Меню

Системы единиц измерения естествознание



Системы единиц измерения естествознание

Большинство научных экспериментов и наблюдений предусматривают проведение различных измерений. Измерение — это процесс, суть которого заключается в определении количественных значений тех или иных свойств сторон изучаемого объекта или явления с помощью специальных технических устройствв.

Огромное значение измерений для науки отмечали многие известные ученые. Например,. Д. И. Менделеев подчеркивал, что»наука начинается с того момента, когда начинают измерять»А известный английский ф физик. В. Томсон (Кельвин) указывал на то, что»каждая вещь известна лишь настолько, насколько ее можно измеритьряти».

Важной стороной процесса измерения является методика его проведения. Она представляет собой совокупность приемов, основанных на определенных принципах и средствах измерения. Под принципами измерения в данном випа адку понимают какие-то явления, лежащие в основе измерений (например, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффектау).

Наличие субъекта (исследователя), который проводит измерения, является не обязательным. Он может и не принимать непосредственного участия в процессе измерения, если измерительная процедура является составной частью работ ты автоматической информационно-измерительной системы. Последняя базируется на использовании электронно-вычислительной техники. Причем, когда появились * сравнительно недорогие компьютеры, измерительная техника дист ала возможность создавать»интеллектуальные»приборы, обработку данных измерений осуществляют одновременно с собственно измерительными операциямями.

Результат измерения имеет вид некоторого числа единиц измерения. Единица измерения — это эталон, с которым сравнивается характеристика объекта или явления, измеряется (эталона присваивается числовое с значение»1″). Существует много единиц измерения, что соответствует большом количестве объектов, явлений, их свойств, характеристик, связей, которые приходится измерять в процессе научного познания. При этом единицы измерения подразделяются на основные, которые являются базисными при построении системы единиц, и производные, выводимые из других единиц на основе каких-то математических соотношенияхень.

Методику построения системы единиц как совокупности основных и производных единиц впервые предложил в 1832 году. К. Хаусе. Он предложил систему единиц, в которой за основу были приняты три произвольные, независимый лежаки друг от друга основные единицы — длины (миллиметр), массы (мг) и времени (секунда). Все остальные (производные) единицы можно было определить с помощью этих трех. Позже, с развитием науки и техники, появились и другие системы единиц физических величин, построенные по принципу, предложенному. Гауссом. Они базировались на метрической системе мер, но отличались друг от друга основными единицамицями.

Кроме того, в физике появились так называемые естественные системы единиц их основные единицы определялись на основе законов природы (это исключало произвол человека как фактора, влияющего на построение указанных сис стем). В качестве примера можно привести»естественную»систему физических единиц, предложенную в свое время. Максом. Планком. За ее основу был взят»мировые стали»: скорость света в вакууме, стала тяжести, стала. Потому льцмана и постоянная. Планка. Взяв эти величины за основу и приравняв их к»1″,. Планк получил ряд производных единиц (длины, массы, времени и температурыури).

Ученый писал по поводу единиц предложенной им системы так:»Эти величины сохраняют свое естественное значение, пока законы всемирного тяготения и распространения света в вакууме и два основных начала терм модинамикы остаются неизменными, они должны быть одинаковыми, какими бы разумными существами и какими бы методами они не определялись.

Значение подобных»естественных»систем единиц (к ним относятся также система атомных единиц. Хартри и некоторые другие) заключается в существенном упрощении вида отдельных уравнений физики. Однако запись единиц таких х систем делает их неудобными для применения на практике. Кроме того, точность измерения основных единиц подобных систем, необходимая для установки всех других производных единиц, является отнюдь не достаточной ной. По указанным причинам предложенные до сих пор»естественные»системы единиц не могут в настоящее время решить проблему унификации единиц измеренияння.

Вопрос об обеспечении единообразия при измерении величин, отражающих те или иные явления материального мира, всегда было очень важным. Отсутствие такой единообразия в прошлом создавало существенных ни трудности в развитии научного познания. Например, до 1880 года включительно не существовало согласованности относительно измерения электрических величин: использовалось 15 различных единиц электрического сопротивления, 8 единицу ц. ЭДС, 5 единиц электрического тока и тд. Такое положение дел в значительной мере затруднял сопоставление результатов измерений и расчетов, выполненных различными исследователями. Остро возникла не необходимость введения единой системы электрических единиц. Такую систему было принято на. Первом международном конгрессе по электричеству, который состоялся в 1881 роц1 році.

Наибольшее распространение в настоящее время в естествознании приобрела. Международная система единиц (СИ), принятая в 1960 г. на 11. Генеральной конференции по вопросам мер и весов. В основе. Международной системы единиц — семь м основных (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела, моль) и две дополнительные (радиан, стерадиан) единицы. С помощью специальной таблицы множителей и приставок можно образовывать кратные и частично и единицы (например, с помощью множителя 10

Читайте также:  Набор для измерения ферментов

3 и добавление префикса»моли»к наименованию каждой из названных выше единиц измерения можно образовывать частичную единицу величиной в одну тысячную от в ихидноиої).

Международная система единиц физических величин является наиболее совершенной и универсальной среди всех существовавших до сих пор. Она охватывает физические величины механики, термодинамики, электродинамики и оптик ки, которые связаны между собой физическими законами.

Неотложной потребностью в условиях современной научно-технической революции является создание единой. Международной системы единиц измерения. Поэтому такие международные организации, как. ЮНЕСКО и. Международная организация законод ных метрологии обязали государства, которые являются членами этих организаций, принять вышеупомянутую. Международную систему единиц и градуировать все измерительные приборы в соответствии с этими единицамиь.

Существует несколько видов измерений. Учитывая характер зависимости измеряемой величины от времени, измерения разделяют на статические и динамические. При статических измерений величина, которую мы измеряем остается постоянной во времени (измерение размеров тел, постоянного давления и тп). К динамическим относятся такие измерения, в процессе которых измеряемая величина изменяется во времени (измерение вибраций, сми нных давлений и тпі т.п.).

По способу получения результатов различают измерения прямые и косвенные. Когда проводят прямые измерения, неизвестное значение измеряемой величины получают путем непосредственного сравнения ее с. ЭТАЛ лоном или определяют с помощью измерительного прибора. Когда прибегают к косвенного измерения, искомую величину определяют с помощью известной математической зависимости между этой величиной и другими ве личинами, полученными путем прямых измерений (например, определения удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения). Косвенные измерения широко используют ся в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить непосредственно, или когда прямое измерение дает менее точный ретат.

Технические возможности измерительных приборов в значительной степени отражают уровень развития науки. С точки зрения современной науки, приборы, использовавшиеся учеными-натуралистами в 19 веке и в начале у нашего века, были очень несовершенными. Однако с помощью этих приборов были открыты и изучены важные закономерности природы, по блестящие эксперименты, которые оставили заметный след в истории науки оценке, например, значение известных измерений скорости света, проведенных американским физиком. А. Майкельсоном, для последующего развития науки, академик. С. И. Вавилов писал:»На основе его экс экспериментальных открытий и измерений выросла теория относительности, развились и рафинувалися волновая оптика и спектроскопия, окрепла теоретическая астрофизикаізика».

С прогрессом науки развивается и измерительная техника. Вместе с совершенствованием существующих измерительных приборов, работающих на основе традиционных, устоявшихся принципов (замена материалов, из которых изготовл лено детали прибора, внесения в его конструкцию отдельных изменений и тд), происходит переход к принципиально новых конструкций измерительных устройств, что обусловлено новыми теоретическими находками. Последняя ом случае создаются приборы, в которых внедряются новые научные достижения. Так, например, развитие квантовой физики существенно расширил возможности измерений с высокой степенью точности. Использование эффе го пункта. Мессе-бауэра позволило создать прибор, который имеет точность, приближается к 10″13% измеряемой величиныої величини.

Хорошо развито измерительное приборостроение, разнообразие методов и высокие характеристики средств измерения способствуют прогрессу в научных исследованиях. В свою очередь, решение научных проблем, я как уже отмечалось выше, часто открывает новые пути для совершенствования самих измеренийь.

Источник

ЕСТЕСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ ЕДИНИЦ

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .

системы единиц измерений, в к-рых за осн. единицы приняты фундам. постоянные — скорость света в вакууме с, гравитац. постоянная G, постоянная Планка h, постоянная Больцмана k, число Авогадро N A и др. В обычных системах единиц размер осн. единиц выбирают произвольно; этот выбор определяет значение коэф. в разл. физ. соотношениях. В Е. с. е. приняты за единицы сами эти коэф., являющиеся мировыми постоянными, и при этом условии из физ. соотношений вычисляются единицы разл. физ. величин. Т. о., вид соответствующих ур-ний физики значительно упрощается. В разл. областях применяются разл. Е. с. е., в к-рых ур-ния освобождаются от коэф., содержащих размерные постоянные. Е. с. е. можно в принципе воспроизвести в лаборатории без сравнения с эталонами. 0 , различная для разных элементарных частиц, задаётся массой М частицы:В теории тяготения масштаб длины определяется гравитац. радиусом r g =2GM/c 2 , также связанным с массой М. В планковской системе единиц за единицу длины L p берётся ср. геометрическое — 0 и r g

к-рое не зависит от масс. Др. способ введения Е. с. е. состоит в определении планковской единицы массы М р из условия где левая часть представляет собой гравитац. аналог тонкой структуры постоянной.
Ниже приведена таблица значений единиц планковской системы в единицах СИ:

Иногда через фундам. постоянные выражают единицу заряда Q p =(hc) 1/2 = l,8756.10 -8 Кл и сопротивления R р =1/с=29,98 Ом. Точность единиц ограничивается точностью, с к-рой определена гравитац. постоянная G=6,6745 (b0,0008) .10 -11 м 3 кг -1 c -2 .В теории электрослабого взаимодействия используется система, в к-рой единица длины L F определяется, исходя из константы Ферми (константы слабого четырёхфермионного взаимодействия, см. Слабое взаимодействие), в обычных для физики высоких энергий единицах:Единица энергии в ней равна В модели великого объединения (ВО) вводится система, точные масштабы единиц к-рой пока не определены. Оценка масштаба единиц такой системы:

отражает иерархию масштабов в совр. эволюц. модели Вселенной.

Читайте также:  Безопасность при измерении высоких напряжений

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Смотреть что такое «ЕСТЕСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ ЕДИНИЦ» в других словарях:

Естественные системы единиц — системы единиц (См. Система единиц), в которых за основные единицы приняты фундаментальные Физические постоянные такие, например, как гравитационная постоянная G, скорость света в вакууме с, постоянная Планка h, постоянная Больцмана k,… … Большая советская энциклопедия

ЕСТЕСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ ЕДИНИЦ — системы единиц, в которых за основные единицы приняты фундаментальные физические постоянные (напр., скорость света, Планка постоянная и др.). Применение единиц естественных систем часто позволяет упростить запись уравнений теоретической физики… … Большой Энциклопедический словарь

естественные системы единиц — системы единиц, в которых за основные единицы приняты фундаментальные физические постоянные (например, скорость света, Планка постоянная и др.). Применение естественной системы единиц часто позволяет упростить запись уравнений теоретической… … Энциклопедический словарь

ЕСТЕСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ ЕДИНИЦ — системы единиц, в к рых в качестве осн. единиц приняты фундаментальные фиэ. постоянные. Наиболее известными Е. с. е. являются системы М. Планка и Д. Хартри. В Е. с. е. Планка в качестве осн. единиц приняты: Планка постоянная h, скорость света в… … Большой энциклопедический политехнический словарь

ЕСТЕСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ ЕДИНИЦ — системы единиц, в к рых за осн. единицы приняты фундам, физ. постоянные (напр., скорость света, постоянная Планка). Применение Е. с. е. часто позволяет упростить запись ур ний теоретич. физики (см., напр., Хартри система единиц) … Естествознание. Энциклопедический словарь

система единиц — совокупность основных (независимых) и производных единиц физических величин, отражающая существующие в природе взаимосвязи этих величин. При определении единиц системы подбирается такая последовательность физических соотношений, в которой каждое… … Энциклопедический словарь

СИСТЕМА ЕДИНИЦ — физических величин, совокупность основных и производных единиц нек рой системы физ. величин, образованная в соответствии с принятыми принципами. С. е. строится на основе физ. теорий, отражающих существующую в природе взаимосвязь физ. величин. При … Физическая энциклопедия

Система единиц — совокупность основных и производных единиц, относящаяся к некоторой системе величин и образованная в соответствии с принятыми принципами. С. е. строится на основе физических теорий, отражающих существующую в природе взаимосвязь физических … Большая советская энциклопедия

Хартри система единиц — одна из естественных систем единиц (См. Естественные системы единиц), в которой приравнены единицам следующие фундаментальные физические постоянные: заряд e и масса me электрона (e = 1,6021892·10 19 кг и me = 0,9109534·10 30 кг), Бора… … Большая советская энциклопедия

СИСТЕМА ЕДИНИЦ — физических величин совокупность единиц физ. величин, образованная в соответствии с принятыми принципами для нек рой системы величин. См. Естественные системы единиц, Система единиц МКГСС, Система единиц МКС, Система единиц МКСА, Система единиц… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Источник

Системы единиц измерения естествознание

Для того чтобы что-то точно измерять и сравнивать затем полученные числа, требуется установить единицу измерения, чтобы затем принять в качестве меры количество этих единиц.

Рис. 22. Длина ступни как единица измерения использовалась в большинстве древних культур. Например, в Шумере стандартом этой меры была длина ступни статуи правителя Гудеа Лагашского (XXII в. до н. э.)

Основное правило измерения заключается в том, чтобы представить характеристику измеряемого объекта в виде произведения единицы измерения на какое-то число (целое, дробное или даже иррациональное). Если A обозначает степень измеряемого свойства, B – единицу измерения, а k– числовое значение измеряемой величины, то результат измерения выражается таким образом: A = kB.

На протяжении всей своей истории человечество занималось выбором единиц измерения. В первую очередь людей интересовали протяжённость объектов в пространстве (длина, площадь, объём) и вес предметов. Наиболее распространёнными мерами длины были части человеческого тела, такие как пядь – расстояние между концами растянутых большого и указательного пальцев руки (рис. 21), локоть – расстояние от конца пальцев до локтевого сустава (очень удобный способ измерения длины ткани), фут (по-английски – ступня), дюйм, равный ширине большого пальца взрослого мужчины (рис. 22). В России распространённой мерой длины была сажень, также определяемая расстояниями между различными точками человеческого тела[3] (рис. 23). Сажень равнялась приблизительно 2,14 м и делилась на три аршина, а аршин, в свою очередь, – на 16 вершков.

Читайте также:  Измерение температуры электронным градусником омрон

Рис. 23. Сажень: А – косая; Б – прямая

Но, как всем известно, части тела у различных людей могут сильно различаться. Поэтому очень скоро была осознана необходимость введения эталонов, более или менее постоянных величин, соответствующих данным мерам. Обычно эталон устанавливался властями, а копии с него широко распространялись и служили для практических нужд[4].

Для измерения веса или, как мы бы сказали теперь, массы использовали различного рода весы, которые первоначально основывались на принципе работы рычага (рис. 24).

Рис. 24. На этой росписи древнеегипетской гробницы (XIV в. до н. э.), найденной в Фивах, изображён процесс взвешивания золотых колец. Египтяне использовали весы и гири для определения стоимости драгоценных металлов

Рис. 25. В Бирме все разновесы делали в виде животных: слонов, уток, буйволов и львов, как эта бронзовая гирька (А). Каменная египетская гирька предназначалась для взвешивания золота (Б)

Если плечи рычага сделать равными, то массу взвешиваемого груза можно определить подвешивая к другому плечу набор эталонных масс (гирь) (рис. 25). Если же сделать их неравными, то эту массу можно узнать по тому, на какое расстояние надо отодвинуть взвешиваемый груз для того, чтобы рычаг оказался в равновесии. Такие весы называются безменом по названию одной из старых русских мер веса. Впоследствии появились пружинные весы, действие которых основано на том факте, что длина растягиваемой пружины в определённых пределах пропорциональна действующей на эту пружину силе.

В качестве основной меры веса в России использовался пуд, что буквально означало «вес» или «тяжесть». В современных метрических единицах пуд равен 16,38 килограмма. Пуд состоял из 40 фунтов, каждый из которых весил, следовательно, около 400 г.

С середины XIX в. в мире стала распространяться десятичная система мер, которая в настоящее время принята практически во всех странах (кроме США, Либерии и Мьянмы). В этой системе первоначально были приняты две основные единицы для измерения фундаментальных характеристик окружающего мира – расстояния и веса (массы). В качестве первой был принят метр, длина которого определялась как сорокамиллионная часть меридиана, проходящего через Париж (рис. 26, 27). В качестве второй меры – массы был принят килограмм, равный массе одного литра чистой воды при температуре 4 °C и нормальном атмосферном давлении. Ввиду того что эти величины не могут быть измерены с большой точностью, в качестве мировых эталонов стали использовать определённые предметы (эталонный метр и эталонный килограмм), хранящиеся в специальных помещениях при постоянных условиях.

В настоящее время в науке и технике принята система измерений СИ. В этой системе используются следующие основные единицы:

масса – килограмм (кг, kg);

расстояние – метр (м, m);

время – секунда (с, s);

электрический ток – ампер (А, A);

температура – кельвин (К, K);

сила света – кандела (кд, cd);

количество вещества – моль (моль, mol).

Рис. 26. В десятичной системе мер, которая стала распространяться в мире начиная с середины XIX в., для измерения расстояния был принят метр, длина которого определялась как сорокамиллионная часть меридиана, проходящего через Париж: А – Парижский меридиан; Б – международный эталон метра, использовавшийся с 1889 по 1960 г.

Рис. 27. Один из публичных эталонов метра, установленных на улицах Парижа в 1795–1796 гг.

Приставки

Остальные единицы, называемые дополнительными, могут быть получены либо различными комбинациями основных, либо умножением их на десятичные числа. Представление какой-либо величины с помощью комбинации основных единиц называется размерностью этой величины. Так, например, скорость будет иметь размерность расстояния, делённого на время (м/с или м с -1 ), энергия – размерность массы, умноженной на квадрат расстояния и делённой на квадрат времени (г • м 2 • с -2 ), электрический заряд – размерность тока, умноженного на время (А • с) и т. д.

Обозначить величины, большие или меньшие основных, можно с помощью приставок, указывающих, на какое число надо умножить или разделить основную единицу (табл. 1).

Существуют приставки для обозначения ещё больших и ещё меньших единиц.

Помимо единиц, входящих в СИ, применяют единицы, называемые неметрическими, например минута, час, тонна (правильное название – мегаграмм), градус Цельсия (°С) и т. д.

Источник