從“失足”的美國氣象衛(wèi)星說起——計量單位的故事-鄭州市第一〇二高級中學

1998年2月，美國宇航局（NASA）發(fā)射了一枚探測火星氣象的衛(wèi)星，預定于1999年9月23日抵達火星。然而研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星沒有進入預定的軌道，卻陷入了火星大氣層，很快就煙消云散了。NASA的官員經(jīng)過緊急調查，發(fā)現(xiàn)問題居然出在有些資料的計量單位沒有把英制轉換成公制，錯誤起自承包工程的洛克希德馬丁航天公司。美國企業(yè)包括太空工業(yè)使用英制，噴射推進實驗室（國家實驗室）使用公制，承包商理應把英制都轉換成公制，以便噴射推進實驗室每天兩次啟動小推進器，來調整太空船的航向。導航員認定啟動小推進器的力是以公制的"牛頓"為單位。不料，洛克希德馬丁公司提供的資料卻是以英制的"磅"為單位，結果導致太空船的航向出現(xiàn)微小偏差。日積月累，終于差之毫厘，失之千里。
    這個英制未換算成公制的"小錯誤"造成的損失有多大呢？其他損失不計，單單衛(wèi)星的造價就高達1.25億美元，這些費用就這樣全泡了湯。如果美國有統(tǒng)一的度量衡計量單位制，這樣的損失本是可以避免的。
何謂計量單位
    許多人早晨起床，都要聽天氣預報。今天最高溫度20℃（讀作20攝氏度），氣候宜人。去菜場買菜，用秤稱一下，0.5千克（公斤）。上了年紀的人，經(jīng)常要測量血壓，低壓最好能維持在12千帕（約90毫米汞柱）以下。這里的℃、千克、千帕，都是計量單位。計量單位不僅與每個人密切相關，還涉及各行各業(yè)。
    實際上，計量單位是將同類量進行比較時的一個約定的參考量。它是隨著生產(chǎn)力和科學技術的發(fā)展而演變的。在古代，人們常用身體的某些器官或部位的尺度作為計量單位。在遙遠的古埃及時代，人們用中指來衡量人體的身長，認為健美的人身長應該是中指長度的19倍。各個國家、地區(qū)以及各個歷史時期，都有各自的計量單位。僅以長度為例，歐洲曾以手掌的寬度或長度作為長度的計量單位，稱為掌尺。在英國，1掌尺相當于7.62厘米；而在荷蘭，1掌尺卻相當于10厘米。英尺是8世紀英王的腳長，1英尺等于0.3048米。10世紀時英王埃德加把自己大拇指關節(jié)間的距離定為1英寸。1英寸為2.54厘米。這位君王又別出心裁，想出了"碼"這樣一個長度單位。他把從自己的鼻尖到伸開手臂中指末端的距離--91厘米，定為1碼。到了1101年，亨利一世在法律上認定了這一度量單位，此后，"碼"便成為英國的主要長度單位，一直沿用了1000來年。在我國亦有"伸掌為尺"的說法。從秦朝（約公元前221年）至清末（約公元1911年）的2000多年間，我國的"尺"竟由1尺相當于0.2309米到0.3558米的變化，其差別相當懸殊。
    18世紀至19世紀，隨著生產(chǎn)力和科學技術的發(fā)展，人們逐漸認識到計量單位必須符合物理學的概念，也發(fā)現(xiàn)各物理量之間必然存在著一定的聯(lián)系，故其單位之間也必然有一定的關系。由此產(chǎn)生了單位制的概念。同時，國際經(jīng)濟和文化交流的日益頻繁，使人們感到必須建立一種統(tǒng)一而合理的計量單位制度。法國首先創(chuàng)立了米制計量單位。1875年20多個國家簽署了《米制公約》，并設立了國際計量局，簽約國的最高權力機構是國際計量大會。國際統(tǒng)一的計量單位制，促進了國際經(jīng)濟和文化的交流。1960年第11屆國際計量大會通過了"國際單位制"（簡稱SI），它是目前世界上最先進、科學、合理、實用的計量單位制。我國的計量法規(guī)定我國采用"國際單位制"。為了照顧人們的習慣，還選用了一些非國際單位制單位，與國際單位制單位共同組成我國的法定計量單位。
    上面談到的℃、千克、千帕等均屬國際單位制的單位。國際單位制中的每個單位都有嚴格的定義，這里特別介紹一下質量單位"千克"的定義（在日常生活中質量稱為重量，可用公斤作單位）。"千克"實際上是一個用鉑（90％）銥（10％）合金制成的、直徑和高度均為39毫米的圓柱體形狀的標準砝碼，其質量正好為1千克。它保存在法國巴黎的國際計量局地下保險庫內的一個水晶臺上，用3層玻璃罩罩住，罩與臺的結合用特殊的卡鎖。進入保險庫必須用3把鑰匙同時開啟，而這3把鑰匙則分別由國際計量委員會主席、國際計量局局長、法國外交部分別保管，缺少一把都不能進入該保險庫。這是因為一旦該原器失準，全世界所有物體的重量都要變了。由此足見計量單位的重要性了。
    為滿足各國的需要，國際計量局復制了一批"千克副原器"，分發(fā)給參加國際計量組織的國家，我國接受的是編號為No.60的"副原器"。為保證各國質重量計量的準確一致，各國還要定期將此"副原器"送到國際計量局去進行比對。
    大多數(shù)計量單位,如長度的單位"米"、時間的單位"秒"、電流的單位"安培"等,其單位量值都可以通過一定的方法或裝置復現(xiàn)，國際上都有專門的比對方法保證量值統(tǒng)一,確保經(jīng)濟全球化的國際社會計量單位準確一致。

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法定計量單位的使用規(guī)則
    在我國，計量單位必須使用法定計量單位。法定計量單位的使用應參照國家標準GB3100~3102-1993《量和單位》中的有關規(guī)定。
    許用單位以外的非法定計量單位，理應停止使用。不過，由于歷史原因，人們常習慣于使用某些非法定計量單位。例如談血壓時，人們習慣于用"毫米汞柱"，而不熟悉用"帕"來計量;談人體攝熱量時，人們習慣于用"卡"，而不用"焦"。再如一些英制計量單位，如果只簡單地換算為法定計量單位，有時會帶來不便，甚至引起誤解。遇到此類情況，可先寫法定計量單位，然后加括號附注非法定計量單位;或者反過來，先寫非法定計量單位，再加括號附注法定計量單位。也可以采用加腳注或列對照表的方式，表明非法定計量單位與法定計量單位之間的換算關系