Mr. Short Cut da "Gimme Shelter" di Discovery Channel, " spiega perché è un grande fan del sistema metrico. Scoperta Prima che esistessero catene di approvvigionamento globali e accordi commerciali, la comodità era la massima priorità quando si trattava di misurare. Nella maggior parte dei casi, le persone non avevano accesso a sofisticati dispositivi di misurazione, quindi si affidavano a parti del corpo, che erano facili da portare in giro e offrivano risultati in qualche modo coerenti. Per esempio, la larghezza del pollice di un uomo è di circa un pollice ("pollice" e "pollice" sono intercambiabili in molte lingue).
Questo crudo, il sistema informale ha funzionato bene per molti anni, ma cominciò a sfaldarsi man mano che i clan diventavano tribù e le tribù diventavano nazioni. Man mano che le civiltà si espandevano, i loro sistemi di misurazione contrastanti creavano confusione e interferivano con il commercio. In Francia, la situazione era diventata particolarmente caotica all'inizio della Rivoluzione francese nel 1789. Misure di lunghezza, volume e massa differivano da una città all'altra. Molte persone credevano che il sistema usato a Parigi, sulla base di unità risalenti a Carlo Magno, dovrebbe essere imposto a tutto il paese, ma le corporazioni ei nobili combatterono lo sforzo. Con il governo francese sull'orlo del collasso finanziario, Il re Luigi XVI convocò gli Stati Generali, un'assemblea composta da rappresentanti delle varie classi del paese, per imporre nuove tasse. In definitiva, la sessione legislativa si è rivelata più fruttuosa, che porta alla formazione dell'Assemblea nazionale, una nuova costituzione e un nuovo modo di misurare le cose.
I francesi chiamarono il nuovo sistema di misurazione metrica , un termine derivato dalla parola metro , o metro - una misura fondamentale di lunghezza definita come un decimilionesimo di quarto del meridiano terrestre che passa per Parigi. Gli sviluppatori di questo nuovo sistema di misurazione credevano che il loro lavoro sarebbe stato "un'impresa il cui risultato dovrebbe appartenere un giorno a tutto il mondo" [fonte:Nelson]. avevano ragione, Certo, poiché il sistema metrico odierno è stato adottato da quasi tutti i paesi del pianeta. L'unica resistenza parziale significativa sono gli Stati Uniti, i cui cittadini salutano i metri, litri e chilogrammi con lieve sospetto e, in alcuni casi, sconcerto. Ciò che molte persone non si rendono conto è che gli Stati Uniti sono stati un forte sostenitore del sistema metrico sin dalla Guerra Civile e che le unità del sistema pollice-sterlina sono definite esclusivamente in termini di misurazioni metriche.
Prima di addentrarci nelle minuzie della metrica, elaboriamo un po' di più la storia del sistema di misurazione mondiale e come è arrivato a prendere la sua forma moderna, il Système International d'Unités -- il Sistema internazionale di unità , o SI .
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Hey, nel caso non sapessi quanto è lungo il metro standard, lo pubblicheremo sul muro qui per te, Signor francese del XVIII secolo. Ora usalo - o altro! Archivio storico universale/immagini Getty Il moderno sistema metrico può far risalire le sue radici a Gabriel Mouton, il vicario della chiesa di San Paolo a Lione, Francia, e un notevole astronomo e matematico. Nel 1670, Mouton concepì un sistema di misurazione basato sulla lunghezza di un minuto di longitudine (ricordiamo che ci sono 60 minuti in ogni grado di longitudine e latitudine). Questa unità di lunghezza, ha inoltre proposto, dovrebbe essere basato sull'aritmetica decimale, o su potenze di dieci. Ha anche raccomandato l'uso di prefissi per rendere meno arbitrarie le convenzioni di denominazione.
Gli scienziati francesi hanno continuato a modificare e perfezionare le idee di Mouton, ma non furono mai formalmente codificati fino alla Rivoluzione francese. Alla sua creazione nel 1790, l'Assemblea nazionale ha chiesto all'Accademia francese delle scienze di "dedurre uno standard invariabile per tutte le misure e tutti i pesi". L'Accademia a sua volta ha nominato una commissione per sviluppare il sistema, con la clausola che la soluzione finale dovrebbe essere subito semplice, ancora scientifica. Prendendo in prestito da Mouton, la commissione ha stabilito tre principi fondamentali:
La commissione ha chiamato l'unità di lunghezza "metro" ("metro" negli Stati Uniti), dopo la parola greca metrono , che significa "misurare". Poi è arrivato il compito di determinare effettivamente la lunghezza esatta di un metro. Questo è toccato a due uomini, Pierre Mechain e Jean Delambre, che ha passato sei anni scrupolosi a misurare la distanza sul meridiano da Barcellona, Spagna, a Dunkerque, nel nord della Francia. La loro indagine ha prodotto un valore per il metro pari a "una decimilionesima parte di un quadrante meridionale della terra". Altre unità provenivano dal metro definito con precisione. Per esempio, il grammo è stato reso uguale alla massa di un centimetro cubo di acqua pura alla temperatura della sua massima densità; il litro è stato reso uguale al volume di un cubo di 10 centimetri (4 pollici) di lato.
Questa è stata la prima incarnazione del sistema metrico, che la Francia adottò ufficialmente nel 1795. Quattro anni dopo, gli scienziati hanno modellato gli standard per il metro e il chilogrammo in platino. Queste, pure, sono stati ufficialmente riconosciuti dal governo francese e conservati in un luogo sicuro in modo da poterne fare copie secondo necessità.
Prossimo, il sistema metrico prende d'assalto il mondo intero.
Bene, il vecchio Napoleone, il generale famoso per aver diffuso la guerra e il sistema metrico dovunque i suoi piedini marciassero. Archivio Hulton/immagini Getty Grazie alla conquista napoleonica dell'Europa all'inizio del XIX secolo, altri paesi adottarono, alcuni più a malincuore di altri, il sistema metrico decimale come sistema nazionale di misurazione.
Nel 1875, un'assemblea speciale a Parigi ha riunito rappresentanti di 17 nazioni, compresi gli Stati Uniti. Queste nazioni erano impegnate durante l'assemblea, la firma del Trattato del metro e l'istituzione dell'Ufficio internazionale dei pesi e delle misure, un Comitato Internazionale per Pesi e Misure per gestire l'ufficio e la Conferenza Generale su Pesi e Misure per prendere in considerazione e adottare i cambiamenti. Il trattato stabiliva anche che un laboratorio fosse mantenuto a Sèvres, da Parigi, per ospitare gli standard metrici internazionali e ha permesso che questi standard fossero distribuiti a ciascuna nazione ratificante. Gli Stati Uniti ricevettero le copie dell'International Prototype Meter e dell'International Prototype Kilogram nel 1890.
Nel 1954, la X Conferenza Generale su Pesi e Misure ha avviato una riprogettazione del sistema metrico per meglio soddisfare le esigenze delle comunità scientifiche e tecniche. La revisione ha stabilito sette unità di base e definizioni di unità metriche semplificate, simboli e terminologia. Il lavoro si è esteso all'undicesima Conferenza, e nel 1960, i membri della conferenza hanno ratificato e approvato il nuovo sistema, chiamandolo Sistema Internazionale di Unità, o SI in breve.
Il Sistema Internazionale di Unità è la forma moderna del sistema metrico, e sebbene i due nomi siano usati in modo intercambiabile, SI è tecnicamente più accurato. Avanti il prossimo, esamineremo gli elementi costitutivi del SI -- le sette unità di base.
Le unità di base SI ©HowStuffWorks.com Prima di immergerci nelle unità fondamentali del SI, esaminiamo la misurazione come un concetto. Quando misuri qualcosa, usi uno strumento o un dispositivo per determinare una certa quantità fisica di un oggetto. Per esempio, usi un righello per misurare la lunghezza, una scala per misurare la massa e un termometro per misurare la temperatura. Ciascuno di questi strumenti viene contrassegnato in unità standard per assicurarsi che la misurazione di un osservatore corrisponda a quella di un altro osservatore. In teoria, ogni unità standard farebbe risalire la sua discendenza a un singolo prototipo, l'esempio archetipico di quella particolare unità.
Nelle versioni precedenti del sistema metrico, i prototipi erano oggetti fisici, come un metro standard o una barra di chilogrammo standard. Quando la Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure rinnovò il sistema metrico nel 1960, ha sostituito le unità basate su oggetti fisici con descrizioni fisiche delle unità basate su proprietà stabili dell'universo. Infatti, l'unica unità ancora definita da un oggetto è il chilogrammo. (L'International Prototype Kilogram è un cilindro lucido di platino e iridio, conservato in un barattolo ermetico a Sèvres.)
Con quello in mente, introduciamo le sette unità base SI. La tabella elenca ogni unità, la quantità fisica misurata dall'unità e lo standard su cui si basa l'unità, come definito dall'Ufficio internazionale dei pesi e delle misure.
Se non comprendi appieno la definizione di ogni standard, non preoccuparti. Invece di cercare di immaginare due conduttori paralleli diritti di lunghezza infinita o un atomo di cesio-133 che vacilla tra due livelli iperfini del suo stato fondamentale, ricorda solo questo:le unità fondamentali del SI (eccetto il chilogrammo) si basano su proprietà immutabili dell'universo, e sono reciprocamente indipendenti. Tutte le altre unità nel sistema metrico moderno derivano dalla moltiplicazione o dalla divisione di queste unità di base. Ne parleremo meglio nella prossima sezione.
Le unità SI fondamentali coprono tutte le esigenze di misurazione di base. Ci sono volte, però, quando è necessario correlare le misure matematicamente. Per esempio, supponiamo che misuri la lunghezza di un campo da calcio e trovi che sia lungo 120 metri (394 piedi). Quindi determini che la sua larghezza sia di 90 metri (295 piedi). Se vuoi trovare l'area del campo, dovresti moltiplicare la sua lunghezza per la sua larghezza. Ma non moltiplichi solo i numeri davanti alle unità; tu moltiplichi le unità, pure. Così, la matematica sarebbe simile a questa:
area =lunghezza × larghezza =120 m × 90 m =10, 800 m 2
Notare che l'unità finale è un metro per metro, che si traduce in cosa metrologi , o esperti di misurazione, chiama un metro quadro .
Ora supponiamo di avere un cubo di 1 metro per lato. Se vuoi trovare il volume del cubo, dovresti moltiplicare tre dimensioni:lunghezza, larghezza e altezza. Ecco la matematica:
volume =lunghezza × larghezza × altezza =1 m × 1 m × 1 m =1 m 3 =m 3
Notare di nuovo che l'unità di base viene moltiplicata insieme al fattore numerico. In questo caso, è un metro per un metro per un metro, con conseguente a metro cubo . Si osservi inoltre che quando il fattore numerico è 1, puoi eliminare il numero e mostrare semplicemente l'unità. I metrologi lo chiamano a unità coerente .
La tabella elenca alcune delle unità derivate più comuni. ©ComeStuffWorks.com Area e volume sono unità derivate perché sono definiti in termini di un'unità base SI e di una specifica equazione quantitativa. La tabella elenca alcune delle unità derivate più comuni.
Alcune delle più importanti unità derivate SI ©HowStuffWorks.com Alcune unità derivate sono abbastanza significative da aver guadagnato nomi e simboli SI speciali. La forza è un ottimo esempio. Isaac Newton definito forza come la massa di un oggetto moltiplicato per la sua accelerazione. Quando moltiplichi insieme queste due quantità, si ottiene un'unità derivata di chilogrammo metro al secondo quadrato (kg-m/s 2 ). Perché kg-m/s 2 è un po' ingombrante e poiché la forza è una quantità così importante in fisica, I pezzi grossi del SI hanno deciso di chiamare l'unità derivata a newton , in onore di Sir Isaac. In tutto, ci sono 22 unità SI derivate con nomi e simboli speciali. Alcuni dei più importanti sono riportati nella tabella allegata.
Finalmente, è importante sapere che alcune unità non fanno ufficialmente parte del sistema metrico decimale ma fanno frequenti apparizioni. Come tale, il SI accetta queste unità per l'uso con la sua famiglia di misure. Alcune delle quantità di tempo comuni - il minuto, ora e giorno -- rientrano in questa categoria, così come la tonnellata metrica e l'unità astronomica. Tutte queste unità, però, può essere definito in base alle unità di base SI. Per esempio, un giorno è 86, 400 secondi. E un unità astronomica ( AU ) - un'unità di lunghezza pari alla distanza media tra la Terra e il sole - è 1.495978 × 10 11 metri.
Certo, un'unità base può essere troppo grande o troppo piccola per descrivere adeguatamente un oggetto. Nel SI, rendere le unità sempre più piccole non richiede altro che l'aggiunta di un prefisso. Li tratteremo nella pagina successiva.
Come abbiamo martellato casa ormai, ogni grandezza fisica -- lunghezza, messa, volume e così via - è rappresentato da una specifica unità SI. Qualche volta, anche se, le unità base hanno dei limiti quando vengono utilizzate per misurare oggetti molto piccoli o molto grandi. Per esempio, diciamo che volevi misurare la lunghezza di una formica. Espresso nell'unità base SI, la lunghezza di una formica è 0,003 metri. Ora immagina di esprimere la larghezza di un capello umano o di un atomo in metri:i tuoi numeri diventerebbero sempre più piccoli e sempre più ingombranti. Lo stesso vale per le grandi misure. La distanza tra New York e Los Angeles è 4, 493, 288 metri, un altro numero ingombrante.
Prefissi SI ©HowStuffWorks.com Per aggirare questo problema, la Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure ha adottato una serie di nomi e simboli di prefisso per designare i multipli ei sottomultipli decimali delle unità SI. Nel 1960, esistevano abbastanza prefissi per coprire multipli che vanno da 10 12 a 10 -12 . Ma nel corso degli anni, nuovi prefissi sono entrati nel sistema per accogliere valori sempre più grandi e più piccoli. La tabella allegata elenca alcuni dei nomi e dei simboli dei prefissi approvati.
Ora possiamo tornare ai nostri esempi per vedere il vantaggio di utilizzare un sistema di prefissi basato su potenze di 10. La lunghezza di una formica può essere di 0,003 metri, ma è molto più pratico descrivere qualcosa di così piccolo in millimetri. Per convertire i metri in millimetri, devi semplicemente moltiplicare la lunghezza per 1, 000, oppure sposta la virgola a destra di tre spazi. Questo ci dice che una formica è a 3 millimetri (3 mm) dalla testa all'addome. E che dire del nostro viaggio tra New York City e Los Angeles? Faresti molto meglio a misurare una distanza così grande in chilometri. Per convertire i metri in chilometri, devi semplicemente dividere la distanza per 1, 000, oppure sposta il decimale a sinistra di tre spazi. Questo rende la tua distanza finale 4, 493 chilometri (4, 493 chilometri).
Tutti i prefissi funzionano in modo simile. L'unica palla curva di cui ti devi preoccupare è il chilogrammo, l'unica unità base SI il cui nome e simbolo includono un prefisso. Potresti essere tentato di aggiungere un prefisso al chilogrammo (microchilogrammo, Per esempio), ma non sarebbe corretto. Anziché, dovresti allegare nomi di prefisso al nome dell'unità "grammo" per rappresentare valori più grandi e più piccoli della massa di un oggetto. Così, Per esempio, 10 -6 chilogrammi sarebbe pari a 1 milligrammo (1 mg).
Armato con le unità SI e prefissi, hai tutto il necessario per iniziare a misurare la metrica. Infatti, la maggior parte del mondo lo fa da decenni. Avanti il prossimo, scopriremo perché le nazioni hanno abbracciato con entusiasmo il moderno sistema metrico e cosa può succedere quando un paese (sì, ti stiamo guardando, America) non riesce a passare.
Se fare un giro delle unità SI e dei prefissi non ti ha convinto dei vantaggi del sistema metrico, quindi affronta questo esercizio:converti 5 miglia in pollici. Presto. Nella tua testa. Anche se ricordi quanti piedi ci sono in un miglio (5, 280) e quanti pollici ci sono in un piede (12), hai ancora dei calcoli complessi da fare. Ecco come sarebbe la matematica:
(5 miglia)(5, 280 piedi/1 miglio) (12 pollici/1 piede) =316, 800 pollici
Il sistema metrico semplifica notevolmente la vita. Una conversione simile sarebbe trovare quanti centimetri esistono in 5 chilometri. Un chilometro è 10 3 metri; un centimetro è 10 -2 metri. Per effettuare la conversione, devi semplicemente spostare la virgola a destra cinque volte:
5 chilometri =5, 000 metri =500, 000 centimetri
Vedi perché le unità SI sono più facili?
Per la sua eleganza e semplicità, il Sistema Internazionale di Unità può essere trovato in tutto il mondo. Gli Stati Uniti sono l'unica nazione industrializzata che si aggrappa ancora alle sue misure legacy e, di conseguenza, lotta con una serie confusa di unità non correlate. Certo, fattori di costo nel motivo per cui gli Stati Uniti sono stati lenti nell'adottare il sistema metrico. Come esempio, prendere in considerazione il programma dello space shuttle della NASA, che aderisce ancora al sistema di misurazione pollice-libbra. Gli ingegneri della NASA hanno recentemente riferito che convertendo i relativi disegni, software e documentazione per le unità SI costerebbero un totale di $ 370 milioni - una grossa fetta di cambiamento, anche per un'agenzia governativa che spende facilmente $ 760 milioni per ottenere una navetta in aria [fonte:Marks].
Certo, la mancata conversione comporta i propri rischi finanziari. Prendi di nuovo la NASA. Nel 1999, l'agenzia spaziale ha perso la sua sonda Mars Climate Orbiter da $ 125 milioni quando una mancata corrispondenza dell'unità ha causato un malfunzionamento [fonte:Marks]. La discrepanza si è verificata perché il suo sistema di controllo dell'assetto utilizzava unità imperiali, ma il suo software di navigazione utilizzava le unità SI. Di conseguenza, la sonda si è avvicinata troppo al pianeta, surriscaldato e poi ha smesso di funzionare correttamente. Ora è un pezzo di spazzatura spaziale da un milione di dollari, grazie all'impegno in ritardo dell'America verso SI.
Molte aziende statunitensi hanno prestato attenzione a questi racconti ammonitori. John Deere, Proctor &Gamble, Kodak, Ingersoll-Rand e numerose altre aziende hanno convertito tutte o alcune delle loro operazioni per utilizzare le unità SI. Ciò significa che le loro fabbriche e catene di approvvigionamento all'estero utilizzano lo stesso sistema di misurazione - e le stesse parti - delle loro controparti americane. Può sembrare poco, ma il risparmio può essere significativo. Le riduzioni dei costi derivano da due fonti principali:l'aumento della produttività derivante dall'utilizzo di un sistema di misurazione basato sui decimali e la capacità di competere in modo più efficace sui mercati globali.
Infine, gli Stati Uniti renderanno il sistema metrico obbligatorio per i suoi cittadini. Quando arriverà quel momento, cambierà l'aspetto dei segnali stradali, pompe di benzina ed etichette alimentari, ma non influenzerà alcune espressioni sacre. Come mai? Perché un chilometro di campagna e un hot dog lungo 30 centimetri semplicemente non riecheggiano l'esperienza americana.
