ПРИЛОЖЕНИЕ. МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ - СИ - (SYSTEM INTERNATIONAL - SI).

Физические законы имеют количественную форму. Они устанавливают точные количественные отношения, выражающие объективные законы природы. Физические законы выражаются через соотношения или уравнения, которые дают связь между величинами. Для каждой из величин, входящих в уравнение, определяются единицы измерения.

В физике огромное значение придается измерениям физических величин. Нередко результат измерений, полученный в том или ином научном эксперименте, давал решающий ответ на принципиальный вопрос, поставленный наукой. Иногда результаты опытов позволяли сделать выбор между двумя теориями, а нередко приводили и к появлению новой теории или даже новой отрасли науки. Например, измерение скорости света в различных средах способствовало утверждению волновой теории света. А измерение распределения энергии в спектре абсолютно черного тела послужило зарождению теории квантов и развитию квантовой оптики. Немаловажную роль играет точность измерений. Например, уточнения в измерениях некоторых постоянных позволили разрешить противоречия, существовавшие в квантовой электродинамике.

Измерить какую-либо величину - это, значит, сравнить ее с эталоном, т.е. опытным путем определить отношение измеряемой величины к соответствующей единице измерения.

Вопрос о том, как определить единицу измеряемой величины может быть решен произвольно. И действительно, существует громадное количество разнообразных единиц измерения длины (метр, фут, дюйм, миля), площади (квадратный метр, акр, гектар), массы (килограмм, тонна), давления (паскаль, бар, атмосфера, миллиметр ртутного столба) и т.д.

Требование единообразия при измерениях физических величин приводит к созданию согласованной системы измерений. Однако таких систем довольно много (СГС, абсолютная, техническая и т.д.). Наличие большого числа разнообразных единиц измерений, которые использовались в разных странах, создавало затруднения в обмене результатами научных исследований, международных торговых отношениях и т.п. Вследствие этого ученые разных стран попытались установить общие единицы измерений, которые действовали бы во всех странах. Положение было окончательно урегулировано после введения международной системы единиц, обозначаемой символом СИ.

Международная система единиц распадается на несколько различных систем, предназначенных для измерений в различных областях (в механике, электродинамике, акустике и т.д.). В данной части конспекта мы приводим систему механических и тепловых единиц.

В СИ выбраны основные единицы (эталоны), установленные произвольно и независимо друг от друга. Производные единицы измерений получаются через основные единицы из физических законов и определений.

Основными единицами СИ являются:

единица длины - метр - [м],

единица времени - секунда - [с],

единица массы - килограмм - [кг],

единица силы электрического тока - ампер - [А],

единица термодинамической температуры - кельвин - [К],

единица количества вещества - моль - [моль],

единица силы света - кандела - [кд].

Дополнительные единицы СИ:

для плоского угла - радиан - [рад],

для телесного угла - стерадиан - [стер].

Остальные единицы являются производными.

Эталоны основных единиц:

За единицу длины 1 метр принята длина, в которой укладывается

1650763,73 длин световых волн оранжевой линии изотопа криптона 86

⁸⁶Кr₃₆. (Принятая спектральная линия соответствует переходу электрона в атоме криптона между квантовыми состояниями, обозначаемыми символами 2p₁₀ и 5d₅).

За единицу времени 1 секунда принята продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома изотопа цезия ¹³³Cs₅₅ с массовым числом 133.

За единицу массы 1 килограмм принята масса платино-иридиевой гири, хранящейся в Международном бюро мер и весов.

Единица количества вещества 1 моль определяется как количество вещества, содержащее столько атомов, молекул, ионов и других структурных элементов, сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа углерода ¹²С.

Единицу температуры 1 кельвин определяется как (1/273,16) часть термодинамической температуры тройной точки воды.

За единицу плоского угла 1 радиан принимается угол, длина дуги которого равна единице длины при радиусе, равном также единице длины.

Определения остальных основных единиц СИ (ампер, кандела, стерадиан) будут приведены в других частях конспекта лекций в соответствующих разделах курса.

В Таблице 4 приведены приставки, служащие для образования кратных и дольных единиц. Приведенные приставки можно присоединять только к простым наименованиям единиц измерений (метр, грамм и т.д.).

Таблица 4.

Приставка	Числовое значение	Обозначение	Приставка	Числовое значение	Обозначение
Атто	10—18	а	Деци	10—1	Д
Фемто	10—15	ф	Дека	101	Да
Пико	10—12	п	Гекто	102	Г
Нано	10—9	н	Кило	103	К
Микро	10—6	Мк	Мега	106	М
Милли	10—3	м	Гига	109	Г
Санти	10—2	с	Тера	1012	Т

 

Система производных механических величин приведена в Таблице 5.

Таблица 5.

Величина и ее Обозначение	Единица измерения	Сокращенное обозначение единицы измерения
Площадь S	Квадратный метр	м2
Объем V	Кубический метр	м3
Частота вращения n	Герц	Гц
Угловая скорость ω	Радиан в секунду	рад/c
Угловое ускорение β	Радиан на секунду в квадрате
Скорость линейная v	Метр на секунду
Ускорение линейное а	Метр на секунду в Квадрате
Плотность ρ	Килограмм на Кубический метр
Сила F	Ньютон	Н
Импульс Р	Килограмм-метр на Секунду
Момент инерции I	Килограмм-метр в квадрате	кг∙м2
Момент силы M	Ньютон-метр	Н∙м
Момент импульса L	Килограмм-метр в квадрате на секунду
Работа А, энергия W	Джоуль	Дж
Мощность N	Ватт	Вт
Давление р	Паскаль	Па

 

 

В таблице 6 приведены некоторые единицы измерения механических величин, не входящие в Международную систему, и их перевод в СИ.

Таблица 6.

Величина	Единица измерения и ее связь с единицами СИ (в квадратных скобках приведены сокращенные обозначения величин)
Длина	1 ангстрем [Ǻ] = 10–10 м 1 дюйм [дюйм] = 0,0254 м 1 ярд = 0,9144 м 1 верста = 1,0668 км
Масса	1 тонна [т] = 103 кг 1 центнер [ц] 102 кг 1 атомная единица массы (1а.е.м.) = = 1,66∙10—27 кг
Плоский угол	1 градус [°] = π/180 рад 1 минута ['] = (π/108)∙ 10–2 рад = = 1/60 градуса 1 секунда [''] = (π/648)∙10–3 рад = = 1/60 угловой минуты
Площадь	1 ар [ар] = 100 м2 1 гектар [га] = 104 м2
Объем	1 литр [л] = 10–3 м3
Сила	1 дина [дин] = 10–5 Н
Давление	1 бар = 105 Па 1 миллиметр ртутного столба (мм рт.ст.) = 133 Па 1 физическая атмосфера [атм] = = 1,013∙105 Па 1 техническая атмосфера [ат] = = 0,981∙105 Па
Работа	1 эрг = 10–7 Дж 1 ватт-час = 3,6∙103 Дж 1 электрон-вольт [эВ] = 1,6∙10–19 Дж 1 калория [кал] = 4,19 Дж
Мощность	1 лошадиная сила [л.с.] = 736 Вт