Ve světě existovalo a stále existuje mnoho různých systémů měření. Slouží k tomu, aby si lidé vyměňovali různé informace, například při provádění transakcí, předepisování léků nebo vypracovávání pokynů pro používání technologií. Aby se předešlo zmatkům, byl vyvinut Mezinárodní systém pro měření fyzikálních veličin.
Co je to systém pro měření fyzikálních veličin?
S pojmem jako soustava jednotek fyzikálních veličin nebo prostě soustava SI se často můžeme setkat nejen ve školních hodinách fyziky a chemie, ale i v běžném životě. V moderním světě lidé více než kdy jindy potřebují určité informace – například čas, hmotnost, objem – vyjádřit co nejobjektivněji a nejstrukturovaněji. Za tímto účelem byl vytvořen jednotný systém měření - soubor oficiálně uznávaných jednotek měření doporučených pro použití v každodenním životě avěda.
Jaké systémy měření existovaly před příchodem systému SI
Potřeba opatření v člověku samozřejmě vždy existovala, nicméně tato opatření zpravidla nebyla oficiální, byla stanovena pomocí improvizovaných materiálů. To znamená, že neměly standard a mohly se případ od případu lišit.
Názorným příkladem je systém délkových měr přijatý v Rusku. Rozpětí, loket, arshin, sazhen - všechny tyto jednotky byly původně vázány na části těla - dlaň, předloktí, vzdálenost mezi nataženými pažemi. Samozřejmě, že výsledná měření byla ve výsledku nepřesná. Následně se stát snažil tento systém měření standardizovat, ale stále zůstával nedokonalý.
Ostatní země měly své vlastní systémy pro měření fyzikálních veličin. Například v Evropě byl běžný anglický systém měření - stopy, palce, míle atd.
Proč potřebujeme systém SI?
V XVIII-XIX století se aktivizoval proces globalizace. Stále více zemí začalo navazovat mezinárodní kontakty. Vědecká a technologická revoluce navíc dosáhla svého vrcholu. Vědci z celého světa nemohli efektivně sdílet výsledky svého vědeckého výzkumu kvůli tomu, že používali různé systémy pro měření fyzikálních veličin. Z velké části kvůli takovému porušení vazeb v rámci světové vědecké komunity bylo mnoho fyzikálních a chemických zákonů několikrát „objeveno“různými vědci, což značně brzdilo rozvoj vědy a techniky.
Vyvstala tedy potřeba jednotného systému měření fyzikálních jednotek, který by vědcům z celého světa umožnil nejen porovnávat výsledky své práce, ale také optimalizovat proces světového obchodu.
Historie mezinárodního systému měření
Pro strukturování fyzikálních veličin a měření fyzikálních veličin se stal nezbytným systém jednotek, stejný pro celé světové společenství. Vytvořit však takový systém, který by splňoval všechny požadavky a byl co nejobjektivnější, je opravdu těžký úkol. Základem budoucí soustavy SI byl metrický systém, který se rozšířil v 18. století po Francouzské revoluci.
Za výchozí bod, od kterého začal vývoj a zdokonalování Mezinárodního systému pro měření fyzikálních veličin, lze považovat 22. červen 1799. Právě v tento den byly schváleny první normy – metr a kilogram. Byly vyrobeny z platiny.
Navzdory tomu byl Mezinárodní systém jednotek oficiálně přijat až v roce 1960 na 1. Generální konferenci o vahách a mírách. Zahrnoval 6 základních jednotek měření fyzikálních veličin: sekundu (čas), metr (délka), kilogram (hmotnost), kelvin (termodynamická teplota), ampér (proud), kandela (intenzita světla).
V roce 1964 k nim byla přidána sedmá hodnota - krtek, který měří množství látky v chemii.
Navíc existují takéodvozené jednotky, které lze vyjádřit základními jednotkami pomocí jednoduchých algebraických operací.
Základní jednotky SI
Jelikož základní jednotky soustavy fyzikálních veličin musely být co nejobjektivnější a nezáviset na vnějších podmínkách jako je tlak, teplota, vzdálenost od rovníku a další, formulace jejich definic a norem musela být být zacházeno zásadně.
Podívejme se podrobněji na každou ze základních jednotek systému měření fyzikálních veličin.
Podruhé. Jednotka času. Jde o poměrně snadno vyjádřitelnou veličinu, protože přímo souvisí s obdobím oběhu Země kolem Slunce. Sekunda je 1/31536000 za rok. Existují však složitější způsoby měření standardní sekundy spojené s periodami záření atomu cesia. Tato metoda minimalizuje chybu, kterou vyžaduje současná úroveň rozvoje vědy a techniky
Metr. Jednotka měření délky a vzdálenosti. V různých dobách byly činěny pokusy vyjádřit metr jako součást rovníku nebo pomocí matematického kyvadla, ale všechny tyto metody nebyly dostatečně přesné, takže konečná hodnota se mohla lišit v řádu milimetrů. Taková chyba je kritická, takže vědci po dlouhou dobu hledali přesnější způsoby, jak určit standard měřidla. V tuto chvíli je jeden metr délka cesty, kterou urazí světlo za (1/299 792 458) sekund
Kilogram. Hmotnostní jednotka. K dnešnímu dni je kilogram jedinou veličinou definovanou prostřednictvím skutečné normy, kteráuloženy v sídle Mezinárodního úřadu pro míry a váhy. V průběhu času norma mírně mění svou hmotnost v důsledku korozních procesů a také hromaděním prachu a jiných malých částic na jejím povrchu. Proto se plánuje v blízké budoucnosti vyjádřit jeho hodnotu prostřednictvím základních fyzikálních vlastností
- Kelvin. Jednotka měření termodynamické teploty. Kelvin se rovná 1/273, 16 termodynamické teploty trojného bodu vody. To je teplota, při které je voda ve třech skupenstvích najednou – kapalném, pevném a plynném. Stupně Celsia jsou převedeny na Kelvin podle vzorce: t K \u003d t C ° + 273
- Amp. Jednotka síly proudu. Neměnný proud, při jehož průchodu dvěma paralelními přímými vodiči s minimální plochou průřezu a nekonečnou délkou, umístěnými ve vzdálenosti 1 metr od sebe (síla rovna 2 10-7vzniká na každém úseku těchto vodičů H), je roven 1 ampéru.
- Candela. Měrnou jednotkou pro intenzitu světla je svítivost zdroje v určitém směru. Specifická hodnota, která se v praxi používá jen zřídka. Hodnota jednotky je odvozena z frekvence záření a energetické intenzity světla.
- Můra. Jednotka množství látky. V tuto chvíli je krtek jednotkou, která se liší pro různé chemické prvky. Číselně se rovná hmotnosti nejmenší částice této látky. Do budoucna se plánuje vyjádření přesně jednoho krtka pomocí Avogadrova čísla. K tomu je však nutné ujasnit si význam samotného čísla. Avogadro.
Předpony SI a co znamenají
Pro usnadnění používání základních jednotek fyzikálních veličin v soustavě SI byl v praxi přijat seznam univerzálních předpon, s jejichž pomocí se tvoří zlomkové a vícenásobné jednotky.
Odvozené jednotky
Je zřejmé, že existuje mnohem více než sedm fyzikálních veličin, což znamená, že jsou potřeba také jednotky, ve kterých by se tyto veličiny měly měřit. Pro každou novou hodnotu je odvozena nová jednotka, kterou lze vyjádřit základními jednotkami pomocí nejjednodušších algebraických operací, jako je dělení nebo násobení.
Je zajímavé, že odvozené jednotky jsou zpravidla pojmenovány po velkých vědcích nebo historických postavách. Například jednotka pro práci je Joule nebo jednotka pro indukčnost je Henry. Existuje mnoho odvozených jednotek – celkem více než dvacet.
Mimosystémové jednotky
Navzdory rozšířenému a rozšířenému používání jednotek soustavy SI fyzikálních veličin se v mnoha průmyslových odvětvích stále v praxi používají nesystémové jednotky měření. Například v lodní dopravě - námořní míle, ve špercích - karát. V každodenním životě známe takové nesystémové jednotky jako dny, procenta, dioptrie, litry a mnoho dalších.
Je třeba mít na paměti, že i přes jejich obeznámenost se při řešení fyzikálních nebo chemických problémů musí nesystémové jednotky převést na jednotky měřenífyzikální veličiny v soustavě SI.
