Sådan fungerer det metriske system

Før der var globale forsyningskæder og handelsaftaler, bekvemmelighed var den højeste prioritet, når det kom til måling. I de fleste tilfælde, folk ikke havde adgang til sofistikerede måleenheder, så de stolede på kropsdele, som var lette at bære rundt på og tilbød noget konsistente resultater. For eksempel, bredden på en mands tommelfinger er omkring en tomme ("tommelfinger" og "tomme" kan udskiftes på mange sprog).

Denne rå, uformelt system fungerede fint i mange år, men det begyndte at falde fra hinanden, da klaner voksede til stammer, og stammer voksede til nationer. Efterhånden som civilisationer ekspanderede, deres modstridende målesystemer skabte forvirring og forstyrrede handelen. I Frankrig, situationen var blevet særlig kaotisk, da den franske revolution begyndte i 1789. Mål for længde, volumen og masse varierede fra den ene by til den anden. Mange mennesker troede, at det system, der blev brugt i Paris, baseret på enheder, der går tilbage til Karl den Store, bør pålægges hele landet, men laugene og adelsmændene kæmpede indsatsen. Med den franske regering på nippet til økonomisk sammenbrud, Kong Louis XVI indkaldte stændergeneralen - en forsamling bestående af repræsentanter fra landets forskellige klasser - for at opkræve nye skatter. Ultimativt, lovgivningsmødet viste sig mere frugtbart, fører til dannelsen af ​​nationalforsamlingen, en ny forfatning og en ny måde at måle tingene på.

Franskmændene kaldte det nye målesystem métrique , et begreb, der stammer fra ordet måler , eller meter-et grundlæggende mål for længde defineret som en ti-milliontedel af en fjerdedel af Jordens meridian, der passerer gennem Paris. Udviklerne af dette nye målesystem mente, at deres arbejde ville være en "virksomhed, hvis resultat en dag skulle tilhøre hele verden" [kilde:Nelson]. De havde ret, selvfølgelig, for det metriske system i dag er blevet vedtaget af næsten alle lande på planeten. Den eneste betydelige delvise holdout er USA, hvis borgere hilser meter, liter og kilo med mild mistanke og, i nogle tilfælde, forvirring. Hvad mange mennesker ikke er klar over, er, at USA har været en stærk tilhænger af det metriske system siden borgerkrigen, og at enheder i tommer-pund-systemet udelukkende er defineret i form af metriske målinger.

Inden vi dykker ned i metricens detaljer, lad os uddybe lidt mere om historien om verdens målesystem og hvordan det kom til at tage sin moderne form, det Système International d'Unités -- det Internationalt enhedssystem , eller SI .

1. Det metriske systems historie:De tidlige år
2. Det metriske systems historie:Møde om målere
3. SI -basenheder og deres standarder:Hvor kommer de alligevel fra?
4. SI afledte enheder:Vi har brug for mere end almindeligt, Gamle målere
5. SI-præfikser:Få venner med Milli-
6. Metrisk system:Risici og belønninger

Det metriske systems historie:De tidlige år

Det moderne metriske system kan spore sine rødder tilbage til Gabriel Mouton, præst i St. Paul's Church i Lyon, Frankrig, og en bemærkelsesværdig astronom og matematiker. I 1670, Mouton tænkte på et målesystem baseret på længden af ​​et minuts længdegrad (husk, at der er 60 minutter i hver længde- og breddegrad). Denne længdeenhed, foreslog han yderligere, skal være baseret på decimalregning, eller på ti beføjelser. Han anbefalede også brug af præfikser for at gøre navngivningskonventioner mindre vilkårlige.

Franske forskere fortsatte med at ændre og forfine Moutons ideer, men de blev aldrig formelt kodificeret før den franske revolution. Ved oprettelsen i 1790, Nationalforsamlingen anmodede det franske videnskabsakademi om at "udlede en uforanderlig standard for alle mål og alle vægte." Akademiet nedsatte til gengæld en kommission til at udvikle systemet, med den betingelse, at den endelige løsning på én gang skal være enkel, alligevel videnskabeligt. Lån fra Mouton, Kommissionen fastlagde tre grundlæggende principper:

1. Længdenheden ville være lig med en del af Jordens omkreds.
2. Mål for volumen og masse stammer fra længde, og dermed sikre, at alle enheder ville have et forhold.
3. Større og mindre multipler af hver enhed ville blive skabt ved at gange og dividere med 10 og dens kræfter.

Kommissionen kaldte længdeenheden "meter" ("meter" i USA), efter det græske ord metron , hvilket betyder "at måle". Dernæst kom opgaven med faktisk at bestemme den nøjagtige længde på en meter. Dette faldt til to mænd, Pierre Mechain og Jean Delambre, der brugte seks omhyggelige år på at måle afstanden på meridianen fra Barcelona, Spanien, til Dunkerque i det nordlige Frankrig. Deres undersøgelse resulterede i en værdi for måleren svarende til "en ti-milliontedel af en meridional kvadrant af jorden." Andre enheder kom fra den præcist definerede måler. For eksempel, gram blev gjort lig med massen af ​​en kubikcentimeter rent vand ved temperaturen af ​​dets maksimale densitet; literen blev gjort lig med volumenet af en terning 10 centimeter (4 tommer) på en side.

Dette var den første inkarnation af det metriske system, som Frankrig officielt vedtog i 1795. Fire år senere, forskere lavede standarder for måleren og kilogrammet ud af platin. Disse, også, blev officielt anerkendt af den franske regering og opbevaret et sikkert sted, så kopier kunne laves efter behov.

Næste, det metriske system tager hele verden med storm.

Det metriske systems historie:Møde om målere

Takket være Napoleons erobring af Europa i begyndelsen af ​​1800 -tallet, andre lande vedtog - nogle mere modvilligt end andre - det metriske system som deres nationale målesystem.

I 1875, en særlig forsamling i Paris samlede repræsentanter fra 17 nationer, herunder USA Disse nationer havde travlt under forsamlingen, underskrivelse af målertraktaten og oprettelse af International Bureau of Weights and Measures, en international komité for vægte og foranstaltninger til at drive bureauet og generalkonferencen om vægte og foranstaltninger for at overveje og vedtage ændringer. Traktaten fastslog også, at der skulle opretholdes et laboratorium i Sèvres, af Paris, at huse internationale metriske standarder og tillod, at disse standarder blev distribueret til hver ratificerende nation. USA modtog sine kopier af International Prototype Meter og International Prototype Kilogram i 1890.

I 1954, den 10. generalkonference om vægte og foranstaltninger indledte et redesign af det metriske system for bedre at imødekomme behovene hos de videnskabelige og tekniske samfund. Revisionen etablerede syv baseenheder og forenklede metriske enhedsdefinitioner, symboler og terminologi. Arbejdet strakte sig ud til den 11. konference, og i 1960, konferencemedlemmer ratificerede og godkendte det nye system, kalder det det internationale system for enheder, eller SI for kort.

Det internationale enhedssystem er den moderne form for det metriske system, og selvom de to navne bruges i flæng, SI er mere præcis teknisk. Næste, vi ser på byggestenene i SI - de syv baseenheder.

SI -basenheder og deres standarder:Hvor kommer de alligevel fra?

Inden vi dykker ned i de grundlæggende SI -enheder, lad os gennemgå måling som et koncept. Når du måler noget, du bruger et instrument eller en enhed til at bestemme en fysisk mængde af et objekt. For eksempel, du bruger en lineal til at måle længden, en skala til måling af masse og et termometer til måling af temperatur. Hvert af disse instrumenter er mærket med standardenheder for at sikre, at målingen af ​​en observatør matcher en anden observatørs. I teorien, hver standardenhed ville spore sin slægt tilbage til en enkelt prototype - det arketypiske eksempel på den pågældende enhed.

I tidligere versioner af det metriske system, prototyperne var fysiske objekter, f.eks. en standardmålerstav eller en standard kilogramstang. Da generalkonferencen om vægte og foranstaltninger fornyede det metriske system i 1960, det erstattede enheder baseret på fysiske objekter med fysiske beskrivelser af enhederne baseret på universets stabile egenskaber. Faktisk, den eneste enhed, der stadig er defineret af et objekt, er kilogrammet. (International Prototype Kilogram er en skinnende cylinder lavet af platin og iridium, opbevaret i en lufttæt krukke i Sèvres.)

Med det i tankerne, lad os introducere de syv SI -basenheder. Tabellen viser hver enhed, den fysiske mængde, som enheden måler, og den standard, som enheden er baseret på, som defineret af International Bureau of Weights and Measures.

Hvis du ikke helt forstår definitionen for hver standard, bare rolig. I stedet for at prøve at forestille sig to lige parallelle ledere af uendelig længde eller et cæsium-133-atom, der vakler mellem to hyperfine niveauer af dets jordtilstand, bare husk dette:De grundlæggende SI -enheder (undtagen kilogrammet) er baseret på universets uforanderlige egenskaber, og de er gensidigt uafhængige. Alle andre enheder i det moderne metriske system kommer ved at multiplicere eller dividere disse baseenheder. Det kommer vi nærmere ind på i det næste afsnit.

SI afledte enheder:Vi har brug for mere end almindeligt, Gamle målere

De grundlæggende SI -enheder dækker alle de grundlæggende målebehov. Der er tider, imidlertid, når det er nødvendigt at relatere målinger matematisk. For eksempel, lad os sige, at du måler længden af ​​en fodboldbane og finder den 120 meter lang. Derefter bestemmer du dens bredde til 90 meter (295 fod). Hvis du ville finde området i feltet, du skulle multiplicere dens længde med dens bredde. Men man multiplicerer ikke bare tallene foran enhederne; du gange enhederne, også. Så, matematikken ville se sådan ud:

område =længde × bredde =120 m × 90 m =10, 800 m ²

Bemærk, at den sidste enhed er en meter gange en meter, hvilket resulterer i hvad metrologer , eller måleeksperter, ringe til a kvadratmeter .

Lad os nu sige, at du har en terning, der måler 1 meter på hver side. Hvis du ville finde terningens volumen, du skulle multiplicere tre dimensioner - længde, bredde og højde. Her er matematikken:

volumen =længde × bredde × højde =1 m × 1 m × 1 m =1 m ³ =m ³

Bemærk igen, at baseenheden bliver ganget sammen med den numeriske faktor. I dette tilfælde, det er en meter gange en meter gange en meter, resulterer i en kubikmeter . Bemærk også, at når den numeriske faktor er 1, du kan slippe nummeret og blot vise enheden. Metrologer kalder dette a sammenhængende enhed .

Areal og volumen er afledte enheder fordi de er defineret i form af en SI -basisenhed og en specifik mængdeligning. Tabellen viser nogle af de mest almindelige afledte enheder.

Et par afledte enheder er betydelige nok til at have tjent særlige SI navne og symboler. Kraft fungerer som et godt eksempel. Isaac Newton defineret kraft som massen af ​​et objekt gange sin acceleration. Når du gange disse to mængder sammen, du får en afledt enhed på kilogram meter i sekundet i kvadrat (kg-m/s ² ). Fordi kg-m/s ² er lidt besværligt, og fordi kraft er en så vigtig mængde i fysik, SI bigwigs besluttede at kalde den afledte enhed a newton , til ære for Sir Isaac. I alt, der er 22 afledte SI -enheder med særlige navne og symboler. Nogle af de vigtigste vises i den medfølgende tabel.

Endelig, Det er vigtigt at vide, at nogle få enheder ikke officielt er en del af det metriske system, men ofte optræder. Som sådan, SI accepterer disse enheder til brug sammen med sin gruppe af foranstaltninger. Nogle af de almindelige tidsmængder - minuttet, time og dag - falder ind i denne kategori, ligesom det metriske ton og den astronomiske enhed. Alle disse enheder, imidlertid, kan defineres i henhold til SI -baseenheder. For eksempel, en dag er 86, 400 sekunder. Og en astronomisk enhed ( AU ) - en længdeenhed svarende til middelafstanden mellem jorden og solen - er 1,495978 × 10 ¹¹ meter.

Selvfølgelig, en baseenhed kan være for stor eller for lille til at beskrive et objekt tilstrækkeligt. I SI, at gøre enheder større og mindre kræver ikke andet end tilføjelse af et præfiks. Vi dækker dem på den næste side.

SI-præfikser:Få venner med Milli-

Da vi nu har hamret hjem, hver fysisk mængde - længde, masse, volumen og så videre - repræsenteres af en bestemt SI -enhed. Sommetider, selvom, baseenhederne har begrænsninger, når de bruges til at måle meget små eller meget store objekter. For eksempel, lad os sige, at du ville måle længden af ​​en myre. Udtrykt i SI -basenheden, en myres længde er 0,003 meter. Forestil dig nu at udtrykke bredden af ​​et menneskehår eller et atom i meter:Dine tal ville blive mindre og mindre - og mere og mere besværlige. Det samme gælder for store målinger. Afstanden mellem New York City og Los Angeles er 4, 493, 288 meter, endnu et besværligt nummer.

For at komme uden om dette problem, Generalkonferencen om vægte og foranstaltninger vedtog en række præfiksnavne og -symboler for at angive decimalmultipler og submultipler af SI -enheder. I 1960, der eksisterede nok præfikser til at dække multipler fra 10 ¹² til 10 ^-12 . Men i årenes løb, nye præfikser kom ind i systemet for at rumme stadig større og mindre værdier. Den medfølgende tabel viser nogle af de godkendte præfiksnavne og -symboler.

Nu kan vi gå tilbage til vores eksempler for at se fordelen ved at bruge et præfiks system baseret på kræfter på 10. En myre kan være 0,003 meter, men det er meget mere praktisk at beskrive noget, der er så lille i millimeter. For at konvertere meter til millimeter, du multiplicerer simpelthen længden med 1, 000, eller flyt decimaltegnet til de tre højre mellemrum. Det fortæller os, at en myr er 3 millimeter (3 mm) fra hovedet til underlivet. Og hvad med vores tur mellem New York City og Los Angeles? Du ville være meget bedre til at måle en så stor afstand i kilometer. For at konvertere meter til kilometer, du deler simpelthen afstanden med 1, 000, eller flyt decimaltallet til venstre mellem tre mellemrum. Det gør din sidste distance 4, 493 kilometer (4, 493 km).

Alle præfikser fungerer på en lignende måde. Den eneste curveball, du skal bekymre dig om, er kilogrammet, den eneste SI -baseenhed, hvis navn og symbol indeholder et præfiks. Du kan blive fristet til at tilføje et præfiks til kilogram (mikrokilogram, for eksempel), men det ville være forkert. I stedet, du bør vedhæfte præfiksnavne til enhedsnavnet "gram" for at repræsentere større og mindre værdier af et objekts masse. Så, for eksempel, 10 ^-6 kg ville være lig med 1 milligram (1 mg).

Bevæbnet med SI -enheder og præfikser, du har alt hvad du behøver for at begynde at måle metrisk. Faktisk, det meste af verden har gjort det i årtier. Næste, vi vil opdage, hvorfor nationer entusiastisk har omfavnet det moderne metriske system, og hvad der kan ske, når et land (ja, vi kigger på dig, America) formår ikke at skifte.

Metrisk system:Risici og belønninger

Hvis en rundvisning i SI -enheder og præfikser ikke har overbevist dig om det metriske systems fordele, derefter tackle denne øvelse:konvertere 5 miles til inches. Hurtig. I dit hoved. Selvom du husker, hvor mange fod der er på en kilometer (5, 280) og hvor mange tommer der er i en fod (12), du har stadig lidt kompleks regning at gøre. Sådan ser matematikken ud:

(5 miles) (5, 280 fod/1 mil) (12 tommer/1 fod) =316, 800 tommer

Det metriske system gør livet meget lettere. En lignende konvertering ville være at finde ud af, hvor mange centimeter der findes på 5 kilometer. En kilometer er 10 ³ meter; en centimeter er 10 ^-2 meter. For at foretage konverteringen, du flytter ganske enkelt decimaltegnet til højre fem gange:

5 kilometer =5, 000 meter =500, 000 centimeter

Se hvorfor SI -enheder er lettere?

På grund af sin elegance og enkelhed, det internationale enhedssystem findes i hele verden. USA er den eneste industrialiserede nation, der stadig holder fast i sine gamle foranstaltninger og, som resultat, kæmper med et forvirrende udvalg af ikke -relaterede enheder. Selvfølgelig, omkostningsfaktorer til, hvorfor USA har været langsomme med at indføre det metriske system. Som et eksempel, overveje NASAs rumfærge -program, som stadig overholder målesystemet tommer-pund. NASA -ingeniører rapporterede for nylig, at konvertering af de relevante tegninger, software og dokumentation til SI -enheder ville koste i alt 370 millioner dollars - en stor del af forandringen, selv for et regeringsorgan, der let bruger 760 millioner dollars på at få en shuttle til luften [kilde:Marks].

Selvfølgelig, ikke konvertering har sine egne økonomiske risici. Tag NASA igen. I 1999, rumfartsorganisationen mistede sin Mars Climate Orbiter -sonde på 125 millioner dollars, da en enhedsfejl forårsagede en fejl [kilde:Marks]. Uoverensstemmelsen opstod, fordi dens holdningskontrolsystem brugte kejserlige enheder, men dets navigationssoftware brugte SI -enheder. Som resultat, sonden svingede for tæt på planeten, overophedet og derefter ophørte med at fungere korrekt. Nu er det et stykke rumskram, en million dollar, takket være USA's forsinkede engagement i SI.

Mange amerikanske virksomheder har lagt vægt på disse advarsler. John Deere, Proctor &Gamble, Kodak, Ingersoll-Rand og mange andre virksomheder har konverteret hele eller nogle af deres aktiviteter til at bruge SI-enheder. Det betyder, at deres oversøiske fabrikker og forsyningskæder bruger det samme målesystem - og de samme dele - som deres amerikanske kolleger. Det kan virke mindre, men besparelserne kan være betydelige. Omkostningsreduktioner kommer fra to hovedkilder:stigninger i produktiviteten som følge af brugen af ​​et decimalbaseret målesystem og evnen til at konkurrere mere effektivt på globale markeder.

Til sidst, USA vil gøre det metriske system obligatorisk for sine borgere. Når den tid kommer, det vil ændre udseendet af vejskilte, gaspumper og fødevaremærker, men det påvirker ikke nogle hellige udtryk. Hvorfor? Fordi en landkilometer og en 30 centimeter lang hotdog ganske enkelt ikke ekko den amerikanske oplevelse.

Masser mere information

relaterede artikler

• 5 ting, du ikke vidste om det metriske system
• Metrisk systemquiz
• Hvad er et lysår?
• Kan du forklare de diametermålinger, der bruges i kugler, tråd og søm?
• Hvordan måler de havniveau?
• Hvordan fungerer et speedometer i et fly?
• Hvordan kan du måle højden på et højt tårn?

Kilder

• Alsdorf, Matt. "Hvorfor er USA ikke gået metrisk?" Skifer. 6. oktober kl. 1999. (14. september, 2011) http://www.slate.com/id/1003766/
• International Bureau of Weights and Measures. "Det internationale system for enheder - og det 'nye SI ...'" (14. september, 2011) http://www.bipm.org/en/si/
• Mærker, Paul. "NASA kritiserede for at holde sig til kejserlige enheder." Ny forsker. 22. juni kl. 2009. (14. september, 2011) http://www.newscientist.com/article/dn17350-nasa-criticised-for-sticking-to-imperial-units.html
• "meter systemet." Encyclopaedia Britannica, 2011. Web. (14. september, 2011) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/378783/metric-system
• National Institute of Standards and Technology. "USA og det metriske system:En kapselhistorie." 4. oktober kl. 2006. (14. september, 2011) http://ts.nist.gov/weightsandmeasures/metric/lc1136a.cfm
• Nelson, Robert A. "The International System of Units:Its History and Use in Science and Industry." Via satellit. Februar 2000. (14. september, 2011) http://www.aticourses.com/international_system_units.htm
• Fysisk mållaboratorium i NIST. "NIST -referencen om konstanter, Enheder og usikkerhed:International System of Units (SI). "Oktober 2000. (14. september, 2011) http://physics.nist.gov/cuu/Units/
• Rowlett, Russ. "Hvor mange? En ordbog over måleenheder." Center for matematik og naturvidenskabelig uddannelse, University of North Carolina ved Chapel Hill. 11. juli kl. 2005. (14. september, 2011) http://www.unc.edu/~rowlett/units/index.html
• Smith, David. "Metrisk konvertering:Hvor hurtigt?" Offentlige veje. Sommer 1995. (14. september, 2011) http://www.fhwa.dot.gov/publications/publicroads/95summer/p95su14.cfm
• Sobel, David. "Kilogrammet er ikke, hvad det plejede at være - det er lettere." Opdag magasinet. 8. marts 2009. (14. september, 2011) http://discovermagazine.com/2009/mar/08-kilogram-isn.t-what-it-used-to-be-it.s-lighter/?searchterm=SI
• Taylor, Barry N. og Ambler Thompson, red. "Det internationale enhedssystem (SI)." NIST Special Publication 330. 2008 udgave. (14. september, 2011) physics.nist.gov/Pubs/SP330/sp330.pdf
• U.S. Metric Association. "Metriske systemoplysninger." (14. september, 2011) http://lamar.colostate.edu/~hillger/