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.
