Dziś wydaje się oczywiste, że kilogram cukru w Rosji i Afryce będzie kilogramem cukru. Będziesz zaskoczony, gdy dowiesz się, że zaledwie 200 lat temu 1 pud ważył inaczej nawet w sąsiednich prowincjach. Zostaliśmy doprowadzeni do wspólnego mianownika przez międzynarodowy system SI, który funkcjonuje dzisiaj w większości krajów świata. Ale nie zawsze tak było. O historii wprowadzenia wzorców pomiarowych i ujednoliconego systemu SI – w dalszej części artykułu.
Dlaczego potrzebujemy standardów?
Rozwój cywilizacji znał wiele standardów i standardów środków, które zmieniały się na przestrzeni wieków. Na przykład miarą wagi w starożytnym Egipcie jest kikkar, w starożytnym Rzymie to talent, w Rosji to pud. A wszystkie te, zastępujące się nawzajem środki, wymagały od ludzkości uzgodnienia wspólnych jednostek parametrów fizycznych, które byłyby porównywalne z jedną jednostką umowną (standardem) dla wszystkich.
Wraz z rozwojem postępu naukowego i technologicznego, potrzeba takiego ujednoliconego systemu standardów tylko wzrosła. Począwszy od sfery działalności handlowej i gospodarczej, ten system norm stał siękonieczność we wszystkich innych dziedzinach - budownictwie (rysunki), przemysłowym (np. jedność stopów), a nawet kulturowym (przedziały czasowe).
Jak wyznaczono licznik
Niemal do końca XVII wieku miary długości były różne w różnych krajach. Ale teraz nadszedł czas, kiedy rozwój nauki wymagał jednej miary długości – metra katolickiego.
Pierwszy standard został zaproponowany przez brytyjskiego naukowca i filozofa Johna Wilkinsa - aby przyjąć długość wahadła, której połowa okresu jest równa jednej sekundzie, jako jednostkę długości. Szybko jednak stało się jasne, że wartość ta znacznie się różni w zależności od miejsca pomiaru.
W 1790 r. Zgromadzenie Narodowe we Francji, za sugestią ówczesnego ministra Talleyranda, przyjęło jeden wzorzec metra, w 1791 r. Francuska Akademia Nauk przyjęła już jako wzorzec długości jedną dziesięciomilionową część odległość między równikiem a biegunem północnym, mierzona wzdłuż południka Paryża. Zgadzam się, dość trudne.
Spokojne próby kontynuowane
Prototypem nowoczesnego systemu SI był system metryczny we Francji, który został zaproponowany przez Konwencję Narodową w 1795 roku do opracowania przez czołowych naukowców tamtych czasów. Pracował nad opracowaniem wzorców długości i masy Ch. Coulomb, J. Lagrange, P.-S. Laplace'a i innych. Było kilka propozycji, ale południk nadal był mierzony. A pierwszy wzorzec licznika został wykonany z mosiądzu w 1975 roku.
A przecież 22 czerwca 1799 należy uznać narodziny zunifikowanego systemu miar i prototypu współczesnego układu jednostek SI. Wtedy we Francji powstały platynypierwsze wzorce metra i kilograma.
Mijają lata, pojawia się absolutny system jednostek Gaussa (1832) i przedrostki dla wielu jednostek Maxwella i Thomsona.
W 1875 roku 17 stanów podpisało Konwencję Metryczną. Zatwierdziła Międzynarodowe Biuro Miar i Międzynarodowy Komitet Miar, a działalność rozpoczęła Konferencja Generalna Miar i Wag. Na pierwszej konferencji w 1889 r. przyjęto pierwszy ujednolicony system metryczny oparty na metrach, kilogramach, sekundach.
Historia benchmarków trwa
Rozwój elektryczności i optyki wprowadza własne poprawki do koncepcji standardów. Nauka nie stoi w miejscu i wymaga nowych jednostek miary.
W 1954 roku, na X Generalnej Konferencji Miar i Wag, przyjęto sześć jednostek - metr, kilogram, sekunda, amper, kandela, stopień Kelwina. W 1960 r. system ten został nazwany Systeme International d'Unites, a w 1960 r. przyjęto standard Międzynarodowego Układu Jednostek, w skrócie SI. Rosyjskojęzyczne „SI” oznacza system międzynarodowy. Jest to system pomiarowy SI, z którego korzysta dzisiaj cały świat. Wyjątkami były USA, Nigeria, Birma.
Definiowanie układu SI
Należy od razu zauważyć, że nie jest to jedyny system standardów. Niektóre gałęzie fizyki stosowanej wykorzystują inne układy jednostek.
Dzisiaj Międzynarodowy System Wielkości Fizycznych SI jest najczęściej używanym systemem metrycznym na świecie. Jego oficjalny szczegółowy opis znajduje się w:„Broszura SI” (1970). Oficjalna definicja „Międzynarodowy Układ Jednostek SI to układ jednostek miar opartych na Międzynarodowym Układzie Jednostek Miar, wraz z nazwami i symbolami, a także zbiorem przedrostków… z zasadami stosowania…”.
System podstawowy
Zasady jednostek SI są następujące:
- Zdefiniowano siedem podstawowych jednostek wielkości fizycznych. W układzie SI nie można ich wyprowadzić z innych wielkości. Są to kilogram (waga), metr (długość), sekunda (czas), amper (prąd), kelwin (temperatura), mol (ilość substancji), kandela (natężenie światła).
- Wyznaczane są wielkości pochodne z wartości podstawowego układu SI, które uzyskuje się za pomocą operacji matematycznych na wielkościach podstawowych.
- Zdefiniowane są przedrostki ilości i zasady ich użycia. Przedrostki oznaczają, że jednostkę należy podzielić / pomnożyć przez liczbę całkowitą, która jest potęgą 10.
Znaczenie w życiu i nauce
Jak już wspomniano, większość krajów na świecie używa jednostek SI. Nawet jeśli w codziennym życiu używają jednostek tradycyjnych dla kraju, są one określane przez przeliczenie na układ SI przy użyciu stałych współczynników.
Wszystkie podstawowe jednostki układu SI są definiowane za pomocą stałych fizycznych lub zjawisk, które są niezmienne i mogą być odtworzone w dowolnym miejscu na świecie z dużą dokładnością. Jedynym wyjątkiem jest kilogram, którego standard pozostaje jak dotąd jedynym fizycznym prototypem.
MKS system jednostek (metr, kilogram,po drugie) umożliwia rozwiązywanie problemów mechaniki, termodynamiki i innych dziedzin fizyki teoretycznej i nauk praktycznych.
Ale w niektórych branżach (na przykład w elektrodynamice) układ SI przegrywa z innymi układami metrycznymi. Dlatego na świecie istnieje kilka systemów metrycznych, których wartości są w pewnym stopniu powiązane z głównymi standardami – kilogram, metr i sekunda.
Jednostki SI
Podstawowe jednostki (przypomnijmy - jest ich siedem) i ich oznaczenia są przedstawione w tabeli, ale są nam wszystkim dobrze znane. Nazwy jednostek w tym systemie pisane są małą literą, a po oznaczeniu jednostek kropka nie jest wstawiana.
Jednostki pochodne (jest ich 22) są wyrażane za pomocą obliczeń matematycznych i wynikają z praw fizycznych. Na przykład prędkość to odległość, jaką ciało pokonuje w jednostce czasu - m / s. Niektóre jednostki pochodne mają swoje własne nazwy (radiany, herce, niutony, dżule) i można je zapisać na różne sposoby.
Istnieją jednostki, które nie są zawarte w systemie SI, ale mogą być używane razem. Są one zatwierdzone przez Generalną Konwencję Wag i Miar. Na przykład minuta, godzina, dzień, litr, węzeł, hektar.
Dozwolone jest również używanie jednostek wartości logarytmicznych, a także względnych. Na przykład procent, oktawa, dekada.
Dozwolone jest również użycie wartości, które są powszechnie używane. Na przykład tydzień, rok, wiek.
Są zaprojektowane konwektory do konwersji wartości z różnych systemów. Jest ich dużo, ale wszyscy na nich polegająjednolite wartości metryki.
Zalety międzynarodowego systemu SI
Uniwersalność tego systemu jest oczywista. Wszystkie zjawiska fizyczne, wszystkie gałęzie zarządzania i techniki objęte są jednym systemem wielkości. Tylko system SI podaje jednostki, które są ważne i łatwe w użyciu.
System jest nieodłączny od elastyczności, co pozwala na korzystanie z jednostek spoza systemu, a także z możliwością rozwoju - w razie potrzeby można zwiększyć liczbę wartości SI. Jednostki podlegają korekcie zgodnie z umowami międzynarodowymi oraz poziomem rozwoju technologii pomiarowych.
Ujednolicenie jednostek sprawiło, że system ten jest szeroko stosowany (w ponad 130 krajach) i uznany przez wiele wpływowych organizacji międzynarodowych (ONZ, UNESCO, Międzynarodowa Unia Fizyki Czystej i Stosowanej).
System SI zwiększa produktywność projektantów i naukowców, upraszcza i ułatwia proces edukacyjny oraz praktykę kontaktów międzynarodowych we wszystkich dziedzinach.
Ostatni fizyczny prototyp
Wszystkie jednostki w systemie SI są zdefiniowane przez stałe fizyczne. Wyjątkiem jest kilogram. Jak dotąd tylko ten standard ma swój własny fizyczny prototyp, który wyróżnia się smukłą linią jednostek miary.
Wzorzec kilograma to cylinder wykonany ze stopu 9 części platyny i 1 części irydu. Jego masa odpowiada jednemu litrowi wody o największej gęstości (4 stopnie Celsjusza, standardowe ciśnienie nad poziomem morza). W 1889 roku wykonano ich 80, z czego 17 byłoprzekazywane do krajów, które podpisały Konwencję Metryczną.
Dziś oryginał tego standardu pod trzema zapieczętowanymi kapsułkami znajduje się w mieście Sevres na obrzeżach Paryża w sejfie Międzynarodowego Biura Miar i Wag. Co roku jest uroczyście usuwany i uzgadniany.
Rosyjska wersja normy kilogramów znajduje się w Ogólnorosyjskim Instytucie Badawczym Metrologii. Mendelejew (Petersburg). Są to prototypy 12 i 26.
Twój iPhone zepsuje się z powodu utraty wzorca masy w układzie SI
Cały system metryczny ludzkości jest dziś zagrożony. A dzieje się tak, ponieważ jedynym fizycznie istniejącym standardem jest gwałtowne „utrata wagi”.
Udowodniono eksperymentalnie, że z każdym stuleciem norma kilograma staje się lżejsza o 3 x 10−8 kilogramów. Wynika to z oderwania się atomów podczas corocznych przeglądów. Oczywiście naruszenie stałej tej wartości z konieczności pociągnie za sobą zmianę wszystkich innych wartości.
Projekt Electronic Kilogram (National Institute of Standards and Technology, USA) jest wzywany do ratowania sytuacji, który przewiduje stworzenie urządzenia o takiej mocy, które może unieść 1 kilogram masy w polu elektromagnetycznym. Prace nad kreacją wciąż trwają.
Drugim kierunkiem jest sześcian złożony z 2250 x 281489633 atomów węgla-12. Jego wysokość wyniesie 8,11 centymetra i nie będzie się zmniejszać z czasem. Ten projekt jest również w fazie rozwoju.
Ciekawe fakty o standardach i nie tylko
Czas jest wartością stałą. WWe wszystkich strefach czasowych naszej planety czas wyznaczany jest względem czasu uniwersalnego UTC. Co ciekawe, skrót ten nie jest dekodowany.
Żeglarze nadal używają jednostki „węzeł”. Niewiele osób wie, ale ta jednostka ma długą historię. Do pomiaru prędkości statków używano wcześniej kłody z węzłami zawiązanymi w tej samej odległości. Nowoczesne prędkościomierze stały się znacznie doskonalsze, ale nazwa została zachowana.
Pomiar mocy pojazdu silnikowego również opiera się na rzeczywistym fakcie. Wynalazca silnika parowego, James White, zademonstrował w ten sposób zalety swojego odkrycia. Poniżej 1 konia mechanicznego obliczył masę ładunku, który koń podniósłby na minutę.
