Unități de măsură în folclor și istorie
Unitățile metrice
Unități metrice mai mari și mai mici
Conversia între unitățile englezești și cele metrice
Resurse
Sistemul metric este un set de unități agreat la nivel internațional pentru exprimarea cantităților de diferite mărimi, cum ar fi lungimea, masa, timpul, temperatura și așa mai departe. Este folosit în mod universal în știință și aproape la fel în viața de zi cu zi din întreaga lume.
Când măsurăm ceva, de la greutatea unui cartof până la distanța până la lună, exprimăm rezultatul sub forma unui număr de unități specifice: de exemplu, lire sau mile în sistemul „englezesc” de măsurare (încă standard în Statele Unite, dar care nu mai este folosit pe scară largă în Anglia), sau kilograme și kilometri în sistemul metric. Până în 1994, fiecare națiune din lume adoptase unele aspecte ale sistemului metric, cu doar patru excepții: Statele Unite, Brunei, Birmania și Yemen.
Sistemul metric utilizat în mod curent în întreaga lume este doar o parte din Sistemul Internațional de Unități de Măsură mai larg, un set cuprinzător de unități de măsură pentru aproape toate mărimile fizice măsurabile, de la cele obișnuite, cum ar fi timpul și distanța, până la cele foarte tehnice, cum ar fi proprietățile energiei, electricității și radiațiilor. Sistemul internațional de unități de măsură a luat naștere în urma celei de-a 9-a Conferințe generale privind greutățile și măsurile, care a avut loc în 1948. Cea de-a 11-a Conferință generală privind greutățile și măsurile, care a avut loc în 1960, a rafinat sistemul și a adoptat denumirea franceză Système International d’Unite´s, prescurtat SI.
Datorită comodității și consecvenței sale, oamenii de știință au folosit sistemul metric de unități de măsură timp de peste 200 de ani. Inițial, sistemul metric s-a bazat pe doar trei unități fundamentale: metrul pentru lungime, kilogramul pentru masă și secunda pentru timp. Astăzi, există mai mult de 50 de unități SI recunoscute oficial pentru diverse mărimi științifice.
Unități de măsură în folclor și istorie
În povestea biblică a lui Noe, arca trebuia să fie lungă de 300 de coți și înaltă de 30 de coți. Ca toate unitățile de măsură timpurii, cubitul se baza pe corpul uman mereu la îndemână și, cel mai probabil, era lungimea antebrațului unui om de la cot la vârful degetelor. Puteai măsura o scândură, de exemplu, prin așezarea succesivă a antebrațului pe lungimea ei. În Evul Mediu, se presupune că inch-ul era lungimea primei articulații a degetului mare al unui rege medieval. Odată, yardul era definit ca fiind distanța dintre nasul regelui Henric I al Angliei și vârful degetului său mijlociu întins. Originea piciorului ca unitate de măsură este evidentă.
În Italia renascentistă, Leonardo da Vinci a folosit ceea ce el numea braccio, sau braț, în așezarea lucrărilor sale. Acesta era egal cu două palmi, sau palme. Dar brațele și palmele, bineînțeles, vor fi diferite. În Florența, inginerii foloseau un braccio care avea o lungime de 23 de centimetri, în timp ce braccio-ul topografilor avea în medie doar 21,7 centimetri. Piciorul, sau piede, era de aproximativ 17 inci la Milano, dar numai de aproximativ 12 inci la Roma.
În cele din urmă, „regula de bază” antică a cedat locul unor unități mai atent definite. Sistemul metric a fost adoptat în Franța în 1799, iar sistemul imperial britanic de unități a fost stabilit în 1824. În 1893, unitățile englezești folosite în Statele Unite au fost redefinite în funcție de echivalentele lor metrice: yardul a fost definit ca fiind 0,9144 metri, și așa mai departe. Cu toate acestea, unitățile englezești continuă să fie utilizate în Statele Unite până în prezent, chiar dacă în Omnibus Trade and Competitiveness Act din 1988 se afirmă că „este politica declarată a Statelor Unite. .să desemneze sistemul metric de măsurare ca fiind sistemul preferat de greutăți și măsuri pentru comerțul și schimburile comerciale ale Statelor Unite.”
Unitățile englezești se bazează pe standarde inconsistente. Când degetul mare al acelui rege medieval a devenit din păcate indisponibil pentru consultări ulterioare, standardul pentru inch a fost schimbat la lungimea a trei boabe de orz, așezate cap la cap – ceea ce nu reprezintă o mare îmbunătățire. Unitățile metrice, pe de altă parte, se bazează pe standarde definite și controlate, nu pe capriciile oamenilor.
Standardele care stau la baza unităților englezești nu sunt reproductibile. Brațele, mâinile și boabele de orz vor avea, în mod evident, dimensiuni diferite; dimensiunea unui yard de 3 picioare depinde de picioarele cui sunt în cauză. Dar unitățile metrice se bazează pe standarde care sunt reproductibile cu precizie, de fiecare dată.
Există multe unități englezești, inclusiv găleți, funduri, lanțuri, corzi, drame, elani, brazde, brazde, brazde, branhii, boabe, mâini, noduri, leghe, trei tipuri diferite de mile, patru tipuri de uncii și cinci tipuri de tone, pentru a numi doar câteva. Există literalmente alte sute. Doar pentru măsurarea volumului sau a volumului în vrac, sistemul englezesc folosește uncii, pinturile, sferturile, galoanele, butoaiele și boștile, printre multe altele. În sistemul metric, pe de altă parte, există o singură unitate de bază pentru fiecare tip de cantitate.
Care unitate de măsură, indiferent de sistem, va fi prea mare pentru unele aplicații și prea mare pentru altele. Exprimarea tuturor distanțelor în mile și a tuturor greutăților în uncii, de exemplu, ar necesita utilizarea constantă a unor numere foarte mici sau foarte mari, cu consecința pierderii de timp în înregistrarea și comunicarea acestor numere. Acesta este motivul pentru care avem inci și tone, precum și mile și uncii. Problema, însă, este că în sistemul american („englezesc”) factorii de conversie între unități de diferite mărimi – 12 inci pe picior, 3 picioare pe yard, 1.760 de yarzi pe milă. Acestea sunt complet arbitrare. Unitățile metrice, pe de altă parte, au factori de conversie care sunt toți puteri de zece. Altfel spus, sistemul metric este un sistem zecimal, la fel ca dolarii și cenți. De fapt, întregul sistem de numere este zecimal, bazat pe zeci, nu pe trei sau doisprezece. Prin urmare, convertirea unei unități de la o mărime la alta în sistemul metric este doar o chestiune de mutare a punctului zecimal.
Unitățile metrice
SI începe prin a defini șapte unități de bază: câte una pentru lungime, masă, timp, curent electric, temperatură, cantitate de substanță și intensitate luminoasă. („Cantitatea de substanță” se referă la numărul de particule elementare dintr-un eșantion de materie. Intensitatea luminoasă are legătură cu luminozitatea unei surse de lumină). Dar numai patru dintre aceste șapte mărimi de bază sunt utilizate în mod curent de către cei care nu sunt oameni de știință: lungimea, masa, timpul și temperatura. Unitățile SI definite de acestea sunt metrul pentru lungime, kilogramul pentru masă, secunda pentru timp și gradul Celsius pentru temperatură. (Celelalte trei unități de bază sunt amperul pentru curentul electric, molul pentru cantitatea de substanță și candela pentru intensitatea luminoasă). Aproape toate celelalte unități pot fi derivate din cele șapte de bază. De exemplu, aria este un produs a două lungimi: metri la pătrat sau metri pătrați. Viteza sau viteza este o combinație între o lungime și un timp: kilometri pe oră.
Metrul a fost definit inițial în funcție de mărimea Pământului; se presupunea că reprezintă o zecime din distanța de la Ecuator la Polul Nord, trecând direct prin Paris. Cu toate acestea, metrul modern este definit în termeni de distanța pe care lumina o va parcurge într-o anumită perioadă de timp atunci când se deplasează cu – în mod natural – viteza luminii. Viteza luminii în vid este considerată o constantă fundamentală a naturii care este invariabilă, indiferent de modul în care se deplasează continentele. Metrul standard se dovedește a fi de 39,3701 inci.
Kilogramul este unitatea metrică de masă, nu de greutate. Masa este măsura fundamentală a cantității de materie dintr-un obiect. Masa unei mingi de baseball nu se va schimba dacă o loviți de pe Pământ pe Lună, dar va cântări mai puțin – va avea o greutate mai mică – când va ateriza pe Lună, deoarece forța gravitațională mai mică a Lunii o trage mai puțin puternic în jos. Astronauții pot fi lipsiți de greutate în spațiu, dar pot pierde masă doar prin dietă. Cu toate acestea, atâta timp cât nu părăsim Pământul, putem vorbi liber despre masă și greutate ca și cum ar fi același lucru. Așa că puteți să vă simțiți liberi să vă „cântăriți” (nu să vă „masați”) în kilograme. Din nefericire, nu s-a găsit încă un etalon absolut neschimbabil de masă pentru a standardiza kilogramul pe Pământ. Prin urmare, kilogramul este definit ca fiind masa unui anumit lingou din aliaj de platină și iridiu care a fost păstrat (cu mare grijă) din 1889 la Biroul Internațional de Greutăți și Măsuri din Sèvres, Franța. Kilogramul se dovedește a fi 2,2046 lire sterline.
Unitatea metrică de timp este aceeași secundă care a fost folosită dintotdeauna, doar că acum este definită într-un mod mai precis. Ea nu mai depinde de rotația oscilantă a Pământului (1/86,400 de zi), deoarece planeta încetinește; zilele continuă să devină puțin mai lungi pe măsură ce rotația sa încetinește. Astfel, secunda este acum definită în funcție de vibrațiile unui anumit tip de atom cunoscut sub numele de cesiu-133. O secundă este definită ca fiind
cantitatea de timp necesară pentru ca un atom de cesiu-133 să vibreze într-un anumit mod de 9.192.631.770 de ori. Aceasta poate părea o definiție ciudată, dar este un mod superb de a stabili dimensiunea standard a secundei, deoarece vibrațiile atomilor depind doar de natura atomilor înșiși, iar atomii de cesiu vor continua, probabil, să se comporte exact ca și atomii de cesiu pentru totdeauna. Numărul exact de vibrații ale cesiului a fost ales pentru a se apropia cât mai mult posibil de ceea ce era anterior cea mai precisă valoare a secundei.
Unitatea metrică de temperatură este gradul Celsius (oC), care înlocuiește gradul Fahrenheit (°F) din sistemul englezesc. În SI al oamenilor de știință, unitatea fundamentală de temperatură este de fapt kelvinul (K) – nu „gradul Kelvin”, ci pur și simplu Kelvinul. Kelvinul și gradul Celsius au exact aceeași mărime, și anume, de 1,8 ori mai mare decât gradul Fahrenheit. Cu toate acestea, nu se poate face o conversie între scările Celsius sau Kelvin și Fahrenheit prin simpla înmulțire sau împărțire la 1,8, deoarece scările încep în locuri diferite. Adică, semnele lor de zero grade au fost stabilite la temperaturi diferite. Acest lucru este valabil și pentru scările Kelvin și Celsius, deși acolo conversia este destul de ușoară: temperatura în grade Kelvin este temperatura în grade Celsius minus 273,15. Zero grade Kelvin este zero absolut, cea mai joasă temperatură posibilă – fără nicio mișcare moleculară (sau, strict vorbind, cât de aproape de această stare permite mecanica cuantică).
Unități metrice mai mari și mai mici
Pentru că metrul (1,0936 yarzi) este mult prea mare pentru a măsura un atom și mult prea mic pentru a măsura distanța dintre două orașe, avem nevoie de o varietate de unități de lungime mai mici și mai mari. Dar în loc de
TERMENI CHEIE
Kelvin- Unitatea de măsură a temperaturii din Sistemul Internațional (SI). Are aceeași mărime ca și gradul Celsius.
Masă- O măsură a cantității de materie dintr-un eșantion din orice substanță. Masa nu depinde de intensitatea forței gravitaționale a unei planete, așa cum o face greutatea.
Materie- Orice substanță. Materia are masă și ocupă spațiu.
Temperatură- O măsură a energiei cinetice medii a tuturor particulelor elementare dintr-un eșantion de materie.
Inventând unități de dimensiuni diferite cu nume complet diferite, așa cum face sistemul anglo-american, putem crea o unitate metrică de aproape orice dimensiune dorită prin atașarea unui prefix la numele unității. De exemplu, deoarece kilo- este o formă grecească care înseamnă o mie, un kilometru (kil-OM-et-er) reprezintă o mie de metri. În mod similar, un kilogram este o mie de grame; o gigagramă este un miliard de grame sau 109 grame; iar o nanosecundă este o miliardime de secundă sau 10-9 secunde.
Minutele sunt permise să rămână în sistemul metric din comoditate sau din motive istorice, chiar dacă nu se conformează strict regulilor. Minutul, ora și ziua, de exemplu, sunt atât de obișnuite încât sunt încă definite în sistemul metric ca 60 de secunde, 60 de minute și 24 de ore – nu ca multipli de zece. În ceea ce privește volumul, cea mai comună unitate metrică nu este metrul cub, care este în general prea mare pentru a fi util în comerț, ci litrul, care reprezintă o miime dintr-un metru cub. Pentru volume și mai mici, se folosește în mod obișnuit mililitrul, o miime dintr-un litru. Iar pentru masele mari, se folosește adesea tona metrică în locul kilogramului. O tonă metrică (adesea ortografiată tonă în alte țări) reprezintă 1.000 de kilograme. Deoarece un kilogram este de aproximativ 2,2 lire sterline, o tonă metrică este de aproximativ 2.200 de lire sterline: cu 10% mai grea decât o tonă americană de 2.000 de lire. O altă unitate metrică non-standard, utilizată frecvent, este hectarul pentru suprafața de teren. Un hectar este de 10.000 de metri pătrați și este echivalent cu 0,4047 acri.
Conversia între unitățile englezești și cele metrice
Problema trecerii unei națiuni puternic industrializate precum Statele Unite la un nou sistem de măsurători este substanțială. Odată ce sistemul metric va fi utilizat în general în Statele Unite, se vor bucura de simplitatea și comoditatea sa, dar perioada de tranziție, când ambele sisteme sunt folosite, poate fi dificilă. Cu toate acestea, există doar un număr mic de unități și prefixe SI care sunt folosite în viața de zi cu zi și cu care persoana obișnuită ar trebui să se obișnuiască.
Vezi și Unități și standarde.
Resurse
Cărți
Alder, Ken. The Measure of All Things (Măsura tuturor lucrurilor): Odiseea de șapte ani și eroarea ascunsă care a transformat lumea. New York: Free Press, 2002.
Fandel, Jennifer. Sistemul metric (What in the World?). 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
.