SI mērīšanas sistēma — vēsture, mērķis, loma fizikā

Cilvēces vēsture ir vairākus tūkstošus gadu veca, un gandrīz katra tauta dažādos tās attīstības posmos ir izmantojusi kādu no savām konvencionālajām atskaites sistēmām. Tagad Starptautiskā mērvienību sistēma (SI) ir kļuvusi obligāta visām valstīm.

Sistēma satur septiņas pamata mērvienības: sekunde — laiks, metrs — garums, kilograms — masa, ampērs — elektriskās strāvas stiprums, kelvins — termodinamiskā temperatūra, kandela — gaismas intensitāte un mols — vielas daudzums. Ir divas papildu vienības: radiāns plakanam leņķim un steradiāns telpiskajam leņķim.

SI nāk no franču Systeme Internationale un apzīmē starptautisko vienību sistēmu.

Kā tiek noteikts skaitītājs

17. gadsimtā, Eiropā attīstoties zinātnei, arvien biežāk sāka dzirdēt aicinājumus ieviest universālo mēru jeb katoļu mērītāju. Tas būtu decimālskaitlis, kura pamatā ir dabisks notikums un nav atkarīgs no pilnvarotās personas lēmuma. Šāds pasākums aizstātu daudzās dažādās toreizējās pasākumu sistēmas.

Britu filozofs Džons Vilkinss ierosināja ņemt svārsta garumu kā garuma vienību, kuras pusperiods būtu vienāds ar vienu sekundi. Tomēr atkarībā no mērījumu vietas vērtība nebija vienāda. Franču astronoms Žans Rišē šo faktu konstatēja ceļojuma laikā uz Dienvidameriku (1671-1673).

1790. gadā ministrs Talleirands ierosināja izmērīt atskaites garumu, novietojot svārstu stingri noteiktā platuma grādos starp Bordo un Grenobli — 45° ziemeļu platuma. Rezultātā 1790. gada 8. maijā Francijas Nacionālā asambleja nolēma, ka metrs ir svārsta garums ar pusperiodu 45 ° platuma grādos, kas vienāds ar 1 s. Saskaņā ar mūsdienu SI šis skaitītājs būtu vienāds ar 0,994 m. Tomēr šī definīcija neatbilst zinātnieku aprindām.

1791. gada 30. martā Francijas Zinātņu akadēmija pieņēma priekšlikumu definēt mērījumu standartu kā daļu no Parīzes meridiāna. Jaunajai vienībai bija jābūt vienai desmit miljonajai daļai no attāluma no ekvatora līdz Ziemeļpolam, tas ir, vienai desmit miljonajai daļai no ceturtdaļas no zemes apkārtmēra, mērot gar Parīzes meridiānu. Tas kļuva pazīstams kā "Patiesais un galīgais mērītājs".

1795. gada 7. aprīlī Nacionālais konvents pieņēma likumu, kas Francijā ieviesa metrisko sistēmu, un deva norādījumus komisāriem, tostarp Č. O. Kulons, J.L. Lagrange, P.-S. Laplass un citi zinātnieki eksperimentāli noteica garuma un masas vienības.

Laika posmā no 1792. līdz 1797. gadam ar revolucionārās konvencijas lēmumu franču zinātnieki Delambrs (1749-1822) un Mehens (1744-1804) izmērīja vienu un to pašu Parīzes meridiāna loku ar garumu 9°40 no Denkerkas līdz. Barselona 6 gados.gadi, izliekot 115 trīsstūru ķēdi pāri Francijai un daļai Spānijas.

Taču vēlāk izrādījās, ka nepareiza Zemes polārās saspiešanas aprēķina dēļ etalons izrādījās par 0,2 mm īsāks. Tādējādi meridiāna garums 40 000 km ir tikai aptuvens. Tomēr pirmais standarta misiņa skaitītāja prototips tika izgatavots 1795. gadā. Jāņem vērā, ka masas mērvienība (kilograms, kura definīcijas pamatā ir viena kubikdecimetra ūdens masa) ir saistīta arī ar ūdens kubikmetra masu. metrs.

SI sistēmas veidošanās vēsture

1799. gada 22. jūnijā Francijā tika izgatavoti divi platīna etaloni — standarta metrs un standarta kilograms. Šo datumu pamatoti var uzskatīt par pašreizējās SI sistēmas attīstības sākuma dienu.

1832. gadā Gauss izveidoja t.s Absolūtā mērvienību sistēma, ņemot par trim pamatvienībām: laika vienība ir sekunde, garuma vienība ir milimetrs un masas vienība ir grams, jo, izmantojot šīs konkrētās vienības, zinātnieks varēja izmērīt Zemes magnētiskā lauka absolūtā vērtība (šī sistēma ieguva nosaukumu SGS Gauss).

20. gadsimta 60. gados Maksvela un Tomsona ietekmē tika formulēta prasība, ka bāzes un atvasinātajām vienībām jābūt savstarpēji saderīgām. Rezultātā 1874. gadā tika ieviesta CGS sistēma, kurā tika izplatīti arī prefiksi, lai apzīmētu apakškopas un vienību reizinājumus no mikro līdz mega.

1875. gadā 17 valstu pārstāvji, tostarp Krievijas, ASV, Francijas, Vācijas, Itālijas, parakstīja Metrikas konvenciju, saskaņā ar kuru tika izveidots Starptautiskais mēru birojs, Starptautiskā pasākumu komiteja un sāka darboties regulāra konvencija. Vispārējā svaru un mēru konference (GCMW)… Tajā pašā laikā sākās darbs pie starptautiskā kilograma standarta un mērinstrumenta standarta izstrādes.

GKMV pirmajā konferencē 1889. ISS sistēmapamatojoties uz metru, kilogramu un sekundi, tāpat kā CGS, ISS vienības šķita pieņemamākas praktiskās lietošanas ērtuma dēļ. Optika un elektriskie mezgli tiks ieviesti vēlāk.

1948. gadā pēc Francijas valdības un Starptautiskās Teorētiskās un lietišķās fizikas savienības rīkojuma devītā svaru un mēru ģenerālkonference izdeva instrukciju Starptautiskajai svaru un mēru komitejai, lai ierosinātu unificētu mērvienību sistēmu. mērvienību, viņa idejas izveidot vienotu mērvienību sistēmu, ko varētu pieņemt visas valstis — Metriskās konvencijas dalībvalstis.

Rezultātā 1954. gada desmitajā GCMW tika ierosinātas un pieņemtas šādas sešas mērvienības: metrs, kilograms, sekunde, ampērs, kelvins un kandela. 1956. gadā sistēma tika nosaukta par "Systeme International d'Unities" - starptautisko vienību sistēmu.

1960. gadā tika pieņemts standarts, kuru pirmo reizi sauca par "Starptautisko mērvienību sistēmu" un kuram tika piešķirts saīsinājums. "SI" (SI).

Pamatvienības palika tās pašas sešas vienības: metrs, kilograms, sekunde, ampērs, kelvins un kandela, divas papildu vienības (radiāns un steradiāns) un divdesmit septiņi svarīgākie atvasinājumi, iepriekš nenorādot citas atvasinātās vienības, kuras varētu pievienot - vēlu. (Saīsinājumu krievu valodā "SI" var atšifrēt kā "Starptautiskā sistēma").

Visas šīs sešas pamatvienības, gan papildvienības, gan divdesmit septiņas svarīgākās atvasinātās vienības, pilnībā sakrita ar attiecīgajām pamatvienībām, papildu un atvasinātajām vienībām, kas tajā laikā tika pieņemtas PSRS valsts mērvienību standartos ISS, MKSA, МКСГ un. MSS sistēmas.

1963. gadā PSRS, saskaņā ar GOST 9867-61 "Starptautiskā mērvienību sistēma", SI tiek pieņemta kā vēlamā tautsaimniecības jomās, zinātnē un tehnoloģijā un mācīšanai izglītības iestādēs.

1968. gadā trīspadsmitajā GKMV mērvienību "kelvina grāds" aizstāja ar "kelvinu", un tika pieņemts arī apzīmējums "K". Turklāt tika pieņemta jauna sekundes definīcija: sekunde ir laika intervāls, kas vienāds ar 9 192 631 770 starojuma periodiem, kas atbilst pārejai starp diviem cēzija-133 atoma pamata kvantu stāvokļa hipersīkajiem līmeņiem. 1997. gadā tiks pieņemts precizējums, ka šis laika intervāls attiecas uz cēzija-133 atomu miera stāvoklī 0 K temperatūrā.

1971. gadā 14 GKMV tika pievienota vēl viena pamatvienība «mol» - vielas daudzuma vienība. Mols ir vielas daudzums sistēmā, kurā ir tik daudz strukturālo elementu, cik oglekļa-12 atomu, kas sver 0,012 kg. Ja izmanto molu, ir jānorāda strukturālie elementi, un tie var būt atomi, molekulas, joni, elektroni un citas daļiņas vai noteiktas daļiņu grupas.

1979. gadā 16. CGPM pieņēma jaunu kandela definīciju. Kandela ir avota gaismas intensitāte noteiktā virzienā, kas izstaro monohromatisku starojumu ar frekvenci 540 × 1012 Hz, kura gaismas intensitāte šajā virzienā ir 1/683 W / sr (vati uz steradiānu).

1983. gadā 17 GKMV skaitītājam tika dota jauna definīcija.Metrs ir gaismas vakuumā noietā ceļa garums (1/299 792 458) sekundēs.

2009. gadā Krievijas Federācijas valdība apstiprināja "Noteikumus par mērvienībām, kuras atļauts izmantot Krievijas Federācijā", un 2015. gadā tajā tika veikti grozījumi, lai izslēgtu atsevišķu nesistēmas vienību "derīguma termiņu".

Galvenās SI sistēmas priekšrocības ir šādas:

1. Fizikālo lielumu vienību unifikācija dažādiem mērīšanas veidiem.

SI sistēma ļauj jebkuram fizikālam lielumam, kas atrodams dažādās tehnoloģiju jomās, izveidot vienu kopīgu mērvienību, piemēram, džoulu visiem darba veidiem un siltuma daudzumu, nevis pašlaik izmantotās atšķirīgās šī daudzuma mērvienības (kilograms - spēks - skaitītājs, ergs, kalorijas, vatstundas utt.).

2. Sistēmas universālums.

SI mērvienības aptver visas zinātnes, tehnikas un tautsaimniecības nozares, izņemot vajadzību izmantot citas mērvienības, un parasti ir vienota sistēma, kas ir kopīga visām mērīšanas jomām.

3. Sistēmas savienojamība (saskaņotība).

Visos fiziskajos vienādojumos, kas definē iegūtās mērvienības, proporcionalitātes koeficients vienmēr ir bezdimensijas lielums, kas vienāds ar vienību.

SI sistēma ļauj ievērojami vienkāršot vienādojumu risināšanas, aprēķinu veikšanas un grafiku un nomogrammu sastādīšanas darbības, jo nav nepieciešams izmantot ievērojamu skaitu pārrēķina koeficientu.

4. SI sistēmas harmonija un saskaņotība ievērojami atvieglo fizikālo likumu un pedagoģiskā procesa izpēti vispārīgo zinātnisko un speciālo disciplīnu izpētē, kā arī dažādu formulu atvasināšanu.

5.SI sistēmas uzbūves principi dod iespēju pēc nepieciešamības veidot jaunas atvasinātās vienības, un tāpēc šīs sistēmas vienību saraksts ir atvērts tālākai paplašināšanai.

SI sistēmas mērķis un loma fizikā

Līdz šim starptautiskā fizikālo lielumu sistēma SI ir pieņemta visā pasaulē un tiek izmantota vairāk nekā citas sistēmas gan zinātnē un tehnoloģijā, gan cilvēku ikdienā – tā ir metriskās sistēmas moderna versija.

Lielākā daļa valstu izmanto SI mērvienības tehnoloģijā, pat ja tās ikdienā izmanto tradicionālās vienības šīm teritorijām. Piemēram, Amerikas Savienotajās Valstīs parastās vienības tiek definētas kā SI vienības, izmantojot fiksētus koeficientus.

Daudzums Apzīmējums Krievu nosaukums Krievu starptautisks Plakans leņķis radiāns priecīgs rad Cietais leņķis steradiāns Tr Temperatūra Celsija grādos Celsija OS OS Frekvence herci Hz Hz Spēks Ņūtons Z n Enerģijas džouls J J Jauda vats W W Spiediens paskāls Pa Pa Gaismas plūsma lūmens lm lm Apgaismojuma lukss OK lx Elektriskā lādiņa kulons CL ° C Potenciālā starpība volt V V Pretestība omi Ohm R Elektriskā jauda farad F F Magnētiskā plūsma Weber Wb Wb Magnētiskā indukcija Tesla T T Induktivitāte Henrijs Mr. H Elektrovadītspēja Siemens Cm C Radioaktīvā avota aktivitāte bekerels Bq Bq Absorbētā jonizējošā starojuma doza pelēks Gr Gy Jonizējošā starojuma efektīvā doza siverts Sv Sv Katalizatora aktivitāte rolled cat cat

Izsmeļoši detalizēts SI sistēmas apraksts oficiālā formā sniegts SI bukletā, kas izdots kopš 1970. gada, un tā pielikumā; šie dokumenti ir publicēti Starptautiskā svaru un mēru biroja oficiālajā tīmekļa vietnē. Kopš 1985. gadašie dokumenti tiek izdoti angļu un franču valodā un vienmēr tiek tulkoti vairākās valodās visā pasaulē, lai gan dokumenta oficiālā valoda ir franču valoda.

Precīza SI sistēmas oficiālā definīcija ir šāda: "Starptautiskā mērvienību sistēma (SI) ir mērvienību sistēma, kuras pamatā ir Starptautiskā mērvienību sistēma kopā ar nosaukumiem un simboliem, kā arī prefiksu un to nosaukumu un simbolu kopu. kopā ar noteikumiem par to izmantošanu, ko pieņēmusi Ģenerālā svaru un mēru konference (CGPM) «.

SI sistēmu nosaka septiņas fizikālo lielumu pamatvienības un to atvasinājumi, kā arī to prefiksi.Tiek reglamentēti vienību apzīmējumu standarta saīsinājumi un atvasinājumu rakstīšanas noteikumi. Ir septiņas pamatvienības, tāpat kā iepriekš: kilograms, metrs, sekunde, ampērs, kelvins, mols, kandela. Pamatvienības ir neatkarīgas no izmēra, un tās nevar atvasināt no citām vienībām.

Kas attiecas uz atvasinātajām vienībām, tās var iegūt, pamatojoties uz pamatvienībām, veicot matemātiskas darbības, piemēram, dalīšanu vai reizināšanu. Dažām no iegūtajām vienībām, piemēram, "radiāns", "lūmenis", "kulons", ir savi nosaukumi.

Pirms vienības nosaukuma varat izmantot prefiksu, piemēram, milimetrs — viena tūkstošdaļa no metra un kilometrs — tūkstotis metri. Prefikss nozīmē, ka viens ir jādala vai jāreizina ar veselu skaitli, kas ir precīzs desmit.