Мерни единици: определение и системи (SI, метрична, имперска, американска)
Мерни единици — ясно и достъпно обяснение на SI, метрична, имперска и американска системи: определения, примери и практични преобразувания за всеки случай.
Мерните единици дават стандарти, така че числата от нашите измервания да се отнасят за едно и също нещо. Измерването е процес, при който се използват числа за описание на физическа величина. Можем да измерваме колко големи са нещата, колко топли са, колко тежки са и много други характеристики. За да са полезни тези числа, измерванията трябва да са възпроизводими — т.е. различни хора и уреди да получават съвместими резултати, когато измерват едно и също нещо. Това става чрез международни стандарти, калибриране и ясно дефинирани единици.
Например метърът е стандартна единица за измерване на дължина. Преди XX век метричният метър се е асоциирал с физически еталони (метални пръчки), които са служели като референт. Днес метрът е дефиниран чрез скоростта на светлината (точно: метрът е разстоянието, което светлината изминава във вакуум за 1/299 792 458 от секундата). Аналогично килограмът — доскоро дефиниран чрез международен прототип (масиран цилиндър) — от 2019 г. се определя чрез фиксирана стойност на планковата константа. Такива преоценки гарантират, че единиците са свързани с постоянни на природата и остават стабилни във времето.
Какви системи за мерни единици има?
В миналото в различните страни са се използвали различни единици. Днес повечето мерни единици попадат в една от трите системи:
Имперска и американска (неметрични) системи
Двете по-стари системи - британската имперска система и тясно свързаната с нея американска обичайна система - използват фута като мярка за дължина, паунда като мярка за тегло и секундата като мярка за време. Те използват и други единици. Броят на по-малките единици, от които се състоят по-големите единици в тези две системи, е различен: Например в един фут има 12 инча, а в един паунд - 16 унции.
Освен това има различия между британските и американските мерки за обем и маса (напр. американски галон ≠ имперски галон; пинтите и квартите също са с различен обем). За преобразувания между системите често се използват точни коефициенти (например 1 инч = 25.4 mm точно).
Метрична система и система SI
Най-новата и най-използвана от трите системи е метричната система или системата SI, която използва 10, 100 или 1000 единици от по-малка единица за създаване на по-голяма. Например в един метър има 100 сантиметра, а в един килограм - 1000 грама. В тази система метърът се използва за дължина, а килограмът - за маса.
SI е структуриран около седем основни единици (базови единици), от които могат да се произвеждат производни единици:
- метър (m) — единица за дължина
- килограм (kg) — единица за маса
- секунда (s) — единица за време
- ампер (A) — единица за електричен ток
- келвин (K) — единица за термодинамична температура
- мол (mol) — единица за количество вещество
- кандела (cd) — единица за светлинна сила
SI използва и стандартни десетични префикси (нискo и високо), като мили- (10−3), сантимeтър- (10−2), кило- (10^3), мега- (10^6) и т.н., което улеснява пресмятанията и преобразуванията.
През 2019 г. всички базови единици на SI бяха пререфинирани чрез фиксирани стойности на фундаментални физични константи (напр. скоростта на светлината, планковата константа, елементарният електрически заряд, болцмановата константа, числото на Авогадро и др.), което направи системата още по-стабилна и универсална.
Време и нестандартни деления
Общото неметрично измерване на времето не следва този модел. Втората е основата за измерване на времето и отдавна се дефинира чрез честота на атомни преходи (секундата от 1967 г. е свързана с прехода в атома на цезий-133). Числовите деления за измерване на време използват сексаджийската система: 60 секунди са една минута, а 60 минути - един час. Дните, месеците и годините имат още по-нееднородни дължини, свързани с астрономическия цикъл на въртене на Земята и нейното движение около Слънцето.
Допълнителни важни уточнения
Маса срещу тежест: В ежедневната реч често наричаме маса "тегло", но в науката масата е количеството материя (измерва се в килограми), а тежестта е сила, с която гравитацията действа върху тази маса (измерва се в нютон в SI или като паунд-сила в неметричните системи).
Производни единици: От базовите единици се получават производни (напр. скорост — m/s, сила — N = kg·m/s², енергия — J = N·m). За тях също има ясни определения и символи в SI.
Практически приложения: За научни изследвания, инженерство, търговия и ежедневие е важно да се използват съгласувани единици и да се посочва степента на неточност (погрешност) при дадено измерване. Международните институции поддържат и разпространяват еталони и методи за калибриране, така че измерванията да бъдат сравними по целия свят.
Разбирането на различните системи за мерни единици, техните дефиниции и начините за преобразуване между тях е ключово при работа в науки, техника, търговия и образование.
Чаши за бира, на Октоберфест: Те побират един литър бира
Този куб може да побере един литър течност
Число и мерна единица
Свойството на измерваното нещо се представя като брой мерни единици. Числото има смисъл само когато е дадена и мерната единица. Чрез това число то представлява измерване на нещо.
Например Айфеловата кула в Париж, Франция, е висока 300 метра (980 фута). Това означава, че разстоянието от върха до дъното на Айфеловата кула е 300 метра. Свойството на Айфеловата кула, което се измерва, е разстояние. Измерваното число е 300. 300 от какво? Единицата за измерване е метърът.
Стандарти за измерване
Стандартите обикновено са специални обекти, използвани за извършване на измервания. Пример за стандарт е метровата пръчка. Когато измервате нещо с метър, можете да сравните това измерване с друго, което също е измерено с метър. Това улеснява измерването и сравненията между измерванията.
В науката, медицината и техниката се използват по-малки мерни единици, за да се измерват малки неща с по-малка грешка. Лесно е да се измерват големи неща, като се използват по-големи мерни единици. Астрономическите измервания, като например ширината на галактика, използват светлинни години и парсеци.
При малки измервания, като например масата на атома, се използват специални мерни единици.
Системи от мерни единици
По света се използват много различни стандарти и единици. Някои от тях се използват по-рядко през XIX и XX век.
Метрична система
Метричната система е система за измерване, която се използва в по-голямата част от света. Нарича се още Международна система единици или SI.
Мерните единици в метричната система включват:
- Мерните единици за дължина или линеен размер се основават на метъра. Сред тях са километърът (км), който е 1000 метра, сантиметърът (см) и милиметърът (мм), който е 1/1000 част от метъра.
- Единицата за обем е литърът. Тя се използва за измерване на количество течност. Един милилитър (съкратено мл) е количеството течност, което би запълнило куб с размери 1 см от всяка страна. Един литър течност би запълнил куб с размери 10 см от всяка страна.
- Единицата за маса е килограмът. Килограмът (kg) е масата на 1 литър вода (при температура 4 °C или 39 °F и налягане 1 013,25 kPa или 146,959 psi). 1 грам (g) е масата на 1 милилитър вода при температура 4 °C (39 °F). Метричният тон е 1000 килограма или един милион грама.
Имперски единици
Имперските единици са дефинирани в Обединеното кралство през 1824 г. Тези единици се основават на подобни единици, които са били използвани преди 1824 г. Имперските единици са използвани в страните, които са били част от Британската империя. Въпреки че много от тези страни, включително Обединеното кралство, официално са приели SI, по-старата система единици все още се използва.
Обичайни единици на САЩ
Обичайните единици на САЩ са официалните единици, използвани в САЩ. Те са подобни на британските имперски единици и се основават на единиците, използвани в Обединеното кралство преди обявяването на независимостта на САЩ. Някои от единиците се различават от британските. Например в една имперска пинта има 20 имперски течни унции, а в една американска пинта - 16 американски течни унции. Освен това американската течна унция е малко по-голяма от имперската течна унция. В резултат на това американските пинти и галони са по-малки от имперските пинти и галони. В Съединените щати метричната система е разрешена за търговия от 1866 г., но все още широко се използват други мерки като галон, инч и паунд.
Имперските и американските мерни единици включват:
- Дължина - инч (in), фут (ft), ярд (yd) и миля.
- 1 фут = 12 инча
- 1 ярд = 3 фута (множествено число на фут) = 36 инча
- 1 миля = 1760 ярда = 5280 фута
- Имперски обем - имперска течна унция (fl oz), имперска пинта (pt) и имперски галон (gal).
- 1 имперска пинта = 20 имперски течни унции
- 1 имперски галон = 8 имперски пинти
- Американски обем - американска течна унция (fl oz), американска чаша (cp), американска пинта (pt), американска кварта (qt) и американски галон (gal).
- 1 американска чаша = 8 американски течни унции
- 1 американска пинта = 2 американски чаши = 16 американски течни унции
- 1 американска кварта = 2 американски пинти = 4 американски чаши = 32 американски течни унции
- 1 американски галон = 4 американски кварца = 8 американски пинта = 16 американски чаши
- Тегло и маса - унция (oz), паунд (lb) и камък (st).
- 1 паунд = 16 унции
- 1 килограм = 14 паунда
Унциите за тегло и обем са различни. Дори когато измервате вода, броят на унциите за тегло не е същият като броя на течните унции.
Преобразуване между системи
Превръщане на метрични в американски
- 1 метър = 1,09 ярда = 39,37 инча.
- 1 литър = 33,3 течни унции = 1,76 пинта = 0,26 американски галона.
- 1 килограм = 35,32 унции = 2,2 паунда
Превръщане на САЩ в метрични
- Дължина
- 1 инч = 2,54 сантиметра
- 1 фут = 30,48 сантиметра
- 1 ярд = 0,9144 метра
- 1 миля = 1,609344 километра
- Обем
- 1 течна унция = 29,6 милилитра
- 1 пинта = 473,1 милилитра
- 1 галон = 3,79 литра
- 1 чаша = 236,55 милилитра
- Маса
- 1 унция = 28,35 грама
- 1 паунд = 0,45359237 килограма
Държави, които използват метричната, имперската и американската система към 2019 г.
Други мерни единици
Единицата за време е секундата. Минутата (60 секунди) и часът (60 минути или 3600 секунди) са по-големи единици. Денят се определя като 24 часа, но въртенето на Земята се е забавило. Разликата се коригира в края на някои години с т.нар. високосна секунда. Седмицата (7 дни) и месецът също са стандартни единици.
Мерната единица, която се прилага към парите, се нарича разчетна единица. Обикновено това е валута, емитирана от дадена държава. Например Съединените щати използват долари. Всеки долар е 100 цента. Обединеното кралство използва лири. Всеки паунд е 100 пенса или стотинки. Европейският съюз използва еврото. В еврото има 100 цента.
Единиците за електричество, магнетизъм и радиация са измислени най-вече през 19 век, когато учените се научават да ги измерват. Първоначално за повечето от тях са използвани имперски системи, но днес е обичайно да се използват метрични системи.
Въпроси и отговори
Въпрос: Какво е измерване?
О: Измерването е процес, при който се използват числа за описание на физическа величина. То може да се използва за измерване на размера, температурата, теглото и други характеристики на даден обект.
В: Как е бил определен метърът преди 1982 г.?
О: Преди 1982 г. метърът се определяше като разстоянието между два маркера на специална метална пръчка.
В: Кои са трите системи мерни единици?
О: Трите системи мерни единици са британската имперска система, американската обичайна система и метричната система или системата SI.
В: Колко инча има в един фут?
О: В един фут има 12 инча.
В: Колко унции се съдържат в един паунд?
О: В един паунд има 16 унции.
В: Колко сантиметра има в един метър?
О: В един метър има 100 сантиметра.
В: По какво се различава измерването на времето от другите измервания?
О: Измерването на времето не следва модела, използван при другите измервания, тъй като се основава на сексаджийската система, според която 60 секунди съставляват 1 минута, а 60 минути - 1 час.
обискирам