Capitolul 2. Unități de sistem de cantități fizice
2.1. concepte de bază
Varietatea de unități fizice la un anumit stadiu de dezvoltare socială a devenit o frână în calea economică, relațiile comerciale și științifice. Chiar și statele individuale și zona administrativă a acestora, pentru aceleași valori introduse unitățile lor. În diferite domenii ale științei și tehnologiei vine cu propriile sale unități, specifice, potrivite numai pentru această industrie specială.
În acest sens, a existat o tendință de unificare a unităților de cantități fizice, necesitatea unor sisteme de unități care acoperă cantități unitare cât mai mare posibil domenii ale științei și tehnologiei. Următoarele sunt conceptele de bază asociate cu unitățile de cantități fizice și sistemele lor.
unități fizice sistem - un set de unități primare și derivate ale mărimilor fizice, constituite în conformitate cu principiile mărimilor fizice pentru un sistem dat. De exemplu, Sistemul Internațional de Unități (SI).
Unitatea principală a sistemului - unitatea de bază a unei cantități fizice în unitățile. Unitățile de bază pot fi selectate în mod arbitrar, astfel încât aceleași valori ale sistemului sunt pot fi formate mai multe sisteme de unități.
Unitatea derivat de sistem - o unitate fizică sistem de măsurare a cantității derivate, formate în ecuația conformitate raportarea la unitățile de bază sau cu derivați fixe și deja definite.
Unități sistemice și nesistemice - unități incluse și nu sunt incluse în sistemul adoptat de unități. De exemplu, unitățile nu sunt incluse în SI, este împărțit în următoarele grupuri:
- acceptat pentru utilizarea pe un picior de egalitate cu unitățile SI fără limitare;
- permis să utilizeze unitatea și valorile relative logaritmice;
- unitatea de timp este permis să folosească până la acțiune prin deciziile internaționale relevante;
- Unități comune, a căror utilizare în noile evoluții nu sunt permise.
Unitate Coherent derivată - o unitate de cantitate fizică asociată cu celelalte unități de unități ale sistemului de ecuații, în care coeficientul numeric presupus a fi 1.
Unitatile de sistem Coherent fizice - unitățile sistemului constând din unitățile de bază și unitățile derivate coerente.
unități derivate sunt formate folosind coerente ecuații simple, între cantitățile, unde coeficienții numerici sunt egale cu 1. Avantajele sistemului coerent de unități - simplitatea calculelor și execuției sistemului.
De exemplu, unitatea de viteză [v] în SI stocată de ecuația:
în cazul în care v - viteză; s - lungimea drum a trecut; T - trafic în timp.
Dacă înlocuim lungimea traseului și timpul unităților lor de desemnare SI unitatea de viteză
= 1 m / s.
Pentru unitatea de formare de energie poate fi folosită de exemplu ecuație cu coeficient diferit de unitate, de exemplu:
În acest caz, pentru a forma o unitate coerentă în-dreapta valorile laterale sunt substituite cu valori dând după înmulțirea coeficientului de valoare numerică a unuia. Unitatea Coherent de energie produsă din expresia în SI:
[E] = ½ (2 [m] × [v] 2) x = ½ (2 kg) (1 m / s) 2 = 1 kg x m / s2 × m = 1 N × m = 1J.
unitate SI de energie este Joule, egală cu newton-metri. În acest exemplu, este egală cu greutatea corporală kiniticheskoy energie 2 kg. se deplasează la 1m / s.
Multiplii și cantități subunități - este o unitate de ori întregi mai mari sau mai mici unități de sistem. De exemplu, pliu - 1 km Dolny - 1 cm.
2.2 Măsuri metrice
1795 Franța a adoptat o lege privind noile măsuri și greutăți, care a stabilit unitatea de bază de lungime - metru, egală cu zece milioana parte din cadranul de meridianul care trece prin Paris. De aici vine numele și sistemul - metric. și unitatea de instrumente derivate au fost stabilite: litru de capacitate, ca o măsură de materiale lichide și granulare, ca unitate de greutate gram (greutatea netă de apă la o temperatură de 4 grade Celsius într-un volum de un cub cu o margine de 0,01 m) și p ca unitatea de suprafață (zona pătrată cu latura de 10 m ), sr ca unitate de volum (cub cu muchia de 0,1 m), iar al doilea ca unitatea de timp (o parte 1/86400 zi solara medie). Mai târziu, în 1799 unitatea de bază a fost de greutate kilogram și a fost realizat prototipul său de platină.
În 1875 Convenția Meter, în scopul de a asigura unitatea măsurilor internaționale a fost semnat. Ea se bazează pe unitățile de lungime și de masă, precum și pentru a forma multiplilor și submultiplilor folosit sistemul zecimal. Astfel sa stabilit sistemul metric.
În prezent, sistemul metric adoptat în cele mai multe țări ale lumii. Dar există și alte sisteme. De exemplu, sistemul englezesc de măsuri. în care unitatea de bază luat piciorul, lira și în al doilea rând.
Atunci când construirea unui sistem de unități fizice alocă două etape: Etapa 1 - Selectarea unităților de bază; Etapa 2 -educația unități derivate.
unități derivate aranjate în serie trebuie să îndeplinească următoarele condiții:
- în primul rând trebuie să fie o valoare care este exprimată numai prin valoarea de bază;
- fiecare ulterior trebuie să fie o valoare care este exprimată numai prin miez și sunt derivați pe care îl preceda. De exemplu, o secvență de unități: suprafață, volum, densitate.
Principiul de bază în construcția de unități ale sistemului este ușor de utilizat unități în știință, industrie și comerț. În același timp, ghidat de un set de reguli: simplitatea unităților de învățământ, derivate de bază de înaltă fidelitate și unități derivate, precum și apropierea de dimensiunile lor la dimensiunile cantităților fizice, adesea întâlnite în practică. În plus, numărul de unități de bază sunt întotdeauna încercarea de a face minim.
Sistemul gauss. Principalele unități selectate în acesta milimetru. mg, și un al doilea, un sistem de valori magnetice. Sistemul se numește absolut. În 1851, Weber a extins domeniul de mărimi electrice. La momentul actual, este doar de interes istoric, din moment ce unități au dimensiuni foarte mici. Cu toate acestea, principiul Gauss deschis sta la baza construirii unor sisteme moderne de unități - împărțirea în unități de bază și derivate.
Sistemul GHS a fost adoptat în 1881 cu unitățile de bază centimetru, gram, în al doilea rând. Acest sistem este util pentru cercetarea fizicii. Pe baza a apărut șapte sisteme pentru cantitățile electrice și magnetice. În prezent, sistemul GHS este utilizat în domeniile teoretice ale fizicii și astronomie.
Sistemul natural de unități se bazează pe constante fizice. Primul astfel de sistem a fost propus în 1906 de către Planck. Așa cum au fost selectate unitățile de bază: viteza luminii în vid, constanta gravitațională, Planck și Boltzmann constante. Avantajul acestor sisteme - în construcția teoriilor fizice pe care le atașează la legile fizice ale unei forme mai simple și unele formule sunt scutite de coeficienți numerici. Cu toate acestea, unitățile fizice sunt în dimensiunea lor, incomod în practică. De exemplu, o unitate de lungime egală cu 4,03 în acest sistem × 10-35 m. De asemenea, nu a atins încă un astfel de precizie de măsurare a constantelor universale selectate pentru a putea instala toate unitățile derivate.
- cantități și unități relative și logaritmice
Magnitudinea relativă și logaritmică pe scară largă în domeniul științei și tehnologiei, ca ele caracterizează structura și proprietățile materialelor, raportul valorilor de energie, cum ar fi densitatea relativă, în raport cu constanta dielectrică-ică, consolidarea și slăbirea puterii.
Valoarea relativă - este raportul adimensional cantității fizice la cantitatea fizică același nume, primit ca initial. De exemplu, masele atomice și moleculare ale elementelor chimice relative la 1/12 din masa atomului de carbon-12. Valorile relative pot fi exprimate în unități adimensionale, în procente promile (raport egal cu 10,3), în ppm.
Valoarea logaritmică este logaritmul raportului adimensională două cum ar fi cantități fizice. Ele sunt utilizate, de exemplu, pentru a exprima nivelul de presiune acustică, amplificare, atenuare, etc.
Unitatea din valoarea logaritmică este Br (B): B 1 = lg (P2 / P1) la P2 = 10R1, unde P1 și P2 - valorile puterii coincidente, energiei, etc. Pentru raportul dintre două variabile cum ar fi asociate cu puterea (tensiune, presiune, etc.) este de culoare albă definită prin formula:
1B = 2 lg (F2 / F1) la F2 = 100,5 F1.
Submultiplu de decibeli albe este egal cu 0,1 B.
2.6 Sistemul Internațional de Unități (SI)
Dezvoltarea științei și tehnologiei, toate acestea solicită unificarea unităților de măsură. Este nevoie de o singură unitate de sistem, convenabil pentru aplicații practice și acoperă diferite domenii de măsurare. În plus, a trebuit să fie coerente. Deoarece sistemul metric utilizat în mod obișnuit în Europa de la începutul secolului al 19-lea, a fost luată ca bază pentru trecerea la un sistem internațional unificat de unități.
În 1960, a unsprezecea Conferința generală privind greutățile și măsurile adoptate Sistemul Internațional de Unități de cantități fizice (denumirea rusă a SI, SI internațional), pe baza a șase unități majore. Sa decis:
- atribuie un sistem bazat pe șase unități principale,
denumirea „Sistemul Internațional de Unități“;
- să stabilească abrevierea internațională pentru numele sistemului - SI;
- introduceți tabelul de prefixe pentru a forma multiplii și
- Formular 27 unități derivate, indicând că iogut fi
adăugate și alte unități derivate.
cantitatea de substanță (mol) - In anul 1971, a șaptea unitate de bază a fost adăugat la SI.
În cazul în care IS bazează pe următoarele principii de bază:
- Sistemul se bazează pe unități de bază, care sunt independente una de cealaltă;
- unități derivate sunt formate printr-o ecuație simplă pentru conectarea și cantitatea din fiecare specie este stabilită o singură unitate SI;
- Sistemul este coerent;
- permis în plus față de unitățile SI sunt utilizate pe scară largă în Unități comune de practică;
- sistemul include multiplilor zecimali și sub-multipli.
- versatilitate. deoarece Acesta acoperă toate domeniile de măsurători;
- unități de unificare pentru toate tipurile de măsurători - o unitate pentru aplicarea cantității fizice, cum ar fi presiunea, energia de lucru;
- unități SI de dimensiune adecvată pentru aplicarea practică;
- sari pe ea crește nivelul de precizie. deoarece unitățile de bază ale sistemului pot fi reproduse mai precis decât unitățile altor sisteme;
- un sistem internațional unificat și unitățile sale comune.
SI unitate derivată formată prin formarea unor reguli coerente unități derivate (a se vedea exemplul. De mai sus). Exemple de astfel de unități și unități derivate cu denumiri speciale și denumiri. 21 de subunități s-au dat nume și simboluri pentru numele oamenilor de știință. cum ar fi Hertz, Newton, Pascal, becquerel.
Într-o secțiune separată a unității standard, sunt prezentate în afara SI. Printre acestea se numără:
- Unități comune. acceptat pentru utilizarea pe un picior de egalitate cu SI datorită importanței lor în practică. Ele sunt separate la cerere. De exemplu, în toate domeniile de o tona de unități utilizate, ora, minut, zi, un litru; în optica - dioptrie. în fizică - volți de electroni, etc.
- Unele cantități relative și logaritmice și unitățile lor. De exemplu, procentul, ppm, alb.
- Unitățile comune acceptate temporar pentru utilizare. De exemplu, NMI, carate (0,2 g), bara de nod.
- spațiu și timp;
- Fenomene periodice și conexe;
- mecanică;
- căldură;
- electricitate și magnetism;
- radiații electromagnetice de lumină și conexe;
- acustică;
- chimie fizica si fizica moleculara;
- radiații ionizante.