Днес изглежда очевидно, че килограм захар в Русия и Африка ще бъде килограм захар. Ще се изненадате да научите, че само преди 200 години 1 пуд тежеше различно дори в съседните провинции. Бяхме доведени до общ знаменател от международната система SI, която повечето страни по света работят днес. Но не винаги е било така. За историята на въвеждането на еталоните за измерване и единната система SI - по-нататък в статията.
Защо се нуждаем от стандарти?
Развитието на цивилизацията е познало много стандарти и стандарти за мерки, които са се променяли през вековете. Например мярка за тегло в древен Египет е кикар, в древен Рим е талант, в Русия е пуд. И всички тези мерки, замествайки една друга, изискваха човечеството да се споразумее за общи единици физически параметри, които биха били сравними с една договорна единица (стандарт) за всички.
С развитието на научния и технологичния прогрес необходимостта от такава единна система от стандарти само нараства. Изхождайки от търговско-икономическата сфера на дейност, тази система от стандарти се превърнанеобходимост във всички други области - строителство (чертежи), индустриални (например единство на сплави) и дори културни (интервали от време).
Как е определен метърът
Почти до края на 17-ти век мерките за дължина са различни в различните страни. Но сега е дошло времето, когато развитието на науката изисква една-единствена мярка за дължина - католическият метър.
Първият стандарт е предложен от британския учен и философ Джон Уилкинс - за единица дължина да се вземе дължината на махало, половината от периода на което е равен на една секунда. Но бързо стана ясно, че тази стойност варира значително в зависимост от мястото на измерване.
През 1790 г. Националното събрание на Франция, по предложение на тогавашния министър Талейран, приема един стандарт на метъра, през 1791 г. Френската академия на науките вече приема като стандарт за дължина една десетмилионна от разстоянието между екватора и северния полюс, измерено по парижкия меридиан. Съгласете се, доста трудно.
Опитите за спокойствие продължават
Прототипът на съвременната система SI е метричната система във Франция, която е предложена от Националния конвент през 1795 г., за да бъде разработена от водещите учени от онова време. Работил по разработването на еталони за дължина и маса Ch. Coulomb, J. Lagrange, P.-S. Лаплас и др. Имаше няколко предложения, но меридианът все пак беше измерен. И първият метър е направен от месинг през 1975 г.
И все пак 22 юни 1799 г. трябва да се счита за рожден ден на единната система от мерки и за прототип на съвременната SI система от единици. Тогава във Франция се произвежда платинапървите стандарти на метър и килограм.
Минават години, появяват се Гаусовата абсолютна система от единици (1832) и префикси за множество единици на Максуел и Томсън.
И през 1875 г. 17 държави подписаха Конвенцията за измерване. С него бяха одобрени Международното бюро по мерки и Международния комитет по мерки и започна дейността си Генералната конференция по мерки и теглилки. На първата си конференция през 1889 г. е приета първата унифицирана метрична система, базирана на метър, килограм, секунда.
Историята на бенчмарковете продължава
Развитието на електричеството и оптиката прави свои собствени корекции в концепцията за стандарти. Науката не стои на едно място и изисква нови мерни единици.
През 1954 г. на Десетата генерална конференция по мерки и теглилки са приети шест единици - метър, килограм, секунда, ампер, кандела, градус Келвин. През 1960 г. тази система е наречена Systeme International d'Unites, а през 1960 г. е приет стандартът на Международната система от единици, съкратен като SI. Рускоезичното "SI" означава международна система. Това е измервателната система SI, която целият свят използва днес. Изключения бяха САЩ, Нигерия, Мианмар.
Определяне на системата SI
Веднага трябва да се отбележи, че това не е единствената система от стандарти. Някои клонове на приложната физика използват други системи от единици.
Днес Международната система за физически величини SI е най-използваната метрична система в света. Официалното му подробно описание е изложено в"Брошура SI" (1970). Официална дефиниция "Международната система от единици SI е система от единици, базирана на Международната система от единици, заедно с имена и символи, както и набор от префикси … с правила за приложение …".
Основна система
Принципите на SI единиците са както следва:
- Дефинирани са седем основни единици физически величини. В системата SI те не могат да бъдат получени от други величини. Това са килограм (тегло), метър (дължина), секунда (време), ампер (ток), келвин (температура), мол (количество вещество), кандела (интензитет на светлината)..
- Определят се извлечени количества от стойностите на основната SI система, които се получават чрез математически операции с основните величини.
- Дефинирани са префикси към количества и правила за тяхното използване. Префиксите означават, че единицата трябва да бъде разделена / умножена по цяло число, което е степен 10.
Смисъл в живота и науката
Както вече споменахме, повечето страни в света използват SI единици. Дори ако в обикновения живот използват традиционни за страната единици, те се определят чрез преобразуване в системата SI с помощта на фиксирани коефициенти.
Всички основни единици на системата SI се дефинират с помощта на физически константи или явления, които са неизменни и могат да бъдат възпроизведени навсякъде по света с висока точност. Единственото изключение е килограмът, чийто стандарт засега остава единственият физически прототип.
MKS система от единици (метър, килограм,второ) ви позволява да решавате проблеми на механиката, термодинамиката и други области на теоретичната физика и практическата наука.
Но в някои индустрии (например в електродинамиката) системата SI губи пред други метрични системи. Ето защо в света съществуват няколко метрични системи, чиито стойности са обвързани до известна степен с основните стандарти - килограм, метър и секунда.
SI единици
Основни единици (припомнете си - има седем) и техните обозначения са представени в таблицата, но те са добре познати на всички ни. Имената на единиците в тази система се пишат с малка буква, а след обозначението на единиците не се поставя точка.
Производните единици (има 22 от тях) се изразяват чрез математически изчисления и следват от физическите закони. Например скоростта е разстоянието, което тялото изминава за единица време - m / s. Някои производни единици имат свои собствени имена (радиан, херц, нютон, джаул) и могат да бъдат написани по различни начини.
Има единици, които не са включени в системата SI, но е разрешено да се използват заедно. Те са одобрени от Общата конвенция за мерките и теглилките. Например минута, час, ден, литър, възел, хектар.
Разрешено е също да се използват единици с логаритмични стойности, както и относителни. Например процент, октава, десетилетие.
Използването на широко използвани стойности също е разрешено. Например седмица, година, век.
Има проектирани конвектори за преобразуване на стойности от различни системи. Има много, но всички разчитат наеднакви метрични стойности.
Предимства на международната система SI
Универсалността на тази система е очевидна. Всички физически явления, всички клонове на управлението и технологиите са обхванати от единна система от величини. Само системата SI дава единици, които са важни и лесни за използване.
Системата е присъща на гъвкавостта, която позволява използването на извънсистемни единици и възможността за развитие - ако е необходимо, броят на стойностите на SI може да бъде увеличен. Единиците подлежат на корекция в съответствие с международните споразумения и нивото на развитие на измервателните технологии.
Обединението на единиците направи тази система широко използвана (в повече от 130 страни) и призната от много влиятелни международни организации (ООН, ЮНЕСКО, Международния съюз по чиста и приложна физика)..
Системата SI повишава производителността на дизайнерите и учените, опростява и улеснява образователния процес и практикуването на международни контакти във всички области.
Последен физически прототип
Всички единици в системата SI се дефинират от физически константи. Изключение е килограмът. Само този стандарт досега има свой собствен физически прототип и той се откроява в тънка линия от мерни единици.
Килограмовият стандарт е цилиндър, изработен от сплав от 9 части платина и 1 част иридий. Масата му съответства на един литър вода при най-високата й плътност (4 градуса по Целзий, стандартно налягане над морското равнище). През 1889 г. са направени 80 от тях, от които 17прехвърлени в страни, подписали Метричната конвенция.
Днес оригиналът на този стандарт под три запечатани капсули се намира в град Севър в покрайнините на Париж в сейфа на Международното бюро за мерки и теглилки. Всяка година тържествено се премахва и съгласува.
Руската версия на стандарта за килограм е във Всеруския изследователски институт по метрология. Менделеев (Санкт Петербург). Това са прототипи 12 и 26.
Вашият iPhone ще се счупи поради загубата на масовия стандарт в системата SI
Цялата метрична система на човечеството днес е под заплаха. И това се случва, защото единственият физически съществуващ стандарт е бързо „отслабване“.
Експериментално е доказано, че всеки век стандартът за килограм става по-лек с 3 x 10−8 килограма. Това се дължи на отделянето на атомите по време на годишни изследвания. Очевидно нарушението на константата на тази стойност непременно ще доведе до промяна във всички останали стойности.
Проектът Electronic Kilogram (Национален институт по стандарти и технологии, САЩ) е призован да спаси ситуацията, който предвижда създаването на устройство с такава мощност, което може да повдигне 1 килограм маса в електромагнитно поле. Работата по създаването все още е в ход.
Другата посока е куб от 2250 x 281489633 въглерод-12 атома. Височината му ще бъде 8,11 сантиметра и няма да намалява с времето. Този проект също е в процес на разработка.
Интересни факти за стандартите и не само
Времето е постоянна стойност. ВВъв всички часови зони на нашата планета времето се определя спрямо универсалното време по UTC. Интересното е, че това съкращение няма декодиране.
Моряците продължават да използват единицата "възел". Малко хора знаят, но това устройство има дълга история. За измерване на скоростта на корабите преди това е използван дънер с възли, вързани на същото разстояние. Съвременните скоростомери станаха много по-съвършени, но името е запазено.
И измерването на конските сили на моторните превозни средства също се основава на реален факт. Изобретателят на парната машина Джеймс Уайт демонстрира по този начин ползите от своето откритие. Под 1 конска сила той изчисли масата на товара, който конят ще вдигне на минута.
