Šodien šķiet pašsaprotami, ka kilograms cukura Krievijā un Āfrikā būs kilograms cukura. Jūs būsiet pārsteigts, uzzinot, ka tikai pirms 200 gadiem 1 pūds svēra savādāk pat kaimiņu provincēs. Mūs ir novedusi pie kopsaucēja starptautiskā SI sistēma, ar kuru mūsdienās darbojas lielākā daļa pasaules valstu. Bet ne vienmēr tā bija. Par mērīšanas etalonu un vienotās SI sistēmas ieviešanas vēsturi - vēlāk rakstā.
Kāpēc mums ir vajadzīgi standarti?
Civilizācijas attīstībai ir zināmi daudzi standarti un pasākumu standarti, kas gadsimtu gaitā ir mainījušies. Piemēram, svara mērs Senajā Ēģiptē ir kikkars, Senajā Romā tas ir talants, Krievijā tas ir pūds. Un visi šie pasākumi, viens otru aizstājot, prasīja cilvēcei vienoties par kopīgām fizisko parametru vienībām, kas visiem būtu salīdzināmas ar vienu līguma vienību (standartu).
Attīstoties zinātnes un tehnikas progresam, nepieciešamība pēc šādas vienotas standartu sistēmas tikai pieauga. Sākot no tirdzniecības un ekonomikas darbības sfēras, šī standartu sistēma ir kļuvusinepieciešamība visās pārējās jomās - būvniecībā (rasējumi), rūpniecībā (piemēram, sakausējumu vienotība) un pat kultūras (laika intervāli).
Kā tika noteikts skaitītājs
Gandrīz līdz 17. gadsimta beigām garuma mēri dažādās valstīs bija atšķirīgi. Bet tagad ir pienācis laiks, kad zinātnes attīstībai bija nepieciešams viens garuma mērs - katoļu metrs.
Pirmo standartu ierosināja britu zinātnieks un filozofs Džons Vilkinss - par garuma vienību ņemt svārsta garumu, kura puse perioda ir vienāda ar vienu sekundi. Taču ātri kļuva skaidrs, ka šī vērtība ļoti atšķiras atkarībā no mērījuma vietas.
1790. gadā Francijas Nacionālā asambleja pēc toreizējā ministra Talleiranda ierosinājuma pieņēma vienu skaitītāja etalonu, 1791. gadā Francijas Zinātņu akadēmija jau pieņēma kā garuma etalonu vienu desmit miljonu attālums starp ekvatoru un Ziemeļpolu, mērot pa Parīzes meridiānu. Piekrītu, diezgan grūti.
Mierīgi mēģinājumi turpinājās
Mūsdienu SI sistēmas prototips bija metriskā sistēma Francijā, kuru 1795. gadā Nacionālais konvents ierosināja izstrādāt tā laika vadošajiem zinātniekiem. Strādājis pie garuma un masas etalonu izstrādes Ch. Coulomb, J. Lagrange, P.-S. Laplass un citi. Bija vairāki priekšlikumi, bet meridiāns tomēr tika izmērīts. Un pirmais metra etalons tika izgatavots no misiņa 1975. gadā.
Un tomēr 1799. gada 22. jūnijs jāuzskata par vienotās mēru sistēmas dzimšanas dienu un mūsdienu SI mērvienību sistēmas prototipu. Toreiz Francijā tika ražots platīnspirmie mēra un kilograma standarti.
Gadi paiet, parādās Gausa absolūtā mērvienību sistēma (1832) un prefiksi vairākām Maksvela un Tomsona vienībām.
Un 1875. gadā 17 štati parakstīja skaitītāju konvenciju. Tā apstiprināja Starptautisko mēru biroju un Starptautisko mēru komiteju, un savu darbību sāka Ģenerālkonference par svariem un mēriem. Pirmajā konferencē 1889. gadā tika pieņemta pirmā vienotā metriskā sistēma, kuras pamatā ir metrs, kilograms, otrais.
Etalonu vēsture turpinās
Elektrības un optikas attīstība veic savas korekcijas standartu koncepcijā. Zinātne nestāv uz vietas un prasa jaunas mērvienības.
1954. gadā desmitajā Ģenerālajā svaru un mēru konferencē tika pieņemtas sešas mērvienības - metrs, kilograms, sekunde, ampērs, kandela, Kelvina grāds. 1960. gadā šī sistēma tika nosaukta par Systeme International d'Unites, bet 1960. gadā tika pieņemts Starptautiskās mērvienību sistēmas standarts, saīsināts kā SI. Krievu valodā "SI" apzīmē starptautisko sistēmu. Šī ir SI mērīšanas sistēma, ko šodien izmanto visa pasaule. Izņēmumi bija ASV, Nigērija, Mjanma.
SI sistēmas definēšana
Tūlīt jāatzīmē, ka šī nav vienīgā standartu sistēma. Dažās lietišķās fizikas nozarēs tiek izmantotas citas mērvienību sistēmas.
Šodien Starptautiskā fizisko daudzumu sistēma SI ir visvairāk izmantotā metriskā sistēma pasaulē. Tās oficiālais detalizēts apraksts ir izklāstīts"SI brošūra" (1970). Oficiālā definīcija "Starptautiskā mērvienību sistēma SI ir mērvienību sistēma, kuras pamatā ir Starptautiskā mērvienību sistēma, kopā ar nosaukumiem un simboliem, kā arī prefiksu kopu … ar piemērošanas noteikumiem …".
Pamata sistēma
SI mērvienību principi ir šādi:
- Tiek definētas septiņas fizisko lielumu pamatvienības. SI sistēmā tos nevar atvasināt no citiem lielumiem. Tie ir kilograms (svars), metrs (garums), sekunde (laiks), ampērs (strāva), kelvins (temperatūra), mols (vielas daudzums), kandela (gaismas intensitāte).
- No SI pamatsistēmas vērtībām tiek noteikti atvasinātie lielumi, kas iegūti ar matemātiskām darbībām ar pamatlielumiem.
- Ir definēti daudzumu prefiksi un to lietošanas noteikumi. Prefiksi nozīmē, ka vienība ir jādala / jāreizina ar veselu skaitli, kas ir 10.
Jēga dzīvē un zinātnē
Kā jau minēts, lielākā daļa pasaules valstu izmanto SI mērvienības. Pat ja parastajā dzīvē viņi izmanto valstij tradicionālās mērvienības, tās nosaka, pārvēršot SI sistēmā, izmantojot fiksētus koeficientus.
Visas SI sistēmas pamatvienības ir noteiktas, izmantojot fizikālās konstantes vai parādības, kas ir nemainīgas un kuras var reproducēt jebkurā pasaules vietā ar augstu precizitāti. Vienīgais izņēmums ir kilograms, kura standarts līdz šim ir vienīgais fiziskais prototips.
MKS mērvienību sistēma (metrs, kilograms,otrkārt) ļauj risināt mehānikas, termodinamikas un citu teorētiskās fizikas un praktiskās zinātnes jomu problēmas.
Bet dažās nozarēs (piemēram, elektrodinamikā) SI sistēma zaudē pārējām metriskajām sistēmām. Tāpēc pasaulē ir vairākas metriskās sistēmas, kuru vērtības zināmā mērā ir piesaistītas galvenajiem standartiem - kilograms, metrs un sekunde.
SI vienības
Pamatvienības (atgādināt - tās ir septiņas) un to apzīmējumi ir norādīti tabulā, taču tās mums visiem ir labi zināmas. Mērvienību nosaukumi šajā sistēmā tiek rakstīti ar mazo burtu, un pēc vienību apzīmējuma punkts netiek likts.
Atvasinātās vienības (tās ir 22) tiek izteiktas ar matemātisku aprēķinu palīdzību un izriet no fizikāliem likumiem. Piemēram, ātrums ir attālums, ko ķermenis veic laika vienībā - m / s. Dažām atvasinātajām vienībām ir savi nosaukumi (radiāns, hercs, ņūtons, džouls), un tās var rakstīt dažādos veidos.
Ir mērvienības, kuras nav iekļautas SI sistēmā, bet ir atļautas lietot kopā. Tos apstiprina Vispārējā konvencija par svariem un mēriem. Piemēram, minūte, stunda, diena, litrs, mezgls, hektārs.
Atļauts izmantot arī logaritmisko vērtību vienības, kā arī relatīvās. Piemēram, procenti, oktāva, desmitgade.
Ir atļauts izmantot arī plaši izmantotas vērtības. Piemēram, nedēļa, gads, gadsimts.
Ir paredzēti konvektori dažādu sistēmu vērtību konvertēšanai. Viņu ir daudz, bet viņi visi paļaujas uzvienotas metrikas vērtības.
Starptautiskās SI sistēmas priekšrocības
Šīs sistēmas universālums ir acīmredzams. Visas fiziskās parādības, visas vadības un tehnikas nozares aptver vienota daudzumu sistēma. Tikai SI sistēma sniedz mērvienības, kas ir svarīgas un viegli lietojamas.
Sistēmai raksturīga elastība, kas ļauj izmantot ārpussistēmas vienības, un attīstības iespēja - nepieciešamības gadījumā SI vērtību skaitu var palielināt. Mērvienības tiek pielāgotas saskaņā ar starptautiskajiem līgumiem un mērīšanas tehnoloģiju attīstības līmeni.
Vienību apvienošana ir padarījusi šo sistēmu plaši izmantotu (vairāk nekā 130 valstīs) un atzinusi daudzas ietekmīgas starptautiskas organizācijas (ANO, UNESCO, Starptautiskā tīrās un lietišķās fizikas savienība).
SI sistēma paaugstina dizaineru un zinātnieku produktivitāti, vienkāršo un atvieglo izglītības procesu un starptautisko kontaktu praksi visās jomās.
Pēdējais fiziskais prototips
Visas SI sistēmas vienības ir noteiktas ar fiziskām konstantēm. Izņēmums ir kilograms. Tikai šim standartam līdz šim ir savs fiziskais prototips, un tas izceļas slaidā mērvienību rindā.
Kilogramu standarts ir cilindrs, kas izgatavots no 9 daļu platīna un 1 daļas irīdija sakausējuma. Tā masa atbilst vienam litram ūdens visaugstākajā blīvumā (4 grādi pēc Celsija, standarta spiediens virs jūras līmeņa). 1889. gadā no tiem izgatavoti 80, no kuriem 17 bijapārsūtīts uz valstīm, kuras parakstīja Metrikas konvenciju.
Šodien šī standarta oriģināls zem trīs aizzīmogotām kapsulām atrodas Sevras pilsētā Parīzes pievārtē, Starptautiskā svaru un mēru biroja seifā. Katru gadu tas tiek svinīgi noņemts un samierināts.
Kilograma standarta krievu versija ir Viskrievijas metroloģijas pētniecības institūtā. Mendeļejevs (Sanktpēterburga). Šie ir prototipi 12 un 26.
Jūsu iPhone tālrunis salūzīs masas standarta zuduma dēļ SI sistēmā
Visa cilvēces metriskā sistēma mūsdienās ir apdraudēta. Un tas notiek tāpēc, ka vienīgais fiziski pastāvošais standarts ir strauja svara zaudēšana.
Eksperimentāli pierādīts, ka katru gadsimtu kilogramu etalons kļūst par 3 x 10−8 kilogramiem vieglāks. Tas ir saistīts ar atomu atdalīšanos ikgadējo apsekojumu laikā. Acīmredzot šīs vērtības konstantes pārkāpums noteikti radīs izmaiņas visās pārējās vērtībās.
Situāciju glābt tiek aicināts projekts Electronic Kilogram (Nacionālais standartu un tehnoloģiju institūts, ASV), kas paredz izveidot tādas jaudas ierīci, kas elektromagnētiskajā laukā spēj pacelt 1 kilogramu masas. Darbs pie izveides joprojām turpinās.
Otrs virziens ir kubs ar 2250 x 281489633 oglekļa-12 atomiem. Tā augstums būs 8,11 centimetri un laika gaitā tas nesamazināsies. Arī šis projekts ir izstrādes stadijā.
Interesanti fakti par standartiem un ne tikai
Laiks ir nemainīga vērtība. InVisās mūsu planētas laika zonās laiks tiek noteikts attiecībā pret UTC universālo laiku. Interesanti, ka šim saīsinājumam nav dekodēšanas.
Jūrnieki turpina lietot vienību "mezgls". Tikai daži cilvēki zina, taču šai vienībai ir sena vēsture. Lai izmērītu kuģu ātrumu, iepriekš tika izmantots baļķis ar tādā pašā attālumā sasietiem mezgliem. Mūsdienu spidometri ir kļuvuši daudz perfektāki, taču nosaukums ir saglabāts.
Un arī mehānisko transportlīdzekļu zirgspēku mērījumi ir balstīti uz reālu faktu. Tvaika dzinēja izgudrotājs Džeimss Vaits šādā veidā demonstrēja sava atklājuma priekšrocības. Zem 1 zirgspēka viņš aprēķināja slodzes masu, ko zirgs pacels minūtē.
