Tänään näyttää ilmeiseltä, että kilo sokeria Venäjällä ja Afrikassa on kilo sokeria. Yllätyt kuullessani, että vain 200 vuotta sitten 1 puuta painoi eri tavalla jopa naapurimaakunnissa. Kansainvälinen SI-järjestelmä, jota useimmat maailman maat käyttävät nykyään, on tuonut meidät yhteiseen nimittäjään. Mutta se ei aina ollut niin. Mittausstandardien ja yhtenäisen SI-järjestelmän käyttöönoton historiasta - myöhemmin artikkelissa.
Mihin tarvitsemme standardeja?
Sivilisaation kehitys on tuntenut monia standardeja ja mittanormeja, jotka ovat muuttuneet vuosisatojen aikana. Esimerkiksi muinaisessa Egyptissä painon mittana on kikkar, muinaisessa Roomassa se on talentti, Venäjällä se on puu. Ja kaikki nämä toisiaan korvaavat toimenpiteet vaativat ihmiskunnan sopimaan yhteisistä fyysisten parametrien yksiköistä, jotka olisivat verrattavissa yhteen sopimusyksikköön (standardiin) kaikille.
Tieteen ja teknologisen kehityksen myötä tällaisen yhtenäisen standardijärjestelmän tarve vain lisääntyi. Kaupan ja talouden toimial alta lähtien tästä standardijärjestelmästä on tullutvälttämättömyys kaikilla muilla aloilla - rakentamisessa (piirustukset), teollisuudessa (esimerkiksi seosten yhtenäisyys) ja jopa kulttuurisissa (aikavälit).
Miten mittari määritettiin
Lähes 1600-luvun loppuun asti pituusmitat olivat erilaisia eri maissa. Mutta nyt on tullut aika, jolloin tieteen kehitys vaati yhtä pituutta - katolista metriä.
Ensimmäistä standardia ehdotti brittiläinen tiedemies ja filosofi John Wilkins – pituuden yksiköksi ottamaan heilurin pituus, jonka puolet jaksosta on yhtä sekuntia. Mutta nopeasti kävi selväksi, että tämä arvo vaihtelee suuresti riippuen mittauspaikasta.
Vuonna 1790 Ranskan kansalliskokous hyväksyi silloisen ministeri Talleyrandin ehdotuksesta yhden mittarin standardin, vuonna 1791 Ranskan tiedeakatemia hyväksyi jo pituusstandardiksi yhden kymmenen miljoonasosan. päiväntasaajan ja pohjoisnavan välinen etäisyys mitattuna Pariisin pituuspiiriä pitkin. Samaa mieltä, melko vaikeaa.
Rauhalliset yritykset jatkuivat
Nykyaikaisen SI-järjestelmän prototyyppi oli Ranskan metrijärjestelmä, jonka kansallinen konventti vuonna 1795 ehdotti tuon ajan johtavien tiedemiesten kehittämäksi. Työskenteli pituus- ja massastandardien kehittämisen parissa Ch. Coulomb, J. Lagrange, P.-S. Laplace ja muut. Ehdotuksia oli useita, mutta pituuspiiri mitattiin silti. Ja ensimmäinen mittaristandardi tehtiin messingistä vuonna 1975.
Ja kuitenkin 22. kesäkuuta 1799 tulisi pitää yhtenäisen mittajärjestelmän syntymäpäivänä ja nykyaikaisen SI-yksikköjärjestelmän prototyyppinä. Tuolloin Ranskassa valmistettiin platinaametrin ja kilogramman ensimmäiset standardit.
Vuodet kuluvat, Gaussin absoluuttinen yksikköjärjestelmä (1832) ja Maxwellin ja Thomsonin useiden yksiköiden etuliitteet ilmestyvät.
Ja vuonna 1875 17 osav altiota allekirjoitti mittarisopimuksen. Se hyväksyi Kansainvälisen mittaustoimiston ja kansainvälisen mittauskomitean, ja painojen ja mittojen yleiskonferenssi aloitti toimintansa. Ensimmäisessä konferenssissaan vuonna 1889 otettiin käyttöön ensimmäinen yhtenäinen metrijärjestelmä, joka perustui metriin, kilogrammaan ja toiseen.
Vertailuarvojen historia jatkuu
Sähkön ja optiikan kehitys tekee omat mukautuksensa standardien käsitteeseen. Tiede ei seiso paikallaan ja vaatii uusia mittayksiköitä.
Vuonna 1954 kymmenennessä paino- ja mittakonferenssissa otettiin käyttöön kuusi yksikköä - metri, kilogramma, sekunti, ampeeri, kandela, Kelvin-aste. Vuonna 1960 tämä järjestelmä nimettiin Systeme International d'Unitesiksi, ja vuonna 1960 otettiin käyttöön kansainvälisen yksikköjärjestelmän standardi, lyhennettynä SI. Venäjänkielinen "SI" tarkoittaa kansainvälistä järjestelmää. Tämä on SI-mittausjärjestelmä, jota koko maailma käyttää nykyään. Poikkeuksia olivat Yhdysvallat, Nigeria ja Myanmar.
SI-järjestelmän määrittely
On heti huomattava, että tämä ei ole ainoa standardijärjestelmä. Jotkut soveltavan fysiikan alat käyttävät muita yksikköjärjestelmiä.
Nykyään kansainvälinen fyysisten määrien järjestelmä SI on maailman eniten käytetty metrijärjestelmä. Sen virallinen yksityiskohtainen kuvaus on esitetty kohdassa"SI-esite" (1970). Virallinen määritelmä "Kansainvälinen yksikköjärjestelmä SI on kansainväliseen yksikköjärjestelmään perustuva yksikköjärjestelmä, jossa on nimiä ja symboleja sekä joukko etuliitteitä … ja soveltamissääntöjä …".
Perusjärjestelmä
SI-yksiköiden periaatteet ovat seuraavat:
- Seitsemän fyysisten suureiden perusyksikköä on määritelty. SI-järjestelmässä niitä ei voida johtaa muista suureista. Nämä ovat kilogramma (paino), metri (pituus), sekunti (aika), ampeeri (virta), kelvin (lämpötila), mooli (aineen määrä), kandela (valon intensiteetti).
- Määritetään SI-perusjärjestelmän arvoista johdetut suureet, jotka saadaan matemaattisilla operaatioilla perussuureiden kanssa.
- Suureiden etuliitteet ja niiden käyttöä koskevat säännöt on määritelty. Etuliitteet tarkoittavat, että yksikkö on jaettava / kerrottava kokonaisluvulla, joka on potenssi 10.
Merkitys elämässä ja tieteessä
Kuten jo mainittiin, useimmat maailman maat käyttävät SI-yksikköä. Vaikka tavallisessa elämässä käytetäänkin maan perinteisiä yksiköitä, ne määritetään muuntamalla SI-järjestelmään kiinteitä kertoimia käyttäen.
Kaikki SI-järjestelmän perusyksiköt määritellään fysikaalisten vakioiden tai ilmiöiden avulla, jotka ovat muuttumattomia ja jotka voidaan toistaa kaikkialla maailmassa suurella tarkkuudella. Ainoa poikkeus on kilo, jonka standardi on toistaiseksi ainoa fyysinen prototyyppi.
MKS-yksikköjärjestelmä (metri, kilogramma,toinen) mahdollistaa mekaniikan, termodynamiikan ja muiden teoreettisen fysiikan ja käytännön tieteen alueiden ongelmien ratkaisemisen.
Mutta joillakin aloilla (esimerkiksi sähködynamiikassa) SI-järjestelmä häviää muille metrijärjestelmille. Siksi maailmassa on useita metrijärjestelmiä, joiden arvot ovat jossain määrin sidottu päästandardeihin - kilogramma, metri ja sekunti.
SI-yksiköt
Perusyksiköt (muista - niitä on seitsemän) ja niiden nimitykset on esitetty taulukossa, mutta ne ovat meille kaikille tuttuja. Tässä järjestelmässä yksiköiden nimet kirjoitetaan pienellä kirjaimella, ja yksiköiden nimeämisen jälkeen ei kirjoiteta pistettä.
Johdetut yksiköt (niitä on 22) ilmaistaan matemaattisten laskelmien avulla ja perustuvat fysikaalisiin lakeihin. Esimerkiksi nopeus on matka, jonka kappale kulkee aikayksikössä - m / s. Joillakin johdetuilla yksiköillä on omat nimensä (radiaani, hertsi, newton, joule) ja ne voidaan kirjoittaa eri tavoin.
On yksiköitä, jotka eivät sisälly SI-järjestelmään, mutta joita voidaan käyttää yhdessä. Ne on hyväksytty painoja ja mittoja koskevassa yleissopimuksessa. Esimerkiksi minuutti, tunti, päivä, litra, solmu, hehtaari.
On myös sallittua käyttää logaritmisen yksiköitä sekä suhteellisia arvoja. Esimerkiksi prosentti, oktaavi, vuosikymmen.
Myös laaj alti käytettyjen arvojen käyttö on sallittua. Esimerkiksi viikko, vuosi, vuosisata.
On suunniteltu konvektorit arvojen muuntamiseen eri järjestelmistä. Niitä on paljon, mutta ne kaikki luottavatyhtenäiset metriarvot.
Kansainvälisen SI-järjestelmän edut
Tämän järjestelmän yleismaailmallisuus on ilmeinen. Kaikki fyysiset ilmiöt, kaikki johtamisen ja tekniikan alat ovat yhden suuren järjestelmän kattamia. Vain SI-järjestelmä antaa yksiköt, jotka ovat tärkeitä ja helppokäyttöisiä.
Järjestelmälle on ominaista joustavuus, mikä mahdollistaa järjestelmän ulkopuolisten yksiköiden käytön ja kehittämismahdollisuuden - tarvittaessa SI-arvojen määrää voidaan lisätä. Yksiköt ovat kansainvälisten sopimusten ja mittaustekniikan kehitystason mukaisia.
Yksikköjen yhdistäminen on tehnyt tästä järjestelmästä laajan käytön (yli 130 maassa) ja useiden vaikutusv altaisten kansainvälisten järjestöjen (YK, UNESCO, Kansainvälinen puhtaan ja soveltavan fysiikan liitto) tunnustama.
SI-järjestelmä lisää suunnittelijoiden ja tutkijoiden tuottavuutta, yksinkertaistaa ja helpottaa koulutusprosessia ja kansainvälisten yhteyksien harjoittamista kaikilla aloilla.
Viimeinen fyysinen prototyyppi
Kaikki SI-järjestelmän yksiköt määritellään fysikaalisilla vakioilla. Poikkeuksena on kilo. Vain tällä standardilla on toistaiseksi oma fyysinen prototyyppinsä, ja tämä erottuu ohuesta mittayksiköiden rivistä.
Kilostandardi on sylinteri, joka on valmistettu seoksesta, jossa on 9 osaa platinaa ja 1 osa iridiumia. Sen massa vastaa yhtä litraa vettä suurimmalla tiheydellä (4 celsiusastetta, normaalipaine merenpinnan yläpuolella). Vuonna 1889 niitä valmistettiin 80, joista 17 olisiirretty maihin, jotka ovat allekirjoittaneet metrisopimuksen.
Tänä päivänä tämän standardin alkuperäinen kolmen suljetun kapselin alla sijaitsee Sevresin kaupungissa Pariisin laitamilla Kansainvälisen paino- ja mittatoimiston tallelokerossa. Joka vuosi se poistetaan juhlallisesti ja sovitetaan yhteen.
Kilostandardin venäläinen versio on All-Russian Research Institute of Metrology -instituutissa. Mendelejev (Pietari). Nämä ovat prototyypit 12 ja 26.
iPhonesi rikkoutuu SI-järjestelmän massastandardin menettämisen vuoksi
Koko ihmiskunnan metrijärjestelmä on uhattuna tänään. Ja tämä tapahtuu, koska vain ainoa fyysisesti olemassa oleva standardi on nopea "laihtuminen".
Kokeellisesti on todistettu, että joka vuosisadan kilostandardi kevenee 3 x 10−8 kiloa. Tämä johtuu atomien irtoamisesta vuosittaisissa tutkimuksissa. Ilmeisesti tämän arvon vakion rikkominen aiheuttaa välttämättä muutoksen kaikissa muissa arvoissa.
Electronic Kilogram -hanke (National Institute of Standards and Technology, USA) on kutsuttu pelastamaan tilannetta, joka mahdollistaa sellaisen tehon laitteen luomisen, joka pystyy nostamaan 1 kilogramman massaa sähkömagneettisessa kentässä. Luominen on vielä kesken.
Toinen suunta on kuutio, jossa on 2250 x 281489633 hiili-12 atomia. Sen korkeus on 8,11 senttimetriä, eikä se laske ajan myötä. Tämä projekti on myös kehitteillä.
Mielenkiintoisia faktoja standardeista, ei vain
Aika on vakioarvo. SisäänKaikilla planeettamme aikavyöhykkeillä aika määräytyy suhteessa UTC-universaaliaikaan. Mielenkiintoista on, että tällä lyhenteellä ei ole dekoodausta.
Murimiehet jatkavat yksikön "solmu" käyttöä. Harvat ihmiset tietävät, mutta tällä yksiköllä on pitkä historia. Laivojen nopeuden mittaamiseen käytettiin aiemmin tukkia, jonka solmut oli sidottu samalle etäisyydelle. Nykyaikaisista nopeusmittareista on tullut paljon täydellisempiä, mutta nimi on säilytetty.
Ja moottoriajoneuvojen hevosvoimien mittaus perustuu myös todelliseen tosiasiaan. Höyrykoneen keksijä James White osoitti löytönsä edut tällä tavalla. Alle 1 hevosvoiman hän laski kuorman massan, jonka hevonen nostaisi minuutissa.