公制
gōng zhì
公制是一种十进制的测量系统,其中各单位之间以十的幂次相互关联,使换算变得简单。
Definition
公制是一种测量方式,其中每一个单位都是相邻单位的 $10$ 倍或十分之一,因此换算单位就像移动小数点一样简单。基本单位(米、克、升)通过表示十的幂次的词头来缩放,例如表示 $1000$ 的“千”、表示 $1/100$ 的“厘”和表示 $1/1000$ 的“毫”,实验室里任何大小的量都可以用一个方便的词头来表示。它的强大之处在于同一套词头统一应用于每一个单位,以及各单位之间历史上的关联(一升等于一立方分米,一克等于接近 $4^\circ\text{C}$ 时一立方厘米水的质量),这使得长度、体积和质量之间可以不借助常数就相互换算。全世界的科学都使用公制,美国在科学、医疗和制造业中也使用公制,同时在日常生活中保留习惯单位。
Example
一株高 $8.5\ \text{cm}$ 的豆苗,也是 $85\ \text{mm}$ 高。一个装有 $250\ \text{mL}$ 的量筒,也装有 $0.250\ \text{L}$;一辆 $350\ \text{g}$ 的小车就是 $0.350\ \text{kg}$;一个 $1.5\ \text{m}$ 的斜面就是 $150\ \text{cm}$ 或 $1500\ \text{mm}$,每一次换算都只是移动小数点,而不需要背乘法表。一瓶 $2.0\ \text{L}$ 的水体积为 $2000\ \text{cm}^3$,在 $1.00\ \text{g/cm}^3$ 下质量为 $2000\ \text{g} = 2.0\ \text{kg}$,而用习惯单位做同样的推理,则需要记住诸如“每加仑 $8.34$ 磅”这样的常数。
Key Insight
英寸换算成英尺要乘 $12$,英尺换算成英里要乘 $5280$,而公制永远是 $10$、$100$ 或 $1000$,这正是科学使用公制的原因。这套系统通过水把长度、体积和质量联系起来:$1\ \text{cm}^3$ 装 $1\ \text{mL}$,$1\ \text{mL}$ 水的质量约为 $1\ \text{g}$。1999 年火星气候探测者号的丢失,就是因为一个团队使用磅力秒,另一个团队使用牛顿秒;单位系统不是一种形式上的规定,不匹配可以毁掉整个实验。