7.3 Системи одиниць фізичних величин. Шкали вимірювань

Суттєвою перешкодою підвищення точності вимірювань була численність застосовуваних систем одиниць, що ускладнювало технічні розрахунки, утруднювало вивчення наукових дисциплін і заважало розвитку науково-технічних зв’язків. Тому разом із зростанням кількості одиниць вимірювань відбувалась уніфікація їх як у межах окремих держав, так і в міжнародному масштабі. Потреба в уніфікації одиниць призвела наприкінці XVIII ст. до встановлення метричної системи мір.

Метрична система мір - перша система пов’язаних між собою одиниць для вимірювання довжини, площі, об’єму і маси. Розроблена французькими вченими (Ж.Лагранж, П.Лаплас, Г.Монж та ін.) і прийнята Національними зборами Франції у 1791р. Саме ця система здобула міжнародне визнання.

У 1875р. сімнадцять країн, у тому числі і Росія, підписали метричну конвенцію, яку в 1918р. було визнано чинною для РРФСР, а 1925р. - для колишнього РРФСР.

В різні часи в різних галузях і країнах використовувались такі системи одиниць:

- система СГС (сантиметр, грам, секунда);

- система МКГСС (метр, кілограм сили, секунда);

- система МТС (метр, тона, секунда);

- система МКСА (метр, кілограм, секунда, ампер).

Крім того, існували природні системи одиниць, що засновані на фізичних константах. Першу таку систему запропонував М.Планк у 1906р. За основні одиниці цієї системи він брав: швидкість світла у вакуумі, гравітаційну сталу, сталі Больцмана і Планка.

В ядерній фізиці застосовують природну систему одиниць Хартрі, основними одиницями якої є: заряд і маса електрона, радіус першої борівської орбіти атома водню та стала Планка. Одночасне застосування в окремих галузях науки метричних систем одиниць призвело до того, що у багатьох розрахункових формулах з’явилися числові коефіцієнти, що значно ускладнювало розрахунки. Тому виникла потреба у створенні універсальної системи. Потреба в Міжнародній системі була настільки гострою, що розроблена й прийнята за короткий проміжок часу, система СІ набула поширення у всьому світі. Міжнародну систему одиниць у колишньому СРСР було введено з 1 січня 1963 року.

З 01.01.82 чинний ГОСТ 8.417-81 «ГСИ. Единицы физических величин». Ним встановлено 7 основних одиниць фізичних величин, дві допоміжні одиниці і 113 найважливіших похідних одиниць.

Основні одиниці:

- одиниця довжини - метр. Метр дорівнює довжині шляху, що проходить світло у вакуумі за проміжок часу 1/299792458 с.

- одиниця маси - кілограм. Маса кілограма визначається масою міжнародного прототипу кілограма;

- одиниця часу - секунда. Визначення секунди пов’язане з періодом випромінювання атома цезію - 133;

- одиниця сили току - ампер;

- одиниця термодинамічної температури - кельвін;

- одиниця сили світла - кандела;

- одиниця кількості речовини - моль.

Допоміжні одиниці:

- одиниця вимірювання кутів на площині - радіан;

- одиниця вимірювання тілесних кутів - стерадіан.

Похідні одиниці в СІ утворюють за допомогою найпростіших рівнянь зв’язку між величинами, в яких числові коефіцієнти дорівнюють 1 (наприклад, одиниця швидкості - метр за секунду). Дев’ятнадцять похідних одиниць мають спеціальні найменування. Так, якщо одиниці тиску надано найменування «Паскаль», то не слід застосовувати «Ньютон на квадратний метр».

В обчислювальній техніці застосовують спеціальні одиниці: «біт» і «байт».

Для виконання вимірювань застосовують такі шкали:

- шкала вимірювань часу. Повністю задається одиницею виміру - секундою. В наш час паралельно діють шкали атомного часу, астрономічна і атомна-координована.

- шкала температур. З 1990р. в нашій країні прийнята міжнародна температурна шкала МТШ-90. Діють також шкали Ренкіна, Цельсія, Реомюра, Фаренгейта.

- шкала величин світла, розроблена міжнародної комісією з освітлення;

- шкала кольорів. Існує стандартний атлас кольорів, що налічує 1000 кольорових зразків;

- шкала твердості (супер-Роквела-HRC_Э, шкали Брінеля, Віккерса, Шора);

- акустичні шкали (A,B,C і D), що спираються на нормальний поріг чутливості.