2 Международная система единиц
Системой единиц ФВ называется совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин.
В качестве основных обоснованно, но произвольным образом выбирается несколько ФВ.
Основополагающую роль в зарождении и становлении системы единиц сыграл Древний Египет, откуда система единиц длины, объема и массы пришла в древнюю Русь, в древнюю Грецию, древний Рим, в другие государства. В то же время развитие систем единиц в каждой из стран шло своим путем. Развитие промышленности и мировой торговли потребовало введения единой системы единиц. И такой системой стала метрическая система, начало которой было положено в конце 18 века во Франции принятием определения одного метра как одной десятимиллионной доли длины Парижского меридиана. 4 июля 1837 г. 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. В 1875 г. семнадцатью странами в Париже с целью обеспечения единства измерений и совершенствования метрической системы мер подписана метрическая конвенция. На основе этой международной конвенции учреждено Международное бюро мер и весов, организован Международный комитет мер и весов, созываются Генеральные конференции по мерам и весам. Первая Генеральные конференции по мерам и весам, созванная уже в 1889 г., установила прототипы метра и килограмма.
В октябре 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и весам, возглавляемая российским профессором Г.Д. Бурдиным, приняла Международную систему единиц физических величин, получившую сокращенное обозначение СИ (от начальных букв SI в словах Systeme International). На последующих конференция система СИ подверглась уточнениниям.
На территории Советского Союза система единиц СИ введена в действие с 1 января 1982 г. в соответствии с ГОСТ 8.417-81. В Государственной системе обеспечения единства измерений РФ применение международной системы СИ определено межгосударственным стандартом ГОСТ 8.417-2002, введенным в действие 01.09.2003 г. [ГОСТ 8.417-81. ГСИ. Единицы величин.- Минск: ИПК Издательство стандартов, 2003].
Достоинствами системы единиц СИ является:
- универсальность;
- унификация всех областей и видов измерений;
- когерентность величин;
- возможность воспроизведения единиц с высокой точностью в соответствии с их определением;
- упрощение записи формул в физике, химии, а также в технических науках в связи с отсутствием переводных коэффициентов;
- уменьшение числа допускаемых единиц;
- единая система образования кратных и дольных единиц, имеющих собственные наименования;
- облегчение педагогического процесса в средней и высшей школах, так как отпадает необходимость в изучении множества систем единиц и внесистемных единиц;
- лучшее взаимопонимание при развитии научно-технических и экономических связей между различными странами.
Система СИ имеет семь основных и две дополнительных единицы (таблица 2). Термин «дополнительная единица» был введен на конференции 1960 г. К дополнительным единицам были отнесены единицы «радиан» и «стерадиан». В 1995 г. XIX Генеральная конференция по мерам и весам это понятие упразднила, угловые величины стали производными.
Таблица 2 – Основные и дополнительные единицы физических величин системы СИ
Наименование |
Размерность |
Обозначение |
Наименование |
Обозначение |
|
русское |
международное |
||||
Основные |
|||||
Длина |
L |
1 |
метр |
м |
m |
Масса |
М |
m |
килограмм |
кг |
kg |
Время |
Т |
t |
секунда |
с |
s |
Сила электрического тока |
I |
I |
ампер |
А |
А |
Термодинамическая температура |
Q |
Т |
кельвин |
К |
К |
Количество вещества |
N |
n,
|
моль |
моль |
mol |
Сила света |
J |
J |
кандела |
кд |
cd |
Дополнительные |
|||||
Плоский угол
|
|
|
радиан |
рад |
гad |
Телесный угол |
|
|
стерадиан |
ср |
sr |
Резолюциями Генеральной конференции по мерам и весам даются следующие определения основных единиц ФВ системы СИ.
Метр равен длине пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды.
Килограмм равен массе международного прототипа килограмма. Международный прототип килограмма представляет собой платино - иридиевый цилиндр, высота которого равна его диаметру.
Секунда равна 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Ампер
равен силе неизменяющегося тока, который
при прохождении по двум параллельным
прямолинейным проводникам бесконечной
длины и ничтожно малой площади кругового
сечения, расположенным на расстоянии
1 м один от другого в вакууме, вызывает
на каждом участке проводника длиной 1
м силу взаимодействия, равную
Н.
Кельвин
равен
части термодинамической температуры
тройной точки воды.
Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг.
Кандела
равна силе света в заданном направлении
источника, испускающего монохроматическое
излучение частотой
Гц, энергетическая сила света которого
в этом направлении составляет
Вт/ср.
Единица плоского угла - радиан (рад) - угол между двумя радиусами окружности, дуга между которыми по длине равна радиусу. В градусном исчислении радиан равен 57°17'48".
Стерадиан (ср), принимаемый за единицу телесного угла, - телесный угол, вершина которого расположена в центре сферы и который вырезает на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, по длине равной радиусу сферы.
Дополнительные единицы СИ использованы для образования единиц угловой скорости, углового ускорения и некоторых других величин. Сами по себе радиан и стерадиан применяются в основном для теоретических построений и расчетов, так как большинство важных для практики значений углов (полный угол, прямой угол) в радианах выражаются трансцендентными числами (2, /2).
В таблице 3 приведены производные единицы системы СИ, имеющие специальное название.
Таблица 3 – Производные единицы системы СИ, имеющие специальное название
Внесистемные единицы по отношению к единицам международной системы СИ разделяют на четыре вида:
- допускаемые наравне с единицами СИ, например: единицы массы - тонна; плоского угла - градус, минута, секунда; объема - литр;
- допускаемые к применению в специальных областях, например: парсек, световой год - единицы длины в астрономии; диоптрия — единица оптической силы в оптике; электрон-вольт - единица энергии в физике;
- временно допускаемые к применению наравне с единицами СИ, например: морская миля - в морской навигации; карат - единица массы в ювелирном деле.
Эти единицы должны изыматься из употребления в соответствии с международными соглашениями.