Pasaulyje buvo ir tebėra daug skirtingų matavimo sistemų. Jie padeda žmonėms keistis įvairia informacija, pavyzdžiui, atliekant sandorius, skiriant vaistus ar rengiant technologijų naudojimo gaires. Siekiant išvengti painiavos, buvo sukurta Tarptautinė fizinių kiekių matavimo sistema.
Kas yra fizinių dydžių matavimo sistema?
Tokią sąvoką kaip fizikinių dydžių vienetų sistema arba tiesiog SI sistema dažnai galima rasti ne tik mokyklos fizikos ir chemijos pamokose, bet ir kasdieniame gyvenime. Šiuolaikiniame pasaulyje žmonėms labiau nei bet kada reikia tam tikros informacijos, pavyzdžiui, laiko, svorio, apimties, kad ji būtų išreikšta objektyviausiai ir struktūrizuotu būdu. Būtent tam buvo sukurta vieninga matavimo sistema - oficialiai priimtų matavimo vienetų rinkinys, rekomenduojamas naudoti kasdieniame gyvenime irmokslas.
Kokios matavimo sistemos egzistavo prieš SI sistemos atsiradimą
Žinoma, priemonių poreikis žmoguje egzistavo visada, tačiau, kaip taisyklė, šios priemonės nebuvo oficialios, jos buvo nustatytos pasitelkus improvizuotą medžiagą. Tai reiškia, kad jie neturėjo standarto ir galėjo skirtis kiekvienu atveju.
Ryškus pavyzdys yra Rusijoje priimta ilgio matavimo sistema. Tarpas, alkūnė, aršinas, sazhen – visi šie vienetai iš pradžių buvo pririšti prie kūno dalių – delno, dilbio, atstumo tarp ištiestų rankų. Žinoma, galutiniai matavimai dėl to buvo netikslūs. Vėliau valstybė dėjo pastangas standartizuoti šią matavimo sistemą, tačiau ji vis tiek liko netobula.
Kitos šalys turėjo savo fizinių dydžių matavimo sistemas. Pavyzdžiui, Europoje buvo įprasta angliška matavimo sistema – pėdos, coliai, mylios ir kt.
Kam mums reikalinga SI sistema?
XVIII–XIX a. globalizacijos procesas suaktyvėjo. Vis daugiau šalių pradėjo užmegzti tarptautinius ryšius. Be to, mokslo ir technologijų revoliucija pasiekė apogėjų. Viso pasaulio mokslininkai negalėjo efektyviai dalytis savo mokslinių tyrimų rezultatais dėl to, kad fiziniams dydžiams matuoti naudojo skirtingas sistemas. Daugiausia dėl tokių ryšių su pasaulio mokslo bendruomene pažeidimų įvairūs mokslininkai kelis kartus „atrado“daug fizikinių ir cheminių dėsnių, o tai labai trukdė mokslo ir technologijų plėtrai.
Todėl reikėjo vieningos fizinių vienetų matavimo sistemos, kuri ne tik leistų viso pasaulio mokslininkams palyginti savo darbo rezultatus, bet ir optimizuotų pasaulio prekybos procesą.
Tarptautinės matavimų sistemos istorija
Siekiant struktūrizuoti fizikinius dydžius ir išmatuoti fizikinius dydžius, tapo būtina vienetų sistema, vienoda visai pasaulio bendruomenei. Tačiau sukurti tokią sistemą, kuri atitiktų visus reikalavimus ir būtų objektyviausia – tikrai nelengva užduotis. Būsimos SI sistemos pagrindas buvo metrinė sistema, plačiai paplitusi XVIII amžiuje po Prancūzijos revoliucijos.
Atspirties tašku, nuo kurio prasidėjo Tarptautinės fizikinių dydžių matavimo sistemos kūrimas ir tobulinimas, galima laikyti 1799 m. birželio 22 d. Būtent šią dieną buvo patvirtinti pirmieji etalonai – metras ir kilogramas. Jie buvo pagaminti iš platinos.
Nepaisant to, Tarptautinė matavimo vienetų sistema buvo oficialiai priimta tik 1960 m. 1-ojoje Generalinėje svorių ir matų konferencijoje. Jį sudarė 6 pagrindiniai fizikinių dydžių matavimo vienetai: sekundė (laikas), metras (ilgis), kilogramas (masė), kelvinas (termodinaminė temperatūra), amperas (srovė), kandela (šviesos intensyvumas).
1964 m. jiems buvo pridėta septintoji reikšmė – molis, kuris matuoja medžiagos kiekį chemijoje.
Be to, yra irišvestiniai vienetai, kuriuos galima išreikšti pagrindiniais vienetais naudojant paprastas algebrines operacijas.
Pagrindiniai SI vienetai
Kadangi pagrindiniai fizikinių dydžių sistemos vienetai turėjo būti kiek įmanoma objektyvesni ir nepriklausyti nuo išorinių sąlygų, tokių kaip slėgis, temperatūra, atstumas nuo pusiaujo ir kt., todėl jų apibrėžimų ir standartų formulavimas turėjo turi būti traktuojamas iš esmės.
Išsamiau panagrinėkime kiekvieną pagrindinį fizikinių dydžių matavimo sistemos vienetą.
Antra. Laiko vienetas. Tai gana lengva išreikšti dydį, nes jis tiesiogiai susijęs su Žemės apsisukimo aplink Saulę laikotarpiu. Antra yra 1/31536000 metų. Tačiau yra ir sudėtingesnių būdų, kaip išmatuoti standartinę sekundę, susijusią su cezio atomo spinduliavimo laikotarpiais. Šis metodas sumažina klaidą, kurios reikia dabartiniam mokslo ir technologijų išsivystymo lygiui
Metras. Ilgio ir atstumo matavimo vienetas. Įvairiu metu buvo bandoma išreikšti skaitiklį kaip pusiaujo dalį arba matematinės švytuoklės pagalba, tačiau visi šie metodai nebuvo pakankamai tikslūs, todėl galutinė vertė galėjo skirtis milimetrais. Tokia klaida yra kritinė, todėl ilgą laiką mokslininkai ieškojo tikslesnių būdų nustatyti skaitiklio standartą. Šiuo metu vienas metras yra šviesos nueito kelio ilgis per (1/299 792 458) sekundes
Kilogramas. Masės vienetas. Iki šiol kilogramas yra vienintelis kiekis, apibrėžtas pagal tikrą standartą, kurissaugomi Tarptautinio svorių ir matų biuro būstinėje. Laikui bėgant standartas šiek tiek keičia savo masę dėl korozijos procesų, taip pat dėl dulkių ir kitų smulkių dalelių kaupimosi ant jo paviršiaus. Štai kodėl artimiausiu metu planuojama jo vertę išreikšti per esmines fizines savybes
- Kelvinas. Termodinaminės temperatūros matavimo vienetas. Kelvinas yra lygus 1/273,16 vandens trigubo taško termodinaminės temperatūros. Tai temperatūra, kurioje vanduo vienu metu būna trijose būsenose – skystos, kietos ir dujinės. Celsijaus laipsniai paverčiami Kelvinais pagal formulę: t K \u003d t C ° + 273
- Amp. Srovės stiprumo vienetas. Nekintama srovė, kuriai praeinant per du lygiagrečius tiesius, minimalaus skerspjūvio ploto ir begalinio ilgio laidininkus, esančius 1 metro atstumu vienas nuo kito (jėga lygi 2 10-7atsiranda kiekvienoje šių laidų sekcijoje H), yra lygus 1 amperui.
- Candela. Šviesos stiprio matavimo vienetas yra š altinio šviesumas tam tikra kryptimi. Konkreti reikšmė, kuri praktiškai naudojama retai. Vieneto vertė apskaičiuojama pagal spinduliavimo dažnį ir šviesos energijos intensyvumą.
- Moth. Medžiagos kiekio vienetas. Šiuo metu apgamas yra vienetas, kuris skirtingiems cheminiams elementams skiriasi. Ji skaitine prasme lygi mažiausios šios medžiagos dalelės masei. Ateityje Avogadro skaičiumi planuojama išreikšti būtent vieną apgamą. Tačiau norint tai padaryti, būtina išsiaiškinti paties skaičiaus reikšmę. Avogadro.
SI priešdėliai ir ką jie reiškia
Pagrindinių fizikinių dydžių vienetų naudojimo SI sistemoje patogumui praktikoje buvo priimtas universalių priešdėlių sąrašas, kurių pagalba formuojami trupmeniniai ir kartotiniai vienetai.
Išvesti vienetai
Akivaizdu, kad yra daug daugiau nei septyni fiziniai dydžiai, o tai reiškia, kad reikia ir vienetų, kuriais šie dydžiai turėtų būti matuojami. Kiekvienai naujai reikšmei išvedamas naujas vienetas, kurį galima išreikšti pagrindiniais vienetais, naudojant paprasčiausias algebrines operacijas, tokias kaip dalyba ar daugyba.
Įdomu tai, kad išvestiniai vienetai paprastai yra pavadinti didelių mokslininkų ar istorinių asmenybių vardais. Pavyzdžiui, darbo vienetas yra Džaulis arba induktyvumo vienetas yra Henris. Yra daug išvestinių vienetų – iš viso daugiau nei dvidešimt.
Nesisteminiai įrenginiai
Nepaisant plačiai ir plačiai naudojamų SI fizikinių dydžių sistemos vienetų, daugelyje pramonės šakų praktikoje vis dar naudojami nesisteminiai matavimo vienetai. Pavyzdžiui, laivyboje – jūrmylė, papuošaluose – karatas. Kasdieniame gyvenime žinome tokius nesisteminius vienetus kaip dienos, procentai, dioptrijos, litrai ir daugelis kitų.
Reikia atsiminti, kad, nepaisant jų žinomumo, sprendžiant fizines ar chemines problemas, nesisteminiai vienetai turi būti konvertuojami į matavimo vienetusfizikiniai dydžiai SI sistemoje.
