В настоящее время мы не можем представить себе наш мир без различных измерительных приборов и величин. Все в нашей жизни так или иначе измеряется: расстояние от дома до места работы, вес продуктов, время, за которое люди выполняют какое-либо действие. Каждая единица величины обладает своим наименованием и обозначением. В мире существуют основные и производные единицы, основные при этом это единицы, которые установлены для эталонных физических величин в Международной системе физических величин. Так, например, основной физической единицей массы будет являться килограмм, а времени – секунда. Соответственно час, минута, грамм или тонна – производные единицы, определившиеся через основные.
Виды систем
Различных систем единиц существует и существовало за всю историю человечества множество, однако в настоящий момент общепринятой считается Международная система единиц (СИ), которая в свою очередь основана на Международной системе величин. Данная система общепринята во всем мире, кроме трех стран: Либерии, Мьянмы и США.
международная система измерений
Согласно Международной системе, величин основными являются семь: длина, масса, время, электрический ток, температура и количество вещества и сила света, а основными единицами будут единицы данных величин. Другие системы различаются как собственно величинами, так и единицами, принятыми за основные. Правительство каждой страны выбирает систему, которая будет официальной в данном государстве. К примеру, в Российской Федерации общепринятой является как раз таки система СИ.
Предпосылки создания
Единицы величины были, пожалуй, одним из самых древних и необходимых инструментов человечества. Еще первобытные народы нуждались в каких-то измерительных величинах, чтобы строить дома или шить одежду. На заре торговых отношений возникал вопрос: как отмерить необходимое количество товара, чтобы обе стороны сделки не оказались обделенными? В то время и стали появляться примитивные меры длины, веса и в том числе времени. Конечно, все они тогда были очень неточными, однако для выполнения базовых человеческих действий этого хватало. В настоящее время считается, что чем точнее эталон какой-либо величины в стране, тем развитей в научном и техническом плане это государство.
Самый древний период истории развития единиц величин – это время, когда все измерялось частями тела человека или животного, а зачастую также и плодами каких-либо растений. Интересен тот факт, что наименование «карат» пришло к нам еще из стародавних времен, и происходит оно от названия дерева Акация Кара, плод которого был равен примерно 200 граммам, чему равен и современный карат. Время сравнивали в общем, отождествляя его с различными природными явлениями и изменениями: сменой дня и ночи, времен года, цветением разных растений. К таким единицам можно отнести ладонь (ширина четырех пальцев руки), локоть, фут, дюйм.
история одного карата
Для измерения площади использовались такие сомнительные единицы как колодец (площадь, которую можно полить из одного колодца) или соха, также называемая плугом (площадь, которую можно обработать за день сохой). Недостатки их в том, что они очень необъективные и нестабильные, у разных людей могли получиться пусть и примерно похожие, но все же различающиеся числа, что усложняло различные расчеты. Примечательно, что данные единицы применялись еще очень долгое время после их появления, так как человечество не знало еще ничего совершеннее. Так началась история создания систем единиц величины.
Развитие и изменение мер и единиц величины
В связи с различными неточностями, вызванными столь пространными и необъективными мерами, возникла резонная потребность в создании чего-то более конкретного. Торговля активно развивалась, а потому уже начиная с XIV века начинают появляться объективные единицы измерений. К примеру, в Англии дюйм из достаточно растяжимого понятия «длины сустава большого пальца» превратился в точную меру – длину трех поставленных друг к другу ячменных зерен, фут тоже получил точное обозначение – 64 ячменных зерна, положенных бок о бок. Для измерения массы был введен гран (масса зерна). Но эти обозначения даже нельзя было назвать системой – они не были взаимосвязаны между собой.
система единиц измерения
Следующей вехой в развитии систем единиц можно назвать формирование целостной системы взаимосвязанных обозначений. В истории России первыми появились единицы для измерения расстояния. 3 аршина представляли собой сажень, 500 саженей – верста, 7 верст – миля. Но и эта, уже, казалось бы, достаточно хорошая система, имела свой очень емкий недостаток – во всех странах, а порой даже в областях одной страны, были различные меры. Каждый феодал имел право установить свои величины и единицы в своих владениях, и такая разобщенность сильно тормозила развитие торговли и экономике.
Самой важной эпохой видоизменения мер является конец XVIII века, когда в мире начали создаваться единые системы. В эпоху Великой Французской революции была создана новая система единиц, которая позже легла в основу современной системы СИ. В качестве основной единицы длины был принят метр – одна сорокамиллионная часть длины меридиана, проходящего через Париж. Помимо метра, была установлена также единица объема – литр, массы – грамм и площади – ар. Для обозначения больших или, напротив, меньших величин к уже существующим стали прибавлять приставки мириа, кило, гекта, дека, деци, санти, милли.
В России в 1736 году была образована комиссия мер и весов, в которой состояли в том числе и такие известные русские ученые, как Л. Эйлер, А.К. Нартов. Задача данной комиссии состояла в создании эталонных мер и определении отношений созданных мер между собой. Эта работа была очень затратной как по человеческим усилиям, так и по финансам, которыми страна в то время не располагала, а потому ничего конкретного предложено так и не было. И лишь после введения французами их системы Дмитрий Иванович Менделеев на первом съезде русских естествоиспытателей агитировал за ее распространение по всему миру, как способ наладить контакты с другими государствами и сблизить народы. Именно по его инициативе в Петербурге была предложена к учреждению международная организация, обладавшая эталонными единицами системы мер. Эта система была идеальной для своего времени, однако наука не стоит на месте, а потому и она стала нуждаться в некоторых изменениях и дополнениях.
Менделеев и система СИ
В 1960-м году была принята Международная система единиц СИ на XI Генеральной конференции мер и весов. СИ расшифровывается как Система Интернациональная, что подчеркивает ее практически повсеместное использование. Помимо 7 основных единиц, названных уже ранее, в ней существуют две дополнительные – радиан и стерадиан.
История создания систем единиц величины рассказана здесь кратко, зато в таком сообщении никто не запутается.
Системы единиц в современном мире
Рассказывая о системе СИ, стоит поподробнее рассмотреть основные ее величины.
- Длина. Единицей является метр, наиболее распространенные производные – сантиметр, километр и миллиметр. В физике «длина» обычно является синонимом к «расстоянию».
- Масса. Основная единица – килограмм. Производные – грамм, тонна. Данную величину не стоит путать с весом, ведь последний – величина векторная, а масса – скалярная.
- Время. Единицей времени принято считать секунду, а производными – час, минуту. Время – скалярная величина, однако в философии, в которой также существует как понятие, оно имеет направление.
- Электрический ток. Единица – ампер.
- Термодинамическая температура. Основная единица — Кельвин, однако в России, а также некоторых странах для ее измерения используют градусы по Цельсию, а в США – по Фаренгейту.
- Количество вещества. Измеряется в молях. Характеризует количество однотипных единиц, содержащихся в веществе.
- Сила света. Единица силы света – канделы.
Помимо основной системы СИ, существует, конечно, множество других систем. Например, так называемая система СГС (сантиметр-грамм-секунда). Она широко использовалась до введения в обиход СИ, но даже и после этого используется иногда при различных физических расчетах. Техническая система единиц или МКГСС, также аббревиатура от основных ее единиц – метра, килограмм-силы и секунда. Эта система – последовательница другой, МТС (метр, тонна, секунда), упраздненной в 1955 году в СССР. В некоторых местах сохранились и традиционные системы мер, к примеру, традиционная английская, как раз таки использующаяся в не признающих систему СИ Мьянме и США, или японская система, до сих пор распространенная в Азии.
Автор: Ксения Бирюкова