Dnes se zdá zřejmé, že kilogram cukru v Rusku a Africe bude kilogramem cukru. Budete překvapeni, když zjistíte, že právě před 200 lety vážil 1 pudink odlišně i v sousedních provinciích. Ke společnému jmenovateli nás přivedl mezinárodní systém SI, který dnes provozuje většina zemí světa. Ale nebylo tomu tak vždy. O historii zavádění etalonů a jednotného systému SI - dále v článku.
Proč potřebujeme normy?
Vývoj civilizace poznal mnoho standardů a standardů opatření, které se v průběhu staletí měnily. Například měřítkem hmotnosti ve starém Egyptě je kikkar, ve starém Římě talent, v Rusku pudink. A všechna tato opatření, nahrazující se navzájem, vyžadovala, aby se lidstvo dohodlo na společných jednotkách fyzických parametrů, které by byly srovnatelné s jedinou smluvní jednotkou (standardem) pro všechny.
S rozvojem vědeckého a technologického pokroku se potřeba takového jednotného systému norem jen zvyšovala. Počínaje obchodně-ekonomickou sférou činnosti se tento systém norem stalnutnost ve všech ostatních oblastech - stavebnictví (kresby), průmyslové (například jednota slitin) a dokonce i kulturní (časové intervaly).
Jak byl metr určen
Téměř až do konce 17. století byly délkové míry v různých zemích různé. Ale nyní nadešel čas, kdy vývoj vědy vyžadoval jedinou míru délky – katolický metr.
První standard navrhl britský vědec a filozof John Wilkins – vzít jako jednotku délky délku kyvadla, jehož polovina periody se rovná jedné sekundě. Ale rychle se ukázalo, že tato hodnota se velmi liší v závislosti na místě měření.
V roce 1790 přijalo Národní shromáždění ve Francii na návrh tehdejšího ministra Talleyranda jeden etalon metru, v roce 1791 již Francouzská akademie věd akceptovala jako etalon délky jednu desetimiliontinu vzdálenost mezi rovníkem a severním pólem, měřená podél pařížského poledníku. Souhlasím, docela obtížné.
Pokusy o klid pokračují
Prototyp moderní soustavy SI byl metrický systém ve Francii, který navrhl Národní konvent v roce 1795, aby jej vyvinuli přední vědci té doby. Pracovali na vývoji délkových a hmotnostních standardů Ch. Coulomb, J. Lagrange, P.-S. Laplace a další. Bylo několik návrhů, ale poledník byl stále měřen. A první metrový standard byl vyroben z mosazi v roce 1975.
A přesto by měl být 22. červen 1799 považován za narozeniny jednotné soustavy měr a prototypu moderní soustavy jednotek SI. Tehdy se ve Francii vyráběla platinaprvní standardy metru a kilogramu.
Ubíhají roky, objevuje se Gaussův absolutní systém jednotek (1832) a předpony pro více jednotek Maxwella a Thomsona.
A v roce 1875 podepsalo 17 států Metrickou úmluvu. Schválila Mezinárodní úřad pro míry a Mezinárodní výbor pro míry a zahájila činnost Generální konference pro váhy a míry. Na její první konferenci v roce 1889 byl přijat první jednotný metrický systém založený na metru, kilogramu a sekundě.
Historie benchmarků pokračuje
Vývoj elektřiny a optiky provádí vlastní úpravy konceptu norem. Věda nestojí na místě a vyžaduje nové jednotky měření.
V roce 1954 bylo na desáté generální konferenci o vahách a mírách přijato šest jednotek - metr, kilogram, sekunda, ampér, kandela, stupeň Kelvin. V roce 1960 byl tento systém pojmenován Systeme International d'Unites a v roce 1960 byl přijat standard International System of Units, zkráceně SI. Ruské „SI“znamená mezinárodní systém. Toto je systém měření SI, který dnes používá celý svět. Výjimkou byly USA, Nigérie, Myanmar.
Definování soustavy SI
Je třeba hned poznamenat, že toto není jediný systém norem. Některé obory aplikované fyziky používají jiné systémy jednotek.
Dnes je Mezinárodní systém fyzikálních veličin SI nejpoužívanějším metrickým systémem na světě. Jeho oficiální podrobný popis je uveden v"Brožura SI" (1970). Oficiální definice "Mezinárodní systém jednotek SI je systém jednotek založený na mezinárodní soustavě jednotek spolu se jmény a symboly a také sadou předpon … s pravidly aplikace …".
Základní systém
Principy jednotek SI jsou následující:
- Je definováno sedm základních jednotek fyzikálních veličin. V soustavě SI je nelze odvodit z jiných veličin. Jsou to kilogram (váha), metr (délka), sekunda (čas), ampér (proud), kelvin (teplota), mol (množství látky), kandela (intenzita světla).
- Jsou určeny odvozené veličiny z hodnot základní soustavy SI, které se získají matematickými operacemi se základními veličinami.
- Jsou definovány předpony množství a pravidla pro jejich použití. Předpony znamenají, že jednotku je třeba vydělit / vynásobit celým číslem, což je mocnina 10.
Smysl v životě a vědě
Jak již bylo zmíněno, většina zemí světa používá jednotky SI. I když v běžném životě používají jednotky tradiční pro danou zemi, jsou určeny převodem do soustavy SI pomocí pevných koeficientů.
Všechny základní jednotky soustavy SI jsou definovány pomocí fyzikálních konstant nebo jevů, které jsou neměnné a lze je s vysokou přesností reprodukovat kdekoli na světě. Jedinou výjimkou je kilogram, jehož standard zatím zůstává jediným fyzickým prototypem.
systém jednotek MKS (metr, kilogram,druhý) umožňuje řešit problémy mechaniky, termodynamiky a dalších oblastí teoretické fyziky a praktické vědy.
V některých odvětvích (například v elektrodynamice) však soustava SI prohrává ve srovnání s jinými metrickými soustavami. Proto na světě existuje několik metrických systémů, jejichž hodnoty jsou do určité míry svázány s hlavními etalony - kilogram, metr a sekunda.
jednotky SI
Základní jednotky (připomeňme - je jich sedm) a jejich označení jsou uvedeny v tabulce, ale jsou nám všem dobře známé. Názvy jednotek v tomto systému jsou psány malým písmenem a za označením jednotek se nedává tečka.
Odvozené jednotky (je jich 22) jsou vyjádřeny matematickými výpočty a vyplývají z fyzikálních zákonů. Například rychlost je vzdálenost, kterou těleso urazí za jednotku času – m/s. Některé odvozené jednotky mají svá vlastní jména (radián, hertz, newton, joule) a lze je zapsat různými způsoby.
Jsou jednotky, které nejsou zahrnuty v soustavě SI, ale je povoleno je používat společně. Jsou schváleny Všeobecnou úmluvou o vahách a mírách. Například minuta, hodina, den, litr, uzel, hektar.
Je také povoleno používat jednotky logaritmických hodnot i relativních. Například procento, oktáva, dekáda.
Použití hodnot, které jsou široce používány, je také povoleno. Například týden, rok, století.
Jsou navrženy konvektory pro převod hodnot z různých systémů. Je jich hodně, ale všichni spoléhají najednotné metrické hodnoty.
Výhody mezinárodní soustavy SI
Univerzálnost tohoto systému je zřejmá. Všechny fyzikální jevy, všechna odvětví řízení a technologie jsou pokryty jednotným systémem veličin. Pouze systém SI poskytuje jednotky, které jsou důležité a snadno použitelné.
Systému je vlastní flexibilita, která umožňuje použití mimosystémových jednotek a možnost vývoje - v případě potřeby lze zvýšit počet hodnot SI. Jednotky podléhají úpravám v souladu s mezinárodními dohodami a úrovní vývoje měřicích technologií.
Sjednocení jednotek učinilo tento systém široce používaným (ve více než 130 zemích) a uznávaným mnoha vlivnými mezinárodními organizacemi (OSN, UNESCO, International Union of Pure and Applied Physics).
Systém SI zvyšuje produktivitu designérů a vědců, zjednodušuje a usnadňuje vzdělávací proces a praxi mezinárodních kontaktů ve všech oblastech.
Poslední fyzický prototyp
Všechny jednotky v soustavě SI jsou definovány fyzikálními konstantami. Výjimkou je kilogram. Pouze tento standard má zatím svůj vlastní fyzický prototyp a ten vyniká v tenké řadě jednotek měření.
Kilogramový standard je válec vyrobený ze slitiny 9 dílů platiny a 1 dílu iridia. Jeho hmotnost odpovídá jednomu litru vody při nejvyšší hustotě (4 stupně Celsia, standardní tlak nad hladinou moře). V roce 1889 jich bylo vyrobeno 80, z toho 17převedeny do zemí, které podepsaly Metrickou úmluvu.
Dnes se originál tohoto standardu pod třemi zapečetěnými kapslemi nachází ve městě Sevres na předměstí Paříže v sejfu Mezinárodního úřadu pro míry a váhy. Každý rok je slavnostně odstraněn a odsouhlasen.
Ruská verze kilogramového standardu je ve Všeruském výzkumném institutu metrologie. Mendělejev (Petrohrad). Toto jsou prototypy 12 a 26.
Váš iPhone se rozbije kvůli ztrátě standardu hmotnosti v systému SI
Celý metrický systém lidstva je dnes ohrožen. A to se děje proto, že jediným fyzicky existujícím standardem je rychlé „hubnutí“.
Bylo experimentálně prokázáno, že každé století se kilogramový standard lehčí o 3 x 10−8 kilogramů. To je způsobeno oddělováním atomů během každoročních průzkumů. Je zřejmé, že porušení konstanty této hodnoty nutně povede ke změně všech ostatních hodnot.
K záchraně situace je vyzýván projekt Electronic Kilogram (National Institute of Standards and Technology, USA), který počítá s vytvořením zařízení o takové síle, které dokáže zvednout 1 kilogram hmoty v elektromagnetickém poli. Práce na tvorbě stále probíhají.
Druhým směrem je krychle 2250 x 281489633 atomů uhlíku-12. Jeho výška bude 8,11 centimetru a časem se nebude snižovat. Tento projekt je také ve vývoji.
Zajímavá fakta o standardech a nejenom
Čas je konstantní hodnota. vVe všech časových pásmech naší planety je čas určován relativně k univerzálnímu času UTC. Je zajímavé, že tato zkratka nemá žádné dekódování.
Námořníci nadále používají jednotku "uzel". Málokdo ví, ale tato jednotka má dlouhou historii. K měření rychlosti lodí se dříve používala kláda s uzly uvázanými ve stejné vzdálenosti. Moderní rychloměry se staly mnohem dokonalejšími, ale název zůstal zachován.
A měření výkonu motorového vozidla je také založeno na skutečné skutečnosti. Vynálezce parního stroje James White tímto způsobem demonstroval výhody svého objevu. Pod 1 koňskou sílu vypočítal hmotnost zátěže, kterou by kůň zvedl za minutu.
