Основні поняття і визначення

Розглянемо зміст основних понять фундаментальної і практичної метрології.

Вимірювання як основний об'єкт метрології зв'язані як з фізичними величинами, так і з величинами, що відносяться до інших наук (математики, психології, медицині, суспільним наукам і ін.). Далі будуть розглядатися поняття, що відносяться до фізичних величин.

Фізичною величиною називають властивість фізичного об'єкта (явища, процесу), що є загальним у якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів, відрізняючись при цьому кількісним значенням. Так, властивість " міцність" у якісному відношенні характеризує такі матеріали, як сталь, дерево, тканина, скло і багато інші, у той час як ступінь (кількісне значення) міцності - величина для кожного з них зовсім різна.

Характеристиками фізичних величин є розмір, тобто кількість одиниць фізичної величини в даному об'єкті, виявлене вимірювальними випробуваннями, і розмірність – вираження, що зв'язує вимірювану величину з основними одиницями системи вимірювання при коефіцієнті пропорційності, рівному одиниці. Розмірність має національне або міжнародне буквене написання з урахуванням масштабу. Фізична величина може мати безумовне (m – маса) або умовне, тобто не є обов'язкове застосування (m – число студентів), літерне написання з урахуванням масштабу і позначення фізичної величини.

Фізичні величини прийнята поділяти на основні і похідні.

Основні величини не залежні одна від одної, але вони можуть бути основою для встановлення зв'язків з іншими фізичними величинами, що називають похідними від них. Згадаємо формулу Ейнштейна – E = m´ c², до якої входить основна одиниця - маса, а енергія - це похідна одиниця, залежність між якою й іншими одиницями визначає дана формула. Основним величинам відповідають основні одиниці вимірювання, а похідним - похідні одиниці вимірювання.

Сукупність основних і похідних одиниць називається системою одиниць фізичних величин.

Першою системою одиниць вважається метрична система, де, як уже відзначалося вище, за основну одиницю довжини був прийнятий метр, за одиницю ваги - вага 1 см³ хімічно чистої води при температурі біля +4⁰С – грам (пізніше - кілограм). У 1799 р. були виготовлені перші прототипи (еталони) метра і кілограма. Крім цих двох одиниць метрична система у своєму первісному варіанті включала ще й одиниці площі (ар - площа квадрата зі стороною 10 м), об'єму (стер, дорівнює об'єму куба з ребром 10 м), місткості (літр, дорівнює об'єму куба з ребром 0, 1 м).

Таким чином, у метричній системі ще не було чіткого підрозділу одиниць величин на основні і похідні.

Поняття системи одиниць як сукупності основних і похідних уперше запропоновано німецьким ученим К.Ф. Гаусом у 1832 р. Основними у цій системі були прийняті: одиниця довжини - міліметр, одиниця маси - міліграм, одиниця часу - секунда. Цю систему одиниць назвали абсолютною.

У 1881 р. була прийнята система одиниць фізичних величин СГС, основними одиницями якої були: сантиметр - одиниця довжини, грам - одиниця маси, секунда - одиниця часу. Похідними одиницями системи вважалися одиниця сили - кілограм-сила й одиниця роботи - ерг. Незручність системи СГС полягала в труднощах перерахування багатьох одиниць в інші системи для визначення їхнього співвідношення.

На початку ХХ століття італійський учений Джорджі запропонував ще одну систему одиниць, що одержала назву МКСА (у російської транскрипції) і що досить широко розповсюдилася у світі. Основні одиниці цієї системи: метр, кілограм, секунда, ампер (одиниця сили струму), а похідні: одиниця сили - ньютон, одиниця енергії - джоуль, одиниця потужності - ват.

Були й інші пропозиції, що вказує на прагнення до єдності вимірювання у міжнародному аспекті. Але навіть сьогодні деякі країни не відійшли від історично сформованих у них одиниць вимірювання. Відомо, що Велика Британія, США, Канада основною одиницею маси вважають фунт, причому його розмір у системі " британських імперських мір" і " старих винчестерских мір" різний.

Найбільш поширена в усім світі Міжнародна система одиниць СІ. Розглянемо її сутність.