Введение

Система единиц измерения, также известная как система единиц или система мер, представляет собой совокупность единиц измерения и правил, связывающих их между собой. Системы измерений исторически играли важную роль, регулировались и определялись для целей науки и торговли. Примеры систем, используемых в настоящее время, включают Международную систему единиц (СИ) (Système international) (современная форма метрической системы), британскую имперскую систему и систему американских единиц.

История

В древности системы измерений определялись локально: различные единицы могли быть определены независимо друг от друга в соответствии с длиной большого пальца короля или размером его стопы, длиной шага, размахом руки или, возможно, весом воды в бочке определенного размера, который сам мог быть определен в ладонях и суставах. Объединяющей характеристикой является то, что определение опиралось на какой-либо стандарт. В конечном итоге локти и шаги уступили место "общепринятым единицам" для удовлетворения потребностей торговцев и ученых. Предпочтение более универсальной и последовательной системе распространялось постепенно, по мере развития международной торговли и науки. Смена системы измерений сопряжена с немедленными затратами, что часто вызывает сопротивление таким изменениям. Существенная выгода от перехода к более рациональной и международно согласованной системе измерений была признана и поддержана учеными, инженерами, предпринимателями и политиками, что привело к тому, что большинство стран мира приняли общепринятую метрическую систему. Метрическая система возникла в эпоху Французской революции и распространилась по всему миру, заменив большинство общепринятых единиц измерения. В большинстве систем длина (расстояние), масса и время являются основными величинами. Последующие научные разработки показали, что электромагнитная величина, такая как электрический заряд или электрический ток, может быть добавлена для расширения набора основных величин. Гауссовы единицы используют только длину, массу и время в качестве основных величин, без отдельного электромагнитного измерения. Другие величины, такие как мощность и скорость, выводятся из основных величин: например, скорость – это расстояние, пройденное за единицу времени. Исторически для измерения одного и того же типа величины использовался широкий спектр единиц. В разных контекстах длину измеряли в дюймах, футах, ярдах, локтях, шестах, цепях, фурлонгах, милях, морских милях, стадиях, лигах, с коэффициентами пересчета, не основанными на степенях десятки. В метрической системе и других современных системах основополагающие взаимосвязи между величинами, выраженные физическими формулами, такими как законы Ньютона, используются для выбора небольшого числа основных величин, для каждой из которых определяется единица, из которой могут быть выведены все остальные единицы. Вторичные единицы (кратные и дольные) выводятся из этих основных и производных единиц путем умножения на степени десятки. Например, если единицей длины является метр, то расстояние в 1 метр составляет 1000 миллиметров или 0,001 километра.

Текущая практика

В большинстве стран метрология завершена или почти завершена. Однако американские обычные единицы измерения по-прежнему широко используются в Соединенных Штатах и в некоторой степени в Либерии. В Мьянме используются традиционные бирманские единицы измерения, с частичным переходом к метрической системе. Американские единицы используются в ограниченных областях в Канаде из-за большого объема торговли с США. Также сохраняется значительное использование имперских единиц веса и меры, несмотря на фактический переход Канады на метрическую систему. В ряде других юрисдикций существуют законы, предписывающие или разрешающие использование других систем измерения в определенных или всех контекстах, например, в Соединенном Королевстве – законодательство о дорожных знаках которого, к примеру, допускает использование только указателей расстояния в имперских единицах (милях или ярдах) – или в Гонконге. В Соединенных Штатах метрические единицы практически всегда используются в науке, часто в армии и частично в промышленности. Американские обычные единицы измерения в основном используются в американских домохозяйствах. В розничной торговле литр (в США пишут как "liter") является распространенной единицей объема, особенно на бутылках с напитками, а для лекарств используются миллиграммы, а не граны. Некоторые другие единицы, не входящие в систему СИ, все еще используются на международном уровне, такие как морские мили и узлы в авиации и судоходстве, а также футы для измерения высоты полета воздушных судов.

Метрическая система

Метрические системы единиц развивались с момента принятия первой чётко определённой системы во Франции в 1795 году. В ходе этой эволюции использование этих систем распространилось по всему миру, сначала в странах, не говорящих на английском языке, а затем и в англоязычных странах. Множители и подмножители метрических единиц связаны степенями десяти, а их названия образуются с помощью приставок. Эта связь совместима с десятичной системой счисления и значительно повышает удобство использования метрических единиц. В ранней метрической системе существовали две основные единицы: метр для длины и грамм для массы. Все остальные единицы длины и массы, а также единицы площади, объёма и производные единицы, такие как плотность, выводились из этих двух основных единиц. Mesures usuelles (французское для «обычных измерений») — это система мер, введённая как компромисс между метрической системой и традиционными мерами. Она использовалась во Франции с 1812 по 1839 год. Существовало множество вариантов метрической системы, включая гравитационные системы, сантиметр-грамм-секундную систему (СГС), полезную в науке, метр-тонна-секундную систему (МТС), ранее использовавшуюся в СССР, и метр-килограмм-секундную систему (МКС). В некоторых областях инженерии, таких как системы автоматизированного проектирования, также используется миллиметр-грамм-секундная система (ММС). Современным международным стандартом для метрической системы является Международная система единиц (Système international d'unités или СИ). Это система, в которой все единицы могут быть выражены через семь основных единиц. Основными единицами СИ служат метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела.

Имперские и американские обычные единицы

Как имперские единицы, так и американские обычные единицы измерения происходят от более ранних английских единиц. Имперские единицы в основном использовались в бывшей Британской империи и Британском Содружестве, но во всех этих странах они в значительной степени уступили место метрической системе. Они всё ещё применяются в некоторых областях в Соединённом Королевстве, но в коммерческих, научных и промышленных приложениях их в основном заменила метрическая система. Однако в США американские обычные единицы измерения остаются основной системой. Несмотря на предпринятые шаги по переходу на метрическую систему (в основном в конце 1960-х и начале 1970-х годов), обычные единицы сохраняют прочные позиции благодаря обширной промышленной инфраструктуре и коммерческому развитию. Хотя имперская и американская обычные системы тесно связаны, между ними есть ряд различий. Единицы длины и площади (дюйм, фут, ярд, миля и т. д.) идентичны с момента принятия Международного соглашения о ярде и фунте; однако США и ранее Индия сохранили более старые определения для геодезических целей, что привело, например, к появлению американского фута. Единицы массы и веса в системе avoirdupois отличаются для значений, превышающих фунт (lb). Имперская система использует стоун весом 14 фунтов, длинный центнер весом 112 фунтов и длинную тонну весом 2240 фунтов. Стоун не используется в США, а центнеры и тонны имеют меньший вес: 100 фунтов и 2000 фунтов соответственно. Наиболее заметные различия между этими системами заключаются в единицах объёма. Американская жидкая унция (fl oz), примерно 29,6 миллилитров (мл), немного больше, чем имперская жидкая унция (около 28,4 мл). Однако, поскольку в американской пинте содержится 16 жидких унций США, а в имперской пинте – 20 имперских жидких унций, имперская пинта примерно на 20% больше. То же самое справедливо для кварт, галлонов и т. д.: шесть американских галлонов немного меньше пяти имперских галлонов. Система avoirdupois служила общей системой измерения массы и веса. Помимо неё существуют тройская и аптекарская системы. Тройский вес традиционно использовался для драгоценных металлов, пороха и драгоценных камней. Тройская унция – единственная единица этой системы, которая в настоящее время используется; она применяется для измерения драгоценных металлов. Хотя тройская унция больше, чем её эквивалент в avoirdupois, тройской фунт меньше. Устаревший тройской фунт делился на 12 унций, а не на 16 унций на фунт в системе avoirdupois. Аптекарская система традиционно использовалась в фармакологии, но теперь заменена метрической системой; она имела тот же фунт и унцию, что и тройская система, но с другими подразделениями.

Нестандартные единицы

Нестандартные единицы измерения, которые также встречаются в книгах, газетах и других источниках, включают:

Площадь

Американское футбольное поле имеет игровую площадку длиной 360 футов (110 м) и шириной 160 футов (49 м). Американские СМИ часто используют его размеры для сравнения с габаритами крупных зданий или парков. Оно применяется как единица длины (длина игрового поля без учета зачетных зон), так и единица площади. Британские СМИ также часто используют футбольное поле для аналогичных целей, хотя размеры футбольных полей не фиксированы и могут варьироваться в определенных пределах (длиной и шириной, что дает площадь около 100 м²). Однако поле для матчей Лиги чемпионов УЕФА должно иметь точные размеры, дающие площадь 105 x 68 метров или 7140 м². Например, "Суда HSS – это алюминиевые катамараны размером с футбольное поле". Для обозначения больших площадей также используют кратные площади некоторых американских штатов или административных единиц Великобритании и т.д.

Энергия

Тонна тротилового эквивалента, и кратные ей – килотонны, мегатонны и гигатонны. Часто используется для выражения мощности очень мощных явлений, таких как взрывы, вулканические извержения, землетрясения и падения астероидов. Грамм тротила в качестве единицы энергии определён как 1000 термохимических калорий. Атомная бомба, сброшенная на Хиросиму. Её энергетический выход часто используется в средствах массовой информации и популярных книгах как единица измерения энергии. (Её мощность составила примерно 13 килотонн, или 60 ТДж.) Один стержень динамита.

Единицы валюты

Единица измерения, применяемая к деньгам, называется единицей счета в экономике и единицей измерения в бухгалтерском учете. Обычно это валюта, выпущенная страной, или её доля; например, доллар США и цент США (1/100 доллара) или евро и евроцент. ISO 4217 — международный стандарт, описывающий трехбуквенные коды (также известные как коды валют) для обозначения наименований валют, установленных Международной организацией по стандартизации (ISO).

Исторические системы измерений

На протяжении истории использовалось множество официальных систем мер. Хотя некоторые из этих традиционных систем больше не применяются официально, они порой используются в повседневной жизни, например, при приготовлении пищи.