1.1 Единицы измерений

Изучение физических явлений и закономерностей, а также использование этих закономерностей в практике связано с измерением физических величин [1].

Физическая величина - это количественная характеристика свойств физического тела или системы тел, процессов и явлений.

Отдельные реализации одной и той же величины называются однородными величинами. Однородные величины отличаются друг от друга размером, то есть количественно. Сравнение размеров двух однородных величин осуществляется в процессе измерения.

Измерением физической величины называется экспериментальное (с помощью меры) сравнение данной величины с другой, принятой за единицу измерения. Единица измерения - это конкретное значение физической величины, принятое за основу сравнения для количественной оценки величины того же рода.

Результат измерений некоторой отдельной реализации физической величины Х может быть представлен в виде произведения двух множителей:

, (1.1)

где единица измерений величины; числовое значение измеряемой величины, если она измеряется в единицах.

Числовое значение является абстрактным числом, равным отношению измеряемой величины к единице её измерения.

Единица измерения , как отдельная реализация величины Х, также может быть выражена в виде множителей и.

Единицы измерений , ,..., одной и той же величины Х, то есть однородные единицы, отличаются друг от друга размером (например, размер килограмма в тысячу раз больше грамма, а размер секунды в шестьдесят раз меньше минуты).

Размером единицы измерений называется количество физической величины, содержащейся в единице измерений.

При измерении одной и той же величины единицами разных размеров получают различные числовые значения величины. Например, если длина тела при измерении его в метрах выражается числом 3 м, то при измерении в сантиметрах она выразится числом 300 см. Размер метра в 100 раз больше размера сантиметра, а численное значение результата измерений в метрах будет в 100 раз меньше, чем при измерении в сантиметрах.

Вообще, если при измерении величины Х единицей получено численное значение, а при измерении единицей получено численное значение , всегда будет:

, (1.2)

то есть численные значения величины обратно пропорциональны размерам единиц измерений.

Откуда следует, что:

, (1.3)

то есть при измерении конкретной реализации величины произведение постоянно и не зависит от выбора единицы измерений.

Единицу измерений физической величины можно получить тремя различными способами.

Во-первых, единицу можно выбрать произвольно, независимо как от других единиц, однородных с ней, так и от единиц измерений других физических величин. Избранные таким образом единицы называются независимыми. Независимыми единицами являются, например, единица длины - метр, единица температуры - градус Кельвина и др.

Во-вторых, единицу измерений можно получить с помощью формул, отражающих количественную зависимость между физическими величинами. В этом случае единица измерений будет выражаться через другие единицы измерений. Такие единицы называются производными. К ним относятся единица скорости - метр в секунду, единица давления - ньютон на квадратный метр и др.

В-третьих, единицу измерения можно получить делением и умножением независимой или производной единицы на целое число, обычно на 10, или на число, которое является степенью при основании 10, например, 1 километр = 10³ метра; 1 мегом = 10⁶ ома; 1 миллиметр = 10^-3 метра; 1 микрофарад = 10^-6 фарады и др.

Единицы, полученные при умножении независимой или производной единицы на абстрактное целое число, называются кратными, например, единица частоты 1 МГц =1 000 000 Гц. Единицы, полученные при делении независимой или производной единицы на абстрактное целое число, называются дольными, например, 1мкс = 0,000 001с.

Таким образом, все единицы измерений по способу их выбора подразделяются на четыре группы: независимые, производные, кратные и дольные.

Единицы измерений по определённому принципу объединяются в системы единиц. Единицы, которые образуют какую-либо систему, называются системными, а единицы, которые не входят ни в одну из систем, называются внесистемными. Внесистемными единицами являются, например, единицы длины - километр и ангстрем, единицы давления - техническая атмосфера и миллиметр ртутного столба и др.

Системные единицы в свою очередь подразделяются на три группы: основные, производные и дополнительные.