakt tekniskt. Strax, vi ska titta på byggstenarna i SI - de sju basenheterna.
SI -basenheterna © HowStuffWorks.com Innan vi dyker ner i de grundläggande SI -enheterna, låt oss granska mätning som ett koncept. När du mäter något, du använder ett instrument eller en enhet för att bestämma en fysisk mängd av ett objekt. Till exempel, du använder en linjal för att mäta längd, en skala för att mäta massa och en termometer för att mäta temperaturen. Var och en av dessa instrument är märkta med standardenheter för att se till att mätningen av en observatör matchar den hos en annan observatör. I teorin, varje standardenhet skulle spåra sin härkomst tillbaka till en enda prototyp - det arketypiska exemplet på just den enheten.
I tidigare versioner av det metriska systemet, prototyperna var fysiska föremål, som en standardmätare eller en standard kilogramstång. När generalkonferensen om vikter och mått förnyade det metriska systemet 1960, den ersatte enheter baserade på fysiska objekt med fysiska beskrivningar av enheterna baserade på universums stabila egenskaper. Faktiskt, den enda enheten som fortfarande definieras av ett objekt är kilogrammet. (International Prototype Kilogram är en blank cylinder tillverkad av platina och iridium, förvaras i en lufttät burk i Sèvres.)
Med det i åtanke, låt oss introducera de sju SI -basenheterna. Tabellen listar varje enhet, den fysiska kvantitet som enheten mäter och standarden som enheten bygger på, enligt definitionen av International Bureau of Weights and Measures.
Om du inte helt förstår definitionen för varje standard, oroa dig inte. Istället för att försöka föreställa sig två raka parallella ledare av oändlig längd eller en cesium-133-atom som vaklar mellan två hyperfina nivåer av dess jordtillstånd, kom bara ihåg detta:De grundläggande SI -enheterna (förutom kilogrammet) är baserade på universums oföränderliga egenskaper, och de är ömsesidigt oberoende. Alla andra enheter i det moderna metriska systemet kommer genom att multiplicera eller dela dessa basenheter. Vi kommer in mer på det i nästa avsnitt.
De grundläggande SI -enheterna täcker alla grundläggande mätbehov. Det finns tider, dock, när det är nödvändigt att relatera mätningar matematiskt. Till exempel, låt oss säga att du mäter längden på en fotbollsplan och tycker att den är 120 meter (394 fot) lång. Sedan bestämmer du dess bredd till 90 meter (295 fot). Om du vill hitta området på fältet, du skulle behöva multiplicera dess längd med dess bredd. Men du multiplicerar inte bara siffrorna framför enheterna; du multiplicerar enheterna, för. Så, matematiken skulle se ut så här:
yta =längd × bredd =120 m × 90 m =10, 800 m 2
Lägg märke till att den sista enheten är en meter gånger en meter, vilket resulterar i vad metrologer , eller mättexperter, ring a kvadratmeter .
Låt oss nu säga att du har en kub som mäter 1 meter på varje sida. Om du ville hitta kubens volym, du skulle behöva multiplicera tre dimensioner - längd, bredd och höjd. Här är matematiken:
volym =längd × bredd × höjd =1 m × 1 m × 1 m =1 m 3 =m 3
Lägg märke igen att basenheten multipliceras tillsammans med den numeriska faktorn. I detta fall, det är en meter gånger en meter gånger en meter, vilket resulterar i en kubikmeter . Observera också att när den numeriska faktorn är 1, du kan släppa numret och helt enkelt visa enheten. Metrologer kallar detta för a sammanhängande enhet .
Tabellen listar några av de vanligaste härledda enheterna. © HowStuffWorks.com Area och volym är härledda enheter eftersom de definieras i termer av en SI -basenhet och en specifik kvantitetsekvation. Tabellen listar några av de vanligaste härledda enheterna.
Några av de viktigaste SI -härledda enheterna © HowStuffWorks.com Några härledda enheter är tillräckligt betydande för att ha fått speciella SI -namn och symboler. Kraft fungerar som ett bra exempel. Isaac Newton definierade tvinga som massan av ett objekt gånger dess acceleration. När du multiplicerar dessa två kvantiteter tillsammans, du får en härledd enhet på kilogram meter per sekund i kvadrat (kg-m/s 2 ). Eftersom kg-m/s 2 är lite krångligt och eftersom kraft är en så viktig mängd i fysiken, SI bigwigs bestämde sig för att kalla den härledda enheten för a newton , till ära av Sir Isaac. I alla, det finns 22 härledda SI -enheter med speciella namn och symboler. Några av de viktigaste visas i tabellen.
Till sist, Det är viktigt att veta att några enheter inte officiellt är en del av det metriska systemet utan att de ofta uppträder. Som sådan, SI accepterar dessa enheter för användning med sin måttfamilj. Några av de vanliga tidskvantiteterna - minuten, timme och dag - faller i denna kategori, liksom metriska ton och astronomiska enhet. Alla dessa enheter, dock, kan definieras enligt SI -basenheter. Till exempel, en dag är 86, 400 sekunder. Och en astronomisk enhet ( AU ) - en längdenhet som är lika med medelavståndet mellan jorden och solen - är 1,495978 × 10 11 meter.
Självklart, en basenhet kan vara för stor eller för liten för att beskriva ett objekt på ett adekvat sätt. I SI, att göra enheter större och mindre kräver inget mer än att lägga till ett prefix. Vi kommer att täcka dem på nästa sida.
Som vi har hamrat hem nu, varje fysisk mängd - längd, massa, volym och så vidare - representeras av en specifik SI -enhet. Ibland, fastän, basenheterna har begränsningar när de används för att mäta mycket små eller mycket stora föremål. Till exempel, låt oss säga att du ville mäta längden på en myra. Uttryckt i SI -basenheten, en myras längd är 0,003 meter. Tänk dig nu att uttrycka bredden på ett människohår eller en atom i meter:Dina siffror skulle bli mindre och mindre - och allt mer besvärliga. Detsamma gäller för stora mätningar. Avståndet mellan New York City och Los Angeles är 4, 493, 288 meter, ett annat otympligt nummer.
SI -prefix © HowStuffWorks.com För att komma runt det här problemet, generalkonferensen om vikter och mått antog en serie prefixnamn och symboler för att beteckna decimalmultiplar och submultipler för SI -enheter. År 1960, det fanns tillräckligt många prefix för att täcka multiplar från 10 12 till 10 -12 . Men genom åren, nya prefix kom in i systemet för att rymma allt större och mindre värden. I den medföljande tabellen listas några av de godkända prefixnamnen och symbolerna.
Nu kan vi gå tillbaka till våra exempel för att se fördelen med att använda ett prefixsystem baserat på krafter på 10. En myras längd kan vara 0,003 meter, men det är mycket mer praktiskt att beskriva något så litet i millimeter. För att konvertera meter till millimeter, du multiplicerar helt enkelt längden med 1, 000, eller flytta decimalpunkten till de tre högra mellanslagen. Det säger oss att en myra är 3 millimeter (3 mm) från huvudet till buken. Och hur är det med vår resa mellan New York City och Los Angeles? Du skulle vara mycket bättre att mäta en så stor sträcka i kilometer. För att konvertera meter till kilometer, du delar helt enkelt avståndet med 1, 000, eller flytta decimalen till vänster tre mellanslag. Det gör din sista sträcka 4, 493 kilometer (4, 493 km).
Alla prefix fungerar på ett liknande sätt. Den enda kurvan du behöver oroa dig för är kilogrammet, den enda SI -basenhet vars namn och symbol innehåller ett prefix. Du kan bli frestad att lägga till ett prefix till kilogram (mikrokilogram, till exempel), men det vore fel. Istället, du bör fästa prefixnamn till enhetsnamnet "gram" för att representera större och mindre värden för ett objekts massa. Så, till exempel, 10 -6 kilogram skulle vara lika med 1 milligram (1 mg).
Beväpnad med SI -enheter och prefix, du har allt du behöver för att börja mäta metriska. Faktiskt, större delen av världen har gjort det i decennier. Strax, vi kommer att upptäcka varför nationer entusiastiskt har omfamnat det moderna metriska systemet och vad som kan hända när ett land (ja, vi tittar på dig, America) misslyckas med att byta.
Om en rundtur i SI -enheter och prefix inte har övertygat dig om det metriska systemets fördelar, tackla sedan denna övning:konvertera 5 miles till tum. Snabbt. I ditt huvud. Även om du kommer ihåg hur många fot som är på en mil (5, 280) och hur många tum är i en fot (12), du har fortfarande lite komplex aritmetik att göra. Så här skulle matematiken se ut:
(5 miles) (5, 280 fot/1 mil) (12 tum/1 fot) =316, 800 tum
Det metriska systemet gör livet mycket enklare. En liknande omvandling skulle vara att hitta hur många centimeter som finns på 5 kilometer. En kilometer är 10 3 meter; en centimeter är 10 -2 meter. För att göra konverteringen, du flyttar helt enkelt decimalpunkten till höger fem gånger:
5 kilometer =5, 000 meter =500, 000 centimeter
Se varför SI -enheter är enklare?
På grund av sin elegans och enkelhet, det internationella systemet för enheter finns över hela världen. USA är den enda industrialiserade nationen som fortfarande håller fast vid sina äldre åtgärder och, som ett resultat, brottas med ett förvirrande utbud av orelaterade enheter. Självklart, kostnadsfaktorer till varför USA har varit långsamma med att anta det metriska systemet. Som ett exempel, överväga NASA:s rymdfärjeprogram, som fortfarande följer tum-pund mätningssystem. NASA -ingenjörer rapporterade nyligen att omvandling av relevanta ritningar, programvara och dokumentation till SI -enheter skulle kosta totalt 370 miljoner dollar - en stor förändring, även för en statlig myndighet som enkelt spenderar 760 miljoner dollar för att få en skyttel i luften [källa:Marks].
Självklart, att inte konvertera har sina egna finansiella risker. Ta NASA igen. År 1999, rymdorganisationen förlorade sin Mars Climate Orbiter -sond på 125 miljoner dollar när en enhetsmatchning orsakade ett fel [källa:Marks]. Missförhållandet inträffade eftersom dess inställningskontrollsystem använde kejserliga enheter, men dess navigationsprogram använde SI -enheter. Som ett resultat, sonden svängde för nära planeten, överhettad och slutade sedan fungera korrekt. Nu är det en miljon dollar rymdskräp, tack vare Amerikas eftersläpande engagemang för SI.
Många amerikanska företag har uppmärksammat dessa varningssagor. John Deere, Proctor &Gamble, Kodak, Ingersoll-Rand och många andra företag har konverterat hela eller delar av sin verksamhet till att använda SI-enheter. Det betyder att deras utomeuropeiska fabriker och leveranskedjor använder samma mätsystem - och samma delar - som sina amerikanska motsvarigheter. Det kan tyckas mindre, men besparingarna kan bli betydande. Kostnadsminskningar kommer från två huvudsakliga källor:produktivitetsökningar till följd av användning av ett decimalbaserat mätsystem och förmågan att konkurrera mer effektivt på globala marknader.
Så småningom, USA kommer att göra det metriska systemet obligatoriskt för sina medborgare. När den tiden kommer, det kommer att förändra utseendet på vägskyltar, bensinpumpar och livsmedelsetiketter, men det kommer inte att påverka några heliga uttryck. Varför? Eftersom en landkilometer och en 30 centimeter lång korv helt enkelt inte ekar den amerikanska upplevelsen.
