Общие системы единиц
Система единиц измерения, или система измерений, — это набор взаимосвязанных единиц, используемых для количественного определения физических свойств. Понимание этих систем важно, поскольку они лежат в основе науки, торговли и повседневной жизни по всему миру.
Ранее системы единиц часто определялись локально и были весьма произвольными. Например, длина «фута» могла значительно варьироваться в зависимости от размера местной линейки, что приводило к широким несогласованностям. В то время как локальные единицы были практичны при ограниченных путешествиях, развитие глобализации и рост международной торговли и науки подчеркнули необходимость универсальных стандартов.
Стандартизированные единицы способствуют ясной коммуникации и предотвращают путаницу между разными культурами и странами. Международная система единиц (СИ) была разработана именно для этой цели. Однако, несмотря на усилия по глобальному внедрению, несколько других систем единиц, в первую очередь американские customary units и Имперская система, остаются в широком использовании. Это требует возможности преобразования между этими системами.
Что такое единица измерения?
Единица измерения — это определенная величина физической величины, служащая стандартом. Любая величина того же рода может быть выражена как кратное этой стандартной единицы. Это обеспечивает последовательность и воспроизводимость измерений.
Международная система единиц (СИ)
Международная система единиц (СИ), происходящая от французской Système International d'Unités, — это современная форма метрической системы и наиболее широко используемая система измерений в мире. Она разработана как согласованная и рациональная система, основанная на точно определенных неизменных константах природы, таких как скорость света.
СИ — это развивающаяся система, постоянно совершенствующаяся по мере улучшения научных знаний и точности измерений. Она состоит из семи базовых единиц, из которых выводятся все остальные, и использует комплексную систему префиксов для обозначения десятичных кратных или долей.
Базовые единицы СИ
- Метр (м): Единица длины
- Килограмм (кг): Единица массы
- Секунда (с): Единица времени
- Ампер (А): Единица электрического тока
- Кельвин (К): Единица термодинамической температуры
- Моль (моль): Единица количества вещества
- Кандела (кд): Единица световой интенсивности
Метрические префиксы (часто используемые)
СИ использует префиксы для управления масштабом измерений, позволяя ясно выражать очень большие или очень малые величины.
| Текст | Символ | Коэффициент | Степень |
|---|---|---|---|
| экса | E | 1,000,000,000,000,000,000 | 1018 |
| пета | P | 1,000,000,000,000,000 | 1015 |
| тера | T | 1,000,000,000,000 | 1012 |
| гига | G | 1,000,000,000 | 109 |
| мега | M | 1,000,000 | 106 |
| кило | k | 1,000 | 103 |
| гекто | h | 100 | 102 |
| дека | da | 10 | 101 |
| (нет) | (нет) | 1 | 100 |
| деци | d | 0.1 | 10-1 |
| сенти | c | 0.01 | 10-2 |
| милли | m | 0.001 | 10-3 |
| микро | μ | 0.000001 | 10-6 |
| нано | n | 0.000000001 | 10-9 |
| пико | p | 0.000000000001 | 10-12 |
| фемто | f | 0.000000000000001 | 10-15 |
| атто | a | 0.000000000000000001 | 10-18 |
Производные единицы СИ
Помимо базовых единиц, в СИ включены 22 производные единицы. Эти единицы образуются путем сочетания базовых единиц СИ и могут быть безразмерными или выражаться как произведение одной или нескольких базовых единиц. Некоторые распространенные примеры включают:
- Радиан (рад): Единица угла
- Ньютон (Н): Единица силы или веса
- Ватт (Вт): Единица мощности
- Вольт (В): Единица напряжения, электрического потенциала
- Градус Цельсия (°C): Единица измерения температуры (на производной шкале)
Некоторые не-СИ единицы, принятые для использования с СИ
Некоторые не-СИ единицы широко используются и приняты для использования вместе с единицами СИ из-за их практической важности или исторической преобладания. Некоторые распространенные примеры включают:
- Время: минута (мин), час (ч), день (д)
- Температура: градус (°C) — конкретные интервалы на не-СИ шкале
- Объем: литр (л)
- Давление: бар (бар), миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.)
История внедрения СИ
Путь к универсальной метрической системе начался во Франции в 1791 году, во многом благодаря Французской академии наук. Метрическая система была официально введена во Франции в 1799 году и распространилась по всей Европе в XIX веке. К 1970-м годам внедрение СИ в большинстве стран мира было практически завершено, за исключением таких стран, как США, Великобритания, Либерия и Мьянма.
США и метризация
- 1866: Метрическая система была легализована для использования в США, хотя и не получила широкого распространения.
- 1975: Был принят Закон о метрической конверсии, сделавший метрическую систему «предпочтительной системой весов и мер для торговли и коммерции в США».
- 1992: Внесено изменение в Закон о честной упаковке и маркировке, требующее включения в этикетки продуктов как метрических, так и американских единиц.
- 2010 год: В 1992 году внесены поправки, позволяющие производителям добровольно использовать только метрические единицы для маркировки.
- 2012: Ответ Белого дома на петицию о обязательной метризации показал отсутствие федеральных намерений навязывать ее по всей стране, подчеркнув индивидуальный выбор и то, что американские единицы определены в рамках метрической системы.
Великобритания и метризация
- 1862: Начались подготовительные работы по переходу на метрическую систему, и метрические единицы стали легально используемыми.
- 1965: Правительство разработало 10-летний план полной метризации, предполагающий добровольное внедрение с некоторой субсидией.
- 1969 год: Был создан Совет по метризации для продвижения и координации перехода.
- 1980: Совет по метризации был распущен после смены правительства, и обязательная метризация не была реализована.
- 1989 год: Великобритания отказалась от Директивы Европейского Союза о единицах измерения, вновь выбрав не делать использование метрической системы обязательным.
- 1995: Великобритания завершила частичный официальный переход, хотя исключения, такие как продажа разливного пива, дорожные знаки и спидометры, по-прежнему в основном используют Имперские единицы.
- После Брексита: Некоторые ритейлеры начали возвращаться к использованию Имперских единиц.
Другие распространённые системы единиц
Хотя система SI преобладает, исторические и культурные факторы означают, что другие системы остаются в значительном использовании. Наши инструменты облегчают преобразование для устранения этих различий в измерениях.
Общепринятые единицы США (USCS)
Национальная система мер США используется в основном для коммерческих, социальных и личных целей в США, в то время как SI применяется в научных, медицинских, промышленных, государственных и военных сферах. USCS возникла из более ранних английских единиц, но значительно отличалась от Имперской системы после её создания в 1824 году.
История USCS
- 1824: Создание Имперской системы в Великобритании ознаменовало официальный разрыв с системами единиц, используемыми в США, что привело к различиям, несмотря на общие истоки.
- 1893: Приказ Менденхолла официально переопределил большинство американских единиц измерения в терминах метров и килограммов, связав их с определениями SI.
- 1959: Международное соглашение о ярде и фунте дополнительно уточнило определения американских единиц на основе метрической системы.
Основные единицы USCS
| Категория | Единица | Символ | Приблизительный эквивалент в СИ |
|---|---|---|---|
| Длина | дюйм | in | 0.0254 meters |
| фут | ft | 0.3048 meters | |
| ярд | yd | 0.9144 meters | |
| миля | mi | 1609.344 meters | |
| Площадь | акр | 4046.873 m2 | |
| Общий объем | кубический дюйм | in3 | 0.0000164 m3 |
| кубический фут | ft3 | 0.0283 m3 | |
| кубический ярд | yd3 | 0.765 m3 | |
| Жидкий объем | чайная ложка | tsp | 4.929 milliliters |
| столовая ложка | tbsp | 14.787 milliliters | |
| жидкая унция | fl oz | 29.574 milliliters | |
| чашка | cp | 236.588 milliliters | |
| пинта | pt | 473.176 milliliters | |
| галлон | gal | 3785.41 milliliters | |
| Сухой объем | сухая пинта | 550.610 milliliters | |
| сухой кварта | 1,101.221 milliliters | ||
| сухой галлон | 4,404.884 milliliters | ||
| Масса/вес | унция | oz | 28.350 grams |
| фунт | lb | 453.592 grams | |
| короткая тонна | ton | 907.185 kilograms | |
| длинная тонна | long ton | 1,016.047 kilograms | |
| Температура | градусы Фаренгейта | °F | (научное использование °C и K) |
Имперская система
Имперская система, также известная как Британская Имперская, была официально определена в 1824 году, придя на смену более старым английским единицам. Хотя Великобритания частично перешла на SI, имперские единицы всё ещё широко встречаются в повседневной жизни, а система также используется в Канаде и некоторых бывших странах Британской империи.
Хотя многие названия единиц совпадают с американскими, важно отметить, что фактические значения некоторых единиц, особенно объёмов, могут отличаться (например, Имперский галлон больше американского). В отличие от USCS, Имперская система обычно не предусматривает отдельные сухие или жидкие объёмы.
История Имперской системы
- 1818: Обсуждения о переходе на метрическую систему начались в британском парламенте.
- 1824: Закон о весах и мерах установил Имперскую систему, позволяя использовать старые английские единицы, если их Имперские эквиваленты были отмечены.
- 1965: Правительство Великобритании официально согласилось с политикой поддержки добровольного перехода на метрическую систему.
- 1969 год: Бюро метризации было создано для координации перехода, однако позже оно было упразднено в 1980 году.
- 1989 год: Великобритания снова решила не делать использование метрической системы обязательным, избегая Европейской директивы о единицах измерения.
- 1995: Великобритания завершила свой официальный частичный переход на метрическую систему, за исключением традиционных случаев (например, разливное пиво, дорожные знаки).
Общие имперские единицы
| Категория | Единица | Символ | Приблизительный эквивалент в СИ |
|---|---|---|---|
| Длина | дюйм | in | 0.0254 meters |
| фут | ft | 0.3048 meters | |
| ярд | yd | 0.9144 meters | |
| цепь | ch | 20.1168 meters | |
| фурлонг | fur | 201.168 meters | |
| миля | mi | 1,609.344 meters | |
| лига | lea | 4,828.032 meters (3 miles) | |
| Площадь | перч | 25.293 m2 | |
| руда | 1011.714 m2 | ||
| акр | 4046.856 m2 | ||
| Объем | жидкая унция | fl oz | 28.413 milliliters |
| гиль | gi | 142.065 milliliters | |
| пинта | pt | 568.261 milliliters | |
| кварта | qt | 1,136.523 milliliters | |
| галлон | gal | 4,546.09 milliliters | |
| Масса/вес | унция | oz | 28.350 grams |
| фунт | lb | 453.592 grams | |
| камень | st | 6.350 kilograms | |
| Имперская тонна | t | 1,016.047 kilograms |
Зачем необходим перевод единиц?
Продолжающееся сосуществование различных систем единиц по всему миру подчеркивает необходимость преобразования единиц. Это важно для:
- Глобальной коммуникации и сотрудничества: Обеспечения беспрепятственного обмена информацией и данными в научных исследованиях, инженерных проектах и международном бизнесе, независимо от местных стандартов измерения.
- Обеспечения точности и безопасности: Предотвращения дорогостоящих ошибок, неправильных расчетов и потенциальных опасностей в критических областях, таких как производство, строительство, авиация и здравоохранение.
- Обеспечения международной торговли: Стандартизации характеристик и количеств продукции через границы, упрощения процессов импорта и экспорта.
- Повышения практичности в повседневной жизни: Помощи людям в понимании рецептов, расстояний при путешествиях, размеров товаров и других измерений при столкновении с разными системами в повседневной жизни.
Обеспечивая доступные инструменты для точного преобразования единиц, этот ресурс стремится упростить эти задачи, делая разнообразные данные о измерениях понятными и универсальными.