Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 7 клас. Повні уроки>>Фізика: Фiзичнi величини та їх одиницi.

Частина 1

У міру розвитку техніки, її широкого застосування в різних країнах, людство прийшло до необхідності введення й використання легко відтворених одиниць виміру, які були би по можливості довговічними. Така система виміру довго розроблялася й була реалізована на тих незмінних взаємозв'язках, які вже існують у природі й до яких прагнули звести одиниці виміру. При цьому зіграли свою роль пізнання в атомній області, де буливиявлено такі незмінні міри.
Більше зручний такий вибір одиниць виміру, при якому довільно і незалежно друг від друга встановлюються одиниці виміру для порівняно невеликого числа величин, а всі інші одиниці виміри встановлюються на основі відомих закономірностей, існуючих між цими величинами.

Одиниці фізичних величин, які встановлюються довільно й незалежно від інших, називаються основними. Одиниці фізичних величин, залежні від основних й установлювані на основі відомих фізичних закономірностей, називаються похідними.

Сукупність основних і похідних одиниць фізичних величин становить систему одиниць виміру.

Міжнародна система одиниць (СИ - Система Інтернаціональна) була затверджена в 1960 р. на XI Генеральної конференції по мірах й вагам. Вона ґрунтується на базисні (основних) і додаткових одиницях, наведених у таблиці.
Ці базисні (основні) одиниці разом з додатковими одиницями і когерентними похідними одиницями називаються одиницями СІ. При цьому одиниці, які випливають із останніх, відповідно до правил СИ, як десяткову кратну або дробові (див. таблицю), називаються кратними або дробовими одиницями СІ.

Виключення становить у силу причин історичного характеру лише кілограм.

Одиниці СІ

Особлива увага була звернена на те, щоб при цьому не грало ролі відношення одиниць до властивостей конкретних речовин. Так були відкинуто, наприклад, такі одиниці, як атмосфера, і торр (торрічеллі). Роль системи СИ визначається цілим поруч її властивостей, які роблять цю систему особливо зручної для застосування в теорії й на практиці.

1.    Одиниці СИ універсальні й застосовні у всіх областях  фізики й техніки, тому що не мають ніякого відношення довластивостей конкретного матеріалу.

2.    Ці одиниці можуть бути реалізовані з достатнім ступенем точності у відповідності зі своїми визначеннями або еквівалентними їм співвідношеннями.

3. Система СИ абсолютна: сила або енергія будь-якої природи може бути виражена в діючим у цій системі механічних одиницях (відповідно сили або енергії).

4.    У випадку електродинаміки тут діє когерентна система чотирьох одиниць із електричною базисною одиницею (система МКСА - метр, кілограм, секунда, ампер).

5.    Система СИ прийнята в міжнародних масштабах і вводиться в всіх країнах у законодавчому порядку. У СРСР СИ була прийнята до уживанню з 1963 р.

У міру вивчення Фізики будемо знайомить із різними фізичними одиницями. Розглянемо  дві з них:

Метр (позначення: м, m; від ін.-гречок. μέτρον - міра, вимірник) - одиниця виміру довжини й відстані в СИ.

Погонний метр - одиниця виміру кількості довгомірних об'єктів (звичайно виробів, матеріалів і т.п.), що відповідає шматку або ділянці довжиною один метр. Погонний метр нічим не відрізняється від звичайного метра, це одиниця якої вимірюють довжину матеріалу не залежно від ширини. Погонним метром можуть, наприклад, вимірювати тканини, хоча вірніше було б вимірювати їхню площу, але якщо ширина тканини мається на увазі відом і постійної - використається поняття погонний метр. Говорячи строго, у побуті частіше використається поняття саме погонного метра, інформація про ширину або висоту предметів мається на увазі відомої або неважливої. Найменування погонного метра виділяється в спеціальній літературі або для створення різного експресивного фарбування мови.

За одиницю довжини можна було прийняти будь-яку величину: взяти прямокутний брусок («лінійку»), відзначити на ньому довільно дві крапки й сказати, що відстань між ними і є метр. Однак історично метр був уведений як сорокамильонна частина довжини меридіана що проходить через Париж, що, зрозуміло, надає метру особливу важливість і величчя. Після проведення виміру довжини меридіана був виготовлений еталон метра.

В 1799 із платини був виготовлений еталон метра, довжина якого відповідала однієї сорокамильонной частини Паризького меридіана.Під час правління Наполеона метрична система поширилася по всій Європі. Тільки у Великобританії, що не була завойована Наполеоном, залишилися традиційні міри довжини: дюйм, фут й ярд.

В1889 був виготовлений більше точний міжнародний еталон метра. Цей еталон виготовлений зі сплаву 90 % платини й 10 % іридію і має поперечний переріз у вигляді букви «X». Його копії були передані на зберігання в країни, у яких метр був визнаний у якості стандартної одиниці довжини. Цей еталон усе ще зберігається в Міжнародному бюро мір і ваг (розташовано в м. Севр біля Парижа), хоча більше по своєму первісному призначенню не використається.

З 1960 було вирішено відмовитися від використання виготовленого людьми предмета як еталон метра.

Сучасне визначення метра в термінах часу й швидкості світла  було уведено в 1983 році:

Метр - це довжина шляха, прохідного світлом у вакуумі за (1/ 299 792 458) секунди.

Із цього визначення зрозуміло, що в системі СИ швидкість світла в  вакуумі прийнята рівної в точності 299 792 458 м/с. Таким чином, визначення метра, як і два сторіччя назад, знову прив'язане до секунді, але цього разу за допомогою універсальної світової константи.
Кілограм (позначення: кг, kg) - одиниця виміру маси, одна з основних одиниць СИ.

Кілограм визначається як маса міжнародного еталона кілограма, щозберігається в Міжнародному бюро мір і ваг і являющего собою циліндр діаметром і висотою 39.17 мм із платино-іридіевого сплаву (90 % платини, 10 % іридію). Спочатку кілограм визначався як маса одного кубічного дециметра (літра) чистої води при температурі 4 °C і стандартному атмосферному тиску на рівні моря.

На даний момент кілограм - єдина одиниця СИ, що визначена за допомогою предмета, виготовленого людьми - платиново-іридіевого еталона.

Всі інші одиниці тепер визначаються за допомогою фундаментальних фізичних властивостей й законів.

Еталон був виготовлений в 1889 р. і з тих пор зберігається в  Міжнародному бюро мір і ваг під трьома герметичними скляними ковпаками. Були виготовлені також точні офіційні копії міжнародного еталона, які використаються як національні еталони кілограма. Усього було створено більше 80 копій. Копії міжнародного еталона зберігаються також й у Російській Федерації, вВНИИ метрології ім. Менделєєва. Приблизно раз в 10 років національні еталони рівняються з міжнародним. Ці порівняння показують, що точність національних еталонів становить приблизно 2 мкг. Так як вони зберігаються в тих же умовах, немає ніяких підстав уважати, що міжнародний еталон точніше. По різних причинах за сто років міжнародний еталон губить 3х10^-8 своєї маси. Однак, по визначенню, маса міжнародного еталона в точності дорівнює одному кілограму. Тому будь-які зміни дійсної маси еталона приводять до зміни величини кілограма.

Для усунення цих неточностей у цей час розглядаються різні варіанти перевизначення кілограма на основі фундаментальних фізичних законів.

Префікси кратних одиниць
Кратні одиниці — одиниці, які в цілу ступень десятки перевищують основну одиницю вимірювання деякої фізичної величини. Міжнародна система одиниць СІ рекомендує наступні префікси для позначень кратних одиниць:

Префікси частинних одиниць
Частинні одиниці в цілий ступень десятки менше від встановленої одиниці вимірювання деякої величини. Міжнародна система одиниць СІ рекомендує наступні приставки для позначень часткових одиниць:

Правила використання

• Назви всіх префіксів, якщо вони не починають речення, завжди пишуться з рядкової букви. Позначення кратних префіксів, крім кіло, гекто, дека, пишуться з великої букви, позначення всіх часткових префіксів завжди пишуться з рядкової букви.

• Префікс пишеться разом з назвою базової одиниці та утворює з нею одне слово. Так наприклад, міліметр, мегават, мікрофарад — це все одні слова.

• Використання двох або більше префіксів підряд не дозволяється. Наприклад, величину 10^-9 фарад необхідно позначати нанофарад, а не, наприклад, мікроміліфарад.

• Приєднанням префіксу до одиниці утворюється нова нерозривна одиниця. Ця нова одиниця може бути зведена до позитивного або негативного ступеня та/або об'єднана з іншими одиницями для утворення складених одиниць.

Наприклад:
          2.54 см³ = 2.54 (см)³ = 2.54 (10^-2 м)³ = 2.54·10^-6 м³
          1 см_^-1 = 1 (см)^-1 = 1 (10^-2 м)^-1 = 102 м^-1 = 100 м^-1
          1 В/см = (1 В)/(10^-2 м) = 102 В/м = 100 В/м

• Якщо одиниця є добутком або відношенням одиниць, префікс, або його позначення приєднують, як правило, до найменування або позначення першої одиниці: кПа·с/м (кілопаскаль-секунда на метр). Приєднувати префікс до другого множника добутку або до знаменника допускається лише в обґрунтованих випадках.

 Отредактировано и выслано Борисенко И. Г.

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.