Создание и развитие метрической системы мер
Метрическая система мер была создана в конце XVIIIв. во Франции, когда развитие торговли промыщленности настоятельно потребовало замены множества единиц длины и массы, выбранных произвольно, едиными, унифицированными единицами, какими и стали метр и килограмм.
Первоначально метр был определен как 1/40 000 000 часть Парижского меридиана, а килограмм - как масса 1 кубического дециметра воды при температуре 4 С, т. е. единицы были основаны на естественных эталонах. В этом заключалась одна из важнейших особенностей метрической систем, определившая ее прогрессивное значение. Вторым важным преимуществом являлось десятичное подразделение единиц, соответствующее принятой системе исчисления, и единый способ образования их наименований (включением в название соответствующей приставки: кило, гекто, дека, санти и милли), что избавляло от сложных преобразований одних единиц в другие и устраняло путуницу в названиях.
Метрическая система мер стала базой для унификации единиц во всем мире.
Однако в последующие годы метрическая система мер в первоначальном виде (м, кг, м , м . л. ар и шесть десятичных приставок) не могла удовлетворить запросы развивающейся науки и техники. Поэтому каждая отрасль знаний выбирала удобные для себя единицы и системы единиц. Так, в физике придерживались системы сантиметр - грамм - секунда (СГС); в технике нашла широкое распространение система с основными единицами: метр - килограмм-сила - секунда (МКГСС); в теоретической электротехнике стали одна за другой применяться несколько систем единиц, производных от системы СГС; в теплотехнике были принят системы, основанные, с одной стороны, на сантиметре, грамме и секундде, с другой стороны, - на метре, килограмме и секунде с добавлением единицы температуры - градуса Цельсия и внесистемных единиц количества теплоты - калории, килокалории и т. д. Кроме этого, нашли применение много других внесистемных единиц: например, единицы работы и энерги - киловатт-час и литр-атмосфера, единицы давления - миллиметр ртутного столба, миллиметр водяного столба, бар и т. д. В итоге образовалось значительное число метрических систем единиц, некоторые из них охватыавли отдельные сравнительно узкие отрасли техники, и много внесистемных единиц, в основу определений которых были положены метрические единицы.
Одновременное их применение в отдельных областях привело к засорению многих расчетных формул числовыми коэффициентами, не равными единице, что сильно усложнило расчеты. Например, в технике стало обычным применение для измерения массы единицы системы МКС - килограмма, а для измерения силы единицы системы МКГСС - килограмм-силы. Это представлялось удобным с той точки зрения, что числовые значения массы (в килограммах) и ее веса, т. е. силы притяжения к Земле (в килограмм-силах) оказались равными (с точностью, достаточной для большинства практических случаев). Однако следствием приравнивания значений разнородных по существу величин было появление во многих формулах числового коэффициента 9,806 65 (округленно 9,81) и к смешению понятий массы и веса, которое породило множество недоразумений и ошибок.
Такое многообразие единиц и связанные с этим неудобства породили идею создания универсальной системы единиц физических величин для всех отраслей науки и техники, которая могла бы заменить все существующие системы и отдельные внесистемные единицы. В результате работ международных метрологических организаций такая система была разработана и получила название Международной системы единиц с сокращенным обозначением СИ (Система Интернациональная). СИ была принята ХI Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в 1960 г. как современная форма метрической системы.
Характеристика Международной системы единиц
Универсальность СИ обеспечивается тем, что семь основных единиц, положенных в ее основу, являются единицами физических величин, отражающих основные свойства материального мира и дают возможность образовывать производные единицы для любых физических величин во всех отраслях науки и техники. Этой же цели служат и дополнительные единицы, необходимые для образования производных единиц, зависящих от плоского и телесного углов. Преимуществом СИ перед другими системами единиц является принцип построения самой системы: СИ построена для некоторой системы физических величин, позволяющих представить физические явления в форме математических уравнений; некоторые из физических величин приняты основными и через них выражаются все остальные - производные физические величины. Дляосновных величин установлены единицы, размер которых согласован на международном уровне, а для остальных величин образуютя производные единицы. Построенная таким образом система единиц и входящие в нее единицы называются когерентными, так как при этом выдержано условие, что соотношения между числовыми значениями величин, выраженными в единицах СИ, не содержат клэффициентов, отличных от входящих в первоначально выбранные уравнения, связывающие величины. Когерентность единиц СИ при их применении позволяет до минимума упростить расчетные формулы за счет освобождения их от переводных коэффициентов.
В СИ устранена множественность единиц для выажения величин одного и того же рода. Так, например, вместо большого числа единиц давления, применявшихся на практике, еднницей давления в СИ является только одна единица - паскаль.
Установление для каждой физической величины своей единицы позволило разграничить понятие массы (едница СИ - килограмм) и силы (единица СИ - ньютон). Понятие массы следует использовать во всех случаях, когда имеется в виду свойство тела или вещества, характеризующее их инерционность и способность создавать гравитационное поле, понятие веса - в случаях, когда имеется в виду сила, возникающая вследствие взаимодействия с гравитационным полем.
Определение основных еддиниц. И возможно с высокой степенью точности, что в конечном счете не только позволяет повысить точность измерений, но и обеспечить их единство. Это дотигается путем "материализации" единиц в виде эталонов и передачи от нх размеров рабочим средствам измерений с помощью комплекса образцовых средств измерений.
Международная система единиц благодаря своим преимуществам получила широкое распространение в мире. В настоящее время трудно назвать страну, которпя бы не внедрила СИ,находилась бы на стадии внедрения или не приняла бы решения о внедрении СИ. Так, страны, ранее применявшие английскую систему мер (Англия, Австралия, Канада, США и др.) также приняли СИ.
Рассмотрим структуру построения Международной системы единиц. В табл. 1.1 приведены основные и дополнительные единицы СИ.
Производные единицы СИ образуются из основных и дополнительных единиц. Производные единицы СИ, имеющие специальные наименования (табл. 1.2), также могут быть использованы для образования других производных единиц СИ.
В связи с тем, что диапазон значений большинства измеряемых физических величин в настоящее время может быть весьма значительным и применять только едницы СИ неудобно, так как в результате измерения получаютя слишком большие или мадые числовые значения, в СИ предусмотрено применение десятичных кратных и дольных от единиц СИ, которые образуются с помощью множителей и приставок, приведенных в табл. 1.3.
Международная единица
6 октября 1956 г. Международный комитет мер и весов рассмотрел рекомендацию комиссии по системе единиц и принял следующее важное решение, завершающее работу по установлению Международной системы единиц измерений:
"Международный комитет мер и весов, принимая во внимание задание, полученное от девятой Генеральной конференции по мерам и весам в ее резолюции 6, относительно установления практической системы единиц измерения, которая могла бы быть принята веми станами, подписавшими Метрическую конвенцию; принимая во внимание все документы, полученные от 21 страны, ответивших на опрос, предложенный девятой Генеральной конференцией по мерам и весам; принимая во внимание резолюцию 6 девятой Генеральной конференции по мерам и весам, устанавливающую выбор основных единиц будущей системы, рекомендует:
1) чтобы называлась "Международной системой единиц" система,основанная на основных единицах, принятых десятой Генеральной конференцией и являющихся следующими;
2) чтобы применялись единицы этой системы, перечисленные в следующей таблице, не предопределяя другие единицы, могущие быть добавленные впоследствии".
На сессии в 1958 г. Международный комитет мер и весов обсудил и принял решение о символе для сокращенного обозначения наименования "Международная система единиц". Был принят символ, сстоящий из двух букв SI (начальные буквы слов System International - международная система).
В октябре 1958 г. Международный комитет законодательной метрологии принял следующую резолюцию по вопросу о Международной системе единиц:
"Международный комитет законодательной метрологии, собравшись на пленарном заседании 7 октября 1958 г. в Париже, объявляет о присоединении к резолюции Международного комитета мер и весов об установлении международной системы единиц измерения (SI).
Основными единицами этой системы являются:
метр -килограмм-секунда-ампер-градус Кельвина-свеча.
Комитет рекомендует государствам - членам организации принятие этой системы в законодательстве о единицах измерений".
В октябре 1960 г. вопрос о Международной системе единиц был расмоотрен на одиннадцатой Генеральной конференции по мерам и весам.
По этому вопросу конференция приняла следующую резолюцию:
"Одиннадцатая Генеральная конференция по мерам и весам, принимая во внимание резолюцию 6 десятой Генеральной конференции по мерам и весам, в которой она приняла шесть единиц в качестве базы для установления практической системы измерений для международных сношений принимая во внимание резолюцию 3, принятую Международным комитетом мер и весов в 1956 г., и принимая во внимание рекомендации, принятые Международным комитетом мер и весов в 1958 г., относящиеся к сокращенному наименованию системы и к приставкам для образования кратных и дольных единиц, решает: