Sistem de măsurare SI — istorie, scop, rol în fizică

Istoria umanității este veche de câteva mii de ani și, în diferite etape ale dezvoltării sale, aproape fiecare națiune a folosit unele dintre sistemele sale de referință convenționale. Acum, Sistemul Internațional de Unități (SI) a devenit obligatoriu pentru toate țările.

Sistemul conține șapte unități de măsură de bază: secundă - timp, metru - lungime, kilogram - masă, amper - puterea curentului electric, kelvin - temperatura termodinamică, candela - intensitatea luminii și mol - cantitatea de substanță. Există două unități suplimentare: radianul pentru un unghi plat și steradianul pentru un unghi solid.

SI provine din franceză Systeme Internationale și reprezintă Sistemul internațional de unități.

Cum se determină contorul

În secolul al XVII-lea, odată cu dezvoltarea științei în Europa, apelurile pentru introducerea unei măsuri universale sau a unui metru catolic au început să se audă din ce în ce mai des. Ar fi o măsură zecimală bazată pe evenimentul firesc și independentă de decizia persoanei aflate în autoritate. O astfel de măsură ar înlocui numeroasele sisteme diferite de măsuri existente atunci.

Filosoful britanic John Wilkins a propus să ia lungimea pendulului ca unitate de lungime, a cărei jumătate de perioadă ar fi egală cu o secundă. Cu toate acestea, în funcție de locația de măsurare, valoarea nu a fost aceeași. Astronomul francez Jean Richet a stabilit acest fapt în timpul unei călătorii în America de Sud (1671 — 1673).

În 1790, ministrul Talleyrand a propus să măsoare longitudinea de referință prin plasarea pendulului la o latitudine strict fixă ​​între Bordeaux și Grenoble - 45 ° latitudine nordică. Drept urmare, la 8 mai 1790, Adunarea Națională Franceză a decis că metrul este lungimea unui pendul cu o jumătate de perioadă la 45 ° latitudine egală cu 1 s. Conform SI de astăzi, acest metru ar fi egal cu 0,994 m. Cu toate acestea, această definiție nu se potrivește comunității științifice.

La 30 martie 1791, Academia Franceză de Științe a acceptat propunerea de a defini un standard de măsurare ca parte a meridianului Paris. Noua unitate trebuia să fie o zece milioane din distanța de la ecuator la Polul Nord, adică o zece milione dintr-un sfert din circumferința pământului, măsurată de-a lungul meridianului Paris. Acesta a devenit cunoscut sub numele de „Meter True and Definitive”.

La 7 aprilie 1795, Convenția Națională a adoptat o lege care introduce sistemul metric în Franța și a instruit comisarii, inclusiv Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Laplace și alți oameni de știință au determinat experimental unitățile de lungime și masă.

În perioada 1792-1797, prin decizia convenției revoluționare, oamenii de știință francezi Delambre (1749-1822) și Mechen (1744-1804) au măsurat același arc al meridianului Parisului cu o lungime de 9°40′ de la Dunkerque la Barcelona în 6 ani, întinzând un lanț de 115 triunghiuri în Franța și o parte a Spaniei.

Cu toate acestea, mai târziu s-a dovedit că, din cauza unui calcul incorect al compresiei polare a Pământului, standardul s-a dovedit a fi cu 0,2 mm mai scurt. Astfel, lungimea meridianului de 40.000 km este doar aproximativă. Cu toate acestea, primul prototip al contorului standard de alamă a fost realizat în 1795. Trebuie remarcat faptul că unitatea de masă (kilogramul, a cărui definiție se bazează pe masa unui decimetru cub de apă) este, de asemenea, legată de definiția metru.

Istoria formării sistemului SI

La 22 iunie 1799, două etaloane de platină — metrul standard și kilogramul standard — au fost fabricate în Franța. Această dată poate fi considerată pe bună dreptate ziua începerii dezvoltării actualului sistem SI.

În 1832, Gauss a creat așa-numitul Sistem absolut de unități, luând drept trei unități de bază: unitatea de timp este a doua, unitatea de lungime este milimetrul și unitatea de masă este gramul, deoarece folosind aceste unități particulare, omul de știință a putut măsura valoarea absolută a câmpului magnetic al Pământului (acest sistem a primit numele SGS Gauss).

În anii 1860, sub influența lui Maxwell și Thomson, a fost formulată cerința ca unitățile de bază și derivate să fie compatibile între ele. Ca urmare, sistemul CGS a fost introdus în 1874, cu prefixe distribuite și pentru a desemna subseturi și multipli de unități de la micro la mega.

În 1875, reprezentanții a 17 țări, printre care Rusia, Statele Unite, Franța, Germania, Italia, au semnat Convenția Metrica, conform căreia a fost înființat Biroul Internațional de Măsuri, Comitetul Internațional de Măsuri și a început să funcționeze o convenție regulată. Conferința Generală pentru Greutăți și Măsuri (GCMW)… În același timp, au început lucrările la dezvoltarea unui standard internațional pentru kilogram și a unui standard pentru instrumentul de măsurare.

În 1889, la prima conferință a GKMV, Sistemul ISSpe baza metrului, kilogramului și secundei, ca și CGS, totuși, unitățile ISS păreau mai acceptabile datorită confortului utilizării practice. Optica și unitățile electrice vor fi introduse ulterior.

În 1948, prin ordin al guvernului francez și al Uniunii Internaționale de Fizică Teoretică și Aplicată, a IX-a Conferință Generală pentru Greutăți și Măsuri a emis o instrucțiune Comitetului Internațional pentru Greutăți și Măsuri să propună, în vederea unificării sistemului de unități de măsură. de măsurare, ideile sale de a crea un sistem unic de unități de măsură care să poată fi acceptat de toate țările - părți la Convenția Metrica.

Ca urmare, următoarele șase unități au fost propuse și adoptate la a zecea GCMW din 1954: metru, kilogram, secundă, amperi, kelvin și candela. În 1956, sistemul a fost numit „Systeme International d'Unities” - sistemul internațional de unități.

În 1960, a fost adoptat un standard, care pentru prima dată a fost numit „Sistemul internațional de unități” și i s-a atribuit abrevierea «SI» (SI).

Unitățile de bază au rămas aceleași șase unități: metru, kilogram, secundă, amper, kelvin și candela, două unități suplimentare (radian și steradian) și douăzeci și șapte de derivate cele mai importante, fără a specifica în prealabil alte unități derivate care ar putea fi adăugate prin - târziu. (Abrevierea în rusă „SI” poate fi descifrată ca „sistem internațional”).

Toate aceste șase unități de bază, atât unități suplimentare, cât și douăzeci și șapte de unități derivate cele mai importante, au coincis complet cu unitățile de bază, suplimentare și derivate corespunzătoare adoptate la acel moment în standardele de stat URSS pentru unitățile de măsură pentru ISS, MKSA, МКСГ și sisteme MSS.

În 1963 în URSS, conform GOST 9867-61 „Sistemul internațional de unități”, SI este acceptată ca preferată pentru domeniile economiei naționale, în știință și tehnologie, precum și pentru predarea în instituțiile de învățământ.

În 1968, la a treisprezecea GKMV, unitatea „grad Kelvin” a fost înlocuită cu „kelvin”, iar denumirea „K” a fost adoptată și ea. În plus, a fost adoptată o nouă definiție a secundei: o secundă este un interval de timp egal cu 9.192.631.770 de perioade de radiație corespunzătoare tranziției între două niveluri hiperfine ale stării cuantice fundamentale a atomului de cesiu-133. În 1997, ar fi adoptată o clarificare că acest interval de timp se referă la atomul de cesiu-133 în repaus la 0 K.

În 1971, o altă unitate de bază „mol” a fost adăugată la 14 GKMV - o unitate pentru cantitatea de substanță. Un mol este cantitatea de materie dintr-un sistem care conține tot atâtea elemente structurale câte atomi există în carbonul-12 cu o greutate de 0,012 kg. Când se utilizează un mol, elementele structurale trebuie specificate și pot fi atomi, molecule, ioni, electroni și alte particule sau grupuri specificate de particule.

În 1979, a 16-a CGPM a adoptat o nouă definiție a candelei. Candela este intensitatea luminoasă într-o direcție dată a unei surse care emite radiații monocromatice cu o frecvență de 540 × 1012 Hz, a cărei intensitate luminoasă în acea direcție este de 1/683 W/sr (wați pe steradian).

În 1983, o nouă definiție a fost dată contorului de 17 GKMV.Un metru este lungimea drumului parcurs de lumină în vid în (1/299.792.458) secunde.

În 2009, Guvernul Federației Ruse a aprobat „Regulamentul privind unitățile de măsură permise pentru utilizare în Federația Rusă”, iar în 2015, s-au adus modificări la acesta pentru a exclude „perioada de valabilitate” a unor unități non-sistem.

Principalele avantaje ale sistemului SI sunt următoarele:

1. Unificarea unităților de mărime fizică pentru diferite tipuri de măsură.

Sistemul SI permite oricărei mărimi fizice găsite în diferite domenii de tehnologie să aibă o unitate comună pentru ele, de exemplu, joule pentru toate tipurile de muncă și cantitatea de căldură în locul diferitelor unități utilizate în prezent pentru această cantitate (kilogram - forță - metru, erg, calorie, watt-oră etc.).

2. Universalitatea sistemului.

Unitățile SI acoperă toate ramurile științei, tehnologiei și economiei naționale, excluzând necesitatea utilizării altor unități și reprezintă în general un singur sistem comun tuturor domeniilor de măsură.

3. Conectivitatea (coerența) sistemului.

În toate ecuațiile fizice care definesc unitățile de măsură rezultate, factorul de proporționalitate este întotdeauna o mărime adimensională egală cu unitatea.

Sistemul SI face posibilă simplificarea semnificativă a operațiunilor de rezolvare a ecuațiilor, efectuarea de calcule și elaborarea graficelor și nomogramelor, deoarece nu este necesară utilizarea unui număr semnificativ de factori de conversie.

4. Armonia și coerența sistemului SI facilitează foarte mult studiul legilor fizice și al procesului pedagogic în studiul disciplinelor științifice generale și speciale, precum și derivarea diverselor formule.

5.Principiile construcției sistemului SI oferă o oportunitate de a forma noi unități derivate după cum este necesar și, prin urmare, lista de unități ale acestui sistem este deschisă extinderii ulterioare.

Scopul sistemului SI și rolul său în fizică

Până în prezent, sistemul internațional de mărimi fizice SI a fost acceptat în întreaga lume și este folosit mai mult decât alte sisteme atât în ​​știință și tehnologie, cât și în viața de zi cu zi a oamenilor - este o versiune modernă a sistemului metric.

Majoritatea țărilor folosesc unități SI în tehnologie, chiar dacă folosesc unități tradiționale pentru acele teritorii în viața de zi cu zi. În Statele Unite, de exemplu, unitățile obișnuite sunt definite ca unități SI folosind coeficienți fiși.

Cantitatea Denumire Denumire rusă Internațional rusă Unghi plat radian glad rad Unghi solid steradian Miercuri Temperatura în grade Celsius în Celsius OS OS Frecvență hertz Hz Hz Forță Newton Z n Energie joule J J Putere watt W W Presiune pascal Pa Pa Flux luminos lumen lm lm Iluminare lux OK lx Suspensie de încărcare electrică CL ° C Diferența de potențial volt V V Rezistență ohm Ohm R Capacitate electrică farad F F Flux magnetic Weber Wb Wb Inducție magnetică Tesla T T Inductanță Henry Mr. H Conductivitate electrică Siemens Cm C Activitatea unei surse radioactive becquerel Bq Bq Doza absorbită de radiații ionizante gri Gr Gy Doza efectivă de radiații ionizante sievert Sv Sv Activitatea catalizatorului laminat cat cat

O descriere exhaustivă detaliată a sistemului SI în formă oficială este dată în Broșura SI, publicată din 1970, și suplimentul acesteia; aceste documente sunt publicate pe site-ul oficial al Biroului Internațional de Greutăți și Măsuri. Din 1985aceste documente sunt emise în engleză și franceză și sunt întotdeauna traduse în mai multe limbi din întreaga lume, deși limba oficială a documentului este franceza.

Definiția oficială precisă a sistemului SI este următoarea: „Sistemul internațional de unități (SI) este un sistem de unități bazat pe Sistemul internațional de unități, împreună cu nume și simboluri și un set de prefixe și numele și simbolurile acestora. împreună cu regulile de utilizare a acestora adoptate de Conferința Generală pentru Greutăți și Măsuri (CGPM) «.

Sistemul SI este definit de șapte unități de bază de mărimi fizice și derivate ale acestora, precum și prefixe ale acestora.Abrevierile standard ale denumirilor de unități și regulile de scriere a derivatelor sunt reglementate. Există șapte unități de bază ca și înainte: kilogram, metru, secundă, amper, kelvin, mol, candela. Unitățile de bază sunt independente de dimensiune și nu pot fi derivate din alte unități.

În ceea ce privește unitățile derivate, acestea pot fi obținute pe baza celor de bază, prin efectuarea de operații matematice precum împărțirea sau înmulțirea. Unele dintre unitățile rezultate, cum ar fi „radian”, „lumen”, „pendant”, au propriile nume.

Puteți utiliza un prefix înaintea numelui unității, cum ar fi milimetru - o miime de metru și kilometru - o mie de metri. Prefixul înseamnă că unul trebuie împărțit sau înmulțit cu un număr întreg care este o putere specifică a lui zece.