SI matavimo sistema — istorija, paskirtis, vaidmuo fizikoje

Žmonijos istorija yra kelių tūkstančių metų senumo ir beveik kiekviena tauta įvairiuose vystymosi etapuose naudojo kai kurias įprastas atskaitos sistemas. Dabar Tarptautinė vienetų sistema (SI) tapo privaloma visoms šalims.

Sistemą sudaro septyni pagrindiniai matavimo vienetai: sekundė – laikas, metras – ilgis, kilogramas – masė, amperas – elektros srovės stiprumas, kelvinas – termodinaminė temperatūra, kandela – šviesos intensyvumas ir molis – medžiagos kiekis. Yra du papildomi vienetai: radianas plokščiam kampui ir steradianas erdviniam kampui.

SI kilęs iš prancūzų Systeme Internationale ir reiškia tarptautinę vienetų sistemą.

Kaip nustatomas skaitiklis

XVII amžiuje, Europoje vystantis mokslui, vis dažniau ėmė girdėti raginimai įvesti universalųjį matą arba katalikišką metrą. Tai būtų dešimtainis matas, pagrįstas natūraliu įvykiu ir nepriklausomas nuo valdžią turinčio asmens sprendimo. Tokia priemonė pakeistų daugybę skirtingų tuo metu galiojusių priemonių sistemų.

Britų filosofas Johnas Wilkinsas pasiūlė švytuoklės ilgį imti kaip ilgio vienetą, kurio pusperiodis būtų lygus vienai sekundei. Tačiau, priklausomai nuo matavimo vietos, vertė nebuvo tokia pati. Prancūzų astronomas Jeanas Richet nustatė šį faktą kelionės į Pietų Ameriką metu (1671–1673).

1790 m. ministras Talleyrand'as pasiūlė išmatuoti atskaitos ilgumą pastačius švytuoklę griežtai nustatytoje platumoje tarp Bordo ir Grenoblio – 45 ° šiaurės platumos. Dėl to 1790 m. gegužės 8 d. Prancūzijos nacionalinė asamblėja nusprendė, kad metras yra švytuoklės ilgis, kurio pusperiodis 45 ° platumos lygus 1 s. Pagal šiandienos SI šis matuoklis būtų lygus 0,994 m. Tačiau toks apibrėžimas netinka mokslo bendruomenei.

1791 m. kovo 30 d. Prancūzijos mokslų akademija priėmė pasiūlymą apibrėžti matavimo etaloną kaip Paryžiaus dienovidinio dalį. Naujasis vienetas turėjo būti dešimtoji milijoninė dalis atstumo nuo pusiaujo iki Šiaurės ašigalio, tai yra, viena dešimtoji milijoninė ketvirtadalio žemės apskritimo dalis, matuojama išilgai Paryžiaus dienovidinio. Tai tapo žinoma kaip „Tikra ir galutinis matuoklis“.

1795 m. balandžio 7 d. Nacionalinis konventas priėmė įstatymą, įvedantį metrinę Prancūzijoje sistemą, ir nurodė komisarams, tarp jų ir Ch. O. Kulonas, J.L. Lagrange, P.-S. Laplasas ir kiti mokslininkai eksperimentiškai nustatė ilgio ir masės vienetus.

1792–1797 m. revoliucinės konvencijos sprendimu prancūzų mokslininkai Delambre'as (1749-1822) ir Mechenas (1744-1804) išmatavo tą patį Paryžiaus dienovidinio lanką, kurio ilgis buvo 9 ° 40 ' nuo Diunkerko iki Barselona per 6 metus. metus, nutiesdama 115 trikampių grandinę per Prancūziją ir dalį Ispanijos.

Tačiau vėliau paaiškėjo, kad dėl neteisingo Žemės poliarinio suspaudimo skaičiavimo standartas pasirodė 0,2 mm trumpesnis. Taigi 40 000 km dienovidinio ilgis yra tik apytikslis. Tačiau pirmasis standartinio žalvarinio skaitiklio prototipas buvo pagamintas 1795 m. Pažymėtina, kad masės vienetas (kilogramas, kurio apibrėžimas pagrįstas vieno kubinio decimetro vandens mase) taip pat yra susietas su vandens apibrėžimu. metras.

SI sistemos susidarymo istorija

1799 m. birželio 22 d. Prancūzijoje buvo pagaminti du platininiai standartai – standartinis metras ir standartinis kilogramas. Ši data pagrįstai gali būti laikoma dabartinės SI sistemos kūrimo pradžios diena.

1832 metais Gaussas sukūrė vadinamąją Absoliuti vienetų sistema, kaip pagrindiniai trys vienetai: laiko vienetas yra sekundė, ilgio vienetas yra milimetras, o masės vienetas yra gramas, nes naudojant šiuos konkrečius vienetus mokslininkas sugebėjo išmatuoti absoliuti Žemės magnetinio lauko vertė (ši sistema gavo pavadinimą SGS Gausas).

1860-aisiais, veikiant Maxwellui ir Thomsonui, buvo suformuluotas reikalavimas, kad baziniai ir išvestiniai vienetai turi būti suderinami vienas su kitu. Dėl to 1874 m. buvo pristatyta CGS sistema, o priešdėliai taip pat buvo paskirstyti, žymintys pogrupius ir vienetų kartotinius nuo mikro iki mega.

1875 m. 17 šalių, tarp jų Rusijos, JAV, Prancūzijos, Vokietijos, Italijos, atstovai pasirašė Metrinę konvenciją, pagal kurią buvo įkurtas Tarptautinis priemonių biuras, Tarptautinis priemonių komitetas ir pradėjo veikti eilinis suvažiavimas. Generalinė svorių ir matų konferencija (GCMW)… Tuo pat metu buvo pradėtas kurti tarptautinis kilogramo standartas ir matavimo priemonės standartas.

Pirmojoje GKMV konferencijoje 1889 m. ISS sistemaRemiantis metrais, kilogramais ir sekundėmis, kaip ir CGS, ISS agregatai atrodė priimtinesni dėl praktinio naudojimo patogumo. Optika ir elektros mazgai bus pristatyti vėliau.

1948 m. Prancūzijos vyriausybės ir Tarptautinės teorinės ir taikomosios fizikos sąjungos įsakymu Devintoji Generalinė svorių ir matų konferencija paskelbė Tarptautiniam svorių ir matų komitetui nurodymą pasiūlyti suvienodinti svorių ir matų sistemą. matavimą, jo idėjas sukurti vieną matavimo vienetų sistemą, kurią galėtų priimti visos šalys – Metrinės konvencijos šalys.

Dėl to 1954 m. dešimtajame GCMW buvo pasiūlyti ir priimti šie šeši vienetai: metras, kilogramas, sekundė, amperas, kelvinas ir kandela. 1956 m. sistema buvo pavadinta „Systeme International d'Unities“ - tarptautine vienetų sistema.

1960 m. buvo priimtas standartas, kuris pirmą kartą buvo pavadintas „Tarptautinė vienetų sistema“ ir jam buvo suteiktas santrumpa. „SI“ (SI).

Pagrindiniai vienetai liko tie patys šeši vienetai: metras, kilogramas, sekundė, amperas, kelvinas ir kandela, du papildomi vienetai (radianas ir steradianas) ir dvidešimt septyni svarbiausi išvestiniai, iš anksto nenurodant kitų išvestinių vienetų, kuriuos galėtų pridėti - vėlai. (Rusų kalbos santrumpa „SI“ gali būti iššifruota kaip „Tarptautinė sistema“).

Visi šie šeši pagrindiniai vienetai, tiek papildomi, tiek dvidešimt septyni svarbiausi išvestiniai vienetai, visiškai sutapo su atitinkamais pagrindiniais, papildomais ir išvestiniais vienetais, priimtais tuo metu SSRS valstybiniuose matavimo vienetų standartuose TKS, MKSA, МКСГ ir MSS sistemos.

SSRS 1963 m GOST 9867-61 „Tarptautinė vienetų sistema“, SI priimamas kaip pageidaujamas šalies ūkio, mokslo ir technologijų srityse bei mokymui švietimo įstaigose.

1968 m. tryliktajame GKMV vienetas „kelvino laipsnis“ buvo pakeistas „kelvinu“, taip pat buvo priimtas pavadinimas „K“. Be to, buvo priimtas naujas sekundės apibrėžimas: sekundė yra laiko intervalas, lygus 9 192 631 770 spinduliavimo periodų, atitinkančių perėjimą tarp dviejų hipersmulkių cezio-133 atomo kvantinės būsenos lygių. 1997 m. buvo priimtas paaiškinimas, kad šis laiko intervalas reiškia cezio-133 atomą ramybės būsenoje 0 K temperatūroje.

1971 m. prie 14 GKMV buvo pridėtas dar vienas pagrindinis vienetas „mol“ - medžiagos kiekio vienetas. Molis – tai medžiagos kiekis sistemoje, kurioje yra tiek struktūrinių elementų, kiek anglies-12 atomų, sveriančių 0,012 kg. Kai naudojamas molis, struktūriniai elementai turi būti nurodyti ir gali būti atomai, molekulės, jonai, elektronai ir kitos dalelės arba nurodytos dalelių grupės.

1979 m. 16-asis CGPM priėmė naują kandelos apibrėžimą. Kandela yra šaltinio, skleidžiančio monochromatinę spinduliuotę, kurios dažnis yra 540 × 1012 Hz, šviesos stipris tam tikra kryptimi, kurio šviesos stipris ta kryptimi yra 1/683 W / sr (vatai steradianui).

1983 m. 17 GKMV skaitikliui buvo suteiktas naujas apibrėžimas.Metras yra kelio ilgis, kurį šviesa nukeliauja vakuume per (1/299 792 458) sekundes.

2009 metais Rusijos Federacijos Vyriausybė patvirtino „Rusijos Federacijoje leidžiamų naudoti matavimo vienetų reglamentą“, o 2015-aisiais buvo padaryti jo pakeitimai, leidžiantys neįtraukti kai kurių nesisteminių matavimo vienetų „galiojimo termino“.

Pagrindiniai SI sistemos pranašumai yra šie:

1. Fizinių dydžių vienetų suvienodinimas skirtingiems matavimo tipams.

SI sistema leidžia bet kuriam fizikiniam dydžiui, randamam skirtingose ​​technologijos srityse, turėti vieną bendrą vienetą, pavyzdžiui, džaulį visų rūšių darbui ir šilumos kiekį, o ne šiuo metu naudojamus skirtingus šio dydžio vienetus (kilogramas – jėga). - metras, erg, kalorijos, vatvalandė ir kt.).

2. Sistemos universalumas.

SI vienetai apima visas mokslo, technikos ir nacionalinės ekonomikos šakas, išskyrus būtinybę naudoti kitus vienetus ir paprastai sudaro vieną sistemą, bendrą visoms matavimo sritims.

3. Sistemos jungiamumas (nuoseklumas).

Visose fizikinėse lygtyse, kurios apibrėžia gautus matavimo vienetus, proporcingumo koeficientas visada yra bematis dydis, lygus vienetui.

SI sistema leidžia žymiai supaprastinti lygčių sprendimo, skaičiavimų ir grafikų bei nomogramų sudarymo operacijas, nes nereikia naudoti didelio skaičiaus perskaičiavimo koeficientų.

4. SI sistemos darna ir darna labai palengvina fizikinių dėsnių ir pedagoginio proceso studijas studijuojant bendrąsias mokslo ir specialiąsias disciplinas bei įvairių formulių išvedimą.

5.SI sistemos konstravimo principai suteikia galimybę pagal poreikį formuoti naujus išvestinius vienetus, todėl šios sistemos vienetų sąrašas yra atviras ir toliau plečiamas.

SI sistemos paskirtis ir vaidmuo fizikoje

Iki šiol tarptautinė fizikinių dydžių sistema SI buvo priimta visame pasaulyje ir daugiau nei kitos sistemos naudojama tiek moksle ir technikoje, tiek kasdieniame žmonių gyvenime – tai moderni metrinės sistemos versija.

Daugelis šalių naudoja SI vienetus technologijoje, net jei kasdieniame gyvenime jos naudoja tradicinius vienetus toms teritorijoms. Pavyzdžiui, Jungtinėse Valstijose įprasti vienetai apibrėžiami kaip SI vienetai, naudojant fiksuotus koeficientus.

Kiekis Pavadinimas Rusiškas pavadinimas Rusiškas tarptautinis Plokščiasis kampas radianas laimingas rad Kietasis kampas steradianas Trečiadienis Trečiadienis Temperatūra Celsijaus laipsniais Celsijaus OS OS Dažnis hercai Hz Hz Jėga Niutonas Z n Energijos džaulis J J Galia vatas W W Slėgis paskalis Pa Pa Šviesos srautas liumenas lm lm Apšvietimo liuksas Gerai lx Elektros įkrovos pakabukas CL ° C Potencialų skirtumas voltas V V Varža ohm Ohm R Elektros talpa farad F F Magnetinis srautas Weber Wb Wb Magnetinė indukcija Tesla T T Induktyvumas Henry Mr. H Elektros laidumas Siemens Cm C Radioaktyviojo šaltinio aktyvumas bekerelis Bq Bq Sugertoji jonizuojančiosios spinduliuotės dozė pilka Gr Gy Efektinė jonizuojančiosios spinduliuotės dozė sivertas Sv Sv Katalizatoriaus aktyvumas valcuotas katinas

Išsamus SI sistemos aprašymas oficialia forma pateikiamas SI knygelėje, leidžiamame nuo 1970 m., ir jos priede; šie dokumentai skelbiami oficialioje Tarptautinio svorių ir matų biuro svetainėje. Nuo 1985 mšie dokumentai išduodami anglų ir prancūzų kalbomis ir visada verčiami į keletą kalbų visame pasaulyje, nors oficiali dokumento kalba yra prancūzų.

Tikslus oficialus SI sistemos apibrėžimas yra toks: „Tarptautinė vienetų sistema (SI) yra vienetų sistema, pagrįsta Tarptautine vienetų sistema, kartu su pavadinimais ir simboliais bei priešdėlių rinkiniu ir jų pavadinimais bei simboliais. kartu su jų naudojimo taisyklėmis, priimtomis Generalinėje svorių ir matų konferencijoje (CGPM) «.

SI sistemą apibrėžia septyni pagrindiniai fizikinių dydžių vienetai ir jų išvestiniai bei jų priešdėliai.Reglamentuojami standartiniai vienetų pavadinimų santrumpos ir išvestinių rašymo taisyklės. Yra septyni pagrindiniai vienetai, kaip ir anksčiau: kilogramas, metras, sekundė, amperas, kelvinas, molis, kandela. Pagrindiniai vienetai nepriklauso nuo dydžio ir negali būti išvesti iš kitų vienetų.

Kalbant apie išvestinius vienetus, juos galima gauti remiantis pagrindiniais, atliekant matematines operacijas, tokias kaip dalyba ar daugyba. Kai kurie iš gautų vienetų, tokių kaip „radianas“, „liumenas“, „pakabukas“, turi savo pavadinimus.

Prieš vieneto pavadinimą galite naudoti priešdėlį, pvz., milimetras – tūkstantoji metro dalis ir kilometras – tūkstantis metrų. Priešdėlis reiškia, kad vienas turi būti padalintas arba padaugintas iš sveikojo skaičiaus, kuris yra tam tikra dešimties galia.