1.3 Системы единиц
Необходимость измерять была характерна для человеческого общества на всех стадиях его развития. Эта необходимость росла с развитием и усложнением производственной деятельности человека.
Каждое государство имело собственные меры и единицы измерений. На определённой стадии развития общества многообразие единиц измерения становится тормозом при установлении и расширении экономических, торговых и научных связей. Поэтому наряду с тенденцией роста числа единиц возникает тенденция их унификации. Необходимость унификации мер и единиц измерений привела в конце XVIII в. к установлению Метрической системы мер. Метрическая система мер, разработанная французскими учёными (Лагранж, Лаплас, Монж и др.) и введённая изначально во Франции, во второй половине XIX в. получила международное признание.В метрическую систему мер входили единицы измерений ограниченного числа величин - длины, площади, объёма, ёмкости, массы [1]. Поэтому с расширением круга величин, подпадающих под измерения, возникла необходимость в системах единиц, которые охватывали бы целые разделы физики. Идея создания таких систем принадлежит немецкому математику Гауссу, который показал, что если выбрать независимо друг от друга единицы измерений нескольких величин, то на основе этих единиц с помощью физических законов можно установить единицы измерений всех величин, входящих в определённый раздел физики.
Совокупность единиц, созданная по принципу, предложенному Гауссом, получила название «системы единиц».
Единицы, которые выбраны произвольно и служат для выражения других единиц, называются основными единицами системы. Единицы, полученные на основе основных с помощью физических формул, называются производными единицами системы.
Зависимость между единицами измерений, на которую указал Гаусс, вытекает из того, что сами физические величины не являются независимыми друг от друга.
Они связаны между собой, и эта связь проявляется в физических законах. Характер этой связи позволяет выразить через несколько произвольно выбранных величин, которые являются основными, остальные производные величины. При построении системы единиц произвольно выбирают единицы основных величин и с помощью физических формул или по размерностям величин определяют единицы производных величин. Размерность производной величины есть произведение размерностей основных величин, возведённая в соответствующую степень.Многообразие систем единиц (МКГСС, МТС, МКС, СГС), а также многообразие отдельных единиц измерения образует, как указывалось ранее, определённые трудности в различных сферах деятельности. Поэтому ещё в XIX в. возникла необходимость создания единой международной системы, которая включала бы в себя единицы измерений всех разделов физики. Однако соглашение о введении такой системы было принято только в 1961 г.
Международная система единиц (СИ) основана на семи основных единицах:
- метр (м) - единица длины;
- килограмм (кг) - единица массы;
- секунда (с) - единица времени;
- градус Кельвина (оК) - единица термодинамической температуры;
- моль (моль) - количество вещества;
- ампер (А) - единица силы тока;
- кандела (кд) - единица силы света.
Кроме того, в систему СИ включены две дополнительных единицы:
- радиан (рад) - единица плоского угла;
- стерадиан (ср) - единица телесного угла.
Система СИ имеет ряд преимуществ перед другими системами. Она является универсальной, то есть охватывает все области измерений. С переходом на систему СИ можно отказаться от использования всех систем единиц, а также от внесистемных единиц. Ни одна из других систем таким достоинством не обладает. Например, система МКГСС охватывает только отрасль механики, система СГСЭ - только раздел электростатики и т.п.
Вопросы для самоконтроля.
1. Что обозначает термин «физическая величина»?
2. Какими способами можно получить единицу измерений физической величины?
3. В чем заключается отличие уравнений между физическими величинами и численными значениями?
4. Охарактеризуйте метрическую систему мер. Для каких целей она была создана?
5. Перечислите основные единицы Международной системы единиц (СИ).