Mērvienības: definīcija, SI, metriskais un impēriskais pārskats
Uzzini mērvienību definīcijas, SI un metriskās sistēmas pamatus, impēriskais pārskats un praktiskas konversijas — viss par garumu, svaru un laika mērījumiem vienuviet.
Mērvienības nodrošina standartus, lai mūsu mērījumu skaitļi attiektos uz vienu un to pašu lietu. Mērīšana ir process, kurā izmanto skaitļus, lai aprakstītu kādu fizikālu lielumu. Mēs varam izmērīt, cik lielas ir lietas, cik siltas tās ir, cik smagas tās ir un daudzas citas īpašības. Lai mērījumi būtu saprotami un salīdzināmi, tiek lietotas definētas mērvienības un standartizētas sistēmas.
Kas ir mērvienība un kā tā tiek definēta
Pamata ideja — mērvienība ir ar skaitli saistīts līdzeklis, kas nosaka, par ko runājam, piemēram, metri garumam vai sekundes laikam. Dažas vienības ir definētas ar ļoti konkrētiem fizikāliem nosacījumiem, lai tās būtu stabilas un reproducējamas visā pasaulē. Piemēram, metrs ir standarta vienība garuma mērīšanai. Vēsturē metrs tika saistīts ar konkrētu stieni (protams, tas attiecās uz metra prototipu), taču mūsdienās tas ir definēts caur gaismas ātrumu: kopš 1983. gada metrs tiek definēts kā garums, ko gaisma vakuumā noiet laikā 1/299 792 458 sekundes. Pirms tam metra definīcija pārgāja no metāla stieņa uz atomārām vai elektromagnētiskām referencēm 20. gadsimta vidū.
Dažādas mērvienību sistēmas
Pagājušajos gadsimtos dažādās valstīs tika izmantotas dažādas mērvienības. Mūsdienās lielākā daļa mērvienību ietilpst vienā no trim sistēmām:
- Britu impēriskā sistēma (imperial) un tai radniecīgā ASV parastā sistēma (US customary).
- Metriskā sistēma, kurā ietilpst SI sistēma (Système International d'Unités) — starptautiski pieņemtā mūsdienu standarta sistēma.
- Citas lokālas vai vēsturiskas sistēmas, kas mūsdienās tiek lietotas reti vai specifiskos kontekstos.
Impēriskais un ASV parastais sistēmas īss pārskats
Divās vecākajās - britu impēriskajā sistēmā un ar to cieši saistītajā ASV parastajā sistēmā - kā garuma mērs tiek izmantota pēda, kā svara mērs - mārciņa, bet kā laika mērs - sekunde. Šajās sistēmās ir citas mērvienības un atšķirīgs lielumu sadalījums: piemēram, vienā pēdā ir 12 collas, bet mārciņā - 16 unces. Impēriskajām un ASV sistēmām ir daudz vēsturisku vienību un tās nav striktā decimālē (pieaugums par 10, 100 utt.). Lai gan daudzviet pasaulē tiek izmantots SI, impēriskais/ASV kopumā saglabājas ikdienas lietošanā un nozarēs, kur tas ir tradīcija.
Metriskā sistēma un SI (Sistemes International d'Unités)
Jaunākā un visvairāk izmantotā no trim sistēmām ir metriskā sistēma jeb SI sistēma, kurā plaši izmanto 10, 100 vai 1000 reizinājumus un daļas, lai veidotu saistītas vienības. Tas padara aprēķinus vieglākus un pāreju starp mērogiem — skaidru un konsekventu. Piemēram, vienā metrā ir 100 centimetri, bet vienā kilogramā — 1000 grami. Šajā sistēmā metru izmanto garumam, bet kilogramu - svaram (SI masa bāzes vienība ir kilogrammā).
SI sistēmai ir septiņas pamatvienības, kas definē citas atvasinātās vienības. Šīs pamatvienības ir:
- metrs (m) — garums
- kilograms (kg) — masa
- sekunde (s) — laiks
- ampērs (A) — elektriskā strāva
- kelvins (K) — termodinamiskā temperatūra
- mols (mol) — vielas daudzums
- kandela (cd) — gaismas intensitāte
SI izmanto arī priekšvārdus (prefiksus), kas apzīmē reizinājumus ar 10^n, piem., milli- (m, 10^-3), centi- (c, 10^-2), kilo- (k, 10^3), mega- (M, 10^6) u.c. Šie prefiksi palīdz izteikt gan ļoti mazas, gan ļoti lielas vērtības ērti un saprotami.
Piemēri un precīzas konversijas
Dažas starptautiskas precizētas konversijas starp sistēmām ir: 1 collai (inch) = 2,54 centimetri (precīzi), un 1 mārciņai (pound) = 0,45359237 kilogrami (precīzi). Šādas fiksētās saites nodrošina vienkāršu pāreju starp impēriskiem un metriskiem mērījumiem.
Laika mērīšana — īpašs gadījums
Laika mērīšana neatbilst metriskajam decimālajam paraugam. Otrais ir laika mērīšanas pamats, un tā pamatā ir sešburtu sistēma: 60 sekundes veido vienu minūti, bet 60 minūtes - vienu stundu. Šī sešdesmitnieka (sexagesimal) sistēma ir radušies no seno laiku astronomiskajām un matemātiskajām tradīcijām. Ir bijuši mēģinājumi ievērot decimālo laiku (piem., franču revolūcijas laikā), taču visā pasaulē saglabājās tradicionālais 60‑bāzes sadalījums.
Kāpēc standartizācija ir svarīga
Standarti un vienotas mērvienības nodrošina, ka zinātniskie dati, tehniskie rasējumi, medicīniskie mērījumi un ikdienas pirkumi ir saprotami visur. Bez vienotas sistēmas būtu grūti salīdzināt eksperimentus, ražot detaļas, aprēķināt receptes vai starptautiski tirgoties. Starptautiska sadarbība (piem., caur BIPM un CGPM) regulāri precizē definīcijas, lai tās balstītos uz stabilām un reproducējamām fiziskām konstantēm (piem., gaismas ātrums, elementārlāde u.c.).
Ja vēlaties, varu pievienot tabulu ar biežāk lietotajām vienībām un to atvasinājumiem, vai izveidot īsu konversijas sarakstu starp populārākajām mērvienībām.
Šajā kubā var ievietot vienu litru šķidruma.
Alus krūzītes Oktoberfest laikā: Tajos ir viens litrs alus.
Skaitlis un mērvienība
Izmērāmās lietas īpašība ir norādīta kā mērvienību skaits. Skaitlim ir jēga tikai tad, ja ir norādīta arī mērvienība.
Piemēram, Eifeļa tornis Parīzē, Francijā, ir 300 metrus (980 pēdas) augsts. Tas nozīmē, ka attālums no Eifeļa torņa augšas līdz apakšai ir 300 metri. Mērāmā Eifeļa torņa īpašība ir attālums. Izmērītais skaitlis ir 300. 300 no kā? Mērvienība ir metrs.
Mērīšanas standarti
Standarti ir īpaši objekti, ko izmanto mērījumu veikšanai. Standarta piemērs ir metra stienis. Ja kaut ko mēra ar metra stieni, šo mērījumu var salīdzināt ar jebkuru citu mērījumu, kas arī mērīts ar metra stieni. Tas atvieglo mērīšanu un mērījumu salīdzināšanu.
Zinātnē, medicīnā un inženierzinātnēs izmanto mazākas mērvienības, lai ar mazāku kļūdu izmērītu nelielus lielumus. Lielas lietas ir viegli izmērīt, izmantojot lielākas mērvienības. Astronomiskajos mērījumos, piemēram, galaktikas platumam, izmanto gaismas gadus un parsekus.
Maziem mērījumiem, piemēram, atoma masai, izmanto īpašas mērvienības.
Mērvienību sistēmas
Pasaulē tiek izmantoti dažādi standarti un mērvienības. Dažas no tām 19. un 20. gadsimtā sāka lietot mazāk.
Metriskā sistēma
Metriskā sistēma ir mērīšanas sistēma, ko izmanto lielākajā pasaules daļā. To sauc arī par Starptautisko mērvienību sistēmu jeb SI.
Metriskās sistēmas mērvienības ir:
- Garuma vai lineārā izmēra vienības ir metri. Tās ir kilometrs (km), kas ir 1000 metri, centimetrs (cm) un milimetrs (mm), kas ir 1/1000 daļa no metra.
- Tilpuma mērvienība ir litrs. To izmanto šķidruma daudzuma mērīšanai. Millilitrs (saīsināti ml) ir šķidruma daudzums, kas piepilda kubu, kura malas garums ir 1 cm. Viens litrs šķidruma piepildītu kubu, kura katra mala ir 10 cm.
- Masas mērvienība ir kilograms. Kilograms (kg) ir 1 litra ūdens masa (4 °C jeb 39 °F temperatūrā un 1 013,25 kPa jeb 146,959 psi spiedienā). 1 grams (g) ir 1 mililitra ūdens masa pie 4 °C (39 °F). Metriskā tonna ir 1 000 kilogramu jeb miljons gramu.
Imperiālās vienības
Imperiālās mērvienības Apvienotajā Karalistē tika noteiktas 1824. gadā. Šo vienību pamatā bija līdzīgas vienības, kas tika izmantotas pirms 1824. gada. Imperiālās mērvienības izmantoja valstīs, kas bija daļa no Britu impērijas. Lai gan daudzas no šīm valstīm, tostarp Apvienotā Karaliste, ir oficiāli pieņēmušas SI, joprojām tiek izmantota vecākā vienību sistēma.
ASV parastās vienības
ASV parastās mērvienības ir oficiālās mērvienības, ko izmanto ASV. Tās ir līdzīgas britu impēriskajām vienībām un ir balstītas uz Apvienotajā Karalistē pirms ASV neatkarības iegūšanas lietotajām vienībām. Dažas vienības atšķiras no britu vienībām. Piemēram, angļu pintē ir 20 imperiālās šķidruma unces, bet ASV pintē ir 16 ASV šķidruma unces. Turklāt ASV šķidruma unce ir nedaudz lielāka par angļu šķidruma unci. Rezultātā ASV pintes un galoni ir mazāki nekā impērijas pintes un galoni. Amerikas Savienotajās Valstīs metriskā sistēma tirdzniecībā ir legāla kopš 1866. gada, taču joprojām plaši tiek izmantoti citi mērvienības veidi, piemēram, galons, colla un mārciņa.
Impērijas un ASV mērvienībās ir šādas mērvienības:
- Garums - collas (in), pēdas (ft), jardi (yd) un jūdzes.
- 1 pēda = 12 collas
- 1 jards = 3 pēdas (daudzskaitlī no pēdas) = 36 collas
- 1 jūdze = 1760 jardi = 5280 pēdas
- Imperiālais tilpums - imperiālā šķidruma unce (fl oz), imperiālā pinte (pt) un imperiālais galons (gal).
- 1 imperiālā pinta = 20 imperiālās šķidruma unces
- 1 imperiālais galons = 8 imperiālās pintas
- ASV tilpums - ASV šķidruma unce (fl oz), ASV kauss (cp), ASV pinte (pt), ASV kvarte (qt) un ASV galons (gal).
- 1 ASV tasīte = 8 ASV šķidruma unces
- 1 ASV pinta = 2 ASV tasītes = 16 ASV šķidruma unces
- 1 ASV kvarts = 2 ASV pintas = 4 ASV tasītes = 32 ASV šķidruma unces
- 1 ASV galons = 4 ASV kvarti = 8 ASV pintas = 16 ASV krūzes
- Svars un masa - unce (oz), mārciņa (lb) un akmens (st).
- 1 mārciņa = 16 unces
- 1 akmens = 14 mārciņas
Svara un tilpuma mērvienības atšķiras. Pat mērot ūdeni, svara unču skaits nav tas pats, kas šķidruma unču skaits.
Konvertēšana starp sistēmām
Metriskais uz ASV
- 1 metrs = 1,09 jards = 39,37 collas.
- 1 litrs = 33,3 šķidruma unces = 1,76 pintas = 0,26 ASV galonu.
- 1 kilograms = 35,32 unces = 2,2 mārciņas
ASV uz Metriskais
- Garums
- 1 colla = 2,54 cm
- 1 pēda = 30,48 cm
- 1 jards = 0,9144 m
- 1 jūdze = 1,609344 kilometri
- Tilpums
- 1 šķidruma unce = 29,6 mililitri
- 1 pinta = 473,1 mililitra
- 1 galons = 3,79 litri
- 1 glāze = 236,55 mililitri
- Masu
- 1 unce = 28,35 grami
- 1 mārciņa = 0,45359237 kilogramu
Citas mērvienības
Laika vienība ir sekunde. Minūte (60 sekundes) un stunda (60 minūtes jeb 3600 sekundes) ir lielākas vienības. Diena ir 24 stundas, bet Zemes rotācija ir palēninājusies. Dažu gadu beigās šo starpību koriģē ar tā saukto lēciena sekundi. Standarta vienības ir arī nedēļa (7 dienas) un mēnesis.
Mērvienību, kas attiecas uz naudu, sauc par norēķinu vienību. Parasti tā ir valsts emitēta valūta. Piemēram, ASV izmanto dolārus. Katrs dolārs ir 100 centu. Apvienotajā Karalistē izmanto mārciņas. Katra mārciņa ir 100 pensi jeb peniji. Eiropas Savienībā izmanto eiro. Eiro ir 100 centu.
Elektrības, magnētisma un starojuma mērvienības lielākoties tika izgudrotas 19. gadsimtā, kad zinātnieki iemācījās tās mērīt. Sākotnēji lielākajai daļai no tām tika piešķirtas imperiālās sistēmas, bet mūsdienās parasti tām izmanto metriskās sistēmas.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir mērīšana?
A: Mērīšana ir process, kurā izmanto skaitļus, lai aprakstītu kādu fizikālu lielumu. To var izmantot, lai izmērītu objekta lielumu, temperatūru, svaru un citas īpašības.
J: Kā metrs tika definēts pirms 1982. gada?
A.: Pirms 1982. gada metrs bija attālums starp diviem marķieriem uz īpaša metāla stieņa.
J: Kādas ir trīs mērvienību sistēmas?
A: Trīs mērvienību sistēmas ir Lielbritānijas impēriskā sistēma, ASV parastā sistēma un metriskā sistēma jeb SI sistēma.
J: Cik collu ir vienā pēdā?
A: Vienā pēdā ir 12 collas.
J: Cik unču ir vienā mārciņā?
A: Vienā mārciņā ir 16 unces.
J: Cik centimetru ir vienā metrā?
A: Vienā metrā ir 100 centimetri.
J: Ar ko laika mērīšana atšķiras no citiem mērījumiem?
A: Laika mērīšana nav līdzīga citiem mērījumiem, jo tās pamatā ir sešciparu sistēma, kas nosaka, ka 60 sekundes veido 1 minūti un 60 minūtes veido 1 stundu.
Meklēt