2.2. Системы единиц физических величин.

Совокупность основных и производных единиц ФВ, образованная в соответствии с принятыми принципами, называется системой единиц ФВ. Единица основной ФВ является основной единицей данной системы. Производная единица – это единица производной ФВ данной системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами. Единицы ФВ делятся на системные единицы (входящие в одну из принятых систем) и внесистемные (не входящие ни в одну из принятых систем единиц).

Правила, по которым тот или иной комплекс единиц выбирают в качестве основного, не могут быть обоснованы теоретически. Единственным аргументом в пользу выбора могут служить лишь эффективность и целесообразность использования данной системы. Для практических целей и в качестве основных величин и единиц следует выбирать такие, которые можно воспроизвести с наибольшей точностью. Образование системы единиц базируется на объективных закономерных связях между физическими величинами и на произвольной, но разумной воле людей и их соглашениях.

При построении или введении новой системы единиц ученые руководствуются только одним единственным принципом – практической целесообразности, т.е. удобством применения единиц в деятельности человека. В основу этого принципа положены следующие базовые критерии:

• простота образования производных ФВ и их единиц;

• высокая точность материализации основных и производных единиц и передачи их размера нижестоящим эталонам;

• неуничтожаемость эталонов ФВ, т.е. возможность их воссоздания в случае утраты;

• преемственность единиц, сохранение их размеров и наименований при введении новой системы единиц, что связано с исключением материальных и психологических затрат;

• долговременность хранения единиц их эталонами;

• выбор в качестве основных минимального числа ФВ, отражающих наиболее общие свойства материи.

Приведенные критерии вступают в противоречие, поэтому путем соглашения выбирается наиболее выгодный для практики вариант.

С развитием науки и техники появилось много различных систем единиц, которые отличались друг от друга не только основными единицами, но и принципом построения. Рассмотрим некоторые из них.

Система СГС была введена в 1881г Международным конгрессом электриков и носит название симметричной или гауссовой. В качестве основных были приняты единицы: длины – сантиметр, массы – грамм, времени – секунда. Кроме того, были введены названия производных единиц в соответствии с физическими уравнениями, связывающими основные и производные единицы: сила – дин, работа – эрг, давление – бар. Для механических величин система СГС была простой и ясно. Сложнее дело обстояло с электрическими и магнитными величинами. Наибольшее распространение получили две ее разновидности СГСЕ – для электрических и СГСМ - для магнитных. В этих единицах в качестве основной добавлены безразмерные ФВ: диэлектрическая проницаемость вакуума ε = 1 и магнитная проницаемость вакуума μ = 1 соответственно. Эти системы применялись в основном в лаборатории и в практической жизни широкого распространения не нашли, но используется в точных науках – физике и астрономии.

В Системе МКГСС три основные единицы: метр – единица длины; килограмм сила – единица силы; секунда – единица времени. В системе МКГСС за единицу силы принималась сила, с которой притягивается к земному шару гиря (эталон массы) в 1 кг, расположенная на широте 45⁰ над уровнем моря. Для того чтобы избежать путаницы, когда силу и массу называют одним и тем же словом, единицу силы обозначили 1 кг, а единицу массы 1 кг. Кроме того, сила как основная единица плохо поддавалась воспроизведению. Эта система широко использовалась в технике и механике, получив название «технической», в отличие от «лабораторной» СГС системы.

Практическая система единиц МКСА была предложена в 1904 г. итальянским ученым Джорджи предложил систему единиц, где в качестве основных были метр, килограмм, секунда, ампер Система объединила достоинства технической системы МКГСС и практической системы электрических единиц (ампер, вольт, ом, фарада, ватт и т.д.). Система МКСА была ведена в СССР с 1957 г. в качестве основной и послужила основой международной системы единиц SI.