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长度单位，是指丈量空间距离上的基本单元，是人类为了规范长度而制定的基本单位。其国际单位是“米”（m），常用单位还有毫米（mm）、厘米（cm）、分米（dm）、千米（km）、微米（μm）、纳米（nm）等。[1]
长度单位大致可分为传统长度单位、国际标准长度单位、英制长度单位等。[2]此外还有光年、秒差距等天文观测的长度单位。[3]长度单位在各个领域都有重要的作用。[1]
概念释义
理解长度单位，首先要理解它的上位概念——单位。《现代汉语词典》对“单位”的解释是：计量事物的标准量的名称。在测量中，以同类量的某定量为基准量，测定已知量相当于基准量的多少倍，该基准量称为单位。如厘米是计量长度的单位，克是计量质量的单位，秒是计量时间的单位。作为数学的例子，还可以说1是自然数的单位，分子为1的分数是分数的单位。[4]
在测量线段的长度时，需要选定某一线段作为测量标准，并规定其长度为1，称这条线段为长度单位。长度单位有很多，主单位是米，其余都是派生的单位。测量时，根据实际需要选择合适的长度单位。如测量跑道的长度用米作单位，测量两个城市之间的距离用千米作单位，而测量跳远的距离用厘米作单位等等。[4]
历史源由
古代常以人体的一部分作为长度的单位。如中国三国时期(公元3世纪初)王肃编的《孔子家语》一书中记载有：“布指知寸，布手知尺，舒肘知寻。”两臂伸开长八尺，就是一寻。还有记载说：“十尺为丈，人长八尺，故曰丈夫。”可见，古时量物，寸与指、尺与手、寻与身有一一对应的关系。西方古代经常使用的长度单位中有所谓的“腕尺”合52~53厘米，与从手的中指尖到肘之间的长度有密切关系。英制中的英寸来源于三粒圆而干的大麦粒一个接一个排成的长度。[5]
1790年法国国民议会通过决议，责成法国科学院研究如何建立长度和质量等基本物理量的基准，为统一计量单位打好基础。次年，又决定采用通过巴黎的地球子午线的四分之一的千万分之一为长度单位，选取古希腊文中“metron”一词作为这个单位的名称，后来演变为“meter”，中文译成“米突”或“米”。从1792年开始，法国天文学家用了7年时间，测量通过巴黎的地球子午线，并根据测量结果制成了米的铂质原器，这支米原器一直保存在巴黎档案局里。法国人开创米制后，由于这一体制比较科学，使用方便，欧洲大陆各国相继采用。[5]
1875年5月20日由法国政府出面，召开了20个国家政府代表会议，正式签署了米制公约，公认米制为国际通用的计量单位。同时决定成立国际计量委员会和国际计量局。到1985年10月止，米制公约成员国已有47个。中国于1977年参加。国际计量局经过几年的研究，用含铂90%、铱10%的合金精心设计和制成了30根横截面呈X形的米原器。这30根米原器分别跟铂质米原器比对，经过遴选，取其中一根作为国际米原器。1889年，国际计量委员会批准了这项工作，并且宣布1米的长度等于这根横截面为X形的铂铱合金尺两端刻线记号间在冰熔点温度时的距离。其余一些米原器都与国际米原器作过比对，后来大多分发给会员国，成为各国的国家基准，以后每隔几十年都要进行周期检定，以确保长度基准的一致性。[5]
19世纪末，在实验中找到了自然镉(Cd)的红色谱线，具有非常好的清晰度和复现性，在15℃的干燥空气中，其波长=6.4384696X10-7米。1927年国际协议，决定用这条谱线作为光谱学的长度标准，并确定1米=1553164.13λcd，人们第一次找到了可用来定义米的非实物标准。后来又发现氪(Kr)的橙色谱线比红线还要优越。1960年，在第十一届国际计量大会上，决定用氪(“Kr)橙线代替镉红线，并决定把米的定义改为：“米的长度等于氪(Kr)原子的2p到5d 能级之间跃迁的辐射在真空中波长的1650763.73倍。”20世纪60年代以后，由于激光的出现，人们用激光代替氪谱线，可以使长度测量得更为准确。只要确定某一时间间隔，就可从光速与这一时间间隔的乘积定义长度的单位。80年代，用激光测真空中的光速c，得c=299792458米/秒。[5]
1983年10月第十七届国际计量大会通过了米的新定义：“米是光在真空中299792458秒的时间间隔内所经路程的长度。”光速c成了一个精确数值。把长度单位统一到时间上，就可以利用高度精确的时间计量，提高长度计量的精确度。[5]
根据2018年11月第二十六届国际计量大会通过的决议，米的定义不变，但进行了新的表述：国际单位制中的长度单位，符号m。当真空中光速c以单位m·s-1表示时，将其固定数值取为299792458来定义米，其中秒用铯频率cs定义。米是由真空中光速c的固定数值299792458m·s-1来定义：1m=c/299792458s，此定义表示1米等于光在真空中行进(1/299792458)s时间的路径长度。[6]
传统的长度单位
自1959年起，中国规定计算制度统一采用国际单位制(SI)。计量制度的改变，需要有一定的适应过程，所以在一定时期内，许可使用中国原有惯用的计量单位，叫做市制，并规定了市制与国际单位制之间的关系。[2]
国际单位制中，常用的长度单位的名称和符号如下：[2]
| 基本单位 | 关系 |
|---|---|
| 米（m）、千米（km）、分米（dm）、厘米（cm）、毫米（mm）、微米（um） | 1m=10dm=100cm=1000mm=1000000um，1km=1000m |
长度的市制单位有里、丈、尺、寸，其间关系为：[2]
1里=150丈=1500尺=15000寸
1m=3尺
注：长度的市制单位已停止使用。[2]
国际标准的长度单位
国际单位制中，长度的标准单位是米，用符号m表示。其他的长度单位还有：光年、拍米(Pm)、兆米(Mm)、公里千米(km)、分米(dm)、厘米(cm)、毫米(mm)、丝米(dmm)、忽米(cmm)、微米(μm)、纳米(nm)、皮米(pm)、飞米(m)、阿米(am)等。国际长度单位是十进制单位，相邻两个单位间的进位率是十，即满十进一。他们同米的换算关系如下：[3][7]
| 1Ym=1X1024m（尧米） | 1Zm=1X1021m（泽米） | 1Em=1X1018（艾米） | 1光年=9.46X1015m（光年） | 1Pm=1X1015m（拍米） |
| 1Tm=1X1012m（太米） | 1Gm=1X109m（吉米） | 1Mm=1X106m（兆米） | 1km=1X103m（千米） | 1hm=1X102m（百米） |
| 1dam=1X101m（十米） | 1dm=1X10-1m（分米） | 1cm=1X10-2m（厘米） | 1mm=1X10-3m（毫米） | 1dmm=1X10-4m（丝米） |
| 1cmm=1X10-5m（忽米） | 1μm=1X10-6m（微米） | 1nm=1X10-9m（纳米） | 1pm=1X10-12m（皮米） | 1fm=1X10-15m（飞米） |
| 1am=1X10-18m（阿米） | 1zm=1X10-21m（仄米） | 1ym=1X10-24m（幺米） |
在实际中还经常使用到的一种单位埃格斯特朗(简称埃，符号A)是一个长度单位。它不是国际制单位，但是可与国际制单位进行换算，即 A=10-10米 =0.1纳米。它一般用于原子半径、键长和可见光的波长。譬如，原子的平均直径(由经验上的半径计算得)在05埃()和3.8埃(铀，最重的天然元素)之间。它还被广泛应用于结构生物学。埃格斯特朗这个单位是为了纪念瑞典科学家安德斯·埃格斯特朗而命名的。埃格斯特朗是光谱学的创始人之一，为太阳光谱的辐射波长制作了谱图，以10-10米为单位。[3]
英制长度单位
以英国和美国为主的少数欧美国家使用英制单位，因此他们使用的长度单位也就与众不同，主要有英里、码、英尺、英寸。[3]英制长度单位不是十进制单位，相邻两个单位间的进位率不是十，即满十不能进一。[7]
| 单位 | 换算 |
|---|---|
| 英里（mile） | 1英里=1760码=5280英尺=1.609344公里 |
| 码（yard，yd） | 1码=3英尺=0.9144米 |
| 英寻（f，fath，Fa） | 1英寻=2码=1.8288米 |
| 浪（furlong） | 1浪=220码=201.17米 |
| 英尺（foot，ft，复数为feet) | 1英尺=12英寸=30.48厘米 |
| 英寸（inch，in) | 1英寸=2.54厘米 |
光年
光年，长度单位，光年一般被用于计算恒星间的距离。光年指的是光在真空中行走一儒略年(365.25日，而每日相当于86400秒，一年就是31557600秒)的距离，它是由时间和速度计算出来的。[3]
光行走一年的距离叫“一光年”。一光年约9.46x1012km。更正式的定义为：在一儒略年的时间中，在自由空间以及距离任何引力场或磁场无限远的地方，一光子所行走的距离。因为真空中的光速是每秒299792458米(准确值)，所以一光年等于9460730472580800米，或5878897915661.709英里，或5108794455193.632海里，或约9.46x1015米=9.46拍米。光年一般是用来度量很大的距离，如太阳系跟另一恒星的距离。光年不是时间单位。[3]
注：1千米(公里)=0.6214英里=0.540海里；1儒略年 =31557600秒。[3]
天文单位
天文单位是一个长度的单位，约等于地球跟太阳的平均距离，天文常数之一。在天文学中测量距离，特别是测量太阳系内天体之间的距离的基本单位，地球到太阳的平均距离为一个天文单位。一天文单位约等于1.496亿千米。1976年，国际天文学联会把一天文单位定义为一颗质量可忽略、公转轨道不受干扰而且公转周期为365.2568983日(一高斯年)的粒子与一个质量相等约一个太阳的物体的距离。当前被接受的天文单位是14959787069130米(约一亿五千万公里或9300万英里)。[3]
最初开始使用天文单位的时候，它的实际大小并不是很清楚，但行星的距离却可以借助日心几何及行星运动法则以天文单位作单位来计算出来。后来天文单位的实际大小终透过视差，以及在近代用雷达来准确地找到。因为引力常数的不确定(只有五六个有效位)，太阳的质量并不能够很准确。如果计算行星位置时使用国际单位，其精确度在单位换算的过程中难免会降低。[3]
一个天文单位的距离，相当于地球到太阳的平均距离，约1.496x108km。[3]
秒差距
秒差距(英文Parsec，缩写pc)是天文学上的一种长度单位。秒差距是一种最古老的，同时也是最标准的测量恒星距离的方法，它是建立在三角视差的基础上的。从地球公转轨道的平均半径(一个天文单位，AU)为底边所对应的三角形内角称为视差。当这个角的大小为1秒时，这个三角形(由于1秒的角的所对应的两条边的长度差异完全可以忽略，因此，这个三角形可以想象成直角三角形，也可以想象成等腰三角形)的一条边的长度(地球到这个恒星的距离)就称为1秒差距。[3]
秒差距主要用于量度太阳系外天体的距离。1秒差距定义为天体的周年视差为1”时的距离。秒差距是周年视差的倒数，当天体的周年视差为0.1”时，它的距离为10秒差距，当天体的周年视差为0.01”时，它的距离便为100秒差距，依次类推。1秒差距等于3.26164光年，或206265天文单位，或30.8568万亿千米。在测量遥远星系时，秒差距单位太小，常用千秒差距(kpe)和百万秒差距为单位。[3]
天体的视差越大，则其距离就越近。反之，则视差越小，离我们越远。离我们最近的恒星(太阳除外)比邻星的秒差距约为1.29pc(4.22光年)。一秒差距等于30835997962819660.8米。1秒差距=3.2616光年=206265天文单位=308568亿公里。[3]
换算表
常见的公制、英制长度单位换算表
公里 km.米 m.厘米 cm.英里 mi.海里 kt.码 yd.英尺 ft.英寸 in.公里 km.110001000000.6213820.5396111093.633280.8939370.7米 m.0.00111000.0006210.0005391.093633.2808939.3707厘米 cm.0.000010.0110.0000060.0000050.01093630.0328080.393707英里 mi.1.609311609.3116093110.8689611760528063360海里 kt.1.85318531853181.150812025.416076.2172914.6码 yd.0.0009143830.91438391.43830.0005680.0004941336英尺 ft.0.0003040.30479430.47940.0001890.0001640.333333112英寸 in.0.0000250.0253992.539950.0000150.0000130.0277770.0883331
注：以上参考资料来源[8]
参考资料 8
- 参考 1
- 参考 2
- 参考 3
- 参考 4
- 参考 5
- 参考 6
- 参考 7
- 参考 8