Единицы измерения по физике необходимы

Физические величины и их измерение

п.1. Физические величины

Физические тела могут отличаться своими размерами, весом, материалом, из которого изготовлены, и т.д. Физические явления также могут различаться своей продолжительностью, интенсивностью, скоростью и т.п.

Многие физические свойства мы измеряем, т.е. определяем их количественные величины: меряем длину в метрах, площадь – в квадратных метрах, время – в секундах, массу – в килограммах и т.п.

Примеры физических свойств и соответствующих им физических величин:
Физическое тело — стол

Плотность (древесины столешницы)

Плотность (металла ножек)

Физическое явление – кипение воды

Длительность полного выкипания 1 кг воды на обычной конфорке (2,0 кВт)

п.2. Единицы измерения

«Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры».

Примеры единиц измерения:

  • для расстояний – метры, километры, сантиметры;
  • для времени – секунды, минуты, часы;
  • для массы – килограммы, граммы, тонны.

Примеры размеров, выраженные в метрах:

  • радиус наблюдаемой части Вселенной – 10 26 м
  • среднее расстояние от Солнца до Земли – 1,5·10 11 м
  • средний рост ученика 7 класса – 1,5 м
  • средний размер вируса – 10 -7 м
  • радиус протона – 10 -15 м

п.3. Международная система единиц СИ

В современном мире система единиц измерения для науки, техники и быта устанавливается государством в специальных законах.
В большинстве государств используется Международная система единиц СИ.

СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г., изменялась и дополнялась на последующих конференциях (последние изменения внесены в 2019 г.).
В СИ определено семь основных единиц для семи физических величин.

Физическая величина Длина Время Масса Сила тока Температура Кол-во вещества Сила света
Ед. измерения Метр Секунда Килограмм Ампер Кельвин Моль Кандела

Остальные единицы СИ являются производными и образуются из основных с помощью уравнений.
Кроме того, существуют ещё кратные единицы, которые в разы больше, и дольные единицы, которые в разы меньше основных и производных единиц.
Названия кратных и дольных единиц формируются с помощью приставок «кило», «мега», «гига», «деци», «санти», «милли» и т.п.

Примеры кратных и дольных единиц для метра:
10 3 м=1000 м=1 км – километр
10 -1 м=0,1 м=1 дм – дециметр
10 -2 м=0,01 м=1 см – сантиметр
10 -3 м=0,001 м=1 мм – миллиметр
10 -6 м=0,000001 м=1 мк – микрометр
10 -9 м=0,000000001 м=1 нм – нанометр

Существуют также внесистемные единицы измерения, которые остаются в употреблении по традиции и потому что удобны. Например, тонна и центнер для массы, литр для объема, миля для расстояния и т.п.

п.4. Измерительные приборы

В большинстве случаев мы измеряем физические величины с помощью приборов: длину – с помощью линейки, вес – с помощью весов, время – с помощью секундомера и т.д.

Примеры измерительных приборов для определения длины:


Линейка

Рулетка

Метр складной

Микрометр

Ручной лазерный дальномер

Купол астрономического лазерного дальномера

п.5. Задачи

Задача 1. Найдите длину брусков, приложенных к линейке (одно деление – 1 мм):

Чтобы найти длину бруска (l), нужно от измерения справа (x2) отнять измерение слева (x1):

Задача 2. Запишите длины в порядке убывания:
0,3 дм, 20 см, 450 мм, 540 мкм, 0,0001 км.

Выразим все длины через метры:
0,3 дм = 0,03 м
20 см = 0,2 м
450 мм = 0,45 м
540 мкм = 0,00054 м
0,0001 км = 0,1 м
Получаем:
0,45 м>0,2 м>0,1 м>0,03 м>0,00054 м
450 мм>20 см>0,0001 км>0,3 дм>540 мкм

Задача 3. Объем воды в аквариуме 5 л. Выразите этот объем в м 3 , дм 3 , см 3 .

5 л = 5 дм 3
5 л = 5 дм 3 = 5·(1 дм) 3 =5·(0,1 м) 3 =5·0,001 м 3 =0,005 м 3
5 л = 5 дм 3 = 5·(1 дм) 3 =5·(10 см) 3 =5·1000 (см) 3 =5000 (см) 3

Задача 4. Квадрат площадью 1 м 2 разрезали на квадратики площадью 1 см 2 и уложили их в ряд. Какой длины получился этот ряд?

Найдем, сколько в большом квадрате маленьких квадратиков:
1 м 2 =(1 м) 2 =(100 см) 2 =10 000 см 2
Получается 10 000 квадратиков 1х1 см. Из них получится ряд длиной:
10 000 см=100 м
Ответ: 100 м

Источник

Таблица единиц измерения

Каждое измерение — это сравнение измеряемой величины с другой, однородной с ней величиной, которую считают единичной. Теоретически единицы для всех величин в физике можно выбрать независимыми друг от друга. Но это крайне неудобно, так как для каждой величины следовало бы ввести свой эталон. Кроме этого во всех физических уравнениях, которые отображают связь между разными величинами, возникли бы числовые коэффициенты.

Основная особенность используемых в настоящее время систем единиц состоит в том, что между единицами разных величин имеются определенные соотношения. Эти соотношения установлены теми физическими законами (определениями), которыми связываются между собой измеряемые величины. Так, единица скорости выбрана таким образом, что она выражается через единицы расстояния и времени. При выборе единиц скорости используется определение скорости. Единицу силы, например, устанавливают при помощи второго закона Ньютона.

При построении определенной системы единиц, выбирают несколько физических величин, единицы которых устанавливают независимо друг от друга. Единицы таких величин называют основными. Единицы остальных величин выражают через основные, их называют производными.

Количество основных единиц и принцип их выбора может быть разным для разных систем единиц. Основными физическими величинами в Международной системе единиц (СИ) являются: длина ($l$); масса ($m$); время ($t$); сила электрического тока ($I$); температура по шкале Кельвина (термодинамическая температура) ($T$); количество вещества ($\nu $); сила света ($I_v$).

Таблицы единиц измерения

Основными единицами в системе СИ стали единицы выше названных величин:

\[\left[l\right]=м;;\ \left[m\right]=кг;;\ \left[t\right]=с;;\ \left[I\right]=A;;\ \left[T\right]=K;;\ \ \left[\nu \right]=моль;;\ \left[I_v\right]=кд\ (кандела).\]

Для основных и производных единиц измерения в системе СИ используют дольные и кратные приставки в таблице 1 приведены некоторые из них

В таблице 2 сведена главная информация об основных единицах системы СИ.

В таблице 3 приведем некоторые производные единицы измерения системы СИ.

и многие другие.

В системе СИ существуют производные единицы измерения, которые имеют собственные названия, которые на самом деле являются компактными формами комбинаций основных величин. В таблице 4 приведены примеры подобных единиц системы СИ.

Для каждой физической величины имеется только одна единица СИ, но одна и та же единица может применяться для нескольких величин. Например, в джоулях измеряют работу и энергию. Существуют безразмерные величины.

Имеются некоторые величины, которые не входят в СИ, но широко используются. Так, единицы времени такие как минута, час, сутки являются частью культуры. Не которые единицы используют по исторически сложившимся причинам. При использовании единиц, которые не принадлежат системе СИ необходимо указывать способы их перевода в единицы СИ. Пример единиц указан в табл.5.

Примеры задач с решением

Задание. За единицу силы в системе СГС (сантиметр, грамм, секунда) принимают дину. Дина — это сила, которая сообщает телу массой 1 г ускорение в 1 $\frac<см><с^2>$. Выразите дину в ньютонах.

Решение.Единицу измерения силы устанавливают при помощи второго закона Ньютона:

Это означает, что единицы измерения силы получают, используя единицы измерения массы и ускорения:

В системе СИ ньютон получается равным:

В системе СГС единица измерения силы (дина) равна:

Переведем метры в сантиметры, а килограммы в граммы в выражении (1.3):

Ответ. $1Н=<10>^5дин.$

Задание. Автомобиль двигался со скоростью $v_0=72\ \frac<км><ч>$. При аварийном торможении он смог остановиться через $t=5\ c.$ Каков тормозной путь автомобиля ($s$)?

Решение.

Для решения задачи запишем кинематические уравнения движения, считая ускорение с которым автомобиль уменьшал скорость постоянным:

уравнение для скорости:

уравнение для перемещения:

В проекции на ось X и с учетом того, что конечная скорость автомобиля равна нулю, а торможение считаем автомобиль начал из начала координат выражения (2.1) и (2.2) запишем как:

Из формулы (2.3) выразим ускорение и подставим его в (2.4), получим:

Прежде чем проводить вычисления нам следует скорость $v_0=72\ \frac<км><ч>$ перевести в единицы измерения скорости в системе СИ:

Для этого воспользуемся таблицей 1, где видим, что приставка кило означает умножение 1 метра на 1000, а так как в 1ч=3600 с (табл. 4), то в системе СИ начальную скорость будет равна:

\[v_0=72\ \frac<км><ч>=72\cdot 1000:3600=20\frac<м><с>.\]

Источник

Физические величины.

Физической величиной называется физическое свойство материального объекта, процесса, физического явления, охарактеризованное количественно.

Значение физической величины выражается одним или несколькими числами, характеризующими эту физическую величину, с указанием единицы измерения.

Размером физической величины являются значения чисел, фигурирующих в значении физической величины.

Единицы измерения физических величин.

Единицей измерения физической величины является величина фиксированного размера, которой присвоено числовое значение, равное единице. Применяется для количественного выражения однородных с ней физических величин. Системой единиц физических величин называют совокупность основных и производных единиц, основанную на некоторой системе величин.

Широкое распространение получило всего лишь некоторое количество систем единиц. В большинстве случаев во многих странах пользуются метрической системой.

Основные единицы.

Измерить физическую величину – значит сравнить ее с другой такой же физической величиной, принятой за единицу.

Длину предмета сравнивают с единицей длины, массу тела – с единицей веса и т.д. Но если один исследователь измерит длину в саженях, а другой в футах, им будет трудно сравнить эти две величины. Поэтому все физические величины во всем мире принято измерять в одних и тех же единицах. В 1963 году была принята Международная система единиц СИ (System international — SI).

Для каждой физической величины в системе единиц должна быть предусмотрена соответствующая единица измерения. Эталоном единицы измерения является ее физическая реализация.

Эталоном длины является метр – расстояние между двумя штрихами, нанесенными на стержне особой формы, изготовленном из сплава платины и иридия.

Эталоном времени служит продолжительность какого-либо правильно повторяющегося процесса, в качестве которого выбрано движение Земли вокруг Солнца: один оборот Земля совершает за год. Но за единицу времени принимают не год, а секунду.

За единицу скорости принимают скорость такого равномерного прямолинейного движения, при котором тело за 1 с совершает перемещение в 1 м.

Отдельная единица измерения используется для площади, объема, длины и т. д. Каждая единица определяется при выборе того или иного эталона. Но система единиц значительно удобнее, если в ней в качестве основных выбрано всего несколько единиц, а остальные определяются через основные. Например, если единицей длины является метр, то единицей площади будет квадратный метр, объема – кубический метр, скорости – метр в секунду и т. д.

Основными единицами физических величин в Международной системе единиц (СИ) являются: метр (м), килограмм (кг), секунда (с), ампер (А), кельвин (К), кандела (кд) и моль (моль).

Источник

Единицы измерения. Справочник

Единицы физических величин (единицы измерения), метрические системы, соотношения и переводы единиц измерения

Единицы физических величин. Общая информация

Единица физической величины (единица величины, единица, единица измерения) (англ. Measurement unit, unit of measurement, unit) — физическая величина фиксированного размера, которой условно по соглашению присвоено числовое значение, равное 1.

С единицей физической величины можно сравнить любую другую величину того же рода и выразить их отношение в виде числа. Применяется для количественного выражения однородных с ней физических величин.
Единицы измерения имеют присвоенные им по соглашению наименования и обозначения.

Различают основные и производные единицы.

Основные единицы в данной системе единиц устанавливаются для тех физических величин, которые выбраны в качестве основных в соответствующей системе физических величин. Так, Международная система единиц (СИ) основана на Международной системе величин (англ. International System of Quantities, ISQ), в которой основными являются семь величин: длина, масса, время, электрический ток, термодинамическая температура, количество вещества и сила света.
Соответственно, в СИ основными единицами являются единицы указанных величин.
Размеры основных единиц устанавливаются по соглашению в рамках соответствующей системы единиц и фиксируются либо с помощью эталонов (прототипов), либо путём фиксации численных значений фундаментальных физических постоянных.

Производные единицы определяются через основные путём использования тех связей между физическими величинами, которые установлены в системе физических величин.
Существует большое количество различных систем единиц, которые различаются как системами величин, на которых они основаны, так и выбором основных единиц.
Государство, как правило, законодательно устанавливает какую-либо систему единиц в качестве предпочтительной или обязательной для использования в стране.

Соотношение единиц измерения

Меры длины
1 км = 1 000 м
1 дм = 10 см = 100 мм
1 м = 10 дм = 100 см
1 см = 10 мм
1 мм = 1 000 мк

Меры площади
1 км 2 = 100 га = 10 000 а = 1 000 000 м2
1 га = 100 а = 10 000 м 2
1 а = 100 м 2 = 10 000 дм 2
1 м 2 = 100 дм 2 = 10 000 см2
1 дм 2 = 100 см 2 = 10 000 мм2
1 см 2 = 100 мм 2
1 мм 2 = 0,01 см 2

Меры объема
1 м 3 = 1 000 дм 3
1 дм 3 = 1 000 см 3
1 л = 1 дм 3
1 см 3 = 1 000 мм 3
1 мм 3 = 0,001 см 3

Меры веса
1 т = 10 ц = 1 000 кг
1 ц = 100 кг
1 кг = 1 000 г
1 г = 1 000 мг
1 мг = 0,001 г

Меры времени
1 век = 100 лет
1 год = 12 мес = 365 или 366 сут
1 мес = 30 сут или 31 сут (в феврале 28 или 29 сут)
1 неделя = 7 сут
1 сут = 24 ч= 86 400 сек
1 ч = 60 мин = 3 600 сек
1 мин = 60 с
1 сек = 1 000 мсек

Меры давления
1 ат = 1 кГ/см 2 = 735,66 мм рт. ст.
1 мм рт. ст. = 1,36 Г/см 2

Меры тока
1 ка = 1 000 а
1 а = 1 000 ма
1 ма = 1 000 мка

Меры напряжения и э.д.с.
1 кв. = 1 000 в
1 в = 1 000 мв
1 мв = 1 000 мкв

Меры мощности
1 квт = 1 000 вт
1 вт = 1 000 мвт
1 мвт = 1 000 мквт

Меры сопротивления
1 Мом = 1 000 ком
1 ком = 1 000 ом.
1 ом = 0,001 ком

Меры частоты
1 Мгц = 1 000 кгц
1кгц = 1 000 гц

Меры количества информации

1 байт = 8 бит
1 Кб (1 Килобайт) = 2 10 байт == 1024 байт (

10 3 байт)
1 Мб (1 Мегабайт) = 2 20 байт = 1024 килобайт (

10 6 байт)
1 Гб (1 Гигабайт) = 2 30 байт = 1024 мегабайт (

10 9 байт)
1 Тб (1 Терабайт) = 2 40 байт = 1024 гигабайт (

10 12 байт)
1 Пб (1 Петабайт) = 2 50 байт = 1024 терабайт (

10 15 байт)
1 Эксабайт = 2 60 байт = 1024 петабайт (

10 18 байт)
1 Зеттабайт = 2 70 байт = 1024 эксабайт (

10 21 байт)
1 Йоттабайт = 2 80 байт = 1024 зеттабайт (

Для единиц измерения информации степени двойки (2 10 , 2 20 и т.д.) являются точными значениями килобайт, мегабайт, гигабайт. А степени числа 10 (10 3 , 10 6 и т.п.) — приблизительные значения, округленные в сторону уменьшения.
Такое приближение (или округление) вполне допустимо и является общепринятым

Системы единиц измерения

Метрические системы

Метрическая система — общее название международной десятичной системы единиц, основанной на использовании метра и килограмма.
На протяжении двух последних веков существовали различные варианты метрической системы, различающиеся выбором основных единиц.

В настоящее время повсеместно признанной является Международная система единиц (СИ).
Метрическая система официально принята во всех государствах мира, кроме США, Либерии и Мьянмы (Бирма).

6 лучших онлайн-школ и сервисов

Инглекс
englex.ru
обучение английскому языку по скайпу- живое общение с преподавателем

Skyeng
skyeng.ru
одна из крупнейших онлайн школ английского для аудитории СНГ

Фоксфорд
foxford.ru
эффективные курсы с погружением в англоязычную среду

EnglishDom
englishdom.com
обучение английскому с использованием современных технологий

Puzzle English
puzzle-english.com
популярный онлайн-сервис для изучения английского языка

Lingualeo
lingualeo.com/ru
эффективный сервис для увлекательной практики языков

Основное отличие метрической системы от применявшихся ранее традиционных систем заключается в использовании упорядоченного набора единиц измерения. Для любой физической величины существует лишь одна главная единица и набор дольных и кратных единиц, образуемых стандартным образом с помощью десятичных приставок.
Тем самым устраняется неудобство от использования большого количества разных единиц (таких, например, как дюймы, футы, фадены, мили и т. д.) со сложными правилами преобразования между ними. В метрической системе преобразование сводится к умножению или делению на степень числа 10, то есть к простой перестановке запятой в десятичной дроби.

Основная используемая система
СИ
Неиспользуемые или малоиспользуемые системы
СГС
МКС
МКГСС
МТС
МСК
МКСЛ

Системы естественных единиц измерения

Атомная система единиц
Планковские единицы
Геометризованная система единиц
Единицы Лоренца — Хевисайда

Традиционные системы мер

Русская система мер
Английская система мер
Французская система мер
Китайская система мер
Японская система мер
Давно устаревшие (древнегреческая, древнеримская, древнеегипетская, древневавилонская, древнееврейская)

Международная система единиц СИ

Международная система единиц СИ (фр. Système international d’unités, SI) — система единиц физических величин, современный вариант метрической системы.
СИ принята в качестве основной системы единиц большинством стран мира и почти всегда используется в области техники, даже в тех странах, в которых в повседневной жизни используются традиционные единицы.
В этих немногих странах (например, в США) определения традиционных единиц были изменены таким образом, чтобы связать их фиксированными коэффициентами с соответствующими единицами СИ.

Полное официальное описание СИ вместе с её толкованием содержится в действующей редакции Брошюры СИ (фр. Brochure SI, англ. The SI Brochure) и в дополнении к ней, опубликованных Международным бюро мер и весов (МБМВ) и представленных на сайте МБМВ — bipm.org

Брошюра СИ издаётся с 1970 года, с 1985 года выходит на французском и английском языках, переведена также на ряд других языков, однако официальным считается текст только на французском языке.

Основные единицы СИ

Величина

Единица

Наименование

Символ
размерности

Наименование

Обозначение

русское

французское/
английское

Источник

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
величины, по определению считающиеся равными единице при измерении других величин такого же рода. Эталон единицы измерения — ее физическая реализация. Так, эталоном единицы измерения «метр» служит стержень длиной 1 м. В принципе, можно представить себе какое угодно большое число разных систем единиц, но широкое распространение получили лишь несколько. Во всем мире для научных и технических измерений и в большинстве стран в промышленности и быту пользуются метрической системой.
Основные единицы. В системе единиц для каждой измеряемой физической величины должна быть предусмотрена соответствующая единица измерения. Таким образом, отдельная единица измерения нужна для длины, площади, объема, скорости и т.д., и каждую такую единицу можно определить, выбрав тот или иной эталон. Но система единиц оказывается значительно более удобной, если в ней всего лишь несколько единиц выбраны в качестве основных, а остальные определяются через основные. Так, если единицей длины является метр, эталон которого хранится в Государственной метрологической службе, то единицей площади можно считать квадратный метр, единицей объема — кубический метр, единицей скорости — метр в секунду и т.д. Удобство такой системы единиц (особенно для ученых и инженеров, которые гораздо чаще встречаются с измерениями, чем остальные люди) в том, что математические соотношения между основными и производными единицами системы оказываются более простыми. При этом единица скорости есть единица расстояния (длины) в единицу времени, единица ускорения — единица изменения скорости в единицу времени, единица силы — единица ускорения единицы массы и т.д. В математической записи это выглядит так: v = l/t, a = v/t, F = ma = ml/t2. Представленные формулы показывают «размерность» рассматриваемых величин, устанавливая соотношения между единицами. (Аналогичные формулы позволяют определить единицы для таких величин, как давление или сила электрического тока.) Такие соотношения носят общий характер и выполняются независимо от того, в каких единицах (метр, фут или аршин) измеряется длина и какие единицы выбраны для других величин. В технике за основную единицу измерения механических величин обычно принимают не единицу массы, а единицу силы. Таким образом, если в системе, наиболее употребительной в физических исследованиях, металлический цилиндр принимается за эталон массы, то в технической системе он рассматривается как эталон силы, уравновешивающей действующую на него силу тяжести. Но поскольку сила тяжести неодинакова в разных точках на поверхности Земли, для точной реализации эталона необходимо указание местоположения. Исторически было принято местоположение на уровне моря на географической широте 45°. В настоящее же время такой эталон определяется как сила, необходимая для того, чтобы придать указанному цилиндру определенное ускорение. Правда, в технике измерения проводятся, как правило, не со столь высокой точностью, чтобы нужно было заботиться о вариациях силы тяжести (если речь не идет о градуировке измерительных приборов). Немало путаницы связано с понятиями массы, силы и веса. Дело в том, что существуют единицы всех этих трех величин, носящие одинаковые названия. Масса — это инерционная характеристика тела, показывающая, насколько трудно выводится оно внешней силой из состояния покоя или равномерного и прямолинейного движения. Единица силы есть сила, которая, воздействуя на единицу массы, изменяет ее скорость на единицу скорости в единицу времени. Все тела притягиваются друг к другу. Таким образом, всякое тело вблизи Земли притягивается к ней. Иначе говоря, Земля создает действующую на тело силу тяжести. Эта сила называется его весом. Сила веса, как указывалось выше, неодинакова в разных точках на поверхности Земли и на разной высоте над уровнем моря из-за различий в гравитационном притяжении и в проявлении вращения Земли. Однако полная масса данного количества вещества неизменна; она одинакова и в межзвездном пространстве, и в любой точке на Земле. Точные эксперименты показали, что сила тяжести, действующая на разные тела (т.е. их вес), пропорциональна их массе. Следовательно, массы можно сравнивать на весах, и массы, оказавшиеся одинаковыми в одном месте, будут одинаковы и в любом другом месте (если сравнение проводить в вакууме, чтобы исключить влияние вытесняемого воздуха). Если же некое тело взвешивать на пружинных весах, уравновешивая силу тяжести силой растянутой пружины, то результаты измерения веса будут зависеть от места, где проводятся измерения. Поэтому пружинные весы нужно корректировать на каждом новом месте, чтобы они правильно показывали массу. Простота же самой процедуры взвешивания явилась причиной того, что сила тяжести, действующая на эталонную массу, была принята за независимую единицу измерения в технике.
Метрическая система единиц. Метрическая система — это общее название международной десятичной системы единиц, основными единицами которой являются метр и килограмм. При некоторых различиях в деталях элементы системы одинаковы во всем мире.
История. Метрическая система выросла из постановлений, принятых Национальным собранием Франции в 1791 и 1795 по определению метра как одной десятимиллионной доли участка земного меридиана от Северного полюса до экватора. Декретом, изданным 4 июля 1837, метрическая система была объявлена обязательной к применению во всех коммерческих сделках во Франции. Она постепенно вытеснила местные и национальные системы в других странах Европы и была законодательно признана как допустимая в Великобритании и США. Соглашением, подписанным 20 мая 1875 семнадцатью странами, была создана международная организация, призванная сохранять и совершенствовать метрическую систему. Ясно, что, определяя метр как десятимиллионную долю четверти земного меридиана, создатели метрической системы стремились добиться инвариантности и точной воспроизводимости системы. За единицу массы они взяли грамм, определив его как массу одной миллионной кубического метра воды при ее максимальной плотности. Поскольку было бы не очень удобно проводить геодезические измерения четверти земного меридиана при каждой продаже метра ткани или уравновешивать корзинку картофеля на рынке соответствующим количеством воды, были созданы металлические эталоны, с предельной точностью воспроизводящие указанные идеальные определения. Вскоре выяснилось, что металлические эталоны длины можно сравнивать друг с другом, внося гораздо меньшую погрешность, чем при сравнении любого такого эталона с четвертью земного меридиана. Кроме того, стало ясно, что и точность сравнения металлических эталонов массы друг с другом гораздо выше точности сравнения любого подобного эталона с массой соответствующего объема воды. В связи с этим Международная комиссия по метру в 1872 постановила принять за эталон длины «архивный» метр, хранящийся в Париже, «такой, каков он есть». Точно так же члены Комиссии приняли за эталон массы архивный платино-иридиевый килограмм, «учитывая, что простое соотношение, установленное создателями метрической системы, между единицей веса и единицей объема представляется существующим килограммом с точностью, достаточной для обычных применений в промышленности и торговле, а точные науки нуждаются не в простом численном соотношении подобного рода, а в предельно совершенном определении этого соотношения». В 1875 многие страны мира подписали соглашение о метре, и этим соглашением была установлена процедура координации метрологических эталонов для мирового научного сообщества через Международное бюро мер и весов и Генеральную конференцию по мерам и весам. Новая международная организация незамедлительно занялась разработкой международных эталонов длины и массы и передачей их копий всем странам-участницам. Эталоны длины и массы, международные прототипы. Международные прототипы эталонов длины и массы — метра и килограмма — были переданы на хранение Международному бюро мер и весов, расположенному в Севре — пригороде Парижа. Эталон метра представлял собой линейку из сплава платины с 10% иридия, поперечному сечению которой для повышения изгибной жесткости при минимальном объеме металла была придана особая X-образная форма. В канавке такой линейки была продольная плоская поверхность, и метр определялся как расстояние между центрами двух штрихов, нанесенных поперек линейки на ее концах, при температуре эталона, равной 0° С. За международный прототип килограмма была принята масса цилиндра, сделанного из того же платино-иридиевого сплава, что и эталон метра, высотой и диаметром около 3,9 см. Вес этой эталонной массы, равной 1 кг на уровне моря на географической широте 45°, иногда называют килограмм-силой. Таким образом, ее можно использовать либо как эталон массы для абсолютной системы единиц, либо как эталон силы для технической системы единиц, в которой одной из основных единиц является единица силы. Международные прототипы были выбраны из значительной партии одинаковых эталонов, изготовленных одновременно. Другие эталоны этой партии были переданы всем странам-участницам в качестве национальных прототипов (государственных первичных эталонов), которые периодически возвращаются в Международное бюро для сравнения с международными эталонами. Сравнения, проводившиеся в разное время с тех пор, показывают, что они не обнаруживают отклонений (от международных эталонов), выходящих за пределы точности измерений.
Международная система СИ. Метрическая система была весьма благосклонно встречена учеными 19 в. частично потому, что она предлагалась в качестве международной системы единиц, частично же по той причине, что ее единицы теоретически предполагались независимо воспроизводимыми, а также благодаря ее простоте. Ученые начали выводить новые единицы для разных физических величин, с которыми они имели дело, основываясь при этом на элементарных законах физики и связывая эти единицы с единицами длины и массы метрической системы. Последняя все больше завоевывала различные европейские страны, в которых ранее имело хождение множество не связанных друг с другом единиц для разных величин. Хотя во всех странах, принявших метрическую систему единиц, эталоны метрических единиц были почти одинаковы, возникли различные расхождения в производных единицах между разными странами и разными дисциплинами. В области электричества и магнетизма появились две отдельные системы производных единиц: электростатическая, основанная на силе, с которой действуют друг на друга два электрических заряда, и электромагнитная, основанная на силе взаимодействия двух гипотетических магнитных полюсов. Положение еще более усложнилось с появлением системы т.н. практических электрических единиц, введенной в середине 19 в. Британской ассоциацией содействия развитию науки для удовлетворения запросов быстро развивающейся техники проводной телеграфной связи. Такие практические единицы не совпадают с единицами обеих названных выше систем, но от единиц электромагнитной системы отличаются лишь множителями, равными целым степеням десяти. Таким образом, для столь обычных электрических величин, как напряжение, ток и сопротивление, существовало несколько вариантов принятых единиц измерения, и каждому научному работнику, инженеру, преподавателю приходилось самому решать, каким из этих вариантов ему лучше пользоваться. В связи с развитием электротехники во второй половине 19 и первой половине 20 вв. находили все более широкое применение практические единицы, которые стали в конце концов доминировать в этой области. Для устранения такой путаницы в начале 20 в. было выдвинуто предложение объединить практические электрические единицы с соответствующими механическими, основанными на метрических единицах длины и массы, и построить некую согласованную (когерентную) систему. В 1960 XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла единую Международную систему единиц (СИ), дала определение основных единиц этой системы и предписала употребление некоторых производных единиц, «не предрешая вопроса о других, которые могут быть добавлены в будущем». Тем самым впервые в истории международным соглашением была принята международная когерентная система единиц. В настоящее время она принята в качестве законной системы единиц измерения большинством стран мира. Международная система единиц (СИ) представляет собой согласованную систему, в которой для любой физической величины, такой, как длина, время или сила, предусматривается одна и только одна единица измерения. Некоторым из единиц даны особые названия, примером может служить единица давления паскаль, тогда как названия других образуются из названий тех единиц, от которых они произведены, например единица скорости — метр в секунду. Основные единицы вместе с двумя дополнительными геометрического характера представлены в табл. 1. Производные единицы, для которых приняты особые названия, даны в табл. 2. Из всех производных механических единиц наиболее важное значение имеют единица силы ньютон, единица энергии джоуль и единица мощности ватт. Ньютон определяется как сила, которая придает массе в один килограмм ускорение, равное одному метру за секунду в квадрате. Джоуль равен работе, которая совершается, когда точка приложения силы, равной одному ньютону, перемещается на расстояние один метр в направлении действия силы. Ватт — это мощность, при которой работа в один джоуль совершается за одну секунду. Об электрических и других производных единицах будет сказано ниже. Официальные определения основных и дополнительных единиц таковы. Метр — это длина пути, проходимого в вакууме светом за 1/299 792 458 долю секунды. Это определение было принято в октябре 1983. Килограмм равен массе международного прототипа килограмма. Секунда — продолжительность 9 192 631 770 периодов колебаний излучения, соответствующего переходам между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133. Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Моль равен количеству вещества, в составе которого содержится столько же структурных элементов, сколько атомов в изотопе углерода-12 массой 0,012 кг. Радиан — плоский угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу. Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на ее поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы. Для образования десятичных кратных и дольных единиц предписывается ряд приставок и множителей, указываемых в табл. 3.
Таким образом, километр (км) — это 1000 м, а миллиметр — 0,001 м. (Эти приставки применимы ко всем единицам, как, например, в киловаттах, миллиамперах и т.д.) Первоначально предполагалось, что одной из основных единиц должен быть грамм, и это отразилось в названиях единиц массы, но в настоящее время основной единицей является килограмм. Вместо названия мегаграмм употребляется слово «тонна». В физических дисциплинах, например для измерения длины волны видимого или инфракрасного света, часто применяется миллионная доля метра (микрометр). В спектроскопии длины волн часто выражают в ангстремах (); ангстрем равен одной десятой нанометра, т.е. 10-10 м. Для излучений с меньшей длиной волны, например рентгеновского, в научных публикациях допускается пользоваться пикометром и икс-единицей (1 икс-ед. = 10-13 м). Объем, равный 1000 кубических сантиметров (одному кубическому дециметру), называется литром (л).
Масса, длина и время. Все основные единицы системы СИ, кроме килограмма, в настоящее время определяются через физические константы или явления, которые считаются неизменными и с высокой точностью воспроизводимыми. Что же касается килограмма, то еще не найден способ его реализации с той степенью воспроизводимости, которая достигается в процедурах сравнения различных эталонов массы с международным прототипом килограмма. Такое сравнение можно проводить путем взвешивания на пружинных весах, погрешность которых не превышает 1Ч10-8. Эталоны кратных и дольных единиц для килограмма устанавливаются комбинированным взвешиванием на весах. Поскольку метр определяется через скорость света, его можно воспроизводить независимо в любой хорошо оборудованной лаборатории. Так, интерференционным методом штриховые и концевые меры длины, которыми пользуются в мастерских и лабораториях, можно проверять, проводя сравнение непосредственно с длиной волны света. Погрешность при таких методах в оптимальных условиях не превышает одной миллиардной (1Ч10-9). С развитием лазерной техники подобные измерения весьма упростились, и их диапазон существенно расширился. См. также ОПТИКА. Точно так же секунда в соответствии с ее современным определением может быть независимо реализована в компетентной лаборатории на установке с атомным пучком. Атомы пучка возбуждаются высокочастотным генератором, настроенным на атомную частоту, и электронная схема измеряет время, считая периоды колебаний в цепи генератора. Такие измерения можно проводить с точностью порядка 1Ч10-12 — гораздо более высокой, чем это было возможно при прежних определениях секунды, основанных на вращении Земли и ее обращении вокруг Солнца. Время и его обратная величина — частота — уникальны в том отношении, что их эталоны можно передавать по радио. Благодаря этому всякий, у кого имеется соответствующее радиоприемное оборудование, может принимать сигналы точного времени и эталонной частоты, почти не отличающиеся по точности от передаваемых в эфир. См. также ВРЕМЯ.
Механика. Исходя из единиц длины, массы и времени, можно вывести все единицы, применяемые в механике, как было показано выше. Если основными единицами являются метр, килограмм и секунда, то система называется системой единиц МКС; если — сантиметр, грамм и секунда, то — системой единиц СГС. Единица силы в системе СГС называется диной, а единица работы — эргом. Некоторые единицы получают особые названия, когда они используются в особых разделах науки. Например, при измерении напряженности гравитационного поля единица ускорения в системе СГС называется галом. Имеется ряд единиц с особыми названиями, не входящих ни в одну из указанных систем единиц. Бар, единица давления, применявшаяся ранее в метеорологии, равен 1 000 000 дин/см2. Лошадиная сила, устаревшая единица мощности, все еще применяемая в британской технической системе единиц, а также в России, равна приблизительно 746 Вт.
Температура и теплота. Механические единицы не позволяют решать все научные и технические задачи без привлечения каких-либо других соотношений. Хотя работа, совершаемая при перемещении массы против действия силы, и кинетическая энергия некой массы по своему характеру эквивалентны тепловой энергии вещества, удобнее рассматривать температуру и теплоту как отдельные величины, не зависящие от механических.
Термодинамическая шкала температуры. Единица термодинамической температуры Кельвина (К), называемая кельвином, определяется тройной точкой воды, т.е. температурой, при которой вода находится в равновесии со льдом и паром. Эта температура принята равной 273,16 К, чем и определяется термодинамическая шкала температуры. Данная шкала, предложенная Кельвином, основана на втором начале термодинамики. Если имеются два тепловых резервуара с постоянной температурой и обратимая тепловая машина, передающая тепло от одного из них другому в соответствии с циклом Карно, то отношение термодинамических температур двух резервуаров дается равенством T2 /T1 = -Q2Q1, где Q2 и Q1 — количества теплоты, передаваемые каждому из резервуаров (знак «минус» говорит о том, что у одного из резервуаров теплота отбирается). Таким образом, если температура более теплого резервуара равна 273,16 К, а теплота, отбираемая у него, вдвое больше теплоты, передаваемой другому резервуару, то температура второго резервуара равна 136,58 К. Если же температура второго резервуара равна 0 К, то ему вообще не будет передана теплота, поскольку вся энергия газа была преобразована в механическую энергию на участке адиабатического расширения в цикле. Эта температура называется абсолютным нулем. Термодинамическая температура, используемая обычно в научных исследованиях, совпадает с температурой, входящей в уравнение состояния идеального газа PV = RT, где P — давление, V — объем и R — газовая постоянная. Уравнение показывает, что для идеального газа произведение объема на давление пропорционально температуре. Ни для одного из реальных газов этот закон точно не выполняется. Но если вносить поправки на вириальные силы, то расширение газов позволяет воспроизводить термодинамическую шкалу температуры.
Международная температурная шкала. В соответствии с изложенным выше определением температуру можно с весьма высокой точностью (примерно до 0,003 К вблизи тройной точки) измерять методом газовой термометрии. В теплоизолированную камеру помещают платиновый термометр сопротивления и резервуар с газом. При нагревании камеры увеличивается электросопротивление термометра и повышается давление газа в резервуаре (в соответствии с уравнением состояния), а при охлаждении наблюдается обратная картина. Измеряя одновременно сопротивление и давление, можно проградуировать термометр по давлению газа, которое пропорционально температуре. Затем термометр помещают в термостат, в котором жидкая вода может поддерживаться в равновесии со своими твердой и паровой фазами. Измерив его электросопротивление при этой температуре, получают термодинамическую шкалу, поскольку температуре тройной точки приписывается значение, равное 273,16 К. Существуют две международные температурные шкалы — Кельвина (К) и Цельсия (С). Температура по шкале Цельсия получается из температуры по шкале Кельвина вычитанием из последней 273,15 К. Точные измерения температуры методом газовой термометрии требуют много труда и времени. Поэтому в 1968 была введена Международная практическая температурная шкала (МПТШ). Пользуясь этой шкалой, термометры разных типов можно градуировать в лаборатории. Данная шкала была установлена при помощи платинового термометра сопротивления, термопары и радиационного пирометра, используемых в температурных интервалах между некоторыми парами постоянных опорных точек (температурных реперов). МПТШ должна была с наибольшей возможной точностью соответствовать термодинамической шкале, но, как выяснилось позднее, ее отклонения весьма существенны.
Температурная шкала Фаренгейта. Температурную шкалу Фаренгейта, которая широко применяется в сочетании с британской технической системой единиц, а также в измерениях ненаучного характера во многих странах, принято определять по двум постоянным опорным точкам — температуре таяния льда (32° F) и кипения воды (212° F) при нормальном (атмосферном) давлении. Поэтому, чтобы получить температуру по шкале Цельсия из температуры по шкале Фаренгейта, нужно вычесть из последней 32 и умножить результат на 5/9.
Единицы теплоты. Поскольку теплота есть одна из форм энергии, ее можно измерять в джоулях, и эта метрическая единица была принята международным соглашением. Но поскольку некогда количество теплоты определяли по изменению температуры некоторого количества воды, получила широкое распространение единица, называемая калорией и равная количеству теплоты, необходимому для того, чтобы повысить температуру одного грамма воды на 1° С. В связи с тем что теплоемкость воды зависит от температуры, пришлось уточнять величину калории. Появились по крайней мере две разные калории — «термохимическая» (4,1840 Дж) и «паровая» (4,1868 Дж). «Калория», которой пользуются в диететике, на самом деле есть килокалория (1000 калорий). Калория не является единицей системы СИ, и в большинстве областей науки и техники она вышла из употребления.
Электричество и магнетизм. Все общепринятые электрические и магнитные единицы измерения основаны на метрической системе. В согласии с современными определениями электрических и магнитных единиц все они являются производными единицами, выводимыми по определенным физическим формулам из метрических единиц длины, массы и времени. Поскольку же большинство электрических и магнитных величин не так-то просто измерять, пользуясь упомянутыми эталонами, было сочтено, что удобнее установить путем соответствующих экспериментов производные эталоны для некоторых из указанных величин, а другие измерять, пользуясь такими эталонами.
Единицы системы СИ. Ниже дается перечень электрических и магнитных единиц системы СИ. Ампер, единица силы электрического тока, — одна из шести основных единиц системы СИ. Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по
двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины с ничтожно малой площадью кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2*10-7 Н.
Вольт, единица разности потенциалов и электродвижущей силы. Вольт — электрическое напряжение на участке электрической цепи с постоянным током силой 1 А при затрачиваемой мощности 1 Вт. Кулон, единица количества электричества (электрического заряда). Кулон — количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника при постоянном токе силой 1 А за время 1 с. Фарада, единица электрической емкости. Фарада — емкость конденсатора, на обкладках которого при заряде 1 Кл возникает электрическое напряжение 1 В. Генри, единица индуктивности. Генри равен индуктивности контура, в котором возникает ЭДС самоиндукции в 1 В при равномерном изменении силы тока в этом контуре на 1 А за 1 с. Вебер, единица магнитного потока. Вебер — магнитный поток, при убывании которого до нуля в сцепленном с ним контуре, имеющем сопротивление 1 Ом, протекает электрический заряд, равный 1 Кл. Тесла, единица магнитной индукции. Тесла — магнитная индукция однородного магнитного поля, в котором магнитный поток через плоскую площадку площадью 1 м2, перпендикулярную линиям индукции, равен 1 Вб.
Практические эталоны. На практике величина ампера воспроизводится путем фактического измерения силы взаимодействия витков провода, несущих ток. Поскольку электрический ток есть процесс, протекающий во времени, эталон тока невозможно сохранять. Точно так же величину вольта невозможно фиксировать в прямом соответствии с его определением, так как трудно воспроизвести с необходимой точностью механическими средствами ватт (единицу мощности). Поэтому вольт на практике воспроизводится с помощью группы нормальных элементов. В США с 1 июля 1972 законодательством принято определение вольта, основанное на эффекте Джозефсона на переменном токе (частота переменного тока между двумя сверхпроводящими пластинами пропорциональна внешнему напряжению).
См. также СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ; ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ.
Свет и освещенность. Единицы силы света и освещенности нельзя определить на основе только механических единиц. Можно выразить поток энергии в световой волне в Вт/м2, а интенсивность световой волны — в В/м, как в случае радиоволн. Но восприятие освещенности есть психофизическое явление, в котором существенна не только интенсивность источника света, но и чувствительность человеческого глаза к спектральному распределению этой интенсивности. Международным соглашением за единицу силы света принята кандела (ранее называвшаяся свечой), равная силе света в данном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частоты 540Ч1012 Гц (l = 555 нм), энергетическая сила светового излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. Это примерно соответствует силе света спермацетовой свечи, которая когда-то служила эталоном. Если сила света источника равна одной канделе во всех направлениях, то полный световой поток равен 4p люменов. Таким образом, если этот источник находится в центре сферы радиусом 1 м, то освещенность внутренней поверхности сферы равна одному люмену на квадратный метр, т.е. одному люксу.
Рентгеновское и гамма-излучение, радиоактивность. Рентген (Р) — это устаревшая единица экспозиционной дозы рентгеновского, гамма- и фотонного излучений, равная количеству излучения, которое с учетом вторичноэлектронного излучения образует в 0,001 293 г воздуха ионы, несущие заряд, равный одной единице заряда СГС каждого знака. В системе СИ единицей поглощенной дозы излучения является грэй, равный 1 Дж/кг. Эталоном поглощенной дозы излучения служит установка с ионизационными камерами, которые измеряют ионизацию, производимую излучением. Кюри (Ки) — устаревшая единица активности нуклида в радиоактивном источнике. Кюри равен активности радиоактивного вещества (препарата), в котором за 1 с происходит 3,700Ч1010 актов распада. В системе СИ единицей активности изотопа является беккерель, равный активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 с происходит один акт распада. Эталоны радиоактивности получают, измеряя периоды полураспада малых количеств радиоактивных материалов. Затем по таким эталонам градуируют и поверяют ионизационные камеры, счетчики Гейгера, сцинтилляционные счетчики и другие приборы для регистрации проникающих излучений.
См. также
ИЗМЕРЕНИЯ И ВЗВЕШИВАНИЕ;
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ;
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ.

ЛИТЕРАТУРА
Бурдун Г.Д. Справочник по международной системе единиц. М., 1972 Деньгуб В.М., Смирнов В.Г. Единицы величин (словарь-справочник). М., 1990

Энциклопедия Кольера. — Открытое общество . 2000 .

Смотреть что такое «ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН» в других словарях:

ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН — конкретные физ. величины, к рым по определению присвоены числовые значения, равные единице. Многие Е. ф. в. воспроизводятся мерами, применяемыми для измерений (напр., метр, килограмм). Исторически сначала появились Е. ф. в. для измерения длины,… … Физическая энциклопедия

ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН — ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, единицы измерения, используемые для измерениях физических величин. В определении единицы физической величины необходимо задать эталон физической величины и способ его сравнения с величиной при измерении. Например,… … Научно-технический энциклопедический словарь

Единицы измерения — В физике и технике единицы измерения (единицы физических величин, единицы величин[1]) используются для стандартизованного представления результатов измерений. Использование термина единица измерения противоречит рекомендациям метрологических… … Википедия

Единицы физических величин — В физике и технике единицы измерения (единицы физических величин, единицы величин[1]) используются для стандартизованного представления результатов измерений. Численное значение физической величины представляется как отношение измеренного… … Википедия

Система физических величин — Возможно, эта статья содержит оригинальное исследование. Добавьте ссылки на источники, в противном случае она может быть выставлена на удаление. Дополнительные сведения могут быть на странице обсуждения. (25 мая 2011) … Википедия

Размерности физических величин в системе СИ — В таблице приведены размерности различных физических величин в Международной системе единиц (СИ). В столбцах «Показатели степени» указаны показатели степени в выражении единицы измерения через соответствующие единицы системы СИ. Например, для… … Википедия

Единицы величин — В физике и технике единицы измерения (единицы физических величин, единицы величин[1]) используются для стандартизованного представления результатов измерений. Численное значение физической величины представляется как отношение измеренного… … Википедия

Измерения и измерительные приборы — Законы явлений природы, как выражения количественных отношений между факторами явлений, выводятся на основании измерений этих факторов. Приборы, приспособленные к таким измерениям, называются измерительными. Всякое измерение, какой бы ни было… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ — измерение электрических величин, таких, как напряжение, сопротивление, сила тока, мощность. Измерения производятся с помощью различных средств измерительных приборов, схем и специальных устройств. Тип измерительного прибора зависит от вида и… … Энциклопедия Кольера

Дольные единицы — Приставки СИ (десятичные приставки) приставки перед названиями или обозначениями единиц измерения физических величин, применяемые для формирования кратных и дольных единиц, отличающихся от базовой в определённое целое, являющееся степенью числа… … Википедия

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector