Mõõtühikud annavad standardid, et meie mõõtmiste numbrid viitaksid ühele ja samale asjale. Mõõtmine on protsess, mis kasutab numbreid füüsikalise suuruse kirjeldamiseks. Me saame mõõta, kui suured on asjad, kui soojad nad on, kui rasked nad on ja palju muid omadusi. Mõõtühikud võimaldavad andmeid võrrelda, korrata katseid ja luua tehnilisi ning teaduslikke standardeid.

Mõiste ja näide

Näiteks meeter on pikkuse mõõtmise standardühik. Enne selle definitsiooni muutumist oli meetrit pikka aega defineeritud kui kaugus kahe spetsiaalsel vardal oleva tähise vahel (platinum‑iridium standardvarda näide). Tänapäeval määratletakse meeter täpsemalt kvantfüüsika ja valguse abil: meetri aluseks on valguse kiirus vaakumis—ametlikult on meeter see vahemaa, mille valgus läbib vaakumis teatud ajaühikus. Kui öelda, et millegi pikkus on kaks meetrit, tähendab see, et see on kaks korda suurem kui see etteantud standardpikkus.

Lühike ajalooülevaade

Varasematel sajanditel kasutati eri riikides ja regioonides palju erinevaid mõõtühikuid (näiteks jalad, küünar, naelad), mis tekitasid segadust kaubanduses ja teaduses. 18.–19. sajandil tekkis vajadus ühtsete rahvusvaheliste süsteemide järele, mis viis lõpuks meetermõõdustiku ja hiljem rahvusvaheliste lepingute ning organisatsioonide tekkeni. Tänapäeval haldab ja arendab rahvusvahelist mõõtühikute süsteemi BIPM (Bureau International des Poids et Mesures), mis koordineerib SI ja selle definitsioone.

Peamised mõõtühikute süsteemid

Tänapäeval kuulub enamik mõõtühikuid ühte kolmest peamisest süsteemist:

  • SI ehk meetermõõdustik (süsteemide kaasaegne rahvusvaheline versioon), mis põhineb kümnendil ja millel on koherentne alusühikute hulk ning sünonüümsed prefiksid (milli-, senti-, kilo- jms).
  • Briti imperialistlik süsteem ja sellega tihedalt seotud USA tavasüsteem, mis kasutavad mitmesuguseid ühikuid nagu jalga, naela ja palju teisiti organiseeritud alamühikuid (näiteks toll ja unts).
  • Erinevad ajaloos kasutusel olnud ja kohalikud süsteemid, mis on paindlikud, kuid sageli ebastandardiseeritud.

Imperial ja USA tavasüsteem

Kaks vanemat, Briti imperialistlik süsteem ja USA tavasüsteem, kasutavad pikkuse mõõtmiseks jalga ja tolla, kaalu mõõtmiseks naela ning aja mõõtmiseks sekundit. Need süsteemid sisaldavad ühikuid ja teisendusi, mis ei põhine kümnendkorrastel jagudel: näiteks on jalas 12 tolli ja naelas 16 untsi. Kuigi need ühikud on igapäevaelus endiselt laialt levinud (eelkõige USA-s), on teaduses ning rahvusvahelises tehnilises koostöös eelistatud SI-süsteem.

SI-süsteem ja selle loogika

Kolmest süsteemist kõige uuem ja kasutatavam on meetermõõdustik ehk SI-süsteem. Selle aluseks on seitse baasühikut (meter, kilogramm, sekund, amper, kelvin, mool ja kandelah), millest tuletatakse kõik teised ühikud. SI on koherentne süsteem: kui baasühikud kombineerida, tekib automaatselt tuletatud ühik ilma lisakorrutusteta. Näiteks jõud on Newton (kg·m/s²) ja rõhk Pascal (N/m²).

SI-s kasutatakse prefikse (kilo-, mega-, milli-, mikro- jpt), mis põhinevad kümnendkordadel, et hõlpsasti väljendada väga suuri või väga väikeseid väärtusi. Näiteks 1 meeter = 100 sentimeetrit ja 1 kilogramm = 1000 grammi.

Mõned olulised täpsustused mõõtühikute definitsioonides

  • Ajastu täpsustamise tulemusena on sekund defineeritud nii, et see vastab kindla arv-lainetele teadaoleva aatomkäitumise põhjal (tsesium-133 aatomi vööndi ülemineku sagedus).
  • Meeter on praegu defineeritud valguse kiiruse fikseeritud väärtuse kaudu vaakumis (CGPM aktsepteeris selle määratluse ametlikult 1983. aastal).
  • Kilogrammi definitsioon muutus hiljuti: alates 2019. aastast on kilogramm defineeritud Plancki konstandi fikseeritud väärtuse kaudu, mis sidus massi kvantfüüsika konstantidega ja loob stabiilse, kordusväärse standardi ilma füüsilise massivarda vajaduseta.

Aja mõõtmine ja erandid

Aja mõõtmine ei järgi alati kümnendsüsteemi prefikse—see tugineb pigem seksagesimaalsele süsteemile: 60 sekundit moodustab ühe minuti ja 60 minutit ühe tunni. Ka päeva jagunemine, kuu- ja aastaarvutused on seotud astronoomiliste ja kalendriliste tingimustega ning võivad nõuda täiendavaid korrigeerimisi (näiteks liigaasta või hüposekunde).

Miks ühtsed mõõtühikud on tähtsad

Ühtsed mõõtühikud tagavad, et leiutised, teaduslikud tulemused ja tehnilised standardid on rahvusvaheliselt mõistetavad ja korduvuskatsete jaoks võrreldavad. Need vähendavad vigu tööstuses, meditsiinis, ehituses ja teaduses. Rahvusvaheline koostöö standardite alal (näiteks SI arendamine) on võimaldanud kiiret tehnoloogilist arengut ning automatiseeritud mõõtmislahendusi kogu maailmas.

Praktiline soovitus: kui tegutsete rahvusvahelises keskkonnas või teaduses, kasutage võimalusel SI-ühikuid; kui peate teisendama ühikuid Imperial/USA ja SI vahel, kasutage täpseid teisendustegureid või usaldusväärset teisendustarkvara, kuna ümardamisest võivad tekkida olulised vead.