Что принято за единицу массы в международной системе си

Что является единицей массы в международной системе

Единицы измерения массы в физике

Что является основной

Определение «массы», как меры количества вещества, было введено Ньютоном. До этого исследователи оперировали понятием веса. В своем труде «Математические начала натуральной философии» (1687 г.) Ньютон сначала определил «количество материи» в физическом теле как произведение его плотности на объем.

Далее он указал, что в том же смысле будет использовать термин «масса». Ньютон ввел массу в законы физики: сначала во второй закон Ньютона (через количество движения), а затем и в закон тяготения.

Масса — скалярная физическая величина, определяющая гравитационные и инерционные свойства тел. Масса — одна из основных величин в системе единиц, имеющая эталон.

Очень часто путают понятия масса и вес. Вес — это сила, с которой тело действует на опору или подвес (векторная величина). Масса же не имеет направления, а является характеристикой. Для конкретного тела масса всегда остается постоянной. Для простого тела масса напрямую связана с плотностью и образована суммой всех частичек этого тела.

Чтобы узнать массу, можно умножить плотность на объем тела и получить искомое значение массы. В бытовых условиях проще всего ее узнать с помощью обычных весов, но не стоит забывать, что весы имеют погрешность измерения.

Метрическая система

Метрическая система — общее название международной десятичной системы единиц, основанной на использовании метра и килограмма.

Основное отличие метрической системы от применявшихся ранее традиционных систем заключается в использовании упорядоченного набора единиц измерения. В этой системе для любой физической величины существует лишь одна главная единица и набор дольных и кратных единиц, образуемых стандартным образом с помощью десятичных приставок.

В России используется метрическая система измерений. Самая малая единица измерения в метрической системе — микрограмм, самая большая — тонна.

В таблице ниже представлены основные единицы измерения массы в метрической системе.

Американская и Британская системы

Британская (Английская) система измерения используется в Великобритании (хотя с 1995 года в качестве официальной используется метрическая система), США, частично в Канаде. Английская система мер берет свое начало из Римской системы мер. С XX века постепенно меры английской системы вытесняются метрической системой. Фунт, унция, стоун используются одинаково в Американской и Британской системе.

В таблице представлены основные единицы измерения Британской и Американской систем.

Перевод единиц из одной системы в другую

Разберем несколько примеров перевода. Допустим нам нужно узнать:

Источник

Система СИ (единицы измерения)

В 1875 г. Метрической Конференцией было основано Международное Бюро Мер и Весов его целью стало создание единой системы измерений, которая нашла бы применение во всем мире. Было решено, за основу принять метрическую систему, которая появилась еще во времена Французской революции и основывалась на метре и килограмме. Позднее были утверждены эталоны метра и килограмма. С течением времени система единиц измерения развивалась, в настоящее время в ней принять семь основных единиц измерения. В 1960 г. эта система единиц получила современное название Международная система единиц ( система СИ) (Systeme Internatinal d’Unites (SI)). Система СИ не обладает статичностью, она развивается в соответствии с требованиями, которые в настоящее время предъявляются к измерениям в науке и технике.

Основные единицы измерения Международной системы единиц

Основными единицами в системе СИ стали единицы выше названных величин:

\[\left[l\right]=м;;\ \left[m\right]=кг;;\ \left[t\right]=с;\ \left[I\right]=A;;\ \left[T\right]=K;;\ \ \left[\nu \right]=моль;;\ \left[I_v\right]=кд\ (кандела).\]

Эталоны основных единиц измерения в СИ

Приведем определения эталонов основных единиц измерения как это сделано в системе СИ.

Эталоном массы для СИ является гиря, имеющая форму прямого цилиндра, высота и диаметр которого 39 мм, состоящего из сплава платины и иридия массой в 1 кг.

Одной секундой (с) называют интервал времени, который равен 9192631779 периодам излучения, который соответствует переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия (133).

Наука развивается, совершенствуется измерительная техника, определения единиц измерения пересматривают. Чем выше точность измерений, тем больше требований к определению единиц измерения.

Производные величины системы СИ

Все остальные величины рассматриваются в системе СИ как производные от основных. Единицы измерения производных величин определены как результат произведения (с учетом степени) основных. Приведем примеры производных величин и их единиц в системе СИ.

В системе СИ имеются и безразмерные величины, например, коэффициент отражения или относительная диэлектрическая проницаемость. Эти величины имеют размерность единицы.

Система СИ, единицы измерения кратные и дольные

В Международной системе единиц имеется набор приставок к единицам измерения, которые применяют, если численные значения рассматриваемых величин существенно больше или меньше, чем единица системы, которая применяется без приставки. Эти приставки используются с любыми единицами измерения, в системе СИ они являются десятичными.

Приведем примеры таких приставок (табл.3).

При написании приставку и наименование единицы пишут слитно, так, что приставка и единица измерения образуют единый символ.

Отметим, что единица массы в системе СИ (килограмм) исторически уже имеет приставку. Десятичные кратные и дольные единицы килограмма получают соединением приставки к грамму.

Внесистемные единицы

Система СИ универсальна и является удобной в международном общении. Практически все единицы, единицы не входящие в систему СИ можно определить, используя термины системы СИ. Применение системы СИ является предпочтительным в научном образовании. Однако имеются некоторые величины, которые не входят в СИ, но широко используются. Так, единицы времени такие как минута, час, сутки являются частью культуры. Не которые единицы используют по исторически сложившимся причинам. При использовании единиц, которые не принадлежат системе СИ необходимо указывать способы их перевода в единицы СИ. Пример единиц указан в табл.4.

Примеры задач с решением

Задание. Приведите примеры известных Вам внесистемных единиц и соотношение их с единицами системы СИ.

Решение. Примерами внесистемных единиц являются:

Решение. Сделаем рисунок.

Для того чтобы ответить на вопрос вспомним формулу для вычисления величины скорости при равномерном движении:

Так, мы получили точную скорость света в вакууме.

Источник

Основные единицы системы СИ

Килограмм равен массе международного прототипа килограмма.

Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Моль равен количеству вещества, в составе которого содержится столько же структурных элементов, сколько атомов в изотопе углерода-12 массой 0,012 кг.

Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на ее поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Выражение производной единицы

Для образования десятичных кратных и дольных единиц предписывается ряд приставок и множителей, указываемых в табл. 3.

Температура и теплота. Механические единицы не позволяют решать все научные и технические задачи без привлечения каких-либо других соотношений. Хотя работа, совершаемая при перемещении массы против действия силы, и кинетическая энергия некой массы по своему характеру эквивалентны тепловой энергии вещества, удобнее рассматривать температуру и теплоту как отдельные величины, не зависящие от механических.

Международная температурная шкала. В соответствии с изложенным выше определением температуру можно с весьма высокой точностью (примерно до 0,003 К вблизи тройной точки) измерять методом газовой термометрии. В теплоизолированную камеру помещают платиновый термометр сопротивления и резервуар с газом. При нагревании камеры увеличивается электросопротивление термометра и повышается давление газа в резервуаре (в соответствии с уравнением состояния), а при охлаждении наблюдается обратная картина. Измеряя одновременно сопротивление и давление, можно проградуировать термометр по давлению газа, которое пропорционально температуре. Затем термометр помещают в термостат, в котором жидкая вода может поддерживаться в равновесии со своими твердой и паровой фазами. Измерив его электросопротивление при этой температуре, получают термодинамическую шкалу, поскольку температуре тройной точки приписывается значение, равное 273,16 К.

Точные измерения температуры методом газовой термометрии требуют много труда и времени. Поэтому в 1968 была введена Международная практическая температурная шкала (МПТШ). Пользуясь этой шкалой, термометры разных типов можно градуировать в лаборатории. Данная шкала была установлена при помощи платинового термометра сопротивления, термопары и радиационного пирометра, используемых в температурных интервалах между некоторыми парами постоянных опорных точек (температурных реперов). МПТШ должна была с наибольшей возможной точностью соответствовать термодинамической шкале, но, как выяснилось позднее, ее отклонения весьма существенны.

Электричество и магнетизм. Все общепринятые электрические и магнитные единицы измерения основаны на метрической системе. В согласии с современными определениями электрических и магнитных единиц все они являются производными единицами, выводимыми по определенным физическим формулам из метрических единиц длины, массы и времени. Поскольку же большинство электрических и магнитных величин не так-то просто измерять, пользуясь упомянутыми эталонами, было сочтено, что удобнее установить путем соответствующих экспериментов производные эталоны для некоторых из указанных величин, а другие измерять, пользуясь такими эталонами.

Единицы системы СИ. Ниже дается перечень электрических и магнитных единиц системы СИ.

Генри, единица индуктивности. Генри равен индуктивности контура, в котором возникает ЭДС самоиндукции в 1 В при равномерном изменении силы тока в этом контуре на 1 А за 1 с.

Практические эталоны. На практике величина ампера воспроизводится путем фактического измерения силы взаимодействия витков провода, несущих ток. Поскольку электрический ток есть процесс, протекающий во времени, эталон тока невозможно сохранять. Точно так же величину вольта невозможно фиксировать в прямом соответствии с его определением, так как трудно воспроизвести с необходимой точностью механическими средствами ватт (единицу мощности). Поэтому вольт на практике воспроизводится с помощью группы нормальных элементов. В США с 1 июля 1972 законодательством принято определение вольта, основанное на эффекте Джозефсона на переменном токе (частота переменного тока между двумя сверхпроводящими пластинами пропорциональна внешнему напряжению).

Международным соглашением за единицу силы света принята кандела (ранее называвшаяся свечой), равная силе света в данном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частоты 540 10 12 Гц (l = 555 нм), энергетическая сила светового излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. Это примерно соответствует силе света спермацетовой свечи, которая когда-то служила эталоном.

Если сила света источника равна одной канделе во всех направлениях, то полный световой поток равен 4p люменов. Таким образом, если этот источник находится в центре сферы радиусом 1 м, то освещенность внутренней поверхности сферы равна одному люмену на квадратный метр, т.е. одному люксу.

Источник

История человечества насчитывает несколько тысяч лет, и на разных этапах развития почти каждый народ использовал какие-то свои условные системы отсчетов. Сейчас Международная система единиц (СИ) для всех стран стала обязательной.

Система содержит семь основных единиц измерения: секунда — времени, метр — длины, килограмм — массы, ампер — силы электрического тока, кельвин — термодинамической температуры, кандела — силы света и моль — количества вещества. Предусмотрены две дополнительные единицы: радиан — для плоского угла и стерадиан — для телесного угла.

СИ происходит от французского Systeme Internationale, и означает международную систему единиц.

Как определяли метр

В 17 веке, с развитием в Европе науки, начали все чаще звучать призывы к тому, чтобы ввести универсальную меру или католический метр. Это была бы десятичная мера, основанная на естественном явлении, и не зависящая от постановлений находящегося у власти человека. Такая мера заменила бы собой множество разнообразных систем мер, существовавших тогда.

Британский философ Джон Уилкинс предлагал принять за единицу длины длину маятника, полупериод которого был бы равен одной секунде. Однако в зависимости от места измерений значение получалось неодинаковым. Французский астроном Жан Рише установил этот факт во время путешествия в Южную Америку (1671 — 1673).

В 1790 году министр Талейран предложил измерить эталонную длину расположив маятник на строго установленной широте между Бордо и Греноблем — 45° северной широты. В результате, 8 мая 1790 года, на Французском Национальном собрании постановили, что метр — это длина маятника с полупериодом колебаний на широте 45°, равным 1 с. В соответствии с сегодняшней СИ, тот метр был бы равен 0,994 м. Это определение, однако, не устроило научную общественность.

30 марта 1791 года Французская академия наук приняла предложение задать эталонный метр как часть Парижского меридиана. Новая единица должна была быть одной десятимиллионной частью расстояния от экватора до Северного полюса, то есть одной десятимилионной долей четверти окружности Земли, измеренной вдоль Парижского меридиана. Это и стало называться «Метр подлинный и окончательный».

7 апреля 1795 Национальный Конвент принял закон о введении метрической системы во Франции и поручил комиссарам, в число которых входили Ш. О. Кулон, Ж. Л. Лагранж, П.-С. Лаплас и другие учёные, экспериментально определить единицы длины и массы.

В период с 1792 по 1797 год, по решению революционного Конвента, французские учёные Деламбр (1749—1822 гг.) и Мешен (1744—1804 гг.) за 6 лет измерили таки дугу парижского меридиана длиной в 9°40′ от Дюнкерка до Барселоны, проложив цепь из 115 треугольников через всю Францию и часть Испании.

Впоследствии, однако, выяснилось, что из-за неправильного учёта полюсного сжатия Земли эталон оказался короче на 0,2 мм. Таким образом, длина меридиана в 40000 км лишь приблизительна. Первый прототип эталона метра из латуни, тем не менее, был в 1795 году изготовлен. Следует отметить, что единица массы (килограмм, определение которого было основано на массе одного кубического дециметра воды), тоже была привязана к определению метра.

История становления системы СИ

22 июня 1799 года во Франции были изготовлены два эталона из платины — эталонный метр и эталонный килограмм. Эту дату можно справедливо считать днем начала развития нынешней системы СИ.

В 1860-х под влиянием Максвелла и Томсона было сформулировано требование, согласно которому базовые и производные единицы необходимо согласовть между собой. В итоге система СГС была введена в 1874 году, при этом были выделены и приставки для обозначения дольных и кратных единиц от микро до мега.

В 1889 году на первой конференции ГКМВ была принята система МКС, основанная на метре, килограмме и секунде, сходная с СГС, однако единицы МКС виделись более приемлемыми в силу удобства из практического использования. Позже будут введены единицы для оптики и электричества.

В 1948 году, по предписанию французского правительства и Международного союза теоретической и прикладной физики, девятая Генеральная конференция по мерам и весам выступила с поручением Международному комитету по мерам и весам предложить, с целью унификации системы единиц измерения, свои идеи по созданию единой системы единиц измерения, которая смогла бы быть принятой всеми государствами участниками Метрической конвенции.

В 1960 году был принят стандарт, который впервые назвали «Международная система единиц», и назначили сокращение «SI» (СИ).

Основными единицами остались те же шесть единиц: метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина и кандела, две дополнительных единиц (радиан и стерадиан) и двадцать семь важнейших производных, не предопределяя другие производные единицы, могущие быть добавленными впоследствии. (Русскоязычное сокращение «СИ» можно расшифровать как «Система интернациональная»).

Все указанные шесть основных единиц, обе дополнительные единицы и двадцать семь важнейших производных единиц полностью совпадали с соответствующими основными, дополнительными и производными единицами, принятыми на тот момент в СССР государственными стандартами на единицы измерений для систем МКС, МКСА, МКСГ и МСС.

В 1963 году в СССР, по ГОСТу 9867-61 «Международная система единиц», СИ была принята в качестве предпочтительной для областей народного хозяйства, в науке и технике, а также для преподавания в учебных заведениях.

В 1968 году на тринадцатой ГКМВ единица «градус Кельвина» была заменена на «кельвин», также было принято обозначение «К». Кроме того было принято новое определение секунды: секунда — это интервал времени, равный 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного квантового состояния атома цезия-133. В 1997 году будет принято уточнение, согласно которому этот интервал времени относится к атому цезия-133 в покое при 0 К.

В 1983 году на 17 ГКМВ было дано новое определение метра. Метр — это длина пути, проходимого светом в вакууме за (1 / 299 792 458) секунды.

В 2009 году Правительством РФ было утверждено «Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации», а в 2015 году в него были внесены изменения, призванные исключить «срок действия» некоторых внесистемных единиц.

Основные достоинства системы СИ заключаются в следующем:

1. Унификация единиц физических величин для различных видов измерения.

Система СИ позволяет иметь для каждой физической величины, встречающейся в различных областях техники, одну общую для них единицу, например, джоуль для всех видов работы и количества теплоты вместо применяемых в настоящее время разных единиц для этой величины (килограмм — сила — метр, эрг, калория, ватт-час и др.).

2. Универсальность системы.

Единицы системы СИ охватывают все отрасли науки, техники и народного хозяйства, исключая необходимость применения каких-либо других единиц, и в целом представляют собой единую систему, общую для всех областей измерений.

3. Связность (когерентность) системы.

Во всех физических уравнениях, определяющих производные единицы измерения, коэффициент пропорциональности — всегда безразмерная величина, равная единице.

Система СИ позволяет значительно упростить операции по решению уравнений, проведению расчетов и составлению графиков и номограмм, так как отпадает необходимость применения значительного количества переводных коэффициентов.

4. Стройность и связность системы СИ значительно облегчает изучение физических закономерностей и педагогический процесс при изучении общенаучных и специальных дисциплин, а также вывод различных формул.

5. Принципы построения системы СИ обеспечивают возможность образования по мере надобности новых производных единиц и, следовательно, перечень единиц этой системы открыт для дальнейшего расширения.

Назначение системы СИ и ее роль в физике

Большинство стран используют в технике именно единицы системы СИ, даже если в повседневной жизни пользуются традиционными для этих территорий единицами. В США, например, привычные единицы определяются через единицы системы СИ при помощи фиксированных коэффициентов.

Исчерпывающее подробное описание системы СИ в официальном виде изложено в издаваемой с 1970 года «Брошюре СИ» и в дополнении к ней; эти документы опубликованы на официальном сайте Международного бюро мер и весов. Начиная с 1985 года данные документы выпускаются на английском и французском языках, и всегда переводятся на ряд языков мира, хотя официальный язык документа — французский.

Точное официальное определение системы СИ формулируется следующим образом: «Международная система единиц (СИ) — система единиц, основанная на Международной системе величин, вместе с наименованиями и обозначениями, а также набором приставок и их наименованиями и обозначениями вместе с правилами их применения, принятая Генеральной конференцией по мерам и весам (CGPM)».

Система СИ определяют семь основных единиц физических величин и их производные, а также приставки к ним. Регламентированы стандартные сокращения обозначений единиц и правила записи производных. Основных единиц, как и прежде, семь: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела. Основные единицы отличаются независимыми размерностями, и не могут быть получены из других единиц.

Перед названием единицы можно использовать приставку, как например миллиметр — тысячная доля метра, а километр — тысяча метров. Приставка означает, что единицу необходимо разделить или умножить на целое число, являющееся конкретной степенью числа десять.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Источник