Mértékegységek a néprajzban és a történelemben
A metrikus mértékegységek
Nagyobb és kisebb metrikus mértékegységek
Az angol és metrikus mértékegységek közötti átváltás
Források
A metrikus rendszer a különböző mennyiségek, például a hossz, a tömeg, az idő, a hőmérséklet stb. mennyiségének kifejezésére szolgáló, nemzetközileg elfogadott mértékegységek összessége. A tudományban általánosan, a mindennapi életben pedig szinte világszerte használják.
Amikor megmérünk valamit, egy krumpli súlyától kezdve a Hold távolságáig, az eredményt meghatározott mértékegységek számával fejezzük ki: például font vagy mérföld az “angol” mértékrendszerben (az Egyesült Államokban még mindig szabványos, de Angliában már nem használják széles körben), vagy kilogramm és kilométer a metrikus rendszerben. 1994-re a világ minden országa elfogadta a metrikus rendszer bizonyos aspektusait, mindössze négy kivétellel: az Egyesült Államok, Brunei, Burma és Jemen.
A világszerte általánosan használt metrikus rendszer csak egy része a tágabb Nemzetközi mértékegységrendszernek, amely szinte minden mérhető fizikai mennyiségre vonatkozó átfogó mértékegységkészlet, a hétköznapiaktól, mint például az idő és a távolság, a nagyon technikai jellegűekig, mint például az energia, az elektromosság és a sugárzás tulajdonságai. A Nemzetközi Egységrendszer az 1948-ban tartott 9. Általános Súly- és Mértékügyi Konferencián alakult ki. Az 1960-ban tartott 11. Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia finomította a rendszert, és elfogadta a francia Système International d’Unite´s, rövidítve SI nevet.
Kényelme és következetessége miatt a tudósok több mint 200 éve használják a metrikus mértékegységrendszert. Eredetileg a metrikus rendszer csak három alapvető egységen alapult: a méter a hosszúság, a kilogramm a tömeg és a másodperc az idő kifejezésére. Ma már több mint 50 hivatalosan elismert SI-egység létezik a különböző tudományos mennyiségekre.
Mérőegységek a néphagyományban és a történelemben
Noé bibliai történetében a bárkának 300 sing hosszúnak és 30 sing magasnak kellett volna lennie. Mint minden korai méretegység, a cubit is a mindig kézre álló emberi testen alapult, és valószínűleg az ember alkarjának hossza volt a könyöktől az ujjhegyig. Egy deszkát például úgy lehetett megmérni, hogy az alkarunkat egymás után végigfektettük a hosszán. A középkorban a hüvelyk állítólag egy középkori király első hüvelykujjízületének hossza volt. A yardot egykor I. Henrik angol király orra és kinyújtott középső ujjának hegye közötti távolságként határozták meg. A láb, mint mértékegység eredete nyilvánvaló.
A reneszánsz Itáliában Leonardo da Vinci a művei lerakásakor a braccio, azaz kar nevű eszközt használta. Ez két palmi, azaz tenyérrel volt egyenlő. De a karok és a tenyerek természetesen különböznek. Firenzében a mérnökök 23 hüvelyk hosszú bracciót használtak, míg a földmérők bracciója átlagosan csak 21,7 hüvelyk volt. A láb, vagy piede, Milánóban körülbelül 17 hüvelyk volt, de Rómában csak körülbelül 12 hüvelyk.
Az ősi “hüvelykujjszabály” végül átadta helyét a gondosabban meghatározott mértékegységeknek. A metrikus rendszert Franciaországban 1799-ben fogadták el, a brit birodalmi mértékegységrendszert pedig 1824-ben hozták létre. 1893-ban az Egyesült Államokban használt angol mértékegységeket újradefiniálták metrikus megfelelőjükkel: a yardot 0,9144 méterben határozták meg, és így tovább. Az angol mértékegységeket azonban a mai napig használják az Egyesült Államokban, annak ellenére, hogy az 1988-as Omnibus Trade and Competitiveness Act kimondta, hogy “az Egyesült Államok deklarált politikája. . hogy a metrikus mértékegységrendszert jelöli ki az Egyesült Államok kereskedelmében és kereskedelmében a súlyok és mértékek előnyben részesített rendszerének.”
Az angol mértékegységek következetlen szabványokon alapulnak. Amikor az említett középkori király hüvelykujja sajnálatos módon elérhetetlenné vált a további konzultációhoz, a hüvelyk szabványát három árpaszem hosszára változtatták, egymás mellé helyezve – ez nem sok előrelépés. A metrikus egységek ezzel szemben meghatározott és ellenőrzött szabványokon alapulnak, nem pedig az emberek szeszélyein.
Az angol mértékegységek mögött álló szabványok nem reprodukálhatók. A karok, kezek és árpaszemek mérete nyilvánvalóan eltérő lesz; egy 3 láb hosszú yard mérete attól függ, hogy kinek a lábáról van szó. A metrikus mértékegységek azonban olyan szabványokon alapulnak, amelyek pontosan reprodukálhatók, újra és újra.
Az angol mértékegységek között sokféle van: vödrök, csülkök, láncok, zsinórok, dramok, ellek, ölök, fátomok, firkák, kopoltyúk, szemek, kezek, csomók, ligák, háromféle mérföld, négyféle uncia és ötféle tonna, hogy csak néhányat említsünk. Szó szerint több száz van még. Az angol rendszer csak a térfogat vagy a tömeg mérésére többek között unciákat, pinteket, kvartokat, gallonokat, hordókat és busheleket használ. A metrikus rendszerben ezzel szemben minden mennyiségtípushoz csak egy alapegység létezik.
Minden mértékegység, bármilyen rendszerben, egyes alkalmazásokhoz túl nagy, másokhoz pedig túl nagy lesz. Ha például minden távolságot mérföldben, és minden súlyt unciában fejeznénk ki, akkor folyamatosan nagyon kicsi vagy nagyon nagy számokat kellene használni, ami időveszteséggel járna e számok rögzítése és közlése során. Ezért van a mérföldek és unciák mellett hüvelyk és tonna is. A probléma azonban az, hogy az amerikai (“angol”) rendszerben a különböző méretű egységek közötti átváltási tényezők 12 hüvelyk per láb, 3 láb per yard, 1,760 yard per mérföld. Ezek teljesen önkényesek. A metrikus mértékegységek átváltási tényezői viszont mind tízes hatványai. Vagyis a metrikus rendszer egy tizedes rendszer, akárcsak a dollár és a cent. Valójában az egész számrendszer tízes alapú, nem pedig hármas vagy tizenkettes. Ezért egy egység átváltása egyik méretről egy másikra a metrikus rendszerben csak a tizedespont áthelyezésével történik.
A metrikus egységek
A SI hét alapegység meghatározásával kezdődik: egy-egy egység a hossz, a tömeg, az idő, az elektromos áram, a hőmérséklet, az anyagmennyiség és a fényerősség számára. (“Az anyagmennyiség” az anyagmintában lévő elemi részecskék számára utal. A fényerősség a fényforrás fényerejével kapcsolatos). E hét alapmennyiségből azonban csak négyet használnak a hétköznapokban a nem tudósok: a hosszúságot, a tömeget, az időt és a hőmérsékletet. Ezek meghatározott SI-egységei a méter a hosszúságra, a kilogramm a tömegre, a másodperc az időre és a Celsius-fok a hőmérsékletre. (A másik három alapegység az amper az elektromos áram, a mol az anyag mennyiségét és a candela a fényerősséget jelöli). Szinte minden más egység levezethető a hét alapegységből. Például a terület két hossz szorzata: méter négyzet vagy négyzetméter. A sebesség vagy sebesség egy hosszúság és egy idő kombinációja: kilométer/óra.
A métert eredetileg a Föld mérete alapján határozták meg; úgy gondolták, hogy az Egyenlítőtől az Északi-sarkig terjedő távolság egy tízmilliomod része, egyenesen Párizson keresztül haladva. A modern métert azonban úgy határozzák meg, hogy a fény egy adott idő alatt mekkora távolságot tesz meg, ha -természetes módon- a fénysebességgel halad. A fénysebességet vákuumban a természet alapvető állandójának tekintik, amely változatlan, függetlenül attól, hogy a kontinensek hogyan sodródnak. A szabványos méter 39,3701 hüvelyknek bizonyul.
A kilogramm a tömeg metrikus mértékegysége, nem a súlyé. A tömeg egy tárgyban lévő anyag mennyiségének alapvető mértékegysége. Egy baseball-labda tömege nem változik, ha a Földről a Holdra ütjük, de kisebb lesz a tömege – kisebb lesz a súlya -, amikor a Holdon landol, mert a Hold kisebb gravitációs ereje kevésbé erősen húzza lefelé. Az űrhajósok az űrben súlytalanok lehetnek, de tömegüket csak fogyókúrával veszíthetik el. Amíg azonban nem hagyjuk el a Földet, addig lazán beszélhetünk a tömegről és a súlyról, mintha ugyanaz lenne. Tehát nyugodtan “mérheted” magad (nem “tömeget”) kilogrammban. Sajnos a Földön még nem találtak olyan abszolút megváltoztathatatlan tömegszabványt, amely a kilogrammot szabványosítaná. A kilogrammot ezért egy bizonyos platina-irídium ötvözetből készült rúd tömegeként határozzák meg, amelyet a franciaországi Sèvres-ben található Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Hivatalban 1889 óta (nagyon gondosan) őriznek. Kiderült, hogy a kilogramm 2,2046 font.
A metrikus időegység ugyanaz a másodperc, amit mindig is használtak, csak most már pontosabban van meghatározva. Már nem függ a Föld imbolygó forgásától (1/86,400 nap), mert a bolygó lelassul; a napok egyre hosszabbak lesznek, ahogy a forgása lassul. A másodpercet tehát mostantól egy bizonyos cézium-133 nevű atom rezgései határozzák meg. Egy másodpercet úgy definiálnak, hogy egy cézium-133 atom 9 192 631 770-szer rezeg egy bizonyos módon. Ez furcsa definíciónak tűnhet, de ez egy kiválóan pontos módja a másodperc szabványos méretének rögzítésének, mivel az atomok rezgései csak maguknak az atomoknak a természetétől függnek, és a céziumatomok feltehetően örökké pontosan úgy fognak viselkedni, mint a céziumatomok. A céziumrezgések pontos számát úgy választották meg, hogy a lehető legközelebb kerüljön ahhoz, ami korábban a másodperc legpontosabb értéke volt.
A hőmérséklet metrikus mértékegysége a Celsius-fok (oC), amely az angol rendszerben a Fahrenheit-fok (°F) helyébe lép. A tudósok SI-rendszerében a hőmérséklet alapvető mértékegysége valójában a kelvin (K) – nem a “kelvin fok”, egyszerűen a kelvin. A kelvin és a Celsius-fok pontosan ugyanolyan méretű, azaz 1,8-szor akkora, mint a Fahrenheit-fok. A Celsius- vagy a Kelvin-skála és a Fahrenheit-skála között azonban nem lehet átváltani egyszerűen az 1,8-cal való szorzással vagy osztással, mivel a skálák különböző helyeken kezdődnek. Vagyis a nulla fokos jelöléseiket különböző hőmérsékleten állították be. Ez igaz a Kelvin- és a Celsius-skálára is, bár ott az átváltás igen egyszerű: a Kelvinben mért hőmérséklet a Celsius-fok mínusz 273,15 fokban mért hőmérséklet. A nulla Kelvin-fok az abszolút nulla, a lehető legalacsonyabb hőmérséklet – egyáltalán nincs molekuláris mozgás (vagy szigorúan véve olyan közel van ehhez az állapothoz, amennyire a kvantummechanika megengedi).
Nagyobb és kisebb metrikus egységek
Mivel a méter (1,0936 yard) túl nagy egy atom mérésére, és túl kicsi két város közötti távolság mérésére, többféle kisebb és nagyobb hosszúsági egységre van szükségünk. De a
KÉPZŐKIFEJEZÉSEK
Kelvin- A Nemzetközi Rendszer (SI) hőmérsékleti egysége. Ugyanolyan nagyságú, mint a Celsius-fok.
Mass- Bármely anyag mintájában lévő anyagmennyiség mértékegysége. A tömeg nem függ a bolygó gravitációs erejének erősségétől, mint a tömeg.
Anyag- Bármilyen anyag. Az anyagnak tömege van és helyet foglal.
Hőmérséklet- Egy anyagmintában lévő összes elemi részecske átlagos mozgási energiájának mértékegysége.
Az angol-amerikai rendszerhez hasonlóan különböző méretű, teljesen különböző nevű mértékegységeket találhatunk ki, szinte bármilyen kívánt méretű metrikus mértékegységet létrehozhatunk, ha az egység nevéhez egy előtagot csatolunk. Például, mivel a kilo- görög eredetű forma, ami ezret jelent, a kilométer (kil-OM-et-er) ezer métert jelent. Hasonlóképpen a kilogramm ezer gramm; a gigagramm egymilliárd gramm vagy 109 gramm; a nanoszekundum pedig a másodperc egy milliárdod része vagy 10-9 másodperc.
A percek kényelmi vagy történelmi okokból maradhatnak a metrikus rendszerben, még akkor is, ha nem felelnek meg szigorúan a szabályoknak. A perc, az óra és a nap például annyira megszokott, hogy a metrikus rendszerben még mindig 60 másodpercként, 60 percként és 24 óraként vannak meghatározva – nem pedig a tíz többszöröseként. A térfogat esetében a legelterjedtebb metrikus mértékegység nem a köbméter, amely általában túl nagy ahhoz, hogy a kereskedelemben hasznos legyen, hanem a liter, amely a köbméter egy ezreléke. Még kisebb térfogatokra általában a milliliter, a liter egy ezreléke használatos. A nagy tömegek esetében pedig a kilogramm helyett gyakran a tonnát használják. A metrikus tonna (más országokban gyakran tonnának írják) 1000 kilogramm. Mivel egy kilogramm körülbelül 2,2 font, a metrikus tonna körülbelül 2200 font: 10%-kal nehezebb, mint a 2000 fontos amerikai tonna. Egy másik gyakran használt, nem szabványos metrikus mértékegység a hektár, amely a földterületet jelöli. Egy hektár 10 000 négyzetméter, és 0,4047 acre-nek felel meg.
Az angol és a metrikus mértékegységek közötti átváltás
Egy olyan magasan iparosodott nemzet, mint az Egyesült Államok, új mértékrendszerre való átállása jelentős problémát jelent. Amint a metrikus rendszer általános használatba kerül az Egyesült Államokban, élvezni fogják annak egyszerűségét és kényelmét, de az átmeneti időszak, amikor mindkét rendszer használatban van, nehéz lehet. A mindennapi életben azonban csak kevés SI-egységet és előtagot használnak, amelyekhez az átlagembernek hozzá kell szoknia.
See also Units and standards.
Resources
BOOKS
Alder, Ken. The Measure of All Things (Minden dolog mértéke): A hétéves Odüsszeia és a rejtett tévedés, amely megváltoztatta a világot. New York: Free Press, 2002.
Fandel, Jennifer. A metrikus rendszer (Mi a világ?). Hadley, MA: Creative Education, 2006.
Hebra, Alexius J. Measure for Measure: The Story of Imperial, Metric, and Other Units. Baltimore: Johns Hopkins University Press, 2003.
Robert L. Wolke
.