Måleenhet

En måleenhet er en standardisert mengde av en viss fysisk størrelse , definert og vedtatt av konvensjon eller ved lov. [ 1 ] En hvilken som helst verdi av en fysisk mengde kan uttrykkes som et multiplum av måleenheten.

En måleenhet henter verdien fra et mønster eller sammensetning av andre tidligere definerte enheter. De første enhetene er kjent som grunnleggende eller grunnleggende (grunnleggende) enheter, mens de andre kalles avledede enheter. [ 2 ]

Et sett med måleenheter der ingen størrelse har mer enn én tilknyttet enhet kalles et system av enheter . [ 3 ]

Alle enheter angir skalære mengder . Når det gjelder vektorstørrelser , tolkes det at hver enkelt av komponentene er uttrykt i den angitte enheten. [ 1 ]

Historikk

Måleenheter var blant de første verktøyene som ble oppfunnet av mennesker. Primitive samfunn trengte rudimentære tiltak for mange oppgaver: bygge hus, lage klær eller tilberede mat og råvarer.

De eldste kjente systemene for vekter og mål ser ut til å ha blitt skapt mellom det 4. og 3. årtusen f.Kr., blant de gamle folkene i Mesopotamia , Egypt og Indusdalen , og kanskje også i Elam og Persia . Vekt og mål er også nevnt i Bibelen ( 3 Mos 19, 35-36) som et mandat som krever ærlighet og rettferdige mål.

Mange målesystemer var basert på bruk av menneskelige kroppsdeler og de naturlige omgivelsene som måleinstrumenter. [ 4 ]

Tradisjonelle målesystemer

Tradisjonelle systemer baserer sine avstandsmåleenheter på dimensjonene til menneskekroppen. Tommen representerer lengden på den distale falanxen til en tommel , som den har fått navnet sitt fra. Foten representerte opprinnelig lengden på en menneskelig fot , selv om denne enheten over tid ble tilsvarende 12 tommer i det angelsaksiske systemet. Verftet , derimot, representerer lengden fra nesetippen til tuppen av langfingeren. En fam tilsvarte avstanden fra spiss til spiss på langfingrene med armene utstrakt. Andre enheter var spennet (lengden på håndflaten) og alen (omtrent lengden på underarmen). [ 5 ] For større avstander var det milen , en måleenhet laget i det gamle Roma som opprinnelig tilsvarte 2000 skritt av en legion . På grunnlag av milen definerte romerne furlongen på en slik måte at åtte furlongs tilsvarte en mil. [ 5 ] På samme måte var ligaen i det gamle Roma lik omtrent en og en halv mil. [ 6 ]

Vektmålinger basert på pund ble brukt i de fleste europeiske land . Denne enheten, hvis navn kommer fra det latinske libra pondo , ble delt inn i tolv unser (fra latin uncia , som betyr 'tolvte del'). [ 7 ] [ 8 ] Men i noen land i middelalderen ble det brukt pund som ble delt inn i 16 unser. En annen tradisjonell vektenhet var kornet , som i dagens engelske system tilsvarer 64,79891 mg . Fra denne enheten ble pundet definert som 5 760 korn i noen tilfeller eller 7 000 korn i andre tilfeller. På samme måte brukes en enhet kalt metrisk korn i smykker , som tilsvarer 0,25 karat eller 50 mg. [ 9 ] På den iberiske halvøy tilsvarte en quintal 100 pund (som for øyeblikket vil være omtrent 46 kg ); [ 10 ] En fjerdedel av en kvintal ble kalt en arroba (fra arabisk ar rub' , 'fjerde del'). [ 11 ]

Bevegelsene til solen og månen bestemte de tradisjonelle tidsenhetene . Den tilsynelatende bevegelsen til solen fra dens oppgang i horisonten til den neste, dens innstilling til den neste, eller de påfølgende passasjene gjennom en meridian , avhengig av kulturen, definerte dagen . [ 12 ] Babylonerne delte tiden mellom soloppgang og solnedgang i tolv deler som vi nå kjenner som timer . Med oppfinnelsen av mekaniske klokker var det mulig å dele natten også, slik at i dag består en hel dag av 24 timer. En time ble delt inn i 60 minutter og disse ble på sin side delt inn i 60 sekunder (gjeldende sekund har imidlertid en moderne definisjon uavhengig av dagens definisjon). [ 13 ] Fra den jødiske religionen arvet de kristne og muslimske nasjonene definisjonen av en uke: en periode på syv dager. [ 14 ] På den annen side definerte den observerte bevegelsen til Solen i forhold til fjerne stjerner året . Siden perioden for jordens oversettelse ikke er et helt antall dager, var det behov for å introdusere skuddåret i den julianske kalenderen og den gregorianske kalenderen . [ 15 ] Fra året ble større tidsenheter definert som århundret (hundre år) og årtusenet (tusen år). Perioden med oversettelse av månen rundt jorden definerte månedens konsept . Siden denne perioden ikke tilsvarer et helt antall dager, hadde ulike kulturer forskjellige definisjoner av måned. I den gjeldende vestlige kalenderen kan månedene vare i 28, 29, 30 eller 31 dager, avhengig av tilfellet. [ 16 ]

International System of Units (SI)

Det internasjonale enhetssystemet er den nåværende formen for det metriske desimalsystemet og etablerer enhetene som skal brukes internasjonalt. Den ble opprettet av den Frankrike - baserte internasjonale komiteen for vekter og mål i 1960. Den etablerer 7 grunnleggende størrelser , med standardene for å måle dem: [ 17 ]

Det etablerer også mange avledede størrelser , som ikke trenger et mønster, siden de er sammensatt av grunnleggende størrelser. [ 17 ]

Se også: Basisenheter i det internasjonale systemet og avledede enheter i det internasjonale systemet .

Målemønster

Et mønster av målinger er det isolerte og kjente faktum som tjener som grunnlag for å lage en enhet for å måle størrelser. Mange enheter har standarder, men i det internasjonale systemet er det bare basisenheter som har målestandarder. Mønstrene varierer aldri verdien, selv om de har utviklet seg fordi de tidligere etablerte var variable og andre forskjellige ansett som ufravikelige ble etablert. [ 17 ]

Et eksempel på en målestandard vil være: "Standard for det andre: Ett sekund er varigheten av 9 192 631 770 svingninger av strålingen som sendes ut i overgangen mellom de to hyperfine nivåene i grunntilstanden til isotopen 133 til cesiumatomet ( 133 Cs ), ved en temperatur på 0 K » . [ 18 ]

Av alle standardene til det internasjonale systemet finnes det bare materialprøven til én: kilogram , oppbevart hos International Bureau of Weights and Measures . Det er laget flere kopier av dette mønsteret for forskjellige land. [ 19 ]

De syv mønstrene definert av International System of Units er: [ 17 ]

(vær) (lengde) (elektrisk strømintensitet) (stoffmengde) (deig) (temperatur) (lysstyrke)

Cegesimal system

Assosiert med det internasjonale systemet er Cegesimal System (eller CGS-systemet) som er et system av mekaniske enheter (det vil si enheter som måler størrelser brukt i mekanikk : lengde, masse, tid og deres derivater) basert på tre grunnleggende enheter som er submultipler av SI-enheter: centimeteren , grammet og den andre . [ 20 ] CGS-systemet utvides noen ganger til ikke-mekaniske størrelser, slik som de som brukes i elektromagnetisme , ved å kombinere bruken av gaussiske enheter (se nedenfor, naturlige enheter i elektromagnetisme ). [ 21 ]

Naturlige systemer av enheter

I noen disipliner er det praktisk å definere systemer av enheter som forenkler beregninger og målinger. Disse systemene definerer enhetene sine fra størrelser som forekommer ofte i naturen. Blant disiplinene der dette forekommer er astronomi , elektromagnetisme , partikkelfysikk og atomfysikk .

I astronomi

I astronomi er det svært vanlig å finne enheter definert ut fra de fysiske størrelsene til visse objekter . Ulike lengdeenheter er definert fra astronomiske avstander: [ 22 ]

Astronomisk enhet (AU) , opprinnelig definert som gjennomsnittlig avstand fra solen til jorden (for tiden satt til 149 597 870 700 m ). [ 23 ]
Parsec (PC) , definert som avstanden som en astronomisk enhet danner en vinkel på 1 buesekund .
Lysår (AL) , definert som avstanden som lyset har tilbakelagt i et vakuum i løpet av ett år.

Det er veldig vanlig å bruke de fysiske størrelsene til solen for å definere enheter som ellers ville vært ekstremt store: [ 24 ]

Solmasse ( M ⊙ ) , ca. 1,9891 × 10 30 kg.
Solarradius ( R ⊙ ) , 6,96 × 10 8 m.
Solens lysstyrke ( L⊙ ) , 3.846 ×10 26 W.
Solkonstant ( I ⊙ ) , irradiansen på grunn av solen i en avstand på 1 au: 1361 W/m².
Soltemperatur ( T ⊙ ) , temperaturen i solens fotosfære :5778 K.

Andre naturlige enheter som brukes i astronomi, selv om de er sjeldnere, er den terrestriske radiusen , den jordiske massen , massen til Jupiter , etc.

I kvante- og relativistisk fysikk

I fysikkens ulike underdisipliner som bruker relativistiske og kvantemodeller , som atomfysikk , kjernefysikk , partikkelfysikk osv., er det vanlig å definere enhetssystemer der de ulike fundamentale konstantene tar verdien av enhet . Konstantene som vanligvis settes lik én er: den reduserte Planck-konstanten ( ħ ), lysets hastighet ( c ), den universelle gravitasjonskonstanten ( G ), Boltzmann-konstanten ( k B ), ladningen til elektronet ( e ), massen til elektronet ( m e ) og massen til protonet ( m p ). [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] Andre vanlige valg er å definere visse størrelser i form av finstrukturkonstanten ( α ): [ 27 ] [ 28 ]

\hbar ={\frac {1}{\alpha }}{\text{ o }}c={\frac {1}{\alpha }}

En annen enhet som vanligvis brukes som en energienhet er elektronvolt (eV) definert som mengden energi som oppnås av et elektron når det akselereres gjennom en potensialforskjell på én volt . Det vil si at i SI-enheter er dette 1,602176462 × 10 −19 J . [ 30 ]

Tabellen nedenfor oppsummerer de vanlige definisjonene for ulike enhetssystemer.

Antall og symbol / System av enheter	Planck (med gaussiske enheter )	Stoney	Hartree	Rydberg	"Naturlig" (med Lorentz – Heaviside-enheter )	"Naturlig" (med gaussiske enheter)
lysets hastighet i et vakuum $c\,$	$1\,$	$1\,$	${\frac {1}{\alpha }}\$	${\frac {2}{\alpha }}\$	$1\,$	$1\,$
Redusert Planck konstant $\hbar ={\frac {h}{2\pi }}$	$1\,$	${\frac {1}{\alpha }}\$	$1\,$	$1\,$	$1\,$	$1\,$
elektronladning $e\,$	${\sqrt {\alpha }}\,$	$1\,$	$1\,$	${\sqrt {2}}\,$	${\sqrt {4\pi \alpha }}$	${\sqrt {\alpha }}$
Josephson er konstant $K_{\text{J}}={\frac {e}{\pi \hbar }}\,$	${\frac {\sqrt {\alpha }}{\pi }}\,$	${\frac {\alpha }{\pi }}\,$	${\frac {1}{\pi }}\,$	${\frac {\sqrt {2}}{\pi }}\,$	${\sqrt {\frac {4\alpha }{\pi }}}\,$	${\frac {\sqrt {\alpha }}{\pi }}\,$
von Klitzing konstant $R_{\text{K}}={\frac {2\pi \hbar }{e^{2}}}\,$	${\frac {2\pi }{\alpha }}\,$	${\frac {2\pi }{\alpha }}\,$	$2\pi \,$	$\pi \,$	${\frac {1}{2\alpha }}$	${\frac {2\pi }{\alpha }}$
Universell gravitasjonskonstant $G\,$	$1\,$	$1\,$	${\frac {\alpha\text{G}}}{\alpha }}\,$	${\frac {8\alpha\text{G}}}{\alpha }}\,$	${\frac {\alpha\text{G}}}{{m_{\text{e}}}^{2}}}\,$	${\frac {\alpha\text{G}}}{{m_{\text{e}}}^{2}}}\,$
Boltzmann konstant $k_{\text{B}}\,$	$1\,$	$1\,$	$1\,$	$1\,$	$1\,$	$1\,$
elektronmasse _ $m_{\text{e}}\,$	${\sqrt {\alpha\text{G}}}}\,$	${\sqrt {\frac {\alpha\text{G}}}{\alpha }}}\,$	$1\,$	${\frac {1}{2}}\,$	$511{\text{keV}}$	$511{\text{keV}}$

I elektromagnetisme

I elektromagnetisme er det mulig å definere et naturlig system av enheter fra Coulombs lov , som gjør det mulig å beregne kraften som utøves mellom to elektriske ladninger og avhengig av avstanden som skiller nevnte ladninger: [ 31 ] $q_1$ $q_{2}$ $r$

|\mathbf {F} |=K{\frac {q_{1}q_{2}}{r^{2}}}.

$K$ er en konstant hvis verdi avhenger av enhetssystemet som er valgt (i SI har den en verdi på omtrent 9 × 10 9 N m² C −2 ). I dette naturlige enhetssystemet – kjent som det gaussiske enhetssystemet – velges verdien av konstanten som er lik enheten. [ 31 ] På denne måten føler to elektriske ladninger med størrelsesorden 1 statC (statcoulomb, enheten for elektrisk ladning definert i dette enhetssystemet) atskilt med en avstand på 1 cm en kraft på størrelsesorden 1 dyn . Fra dette kan andre enheter defineres som statampere (1 statC/s), etc. Enhetene til det gaussiske systemet blir ofte betraktet som en del av CGS-systemet . [ 31 ]

Konverteringstabeller

SI-enheter har ikke blitt tatt i bruk over hele verden. Angelsaksiske land bruker mange SI-enheter, men bruker fortsatt enheter av sin kultur, for eksempel foten , pundet , milen , etc. [ 32 ] I USA brukes ikke SI på daglig basis utenfor vitenskap og medisin. [ 33 ]

I navigasjon brukes fortsatt nautisk mil og liga . [ 34 ] [ 6 ] Enheter som PSI , BTU , gallons per minutt , korn per gallon , fat olje osv. brukes fortsatt i verdens industrier . Derfor er det fortsatt nødvendig med konverteringstabeller, som konverterer verdien av en enhet til verdien av en annen enhet av samme størrelse. [ 35 ] Eksempel: Med en konverteringstabell konverteres 5 p til dens tilsvarende verdi i meter, som ville være 1,524'm. [ 36 ]

Konverteringsfeil

Unøyaktigheter oppstår ved konvertering av enheter, fordi noen ganger er den konverterte verdien ikke nøyaktig lik den opprinnelige enheten, fordi verdien av konverteringsfaktoren kan være unøyaktig.

Eksempel: 5 lb er omtrent 2,268 kg , fordi konverteringsfaktoren indikerer at 1 lb er omtrent 0,4536 kg. Imidlertid er 5 lb lik 2,26796185 kg, fordi konverteringsfaktoren er definert slik at 1 lb er lik nøyaktig 0,45359237 kg. [ 7 ]

Konvertering av enheter brukes imidlertid ofte fordi det generelt er nok å ha omtrentlige verdier. [ 37 ]

Typer måleenheter

Avhengig av de fysiske størrelsene som kreves for å måles, brukes ulike typer måleenheter. Blant disse kan vi nevne følgende typer:

Symboler

Mange enheter har et tilknyttet symbol , vanligvis sammensatt av en eller flere bokstaver fra det latinske eller greske alfabetet (for eksempel står "m" for "meter"). Dette symbolet er plassert til høyre for en faktor som uttrykker hvor mange ganger den mengden er representert (for eksempel betyr "5 m" "fem meter").

Det er vanlig å referere til en multippel eller submultippel av en enhet, som indikeres ved å plassere et prefiks foran symbolet som identifiserer den (for eksempel «km», symbol for «kilometer», tilsvarer «1000 meter» ).

Etter et annet eksempel kan et konkret mål på størrelsen «tid» uttrykkes med enheten «sekund», sammen med dens submultiplum «milli» og dens antall enheter (12). Kort sagt: t = 12 ms (størrelsessymboler er vanligvis uttrykt i kursiv, mens enhetssymboler vanligvis uttrykkes med runde bokstaver). [ 38 ]

Se også: Staveregler for symboler

Enhetskonverteringsfaktorer

Noen konverteringsfaktorer mellom systemer med felles enheter og det internasjonale systemet er: [ 39 ]

Vær
- 1t = 60min = 3600s _
- 1 min = 60s
- 1 dag = 24 timer = 1440 minutter

Lengde
- 1 m = 100 cm = 39,4 tommer = 3,28 fot _
- 1 fot = 12 tommer = 0,305 m
- 1 km = 1000 m = 0,621 mi
- 1 mi = 5280 fot = 1609 m
- 1 yard = 0,915m

Deig
- 1 kg = 1000g = 0,0685 snegl
- 1 snegle = 14,6 kg = 32,2 Lbmasse
- 1 oz = 0,0283 kg
- 1 engelsk tonn = 907 kg
- 1 metrisk tonn = 1000 kg

Område
- 1 m² = 10 000 cm² = 10,76 ft²
- 1 cm² = 0,155 tommer²
- 1 fot² = 144 tommer² = 9,29*10-2 m²,

Volum
- 1 m³ = 1 000 L = 1 000 000 cm³ = 35,3 fot³
- 1 fot³ = 2,83*10-2 m³ = 28,3 L
- 1 gallon = 3785 ℓ

Styrke
- 1 newton = 0,225 Lbforce = 100 000 dyn
- 1Lbforce = 4,42 N = 32,2 pund

Press
- 1 pascal = 1 N/m² = 2,09×10 -2 lb/ft² = 1,45×10 -4 lb/in²
- 1 atm = 1,013 × 10 5 Pa = 14,7 lb/in² ( PSI ) = 760 mm Hg

Se også

Referanser

↑ a b JCGM (2008), «Måleenhet (unité de mesure)», s. 6.
↑ JCGM (2008), «Basisenhet - Avledet enhet (Unité de base - Unité dérivée)», s. 7
^ JCGM (2008), "System av enheter (Système d'unités)", s. 8.
↑ NASAs tekniske standardprogram. "En kort historie om målesystemer" (pdf ) . Arkivert fra originalen 19. oktober 2013 . Hentet 6. mai 2014 .
^ a b Rowlett (2001), "The English Customary Systems".
^ a b Rowlett (2001), "League".
^ a b Rowlett (2001), "pund (lb, lbm eller #)" .
^ Rowlett (2001), "unse (oz eller oz av)".
^ Rowlett (2001), "korn (gr)".
^ Rowlet (2001), "quintal (q)".
^ Rowlett (2001), "at (@)".
↑ Rowlett (2001), "dag".
^ Rowlett (2001), time "(t eller hr)".
↑ Rowlett (2001), "uke (uke)".
^ Rowlett (2001), "år (a eller y eller yr)".
^ Rowlett (2001), "måned (må eller mandag)".
^ abcd Resnick ( 1993 ), s. to.
^ Resnick (1993), s. 5.
↑ Resnick (1993), s. 7 og 8.
↑ Bureau International des Poids et Mesures - The International System of Mesures, s. 109.
↑ Bureau International des Poids et Mesures - The International System of Mesures, s. 128.
↑ International Astronomical Union. "Måling av universet: IAU og astronomiske enheter " . Hentet 19. mai 2014 .
↑ International Astronomical Union (31. august 2012). "OPPLØSNING B2 om redefinisjon av den astronomiske lengdeenheten" . Beijing . Hentet 2012-09-22 .
^ Zombeck, Martin V. (2006). Handbook of Space Astronomy and Astrophysics ( 3. utgave). Cambridge University Press. s. 25 . ISBN 9780521782425 .
↑ Målefeltteorier: en introduksjon med applikasjoner , Guidry, vedlegg A.
↑ En introduksjon til kosmologi og partikkelfysikk , Domínguez-Tenreiro og Quirós, s. 422.
^ a b Ray, TP (1981). Stoneys grunnleggende enheter. Irish Astronomical Journal 15 : 152. Bibcode : 1981IrAJ...15..152R .
↑ a b Turek, Ilja (1997). Elektronisk struktur av uordnede legeringer, overflater og grensesnitt (illustrert utgave). Springer. s. 3. ISBN 978-0-7923-9798-4 .
^ Wilczek, Frank, 2007, "Fundamental Constants", Arkivert 2009-08-24 på Wayback Machine . Frank Wilczek nettsted.
↑ Bureau International des Poids et Mesures. Ikke-SI-enheter akseptert for bruk med SI, og enheter basert på fundamentale konstanter . Arkivert fra originalen 4. desember 2004 . Hentet 27. mai 2014 .
^ abc Griffiths , DJ (1999). Introduksjon til elektrodynamikk (3. utgave). Prentice Hall. s. xv . ISBN 0-13-805326-X .
^ Resnick (1993), s. 3.
↑ Central Intelligence Agency (red.). "Vedlegg G: Vekt og mål" . Verdens faktabok . Arkivert fra originalen 6. april 2011 . Hentet 3. september 2011 .
^ Rowlett (2001), "nautisk mil (nmi, naut mi, n mile eller NM)".
^ Rowlett (2001), "avoirdupois vekter".
^ Resnick (1993), s. A-10.
^ Resnick (1993), s. 8.
↑ Bureau International des Poids et Mesures, Organization Intergouvernamentale de la Convention du Mètre (2006) «The International System of Units» (på engelsk), s. 130-135. Hentet 19. mai 2014.
↑ A. Lewis Ford, Roger A. Freedman (2005). Universitetsfysikk med moderne fysikk . s. A-6. ISBN 9702606721 .

Bibliografi

Resnick, R.; Halliday, D.; Krane, K.S (1993). fysikk vol. 1 . Originaltittel (på engelsk): Physics, Vol. 1 ; oversatt av F. Andión Uz. Continental Publishing Company; Opprinnelig utgitt av John Wiley & Sons Inc. ISBN 968-26-1230-6 .
Rowlet, Russ (februar 2001), "Hvor mange? A Dictionary of Units of Measurement» , University of North Carolina i Chapel Hill. Hentet 8. mai 2014 (på engelsk) .
Felleskomité for veiledere i metrologi (JCGM). «Internasjonalt vokabular for metrologi — Grunnleggende og generelle begreper og tilhørende termer (VIM)» (pdf) (på engelsk og fransk) . Hentet 5. mai 2014 .

Eksterne lenker

Kongelig resolusjon 2032/2009, av 30. desember, som fastsetter de lovlige måleenhetene. BOE nr. 18, torsdag 21. januar 2010. Sec. I, s. 5607-5618.
"Aritmetiske konvensjoner for konvertering mellom romerske (dvs. osmanske) og egyptiske mål"; Det er et manuskript fra 1642, på arabisk, som omhandler måleenheter.