Лекция
Системы единиц физических величин
Студент должен:
знать:
· единицы измерений;
· системы единиц и принципы их построения;
· наименование и обозначение единиц Международной системы (СИ).
Основой системы мер в древнерусской практике послужили древнеегипетские единицы измерения, которые были заимствованы в древней Греции и Риме. Поэтому каждая система мер отличалась своими особенностями, связанными не только с эпохой, но и с национальным менталитетом.
Совокупность ФВ, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимаются за независимые, а другие являются их функциями, называется системой физических величин. т.е. система физических величин - совокупность физических величин, связанных между собой зависимостями.
Единицы ФВ делятся на системные и внесистемные. Системная единица – единица ФВ, входящая в одну из принятых систем. Все основные, производные, кратные и дольные единицы являются системными. Внесистемная единица – зто единица ФВ, не входящая ни в одну из принятых систем единиц.
В науке, технике и повседневной жизни человек имеет дело с разнообразными свойствами окружающих нас физических объектов. Описание этих свойств производится посредством физических величин. Для различия в количественном содержании свойства физической величины, в метрологии введены понятия размера и размерности.
Размерность ФВ является более общей характеристикой, чем представляющее ее уравнение связи, поскольку одна и та же размерность может быть присуща величинам, имеющим разную качественную природу и различающимся по форме определяющего уравнения.
Над размерностями можно производить действия умножения, деления, возведения в степень и извлечение корня. Понятие размерности широко используется:
• для перевода единиц из одной системы в другую;
• для проверки правильности сложных расчетных формул, полученных в результате теоретического вывода;
• при выяснении зависимости между величинами.
Система физических величин - совокупность физических величин, связанных между собой зависимостями. Для создания системы ФВ, обоснованно, но произвольным образом выбираются несколько ФВ, называемых основными.
Основная физическая величина - физическая величина, входящая в какую – либо систему и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы. Пример: длина, масса, время в механике.
Производная физическая величина - физическая величина, входящая в систему и определяемая по уравнению, связывающему ее с основными единицами этой системы. Например: м2 - единица площади, м*кг*с2 - единица силы.
Для установления производных единиц следует:
· выбрать ФВ, единицы которых принимаются в качестве основных;
· установить размер этих единиц;
· выбрать определяющее уравнение, связывающее основные и производные единицы величины.
Системы единиц МКС, МКГСС, применявшиеся ранее, используют для специальных расчётов. В настоящее время широко применяются две системы единиц СИ и СГС (симметричная, или гауссова). Система СГС существует более 100 лет и до сих пор используется в точных науках — физике, астрономии. Однако ее все более теснит система СИ — единственная система единиц ФВ, которая принята и используется в большинстве стран мира.
Международная система единиц (система СИ)
Единая международная система единиц (система СИ) была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г.
Система СИ является логическим развитием предшествовавших ей систем единиц СГС и МКГСС и др. В настоящее время практически все используют систему СИ. Это обусловлено ее достоинствами и преимуществами перед другими системами единиц, к которым относятся:
• универсальность, т. е. охват всех областей науки и техники;
• унификация всех областей и видов измерений;
• упрощение записи формул в физике, химии, а также в технических науках в связи с отсутствием переводных коэффициентов;
• уменьшение числа допускаемых единиц;
• единая система образования кратных и дольных единиц, имеющих собственные наименования;
• облегчение педагогического процесса в средней и высшей школах, так как отпадает необходимость в изучении множества систем единиц и внесистемных единиц;
• лучшее взаимопонимание при развитии научно-технических и экономических связей между различными странами.
На территории нашей страны система единиц СИ действует с 1 января 1982 г. в соответствии с ГОСТ 8.417—81.
В системе СИ принято семь основных единиц: метр (м) - длина, килограмм (кг) - масса, секунда (с) - время, ампер (А) - сила тока, кельвин (К) - термодинамическая температура, кандела (кд) - сила света, моль (моль) - количество вещества, а также две дополнительные: радиан (рад) - плоский угол, стерадиан (ср) - телесный угол.
К производным единицам системы СИ относятся, например: площадь (м2), скорость (м/с), плотность электрического тока (А/м2), сила (м*кг*с2). Некоторым производным единицам даны названия в честь великих ученых: Ньютон, Паскаль, Кулон, Ом, Сименс и др. В системе СИ впервые введено понятие дополнительных единиц, к которым отнесены единицы плоского и телесного углов — радиан и стерадиан.
В системе СИ принято семь основных единиц: метр (м) - длина, килограмм (кг) - масса, секунда (с) - время, ампер (А) - сила тока, кельвин (К) - термодинамическая температура, кандела (кд) - сила света, моль (моль) - количество вещества, а также две дополнительные: радиан (рад) - плоский угол, стерадиан (ср) - телесный угол.
К производным единицам системы относятся, например: площадь (м2), скорость (м/с), плотность электрического тока (А/м2). Некоторым производным единицам даны названия в честь великих ученых: Ньютон, Паскаль, Кулон, Ом и др.
Размеры единиц СИ на практике не всегда удобны. Поэтому пользуются кратными и дольными единицами, образуемыми умножением исходной единицы на число 10, возведенное в положительную или отрицательную степень. Для образования наименований этих единиц используются приставки. Например:
1м *103 = 1 километр; 1м *10-3 = 1 миллиметр.
Достоинством системы СИ является универсальность, унификация единиц всех областей измерений.