Υπήρχαν και εξακολουθούν να υπάρχουν πολλά διαφορετικά συστήματα μέτρησης στον κόσμο. Χρησιμεύουν στο να επιτρέπουν στους ανθρώπους να ανταλλάσσουν διάφορες πληροφορίες, για παράδειγμα, όταν κάνουν συναλλαγές, συνταγογραφούν φάρμακα ή αναπτύσσουν κατευθυντήριες γραμμές για τη χρήση της τεχνολογίας. Προκειμένου να αποφευχθεί η σύγχυση, αναπτύχθηκε το Διεθνές Σύστημα για τη Μέτρηση των Φυσικών Ποσοτήτων.
Τι είναι ένα σύστημα μέτρησης φυσικών μεγεθών;
Μια τέτοια έννοια ως σύστημα μονάδων φυσικών μεγεθών, ή απλά το σύστημα SI, μπορεί συχνά να βρεθεί όχι μόνο στα σχολικά μαθήματα φυσικής και χημείας, αλλά και στην καθημερινή ζωή. Στον σύγχρονο κόσμο, οι άνθρωποι χρειάζονται περισσότερο από ποτέ ορισμένες πληροφορίες - για παράδειγμα, χρόνο, βάρος, όγκο - για να εκφραστούν με τον πιο αντικειμενικό και δομημένο τρόπο. Ήταν για αυτό που δημιουργήθηκε ένα ενοποιημένο σύστημα μέτρησης - ένα σύνολο επίσημα αποδεκτών μονάδων μέτρησης που συνιστώνται για χρήση στην καθημερινή ζωή καιεπιστήμη.
Τι συστήματα μέτρησης υπήρχαν πριν από την εμφάνιση του συστήματος SI
Βεβαίως, η ανάγκη για μέτρα υπήρχε πάντα σε έναν άνθρωπο, ωστόσο, κατά κανόνα, αυτά τα μέτρα δεν ήταν επίσημα, καθορίζονταν μέσω αυτοσχέδιων υλικών. Αυτό σημαίνει ότι δεν είχαν πρότυπο και θα μπορούσαν να διαφέρουν από περίπτωση σε περίπτωση.
Ένα ζωντανό παράδειγμα είναι το σύστημα μέτρων μήκους που υιοθετήθηκε στη Ρωσία. Ένα άνοιγμα, ένας αγκώνας, ένα arshin, ένα sazhen - όλες αυτές οι μονάδες ήταν αρχικά δεμένες σε μέρη του σώματος - την παλάμη, το αντιβράχιο, την απόσταση μεταξύ των τεντωμένων χεριών. Φυσικά, οι τελικές μετρήσεις ήταν ανακριβείς ως αποτέλεσμα. Στη συνέχεια, το κράτος έκανε προσπάθειες να τυποποιήσει αυτό το σύστημα μέτρησης, αλλά παρέμεινε ατελές.
Άλλες χώρες είχαν τα δικά τους συστήματα για τη μέτρηση φυσικών μεγεθών. Για παράδειγμα, στην Ευρώπη το αγγλικό σύστημα μέτρων ήταν κοινό - πόδια, ίντσες, μίλια κ.λπ.
Γιατί χρειαζόμαστε το σύστημα SI;
Στους αιώνες XVIII-XIX, η διαδικασία της παγκοσμιοποίησης έγινε ενεργή. Όλο και περισσότερες χώρες άρχισαν να δημιουργούν διεθνείς επαφές. Επιπλέον, η επιστημονική και τεχνολογική επανάσταση έχει φτάσει στο απόγειό της. Οι επιστήμονες σε όλο τον κόσμο δεν μπορούσαν να μοιραστούν αποτελεσματικά τα αποτελέσματα της επιστημονικής τους έρευνας λόγω του γεγονότος ότι χρησιμοποιούσαν διαφορετικά συστήματα για τη μέτρηση φυσικών μεγεθών. Σε μεγάλο βαθμό λόγω τέτοιων παραβιάσεων των δεσμών εντός της παγκόσμιας επιστημονικής κοινότητας, πολλοί φυσικοί και χημικοί νόμοι «ανακαλύφθηκαν» αρκετές φορές από διαφορετικούς επιστήμονες, γεγονός που εμπόδισε σε μεγάλο βαθμό την ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας.
Επομένως, υπήρχε ανάγκη για ένα ενοποιημένο σύστημα μέτρησης φυσικών μονάδων, το οποίο όχι μόνο θα επέτρεπε στους επιστήμονες σε όλο τον κόσμο να συγκρίνουν τα αποτελέσματα της δουλειάς τους, αλλά και θα βελτιστοποιούσαν τη διαδικασία του παγκόσμιου εμπορίου.
Ιστορία του Διεθνούς Συστήματος Μετρήσεων
Για τη δομή των φυσικών μεγεθών και τη μέτρηση των φυσικών μεγεθών, έχει καταστεί απαραίτητο ένα σύστημα μονάδων, το ίδιο για ολόκληρη την παγκόσμια κοινότητα. Ωστόσο, η δημιουργία ενός τέτοιου συστήματος που θα πληροί όλες τις απαιτήσεις και θα είναι το πιο αντικειμενικό είναι ένα πραγματικά δύσκολο έργο. Η βάση του μελλοντικού συστήματος SI ήταν το μετρικό σύστημα, το οποίο διαδόθηκε ευρέως τον 18ο αιώνα μετά τη Γαλλική Επανάσταση.
Η αφετηρία από την οποία ξεκίνησε η ανάπτυξη και η βελτίωση του Διεθνούς Συστήματος για τη μέτρηση των φυσικών μεγεθών μπορεί να θεωρηθεί η 22η Ιουνίου 1799. Ήταν αυτή την ημέρα που εγκρίθηκαν τα πρώτα πρότυπα - ο μετρητής και το κιλό. Ήταν φτιαγμένα από πλατίνα.
Παρόλα αυτά, το Διεθνές Σύστημα Μονάδων υιοθετήθηκε επίσημα μόλις το 1960 στην 1η Γενική Διάσκεψη για τα Βάρη και τα Μέτρα. Περιλάμβανε 6 βασικές μονάδες μέτρησης φυσικών μεγεθών: δευτερόλεπτο (χρόνος), μέτρο (μήκος), κιλό (μάζα), kelvin (θερμοδυναμική θερμοκρασία), αμπέρ (ρεύμα), καντέλα (ένταση φωτός).
Το 1964, προστέθηκε σε αυτά μια έβδομη τιμή - το mole, το οποίο μετρά την ποσότητα μιας ουσίας στη χημεία.
Επιπλέον, υπάρχουν επίσηςπαράγωγες μονάδες που μπορούν να εκφραστούν ως βασικές χρησιμοποιώντας απλές αλγεβρικές πράξεις.
Βασικές μονάδες SI
Δεδομένου ότι οι βασικές μονάδες του συστήματος των φυσικών μεγεθών έπρεπε να είναι όσο το δυνατόν αντικειμενικές και να μην εξαρτώνται από εξωτερικές συνθήκες όπως η πίεση, η θερμοκρασία, η απόσταση από τον ισημερινό και άλλες, η διατύπωση των ορισμών και των προτύπων τους έπρεπε να να αντιμετωπίζονται θεμελιωδώς.
Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα καθεμία από τις βασικές μονάδες του συστήματος μέτρησης φυσικών μεγεθών.
Δεύτερο. Η μονάδα του χρόνου. Αυτή είναι μια σχετικά εύκολη ποσότητα να εκφραστεί, αφού σχετίζεται άμεσα με την περίοδο της περιστροφής της Γης γύρω από τον Ήλιο. Ένα δεύτερο είναι 1/31536000 του έτους. Υπάρχουν, ωστόσο, πιο περίπλοκοι τρόποι μέτρησης του τυπικού δευτερολέπτου, που σχετίζονται με τις περιόδους ακτινοβολίας του ατόμου καισίου. Αυτή η μέθοδος ελαχιστοποιεί το σφάλμα, το οποίο απαιτείται από το τρέχον επίπεδο ανάπτυξης της επιστήμης και της τεχνολογίας
Μέτρο. Μονάδα μέτρησης για το μήκος και την απόσταση. Σε διάφορες χρονικές στιγμές, έγιναν προσπάθειες να εκφραστεί ο μετρητής ως μέρος του ισημερινού ή με τη βοήθεια μαθηματικού εκκρεμούς, αλλά όλες αυτές οι μέθοδοι δεν ήταν αρκετά ακριβείς, έτσι ώστε η τελική τιμή να ποικίλλει εντός χιλιοστών. Ένα τέτοιο σφάλμα είναι κρίσιμο, επομένως για μεγάλο χρονικό διάστημα οι επιστήμονες αναζητούσαν πιο ακριβείς τρόπους για τον προσδιορισμό του προτύπου του μετρητή. Αυτή τη στιγμή, ένα μέτρο είναι το μήκος της διαδρομής που διανύει το φως σε (1/299.792.458) δευτερόλεπτα
Kilogram. Μαζική μονάδα. Μέχρι σήμερα, το κιλό είναι η μόνη ποσότητα που ορίζεται μέσω ενός πραγματικού προτύπου, το οποίοπου φυλάσσεται στην έδρα του Διεθνούς Γραφείου Βαρών και Μετρών. Με την πάροδο του χρόνου, το πρότυπο αλλάζει ελαφρώς τη μάζα του λόγω των διεργασιών διάβρωσης, καθώς και της συσσώρευσης σκόνης και άλλων μικρών σωματιδίων στην επιφάνειά του. Γι' αυτό σχεδιάζεται να εκφραστεί η αξία του στο εγγύς μέλλον μέσω θεμελιωδών φυσικών ιδιοτήτων
- Kelvin. Μονάδα μέτρησης για τη θερμοδυναμική θερμοκρασία. Το Kelvin είναι ίσο με το 1/273, 16 της θερμοδυναμικής θερμοκρασίας του τριπλού σημείου του νερού. Αυτή είναι η θερμοκρασία στην οποία το νερό βρίσκεται σε τρεις καταστάσεις ταυτόχρονα - υγρό, στερεό και αέριο. Οι βαθμοί Κελσίου μετατρέπονται σε Kelvin με τον τύπο: t K \u003d t C ° + 273
- Αμπ. Μονάδα ισχύος ρεύματος. Ένα αμετάβλητο ρεύμα, κατά τη διέλευση του οποίου από δύο παράλληλους ευθύγραμμους αγωγούς με ελάχιστη επιφάνεια διατομής και άπειρο μήκος, που βρίσκονται σε απόσταση 1 μέτρου μεταξύ τους (δύναμη ίση με 2 10-7 Τοπροκύπτει σε κάθε τμήμα αυτών των αγωγών H), είναι ίσο με 1 ampere.
- Καντέλα. Μονάδα μέτρησης της φωτεινής έντασης είναι η φωτεινότητα μιας πηγής σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Μια συγκεκριμένη τιμή που σπάνια χρησιμοποιείται στην πράξη. Η τιμή της μονάδας προκύπτει από τη συχνότητα της ακτινοβολίας και την ενεργειακή ένταση του φωτός.
- Moth. Μονάδα ποσότητας μιας ουσίας. Αυτή τη στιγμή, ο τυφλοπόντικας είναι μια μονάδα που είναι διαφορετική για διαφορετικά χημικά στοιχεία. Είναι αριθμητικά ίση με τη μάζα του μικρότερου σωματιδίου αυτής της ουσίας. Στο μέλλον, σχεδιάζεται να εκφραστεί ακριβώς ένας τυφλοπόντικας χρησιμοποιώντας τον αριθμό του Avogadro. Για να γίνει αυτό, ωστόσο, είναι απαραίτητο να διευκρινιστεί η έννοια του ίδιου του αριθμού. Avogadro.
Προθέματα SI και τι σημαίνουν
Για τη διευκόλυνση της χρήσης των βασικών μονάδων φυσικών μεγεθών στο σύστημα SI, στην πράξη υιοθετήθηκε ένας κατάλογος καθολικών προθεμάτων, με τη βοήθεια των οποίων σχηματίζονται κλασματικές και πολλαπλές μονάδες.
Παράγωγες μονάδες
Προφανώς, υπάρχουν πολύ περισσότερα από επτά φυσικά μεγέθη, πράγμα που σημαίνει ότι χρειάζονται και μονάδες στις οποίες θα πρέπει να μετρηθούν αυτές οι ποσότητες. Για κάθε νέα τιμή, προκύπτει μια νέα μονάδα, η οποία μπορεί να εκφραστεί ως προς τις βασικές χρησιμοποιώντας τις απλούστερες αλγεβρικές πράξεις, όπως διαίρεση ή πολλαπλασιασμό.
Είναι ενδιαφέρον ότι, κατά κανόνα, οι παράγωγες μονάδες ονομάζονται από σπουδαίους επιστήμονες ή ιστορικά πρόσωπα. Για παράδειγμα, η μονάδα για την εργασία είναι Joule ή η μονάδα για την επαγωγή είναι ο Henry. Υπάρχουν πολλές παράγωγες μονάδες - περισσότερες από είκοσι συνολικά.
Μονάδες εκτός συστήματος
Παρά την ευρεία και διαδεδομένη χρήση μονάδων του συστήματος φυσικών μεγεθών SI, οι μη συστημικές μονάδες μέτρησης εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται στην πράξη σε πολλούς κλάδους. Για παράδειγμα, στη ναυτιλία - ένα ναυτικό μίλι, στα κοσμήματα - ένα καράτι. Στην καθημερινή ζωή, γνωρίζουμε τέτοιες μη συστημικές μονάδες όπως ημέρες, ποσοστά, διόπτρες, λίτρα και πολλές άλλες.
Πρέπει να θυμόμαστε ότι, παρά την εξοικείωσή τους, κατά την επίλυση φυσικών ή χημικών προβλημάτων, οι μη συστημικές μονάδες πρέπει να μετατρέπονται σε μονάδες μέτρησηςφυσικές ποσότητες στο σύστημα SI.
