測定単位

測定単位（または計測単位）は、ある量の明確な大きさであり、慣習または法律によって定義および採用され、同種の量の測定の基準として使用されます。^[1]この種の他の量はすべて、測定単位の倍数として表すことができます。^[2]

たとえば、長さは物理量です。メートル(記号 m) は、特定の所定の長さを表す長さの単位です。たとえば、「10 メートル」(または 10 m) と言及する場合、実際には「メートル」と呼ばれる特定の所定の長さの 10 倍を意味します。

計測単位の定義、合意、および実用は、太古の昔から現在に至るまで、人類の活動において重要な役割を果たしてきました。かつては、多数の単位系が一般的でした。現在では、メートル法の現代形である国際単位系(SI)という世界標準が存在します。

貿易においては、公平性と透明性を確保するために、度量衡はしばしば政府規制の対象となります。国際度量衡局(BIPM) は、計測の世界的な統一性と国際単位系 (SI) へのトレーサビリティを確保することを任務としています。

計量学は、国内および国際的に受け入れられる測定単位を開発する科学です。

物理学と計量学において、単位は、明確な定義がなければ役に立たない物理量の測定の基準です。実験結果の再現性は科学的手法の中心です。標準単位系はこれを可能にします。科学的単位系は、歴史的に商業目的で開発された重量と測定の概念を改良したものです。^[3]

科学、医学、工学では、日常生活で使用されるものよりも大きい単位や小さい単位がよく使用されます。測定単位を慎重に選択することで、研究者は問題を解決しやすくなります(たとえば、次元解析を参照)。

社会科学には標準的な測定単位はありません。

測定単位は、物理的特性の標準化された量であり、その特性の発生量を表す要素として使用されます。測定単位は、人類が発明した最も初期のツールの 1 つです。原始社会では、適切なサイズと形状の住居の建設、衣服の縫製、食料や原材料の物々交換など、多くの作業に基本的な測定単位が必要でした。

知られている最も古い統一された測定システムはすべて、紀元前4千年紀から3千年紀のいつか、メソポタミア、エジプト、インダス川流域の古代民族、そしておそらくペルシャのエラムの間で作成されたようです。

聖書には重さと量り方について言及されています（レビ記 19:35–36）。正直であることと公正な量り方をすることは戒めです。

イングランドの男爵らがジョン王の印章を押印した 1215 年のマグナ カルタ(大憲章)では、ジョン王は第 35 項で「我が王国全体でワイン 1 升、エール 1 升、穀物 1 升、すなわちロンドン クォートとする。また、染め布、赤褐色布、鎖帷子布の幅は 1 つ、すなわち耳の下 2 エルとする」と同意しました。

21世紀の時点で、世界では国際単位系が主に使用されています。米国慣用単位系や帝国単位系など、多くの場所で使用されている他の単位系も存在します。米国は、少なくとも大部分がメートル法に移行していない唯一の先進国です。^[4]世界的に受け入れられる単位系を開発するための体系的な取り組みは、フランス国民議会がフランス科学アカデミーにそのような単位系を考案するように命じた1790年にまで遡ります。このシステムは、フランスで急速に開発されたメートル法の前身でしたが、世界的に受け入れられるようになったのは、1875年に17か国がメートル法条約に署名した後でした。この条約が調印された後、国際度量衡総会(CGPM) が設立されました。CGPM は、1954年の第10回度量衡会議で採択された現在の SI を作成しました。現在、米国は SI と米国慣用単位系の両方を使用する二重システム社会です。^{[5] [6]}

何らかの量に単一の測定単位を使用することには、明らかな欠点があります。たとえば、2 つの都市間の距離と針の長さに同じ単位を使用することは非現実的です。したがって、歴史的には、これらは独立して発展してきました。大きな数字や小さな分数を読みやすくする 1 つの方法は、単位の接頭辞を使用することです。

しかし、ある時点で、2 つの単位を関連付ける必要が生じ、その結果、一方の単位を他方の単位を定義するものとして選択する必要が生じます (逆の場合も同様)。たとえば、1インチは大麦の粒で定義できます。計測システムとは、計測単位と、それらを相互に関連付ける規則の集合です。

科学が進歩するにつれ、長さ、重さ、体積など、さまざまな量の測定システムを関連付ける必要性が生じました。さまざまな従来のシステムを相互に関連付けようとする努力により、多くの矛盾が明らかになり、新しい単位とシステムの開発がもたらされました。

単位系は国によって異なります。いくつかの異なるシステムには、センチメートル-グラム-秒、フィート-ポンド-秒、メートル-キログラム-秒、国際単位系（SI）などがあります。世界で使用されているさまざまな単位系の中で、最も広く使用され、国際的に受け入れられているのはSIです。SIの基本単位は、秒、メートル、キログラム、アンペア、ケルビン、モル、カンデラです。他のすべてのSI単位は、これらの基本単位から派生しています。^{[7] [8] : 132}

現代で使用されている計測システムには、メートル法、ヤードポンド法、米国慣用単位などがあります。

歴史的に、使用されてきた測定システムの多くは、ある程度、人体の寸法に基づいていました。そのような単位は、人体単位と呼ばれるもので、前腕の長さに基づいたキュビット、歩幅に基づいた歩幅、足と手が含まれます。^{[9] : 25}結果として、測定単位は場所だけでなく人によっても異なる可能性があります。人体に基づかない単位は、ハロンとエーカーの場合のように農業に基づく可能性があり、どちらも一組の牛が耕作できる土地の面積に基づいています。

メートル法の単位は、 1791 年にフランスで最初のメートル法が採用されて以来、進化してきました。現在の国際標準のメートル法は、国際単位系(略称 SI) です。現代のシステムの重要な特徴は標準化です。各単位には、世界的に認められたサイズがあります。

帝国単位と米国慣用単位はどちらも、以前の英国単位に由来する。帝国単位は主にイギリス連邦と旧大英帝国で使用されていた。米国慣用単位は、科学、医学、産業の多くの分野、政府や軍隊の一部を除いて、米国で現在も使用されている主要な測定システムであり、議会が1866年7月28日にメートル法の測定を法的に認可したにもかかわらずである。 ^{[10]米国の}メートル法化に向けていくつかのステップが踏まれており、特に基本的な米国および帝国単位をSI単位から正確に派生するように再定義しています。1959年の国際ヤード・ポンド協定以来、米国および帝国インチは現在、正確に1インチと定義されています。0.0254  m、そして米国および帝国常用ポンドは現在正確に次のように定義されています。0.453 592 37  kg . ^[11]

上記の単位系は任意の単位値に基づいており、標準として形式化されていますが、物理学における自然単位は物理的原理に基づいていたり、物理方程式を扱いやすくするために選択されたものです。たとえば、原子単位（au）は、原子物理学における波動方程式を簡素化するために設計されました。^[12]

科学では、珍しい非標準単位に遭遇することがあります。これには太陽の質量（2 × 10 ³⁰  kg）、メガトン（100万トンのトリニトロトルエン（TNT）を爆発させたときに放出されるエネルギー）、電子ボルトです。

小売詐欺の発生を減らすために、多くの国の法律では、使用できる重量と測定単位の標準的な定義（「法定測定単位」）が定められており、これらは法務官によって検証されます。^{[引用が必要]}

非公式な設定では、数量は身近な実体の倍数として記述される可能性があり、これは正式な単位系の値よりも文脈化しやすい場合がある。たとえば、出版物では外国の面積を読者の地域の面積の倍数として記述することがある。特定の概念が頻繁に使用される傾向があるため、単位の「システム」が緩く定義される可能性がある。^{[13] [14]}

ほとんどの量では、その物理量の値を伝えるために単位が必要です。たとえば、何らかの単位を使用せずに特定の長さを伝えることは不可能です。なぜなら、与えられた値の意味を理解するために使用する参照がなければ長さを説明できないからです。

しかし、すべての量が独自の単位を必要とするわけではありません。物理法則を使用すると、量の単位は他の量の単位の組み合わせとして表現できます。したがって、必要な単位はごくわずかです。これらの単位は基本単位として採用され、他の単位は派生単位です。したがって、基本単位は他の量から独立した量の単位であり、長さ、質量、時間、電流、温度、光度、物質の量などの単位です。派生単位は基本量から派生した量の単位であり、派生単位には速度、仕事、加速度、エネルギー、圧力などの単位があります。^[7]

さまざまな単位系は、基本単位と派生単位を含む一連の関連単位のさまざまな選択に基づいています。

単位は同じ種類の場合にのみ加算または減算できますが、ジョージ・ガモフが説明したように、単位は常に乗算または除算できます。「2メートル」と「3秒」とすると、 ${\displaystyle Z}$${\displaystyle W}$

${\displaystyle 2\,\mathrm {metres} \times 3\,\mathrm {seconds} =\{Z\}\{W\}\times [Z][W]=6\,\mathrm {metres} \times \mathrm {seconds} }$。

ユニットには特定のルールが適用されます。

• 同じ項だけを追加できます。単位をその単位自身で割ると、単位のない単位になります。2 つの異なる単位を掛け合わせたり割ったりすると、新しい単位が生成され、単位の組み合わせで参照されます。たとえば、SI では、速度の単位はメートル毎秒 (m/s) です。次元解析を参照してください。単位をその単位自身で掛け合わせると、指数付きの単位 (例: m ² /s ² ) が作成されます。簡単に言えば、単位は指数の法則に従います (指数法則を参照してください) 。
• 一部の単位には特別な名前が付けられていますが、これらは同等のものとして扱う必要があります。たとえば、1 ニュートン (N) は 1 kg⋅m/s ^{2に相当します。したがって、1 つの量に複数の単位指定が使用されることがあります。たとえば、}表面張力の単位は、 N/m (ニュートン毎メートル) または kg/s ² (キログラム毎秒の 2 乗)のいずれかで表されます。

合意された単位の重要性を示す一例として、NASAの 火星探査機マーズ・クライメート・オービターの失敗が挙げられます。この探査機は1999年9月の火星探査ミッション中に、力の値に関する誤解により（軌道に乗る代わりに）誤って破壊されました。異なるコンピュータプログラムが異なる測定単位（ニュートンとポンド力）を使用していたためです。かなりの労力、時間、資金が無駄になりました。^{[16] [17]}

1999年4月15日、上海発ソウル行き大韓航空貨物便6316便が、管制塔の指示（メートル）と高度計の指示（フィート）を乗務員が混同したために行方不明となった。乗務員3名と地上の5名が死亡、37名が負傷した。^{[18] [19]}

1983年、ボーイング767（パイロットの滑空技術のおかげで安全に着陸し、ギムリグライダーとして知られるようになった）が、エアカナダがメートル法を使用した最初の航空機の燃料供給を計算する際の2つのミスにより、飛行中に燃料切れになった。^[20]この事故は、メートル法とヤードポンド法の同時使用による混乱と、質量と体積の測定の混乱の両方の結果であった。

1480年代に大西洋を横断する航海を計画していたコロンブスは、アラビアの推定値56マイルが1マイルであると誤って想定していました。+2/3⁠ 1度の大きさをマイルとしたのは、実際にははるかに短いイタリアのマイルの1,480メートルと同じだった。したがって、彼が推定した1度の大きさと地球の円周は約25％小さすぎた。^{[21] : 1  : 17}

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ウィキメディア・コモンズには、計測単位に関連するメディアがあります。

• ロウレット、ラス (2018) 『何個ある？測定単位辞典』
• NIST ハンドブック 44、計量および測定機器の仕様、許容差、およびその他の技術要件
• SI公式サイト
• 数量システムフレームワーク – 単位変換と数量予測のための数量システムライブラリと計算機
• 選択された変換係数を持つ単位のリスト

歴史的

• 「ローマ（つまりオスマン帝国）とエジプトの計測単位間の換算のための算術慣例」は、計測単位に関するアラビア語の 1642 年の原稿です。
• 「度量衡」 。新国際百科事典。1905年。

法律上の

• アイルランド – 1996年計量法
• 英国内で現在施行されている 1995 年測定単位規則 (修正を含む) のテキスト ( legislation.gov.ukより)。

メトリック情報

• BIPM（公式サイト）
• 統一計測単位コード (UCUM)