Единицы измерения (original) (raw)

Единство измерений подразумевает согласованность размеров единиц всех величин. Это становится очевидным, если вспомнить о возможности измерения одной и той же величины прямыми и косвенными измерениями. Такая согласованность достигается созданием системы единиц. Но, хотя преимущества системы единиц по сравнению с набором разобщенных единиц были осознаны очень давно, первая система единиц появилась только в конце XVIII века. Это была знаменитая метрическая система (метр, килограмм, секунда), утвержденная 26 марта 1791 г. Учредительным собранием Франции. Первую научно обоснованную систему единиц, как совокупность произвольных основных единиц и зависимых от них производных единиц, в 1832 г. предложил К. Гаусс. Он построил систему единиц, названную абсолютной, за основу которой были приняты три произвольные, независимые друг от друга единицы: миллиметр, миллиграмм и секунда. Развитием системы Гаусса были появившаяся в 1881 г. система СГС (сантиметр, грамм, секунда), удобная для применения в электромагнитных измерениях, и различные ее модификации.

Развитие промышленности и торговли в эпоху первой промышленной революции потребовало унификации единиц в международном масштабе. Начало этому процессу было положено 20 мая 1875 г. подписанием 17 странами (в том числе Россией, Германией, США, Францией, Англией) Метрической конвенции, к которой в дальнейшем присоединились многие страны. Согласно этой конвенции было установлено международное сотрудничество в области метрологии. В Севре, расположенном в пригороде Парижа, было создано Международное бюро мер и весов (МБМВ) с целью проведения международных метрологических исследований и хранения международных эталонов. Для руководства МБМВ был учрежден Международный комитет мер и весов (МКМВ), включающий консультативные комитеты по единицам и ряду видов измерений. Для решения принципиальных вопросов международного метрологического сотрудничества стали регулярно проводить международные конференции, называемые Генеральными конференциями по мерам и весам (ГКМВ). Все страны, подписавшие Метрическую конвенцию, получили прототипы международных эталонов длины (метр) и массы (килограмм). Были также организованы периодические сличения этих национальных эталонов с международными эталонами, хранящимися в МБМВ. Тем самым метрическая система единиц впервые получила международное признание. Однако после подписания Метрической конвенции были разработаны системы единиц для различных областей измерений — СГС, СГСЭ, СГСМ, МТС, МКС, МКГСС. Вновь возникает проблема единства измерений, уже между различными областями измерений. И в 1954 г. ХГКМВ предварительно, а в октябре 1960 г. XI ГКМВ окончательно принимают Международную систему единиц SI, которая с незначительными изменениями действует по настоящее время. На следующих заседаниях ГКМВ в нее неоднократно вносились изменения и дополнения. В настоящее время система единиц SI регламентирована стандартом ИСО 31 и по существу является международным регламентом, обязательным для применения. В нашей стране стандарт ИСО 31 утвержден в качестве государственного стандарта ГОСТ 8.417-02.

Система единиц SI образована в соответствии с общим принципом образования систем единиц, который был предложен К. Гауссом в 1832 г. В соответствии с ним все физические величины подразделяют на две группы: величины, принятые за независимые от других величин, которые называют основными величинами; все остальные величины, называемые производными, которые выражают через основные и уже определенные производные величины при помощи физических уравнений. Из этого следует и классификация единиц: единицы основных величин являются основными единицами системы, а единицы производных величин — производными единицами.

Итак, сначала образуется система величин — совокупность величин, образованная в соответствии с принципом, когда одни величины принимаются за независимые, а другие являются функциями независимых величин. Величина, входящая в систему величини условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы, называется основной величиной. Величина, входящая в систему величин и определяемая через основные и уже определенные производные величины, называется производной величиной.

Единица основной величины данной системы величин называется основной единицей. Производная единица — это единица производной величины данной системы величин, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами или же с основными единицами и уже определенными производными единицами.

Таким путем образуется система единиц величин — совокупность основных и производных единиц заданной системы величин.

Основные единицы измерения. Для каждой измеряемой физической величины должна быть предусмотрена соответствующая единица измерения. Так, отдельная единица измерения нужна для веса, расстояния, объема, скорости и т.д., и каждую такую единицу можно определить, выбрав тот или иной эталон. Система единиц оказывается значительно более удобной, если в ней всего лишь несколько единиц выбраны в качестве основных, а остальные определяются через основные. Так, если единицей длины является метр, эталон которого хранится в Государственной метрологической службе, то единицей площади можно считать квадратный метр, единицей объема – кубический метр, единицей скорости – метр в секунду и т.д.

Удобство такой системы единиц измерения в том, что математические соотношения между основными и производными единицами системы оказываются более простыми. При этом единица скорости есть единица расстояния (длины) в единицу времени, единица ускорения – единица изменения скорости в единицу времени, единица силы – единица ускорения единицы массы и т.д. В математической записи это выглядит так: v = l/t, a = v/t, F = ma = ml/t2. Представленные формулы показывают «размерность» рассматриваемых величин, устанавливая соотношения между единицами. (Аналогичные формулы позволяют определить единицы для таких величин, как давление или сила электрического тока.) Такие соотношения носят общий характер и выполняются независимо от того, в каких единицах (метр, фут или аршин) измеряется длина и какие единицы выбраны для других величин.