Metrijärjestelmä (SI): määritelmä, yksiköt ja historia

Kuvaus

Metrijärjestelmä on desimaalipohjainen mittajärjestelmä. Järjestelmässä on mittayksiköt kullekin suureelle. Useimpien metrijärjestelmän mittayksiköiden nimissä on kaksi osaa. Toinen osa on yksikön nimi ja toinen osa on etuliite. Esimerkiksi nimessä "senttimetri" sana "centi" on etuliite ja sana "metri" on yksikön nimi. Joskus, kuten metrin, litran ja gramman kohdalla, etuliitettä ei ole.

Metrijärjestelmässä kaikilla yksiköillä on "symboli". Symbolit ovat lyhennetty tapa kirjoittaa yksiköiden nimet. Kaikki maailman maat käyttävät samaa symbolia yksikölle, vaikka niillä on eri tapoja kirjoittaa yksikön nimi kokonaisuudessaan. Esimerkiksi

• Yhdistyneessä kuningaskunnassa kirjoitetaan "kilometri".
• Yhdysvalloissa kirjoitetaan "kilometri".
• Portugalissa kirjoitetaan "quilómetro".
• Vietnamissa kirjoitetaan "một kí lô mét".
• Saudi-Arabiassa kirjoitetaan "کیلومیتر".
• Kreikassa kirjoitetaan "χιλιόμετρα".
• Venäjällä kirjoitetaan "километр".
• Kiinassa kirjoitetaan "公里", "千米" tai "粁".
• Japanissa kirjoitetaan "キロ" tai "㌔".
• Etelä-Koreassa kirjoitetaan "킬로미터".
• Kaikki käyttävät kilometristä tunnusta "km".

Yksikön nimet

Metrijärjestelmä kehitettiin ensimmäisen kerran Ranskassa Ranskan vallankumouksen aikana. Vuonna 1795 annetussa ranskalaisessa laissa määriteltiin viisi mittayksikköä. Kolme näistä nimistä on edelleen käytössä. Ne ovat metri, joka on pituuden mittayksikkö, gramma, joka on massan mittayksikkö, ja litra, joka on tilavuuden mittayksikkö. Sittemmin on kehitetty monia muita mittayksiköitä ja monia määritelmiä on muutettu. Metrijärjestelmässä on nykyään mittayksiköitä muun muassa energian, tehon, voiman, sähkövirran ja radioaktiivisuuden mittaamiseen. Alla on lueteltu metrijärjestelmän yleisimmin käytetyt mittayksiköt.

• Pituus

Metrijärjestelmässä pituus mitataan metreinä. Metrin symboli on kirjain "m". Alun perin metri määriteltiin siten, että se on¹ ⁄_10,000,000 pohjoisnavan ja päiväntasaajan välisestä etäisyydestä Pariisin kautta kulkevalla pituuspiirillä. Vuonna 1799 valmistettiin platinapalkki, joka vastasi tätä pituutta, ja siitä tuli "metrin prototyyppi".

• Volume

Metrijärjestelmässä tilavuus mitataan litroina. Litran symboli on "L". Vuonna 1795 Ranskan hallitus määritteli yhden litran tilavuudeksi, joka vastaa sellaisen kuution tilavuutta, jonka sivut ovat 10 senttimetriä (3,9 tuumaa).

• Massa

Metrijärjestelmässä massa mitataan grammoina. Gramman symboli on g-kirjain. Vuonna 1795 Ranskan hallitus määritteli gramman yhden kuutiosenttimetrin veden massaksi jään jäätymispisteessä. Tätä oli vaikea mitata, joten Ranskan hallitus teki vuonna 1799 "prototyyppikilon" (1 000 grammaa tai 35 unssia) massan.

• Lämpötila

Metrijärjestelmässä lämpötila mitataan celsiusasteina. Celsius-asteiden symboli on "°C". Vesi jäätyy 0 °C:ssa (32 °F) ja kiehuu 100 °C:ssa (212 °F).

• Aika

Metrijärjestelmässä ajan yksikkö on sekunti. Carl Friedrich Gauss käytti sekuntia ensimmäisen kerran osana metrijärjestelmää vuonna 1832.

Yksiköiden määritelmiä muutetaan usein. Vuonna 1960 metrin määritelmä muuttui. Siitä lähtien se on määritelty valon nopeuden mukaan. Vuonna 2019 kilogramma määritellään uudelleen Planckin vakion mukaan.

Etuliitteet

Jos luvut ovat liian suuria tai liian pieniä, metrijärjestelmässä käytetään etuliitteitä, jotta lukuja olisi helpompi ymmärtää.

milli

Etuliitettä milli käytetään osoittamaan, että mittaus on¹ ⁄₁₀₀₀ (tai 0,001) perusmittauksesta:

·         Yhdessä grammassa on 1000 milligrammaa (mg).

·         Metrissä on 1000 millimetriä (mm).

·         Litrassa on 1000 millilitraa (ml).

centi

Etuliitettä centi käytetään osoittamaan, että mittaus on¹ ⁄₁₀₀ (tai 0,01) perusmittauksesta:

·         Metrissä on 100 senttimetriä (cm).

·         Litrassa on 100 senttilitraa (cL).

kilo

Etuliitettä kilo käytetään osoittamaan, että mitta on 1000 kertaa suurempi kuin perusmitta:

·         Kilogrammassa (kg) on 1000 grammaa.

·         Kilometrissä (km) on 1000 metriä.

On paljon muitakin etuliitteitä. Joitakin niistä ovat:

mikro, joka tarkoittaa miljoonasosaa (¹ ⁄_1,000,000 ). Mikron symboli on kreikkalainen kirjain μ (nimeltään "mu").

deci, joka tarkoittaa yhtä kymmenesosaa (¹ ⁄₁₀ ). Desin symboli on "d".

mega, joka tarkoittaa yhtä miljoonaa (1 000 000). Megan symboli on "M". On varottava sekoittamasta "m" (milli) ja "M" (mega) keskenään.

 

Kuinka suuri

Nämä taulukot auttavat arvioimaan eri pituuksien tai massojen kokoa metrijärjestelmässä. Näissä taulukoissa:

• Sana "Imperial" on lyhenne sanoista Imperial-yksiköt, jotka ovat Yhdistyneessä kuningaskunnassa perinteisesti käytettyjä mittayksiköitä.
• Sana "Customary" on lyhenne sanoista "U.S. customary units", jotka ovat Yhdysvalloissa perinteisesti käytettyjä mittayksiköitä.

Pituus

Massa

Brittiläinen ja amerikkalainen kirjoitusasu

Jotkin metrijärjestelmän nimet kirjoitetaan eri tavalla brittiläisessä englannissa kuin amerikanenglannissa ja filippiinien englannissa.

• Brittiläisessä englannissa käytetään sanaa metre, kun taas amerikkalaisessa englannissa käytetään sanaa meter.
• Brittiläisessä englannissa käytetään sanaa litre, kun taas amerikkalaisessa englannissa käytetään sanaa liter.
• Sanaa gram käytetään sekä brittiläisessä että amerikkalaisessa englannissa. Myös brittiläisessä englannissa voidaan käyttää sanaa gramme, mutta monet britit pitävät sitä vanhanaikaisena.

Metrijärjestelmän hallinnointi

Metrin yleissopimus

Vuonna 1875 kahdenkymmenen eri maan hallitusten edustajat kokoontuivat Pariisissa keskustelemaan painoista ja mitoista. Seitsemäntoista maata allekirjoitti painoja ja mittoja koskevan sopimuksen. Sopimus sai nimekseen "metrin yleissopimus". Allekirjoittaneet maat olivat: Argentiinan liitto, Itävalta-Unkari, Belgia, Brasilia, Tanska, Ranska, Saksa, Italia, Peru, Portugali, Venäjä, Espanja, Ruotsi ja Norja, Sveitsi, Turkki, Yhdysvallat ja Venezuela. Ne sopivat:

• Perustetaan hallitustenvälinen järjestö hallinnoimaan sopimusta. Tämän organisaation nimi oli Kansainvälinen paino- ja mittatoimisto (BIPM).
• Ranskan oli määrä vastata sopivien tilojen hankkimisesta BIPM:lle. Näistä tiloista tulisi puolueetonta aluetta. BIPM:n toimistot ja laboratoriot sijoitettaisiin alueelle.
• Tehdään 40 identtistä kopiota kilogrammasta. Yksi valittiin prototyypiksi (tai ensisijaiseksi) kopioksi. Tämä kopio tunnettiin nimellä "kansainvälinen prototyyppikilo". Se korvasi arkistokilon maailman ensisijaisena kilogramman kopiona. Kilogramme des archives säilytettäisiin BIPM:n tiloissa.
• Tehdä 30 identtistä kopiota metristä. Yksi valittiin prototyyppikappaleeksi (tai ensisijaiseksi). Tämä kopio tunnettiin nimellä "kansainvälinen prototyyppimetri". Se korvasi Metre des archives -metrin maailman ensisijaisena metrikopiona. Metre des archives säilytettäisiin BIPM:n tiloissa.
• antaa kullekin maalle yksi kappale metrin ja yksi kappale kilogramman mittaa. Näitä kutsuttaisiin "kansallisiksi prototyyppimetreiksi" ja "kansallisiksi prototyyppikiloiksi".
• Verrataan säännöllisin väliajoin kansallisia prototyyppejä metreissä ja kilogrammoissa kansainvälisiin prototyyppeihin.
• Metrijärjestelmän käytön edistäminen.

Yhdistynyt kuningaskunta ja Alankomaat osallistuivat konferenssiin, mutta eivät allekirjoittaneet sopimusta tuolloin. Lisäharkinnan jälkeen Yhdistynyt kuningaskunta allekirjoitti sopimuksen vuonna 1884, ja Alankomaista tuli jäsen vuonna 1929.

Vuonna 1889 kilogramman ja metrin kopiot olivat valmiina luovutettavaksi sopimuksen allekirjoittaneille maille.

Yhdysvaltain kongressi ratifioi sopimuksen vuonna 1878. Yhdistynyt kuningaskunta allekirjoitti sopimuksen vuonna 1884. Kumpikaan maa ei säätänyt lakeja, joiden mukaan metrijärjestelmän käyttö olisi pakollista.

Vuonna 1921 metrisopimus laajennettiin koskemaan kaikkia fysikaalisia mittauksia, kuten aikaa, sähköä ja lämpötilaa.

Vuonna 1960 BIPM julkaisi "kansainvälisen yksikköjärjestelmän" (SI). SI selkiytti useita metrijärjestelmän osa-alueita erityisesti luonnontieteissä ja tekniikassa. BIPM myös standardoi SI:n kirjoitustavan, jolloin se on sama kaikilla kielillä.

Historia

Yhdysvaltalaisessa tuopissa on 16 Yhdysvaltain nesteunssia, mutta brittiläisessä tuopissa on 20 brittiläistä nesteunssia.  1700-luvulla tämäntyyppinen tilanne oli yleinen kaikkialla Euroopassa. Kukin maa mittasi pituuden, painon/massan ja tilavuuden omalla tavallaan. Joskus eri maat tai kaupungit käyttivät samaa nimeä eri mittayksiköille. Joskus saman maan eri kaupungeilla oli eri mittaustavat. Vuonna 1789 Ranskassa oli neljännesmiljoona erilaista paino- ja mittayksikköä.

Ranskan vallankumous

Ranskan vallankumouksen aikana ranskalaiset tiedemiehet päättivät, että olisi parempi ottaa käyttöön uusi paino- ja mittajärjestelmä. Järjestelmä olisi sama kaikissa Ranskan maakunnissa ja kaupungeissa. He päättivät myös, että olisi helpompaa, jos uudessa järjestelmässä käytettäisiin 10-lukuja 12-, 16- tai 20-lukujen sijasta, koska ihmiset laskevat yleensä 10-lukuja. Uudesta järjestelmästä tuli Ranskan virallinen mittajärjestelmä vuonna 1799. Yksi Ranskan johtajista, markiisi de Condorcet, julisti, että "[metrijärjestelmä] on kaikkia ihmisiä varten kaikkien aikojen ajan".

He päättivät, että uusi järjestelmä koskisi kaikkia maapallon asukkaita ja että uuden pituusyksikön nimi olisi "metri". He päättivät, että pohjoisnavan ja päiväntasaajan välillä olisi 10 000 kilometriä. Vuosina 1791-1798 kaksi maanmittaria, Pierre Méchain ja Jean-Baptiste Delambre, mittasivat Dunkerquen ja Barcelonan kaupunkien välisen etäisyyden vanhoja ranskalaisia yksiköitä käyttäen ja käyttivät tähtiä leveysasteiden mittaamiseen. Näiden tietojen perusteella he päättelivät, että metrin pituuden pitäisi olla 443,296 lignes. Vuonna 1798 ranskalaiset tiedemiehet valmistivat platinasta tangon, joka oli täsmälleen metrin pituinen. He tallensivat tämän tangon Ranskan arkistoihin. Sitä kutsuttiin nimellä metre des archives. Ihmiset, jotka valmistivat yhden metrin mittaisia viivoittimia, pystyivät tarkistamaan, että heidän viivoittimensa oli yhtä pitkä kuin metre des archives. Muut tutkijat tekivät platinasta kilogramman painon, joka myös talletettiin arkistoihin. Tätä painoa kutsuttiin arkistokilogrammaksi.

Ensimmäinen yritys metrijärjestelmän käyttöönottamiseksi Ranskassa

Vuonna 1799 metrijärjestelmästä tehtiin pakollinen, eli ihmiset velvoitettiin käyttämään sitä lailla Pariisin ympäristössä. Tämä aiheutti paljon sekaannusta, koska poliisi otti käyttöön uudet mitat, mutta asiakkaat käyttivät mieluummin vanhoja. Kauppiaiden oli siis käytettävä molempia. Ihmiset huolestuivat siitä, että uusia toimenpiteitä käytettiin heidän huijaamiseensa. Poliitikot yrittivät valistaa ja vakuuttaa ihmisiä käyttämään metrijärjestelmää, mutta ihmiset hylkäsivät metrijärjestelmän. Vuonna 1800 hallitus yritti tehdä järjestelmästä hyväksyttävän muuttamalla yksiköiden nimet takaisin yksinkertaisempiin nimiin, joita käytettiin ennen metrijärjestelmää. Esimerkiksi desimetri, senttimetri ja millimetri nimettiin uudelleen palme (käsi), doigt (sormi) ja trait (jälki).

Vuonna 1799 Napoleonista tuli Ranskan johtaja. Vuoteen 1812 mennessä hän oli valloittanut suurimman osan Eurooppaa. Hän otti metrijärjestelmän käyttöön valloittamissaan maissa. Vuonna 1815 hän hävisi Waterloon taistelussa. Napoleonin kukistumisen jälkeen useimmat maat alkoivat jälleen käyttää vanhoja mittajärjestelmiään.

Tänä aikana metrijärjestelmä oli vielä virallinen mittajärjestelmä Ranskassa. Ja siinä oli vielä yksinkertaistettuja yksiköiden nimiä. Ranskalaiset käyttivät kuitenkin edelleen totuttuja mittoja. Ranskan hallitus yritti taivutella kansaa siirtymään. He valmistivat massatuotantona metrisiä viivoittimia. Se yritti opettaa ihmisiä käyttämään metrisiä mittoja ja käski poliisin rangaista ihmisiä, jotka eivät suostuneet yhteistyöhön. Lopulta hallitus lopetti yritykset ja vetäytyi metrijärjestelmästä.

Ranska luopuu metrijärjestelmästä

Helmikuun 12. päivänä 1812 Ranska lopetti metrijärjestelmän käytön ja alkoi käyttää uutta järjestelmää nimeltä mesures usuelles. Uusi järjestelmä perustui moniin vanhoihin metrijärjestelmää edeltäviin yksiköihin. Vanhat yksiköt määriteltiin uudelleen pyöreiksi luvuiksi tai murtoluvuiksi käytöstä poistetuista metrisistä yksiköistä. Esimerkiksi livre (punta) otettiin uudelleen käyttöön ja muutettiin 489 grammasta 500 grammaan. Toise määriteltiin uudelleen 2 metriksi. Toise sisälsi 6 pied (jalkaa), ja se muutettiin 324,8 mm:stä¹ ⁄₃ metriin (333,33 mm). Piedissä oli 12 poucea (tuumaa) ja poucessa oli 12 lignesiä.

Toinen yritys metrijärjestelmän käyttöönottamiseksi Ranskassa

Vuonna 1837 heinäkuun monarkia elvytti metrijärjestelmää koskevat lait Ranskassa, ja vuonna 1840 järjestelmä tuli pakolliseksi koko Ranskassa, lähes 50 vuotta sen käyttöönoton jälkeen.

Metrijärjestelmän laajempi käyttöönotto

1800-luvulla monet pienet maat alkoivat tehdä yhteistyötä keskenään. Vuonna 1815 seitsemästätoista pienestä valtiosta muodostettiin Alankomaiden kuningaskunta. Jokaisella valtiolla oli oma mittausjärjestelmänsä. Vuonna 1820 he päättivät, että olisi parempi, jos kaikki käyttäisivät metrijärjestelmää.

Vuonna 1815 muodostettiin Saksan liittovaltio. Se oli 39 eri valtion liitto. Kullakin osavaltiolla oli oma mittausjärjestelmänsä. Vuonna 1834 Saksan liittovaltio muodosti tulliliiton, jota kutsuttiin Zollvereiniksi. Vuonna 1851 Zollverein päätti käyttää metrisiä yksiköitä eri valtioiden välisessä kaupassa. Vuonna 1871 suurin osa Saksan liittovaltion osavaltioista liitettiin yhteen Saksan keisarikunnaksi. Saksan keisarikunta jatkoi metrijärjestelmän käyttöä.

Samana vuonna myös Italia muodostettiin monista pienistä valtioista. Italia päätti myös käyttää metrijärjestelmää sen sijaan, että olisi valinnut jonkin vanhoista mittajärjestelmistä.

Vuoteen 1875 mennessä monet Euroopan ja Latinalaisen Amerikan maat käyttivät jo metrijärjestelmää. Näihin maihin kuuluivat Ranska, Saksa, Italia, Espanja, Portugali, Brasilia, Meksiko, Argentiina, Peru ja Kolumbia. Vuosien 1875 ja 1914 välisenä aikana metrijärjestelmää alkoivat käyttää monet muut maat, kuten Norja, Ruotsi, Tanska, Suomi, Paraguay, Filippiinit ja Vietnam. Vuonna 1917, bolshevikkivallankumouksen aikana, Neuvostoliitto (nykyinen Venäjä) otti metrijärjestelmän käyttöön. Toisen maailmansodan alkuun mennessä useimmat englantia puhumattomat maat olivat ottaneet metrijärjestelmän käyttöön.

Yhdysvallat

Vuonna 1866, sen jälkeen kun useimmat Etelä-Amerikan maat olivat alkaneet käyttää metrijärjestelmää, Yhdysvallat hyväksyi lain, jonka mukaan ihmiset saivat käyttää kaupassa joko metrijärjestelmää tai Yhdysvaltojen tavanomaisia yksiköitä. Ennen vuotta 1893 jaardin pituudeksi määriteltiin Yhdysvaltojen valtiovarainministeriön ylläpitämä "standardyard". Punta määriteltiin "standardipunnan" massaksi. Vuonna 1893 Yhdysvaltain kongressi hyväksyi Mendenhallin määräyksen. Tässä määräyksessä yard määriteltiin tarkalleen³⁶⁰⁰ ⁄₃₉₃₇ metriksi ja punta tarkalleen 0,4535924277 kilogrammaksi. Määräys muutti vain punnan ja yardin määritelmiä. Sillä ei ollut muita vaikutuksia ihmisten elämään.

Vuonna 1975 metrijärjestelmän muuntamista koskeva laki käynnisti virallisen metrijärjestelmän käyttöönottoprosessin. Metrijärjestelmän käyttöönoton oli määrä olla vapaaehtoista. Sitä koordinoi Yhdysvaltain metrijärjestelmälautakunta (U.S. Metric Board). Vuonna 1988 annetussa Omnibus Trade and Competitiveness Act -laissa (Omnibus Trade and Competitiveness Act) säädettiin, että kaikissa liittovaltion hankkeissa oli käytettävä metrijärjestelmän yksiköitä. Lakia ei sovellettu osavaltioiden hankkeisiin. Jotkin osavaltiot vaativat metrijärjestelmän käyttöä, mutta toiset osavaltiot eivät. Jotkin teollisuudenalat siirtyivät käyttämään metrisiä yksiköitä, mutta toiset eivät. Virvoitusjuomia myydään metrimääräisinä. Maitoa myydään tavanomaisissa yksiköissä. Metrisiä yksiköitä käytetään laajalti autojen suunnittelussa. Boeing 787 Dreamliner -lentokoneen kaltaiset lentokoneet on suunniteltu pääasiassa tavanomaisia yksiköitä käyttäen.

Jotkut ihmiset Yhdysvalloissa haluavat siirtyä kokonaan metrijärjestelmään. He sanovat, että se helpottaa kaikkien elämää. Toiset sanovat, että se maksaa liikaa rahaa. Jotkut haluavat käyttää metrijärjestelmää, koska se helpottaa tavaroiden vientiä. Toiset sanovat, että metrijärjestelmä voi toimia vain, jos kaikki viisikymmentä osavaltiota siirtyvät metrijärjestelmään samaan aikaan. Näin ei tapahdu, ellei liittovaltion hallitus ota johtoasemaa.

Yhdistynyt kuningaskunta

Vuonna 1897 Yhdistyneessä kuningaskunnassa säädettiin laki, jonka mukaan ihmiset saivat käyttää kaupassa joko metrijärjestelmää tai keisarillisia yksiköitä. 1960-luvun lopulla kolme neljäsosaa Britannian viennistä suuntautui metrijärjestelmää käyttäviin maihin. Yhdistyneessä kuningaskunnassa käytettiin kuitenkin edelleen imperialistisia yksiköitä. Vuonna 1969 perustettiin metrijärjestelmän laatimislautakunta (Metrication Board), jonka tehtävänä oli auttaa Britanniaa siirtymään metrijärjestelmään. Kukin yritys joutui maksamaan omat kulunsa. Jotkin yritykset säästivät paljon rahaa siirtymällä metrijärjestelmään, koska ne saattoivat valmistaa samoja tuotteita vientiin kuin ne valmistivat Yhdistyneessä kuningaskunnassa myytäviksi. Esimerkiksi lähes kaikissa autoissa käytetään metrijärjestelmän mukaisia muttereita ja pultteja. Toiset yritykset menettivät rahaa, koska ne joutuivat tekemään monia muutoksia, mutta eivät hyötyneet muutoksista.

Kun Metrijärjestelmän laatimislautakunta lakkautettiin vuonna 1981, suurin osa valtionhallinnosta ja teollisuudesta oli siirtynyt metrijärjestelmään, mutta monia arkipäiväisiä asioita, kuten liikennemerkkejä, ei ollut vielä muutettu. Vuonna 2013 tehty kyselytutkimus osoitti, että britit käyttivät yksityiselämässään laajalti sekä metrisiä että imperiumin mittayksiköitä.

Aiheeseen liittyvät sivut

• Yksiköiden muuntaminen
• Kansainvälinen mittayksikköjärjestelmä, kuvaa metrijärjestelmän edistyneempiä näkökohtia.