Šiandien atrodo akivaizdu, kad kilogramas cukraus Rusijoje ir Afrikoje bus kilogramas cukraus. Nustebsite sužinoję, kad vos prieš 200 metų 1 pudas svėrė skirtingai net kaimyninėse provincijose. Mus suartino tarptautinė SI sistema, kurią šiandien veikia dauguma pasaulio šalių. Bet taip buvo ne visada. Apie matavimo etalonų ir vieningos SI sistemos įvedimo istoriją – vėliau straipsnyje.
Kam mums reikalingi standartai?
Civilizacijos raida žinojo daugybę standartų ir priemonių standartų, kurie per šimtmečius keitėsi. Pavyzdžiui, senovės Egipte svorio matas yra kikkaras, senovės Romoje – talentas, Rusijoje – pudas. Ir visos šios priemonės, pakeisdamos viena kitą, reikalavo, kad žmonija susitartų dėl bendrų fizinių parametrų vienetų, kurie visiems būtų palyginami su vienu sutartiniu vienetu (standartu).
Tobulėjant mokslo ir technologijų pažangai, tokios vieningos standartų sistemos poreikis tik didėjo. Pradedant nuo prekybos ir ekonominės veiklos sferos, tokia standartų sistema tapobūtinybė visose kitose srityse – statybose (brėžiniai), pramoninėje (pavyzdžiui, lydinių vienybė) ir net kultūrinėje (laiko intervalai).
Kaip buvo nustatytas skaitiklis
Beveik iki XVII amžiaus pabaigos ilgio matai įvairiose šalyse buvo skirtingi. Tačiau dabar atėjo laikas, kai mokslo raidai reikėjo vieno ilgio mato – katalikiško metro.
Pirmąjį standartą pasiūlė britų mokslininkas ir filosofas Johnas Wilkinsas – kaip ilgio vienetą paimti švytuoklės ilgį, kurio pusė periodo yra lygi vienai sekundei. Tačiau greitai tapo aišku, kad ši vertė labai skiriasi priklausomai nuo matavimo vietos.
1790 m. Prancūzijos Nacionalinė asamblėja, tuometinio ministro Talleyrando siūlymu, priėmė vieną metro etaloną, o 1791 m. Prancūzijos mokslų akademija jau pripažino dešimties milijonų dalių ilgio etaloną. atstumas tarp pusiaujo ir Šiaurės ašigalio, matuojamas išilgai Paryžiaus dienovidinio. Sutinku, gana sunku.
Ramūs bandymai tęsiasi
Šiuolaikinės SI sistemos prototipas buvo metrinė sistema Prancūzijoje, kurią 1795 m. Nacionalinė konvencija pasiūlė sukurti pirmaujančių to meto mokslininkų. Dirbo kuriant ilgio ir masės etalonus Ch. Coulomb, J. Lagrange, P.-S. Laplasas ir kiti. Buvo keletas pasiūlymų, bet dienovidinis vis tiek buvo išmatuotas. Ir pirmasis skaitiklio standartas buvo pagamintas iš žalvario 1975 m.
Ir vis dėlto 1799 m. birželio 22 d. turėtų būti laikoma vieningos matų sistemos gimimo diena ir šiuolaikinės SI vienetų sistemos prototipu. Būtent tada Prancūzijoje buvo gaminama platinapirmieji metro ir kilogramo standartai.
Bėga metai, atsiranda Gauso absoliuti vienetų sistema (1832 m.) ir kelių Maxwello ir Thomsono vienetų priešdėliai.
Ir 1875 m. 17 valstybių pasirašė skaitiklių konvenciją. Jame buvo patvirtintas Tarptautinis matų biuras ir Tarptautinis matų komitetas, veiklą pradėjo Generalinė svorių ir matų konferencija. Pirmojoje konferencijoje 1889 m. buvo priimta pirmoji vieninga metrinė sistema, pagrįsta metrais, kilogramais, antra.
Etalonų istorija tęsiasi
Elektros ir optikos plėtra pakoreguoja standartų sąvoką. Mokslas nestovi vietoje ir reikalauja naujų matavimo vienetų.
1954 m. Dešimtojoje Generalinėje svorių ir matų konferencijoje buvo priimti šeši vienetai – metras, kilogramas, sekundė, amperas, kandela, kelvino laipsnis. 1960 metais ši sistema buvo pavadinta Systeme International d'Unites, o 1960 metais buvo priimtas Tarptautinės vienetų sistemos standartas, sutrumpintai vadinamas SI. Rusų kalba „SI“reiškia tarptautinę sistemą. Tai SI matavimo sistema, kurią šiandien naudoja visas pasaulis. Išimtys buvo JAV, Nigerija, Mianmaras.
SI sistemos apibrėžimas
Iš karto reikia pažymėti, kad tai nėra vienintelė standartų sistema. Kai kuriose taikomosios fizikos šakose naudojamos kitos vienetų sistemos.
Šiandien Tarptautinė fizinių kiekių sistema SI yra dažniausiai naudojama metrinė sistema pasaulyje. Oficialus išsamus jo aprašymas pateiktas„SI brošiūra“(1970). Oficialus apibrėžimas "Tarptautinė vienetų sistema SI yra vienetų sistema, pagrįsta Tarptautine vienetų sistema, kartu su pavadinimais ir simboliais, taip pat priešdėlių rinkiniu … su taikymo taisyklėmis …".
Pagrindinė sistema
SI vienetų principai yra tokie:
- Apibrėžti septyni pagrindiniai fizikinių dydžių vienetai. SI sistemoje jų negalima išvesti iš kitų dydžių. Tai yra kilogramas (svoris), metras (ilgis), sekundė (laikas), amperas (srovė), kelvinas (temperatūra), molis (medžiagos kiekis), kandela (šviesos intensyvumas).
- Iš pagrindinės SI sistemos reikšmių nustatomi išvestiniai dydžiai, kurie gaunami atliekant matematinius veiksmus su pagrindiniais dydžiais.
- Apibrėžiami kiekių priešdėliai ir jų naudojimo taisyklės. Priešdėliai reiškia, kad vienetą reikia padalyti / padauginti iš sveikojo skaičiaus, kuris yra 10 laipsnis.
Prasmė gyvenime ir moksle
Kaip jau minėta, dauguma pasaulio šalių naudoja SI vienetus. Net jei įprastame gyvenime jie naudoja šaliai tradicinius vienetus, jie nustatomi konvertuojant į SI sistemą naudojant fiksuotus koeficientus.
Visi pagrindiniai SI sistemos vienetai yra apibrėžti naudojant fizines konstantas arba reiškinius, kurie yra nekintantys ir gali būti atkuriami bet kurioje pasaulio vietoje labai tiksliai. Vienintelė išimtis yra kilogramas, kurio standartas iki šiol tebėra vienintelis fizinis prototipas.
MKS matavimo vienetų sistema (metras, kilogramas,antra) leidžia spręsti mechanikos, termodinamikos ir kitų teorinės fizikos bei praktinio mokslo sričių problemas.
Tačiau kai kuriose pramonės šakose (pavyzdžiui, elektrodinamikos srityje) SI sistema pralaimi prieš kitas metrines sistemas. Štai kodėl pasaulyje egzistuoja kelios metrinės sistemos, kurių reikšmės tam tikru mastu susietos su pagrindiniais standartais – kilogramu, metru ir sekunde.
SI vienetai
Pagrindiniai vienetai (prisiminkime – jų yra septyni) ir jų pavadinimai pateikti lentelėje, tačiau jie mums visiems gerai žinomi. Vienetų pavadinimai šioje sistemoje rašomi mažosiomis raidėmis, o po vienetų žymėjimo taškas nededamas.
Išvestiniai vienetai (jų yra 22) išreiškiami matematiniais skaičiavimais ir išplaukia iš fizikinių dėsnių. Pavyzdžiui, greitis yra atstumas, kurį kūnas nuvažiuoja per laiko vienetą – m/s. Kai kurie išvestiniai vienetai turi savo pavadinimus (radianas, hercas, niutonas, džaulis) ir gali būti rašomi skirtingai.
Yra vienetų, kurie neįtraukti į SI sistemą, tačiau juos leidžiama naudoti kartu. Jie yra patvirtinti Bendrosios svorių ir matų konvencijos. Pavyzdžiui, minutė, valanda, diena, litras, mazgas, hektaras.
Taip pat leidžiama naudoti logaritminių reikšmių vienetus, taip pat santykinius. Pavyzdžiui, procentas, oktava, dešimtmetis.
Taip pat leidžiama naudoti plačiai naudojamas vertes. Pavyzdžiui, savaitė, metai, amžius.
Yra suprojektuoti konvektoriai, skirti konvertuoti reikšmes iš skirtingų sistemų. Jų yra daug, bet jie visi remiasivienodos metrinės vertės.
Tarptautinės SI sistemos pranašumai
Šios sistemos universalumas akivaizdus. Visi fizikiniai reiškiniai, visos valdymo ir technologijos šakos yra aprėpti viena dydžių sistema. Tik SI sistema pateikia svarbius ir lengvai naudojamus vienetus.
Sistemai būdingas lankstumas, leidžiantis naudoti nesisteminius vienetus ir tobulinimo galimybę – prireikus galima padidinti SI reikšmių skaičių. Vienetai koreguojami pagal tarptautinius susitarimus ir matavimo technologijų išsivystymo lygį.
Suvienijus vienetus ši sistema plačiai naudojama (daugiau nei 130 šalių) ir pripažinta daugelio įtakingų tarptautinių organizacijų (JT, UNESCO, Tarptautinė grynosios ir taikomosios fizikos sąjunga).
SI sistema didina dizainerių ir mokslininkų produktyvumą, supaprastina ir palengvina ugdymo procesą bei tarptautinių ryšių praktiką visose srityse.
Paskutinis fizinis prototipas
Visi SI sistemos vienetai yra apibrėžti fizinėmis konstantomis. Išimtis yra kilogramas. Tik šis standartas iki šiol turi savo fizinį prototipą ir jis išsiskiria plona matavimo vienetų linija.
Kilogramo standartas yra cilindras, pagamintas iš 9 dalių platinos ir 1 dalies iridžio lydinio. Jo masė atitinka vieną litrą vandens didžiausio tankio (4 laipsnių Celsijaus, standartinis slėgis virš jūros lygio). 1889 metais jų pagaminta 80, iš kurių 17 buvoperkelta į Metrinę konvenciją pasirašiusias šalis.
Šiandien šio standarto originalas po trimis sandariomis kapsulėmis yra Sevre mieste, Paryžiaus pakraštyje, Tarptautinio svorių ir matų biuro seife. Kiekvienais metais ji iškilmingai pašalinama ir sutaikoma.
Rusiška kilogramo standarto versija yra Visos Rusijos metrologijos tyrimų institute. Mendelejevas (Sankt Peterburgas). Tai yra 12 ir 26 prototipai.
Jūsų iPhone suges dėl masės standarto praradimo SI sistemoje
Šiandien visai metrinei žmonijos sistemai gresia pavojus. Ir taip nutinka todėl, kad vienintelis fiziškai egzistuojantis standartas yra greitas „svorio metimas“.
Eksperimentiškai įrodyta, kad kiekvieną šimtmetį kilogramo standartas lengvėja 3 x 10−8 kilogramais. Taip yra dėl atomų atsiskyrimo metinių tyrimų metu. Akivaizdu, kad šios reikšmės konstantos pažeidimas būtinai lems visų kitų verčių pasikeitimą.
Situaciją gelbėti kviečiamas projektas „Electronic Kilogram“(Nacionalinis standartų ir technologijų institutas, JAV), kuris numato sukurti tokios galios įrenginį, galintį pakelti 1 kilogramą masės elektromagnetiniame lauke. Kūrimas vis dar vyksta.
Kita kryptis yra 2250 x 281489633 anglies-12 atomų kubas. Jo aukštis sieks 8,11 centimetro ir laikui bėgant nemažės. Šis projektas taip pat kuriamas.
Įdomūs faktai apie standartus ir ne tik
Laikas yra pastovi reikšmė. ĮVisose mūsų planetos laiko juostose laikas nustatomas pagal UTC visuotinį laiką. Įdomu tai, kad ši santrumpa neturi dekodavimo.
Jūrininkai ir toliau naudoja vienetą „mazgas“. Nedaug žmonių žino, bet šis įrenginys turi ilgą istoriją. Laivų greičiui matuoti anksčiau buvo naudojamas rąstas, kurio mazgai buvo surišti tokiu pat atstumu. Šiuolaikiniai spidometrai tapo daug tobulesni, tačiau pavadinimas buvo išsaugotas.
Ir motorinių transporto priemonių arklio galių matavimas taip pat pagrįstas tikru faktu. Garo mašinos išradėjas Jamesas White'as tokiu būdu pademonstravo savo atradimo naudą. Mažesnis nei 1 arklio galia, jis apskaičiavo apkrovos masę, kurią arklys pakels per minutę.
