Что такое общее уравнение измерений?

Суть измерения заключается в количественном выражении искомой величины (на основании эксперимента) с помощью сопоставления этой величины с однородной величиной, принятой за единицу. Результат измерения записывается в виде общего уравнения измерений:

Q = n[Q], (1.1)

где Q – измеряемая физическая величина; п – число единиц; [Q] – единица физической величины.

Что представляет собой система единиц физических величин?

Система единиц физических величин: совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин. Например, Международная система единиц (СИ), принятая в 1960 г.

Основная единица системы единиц физических величин: единица основной физической величины в данной системе единиц. Например, основные единицы Международной системы единиц: метр (м), килограмм (кг), секунда (с), ампер (А), кельвин (К), моль (моль) и кандела (кд).

Определение понятия "дополнительная единица" в междуна­родных документах отсутствует. До введения Международной системы единиц СИ это понятие в физике не применялось. В СИ единицы плоского (радиан) и телесного (стерадиан) углов выделены в отдельную группу дополнительных еди­ниц, хотя определение, что понимается под дополнительными вели­чинами и, соответственно, единицами не дано.

Производная единица системы единиц физических величин: единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с ос­новными единицами или же с основными и уже определенными производными.

Что такое производные единицы си?

Производные единицы СИ образуются из основных, дополнительных и ранее образованных производных единиц СИ при помощи уравнений связи между физическими величинами, в которых числовые коэффициенты равны единице. Для этого величины в правой и левой частях уравнения связи принимают равными единицам СИ. Например, для производной единицы скорости СИ, определяемой из уравнения v = L/T записывают уравнение единиц [v] = [L] /[T], а вместо символов Lи T подставляют их единицы (1 м и 1 с) и получают [V]=1 м/1 с = 1 м/с. Это означает, что единицей скорости СИ является метр в секунду.

Производным единицам могут присваиваться наименования в честь известных ученых.

Так, уравнение связи между величинами для определения единицы давления p=F/S, уравнение связи между единицами давления, силы и площади [р]= [F]/[S]. Подставив вместо F и S единицы этих величин в СИ (1 Н и 1 м²), получим [р]=1 н/ 1 м² = 1 Н/м². Этой единице присвоено наименование – паскаль (Па) по имени французского математика и физика Блеза Паскаля.

Каковы принципы формирования и виды систем единиц?

Принципы формирования систем единиц физических величин были сформулированы К. Гауссом в 1832 г.:

1) выбираются основные физические величины;

2) устанавливаются единицы основных физических величин; Размеру каждой основной физической величины приписано числовое значение, равное единице. Выбор его является произвольным и определяется только удобством применения. Эти размеры, называемые единицами основных физических величин, закрепляются законодательным путем;

3) устанавливают единицы производных физических величин.

К. Гауссом была разработана система единиц, названная им абсолютной, с основными единицами – миллиметр, миллиграмм и секунда. Ученый В. Вебер распространил предложенный К. Гауссом метод образования производных единиц на электрические величины {электродвижущую силу, силу тока, сопротивление).

Метод, указанный Гауссом и Вебером, был в последующем применен для построения электростатической и электромагнитной систем СГС (сантиметр, грамм, секунда), принятых комиссией Британской ассоциации для развития наук. Число систем единиц продолжало увеличиваться и в результате было создано и внедрено в практику довольно много различных систем, основанных на метрических единицах, например в области механики:

Сантиметр – грамм – секунда (СГС),

метр – тонна – секунда (МТС),

метр – килограмм – секунда (МКС),

метр– килограмм-сила – секунда (МКГСС).

В области электродинамики:

сантиметр – грамм – секунда электростатическая (СГС Е),

сантиметр – грамм – секунда электромагнитная (СГС М)

сантиметр – грамм – секунда симметрическая или Гауссова (СГС).

Кроме этих, находили широкое применение и другие системы – МКСА, МКГСС, МКСГ и др.

Из приведенных примеров о развитии систем единиц, видно, что в этом развитии не было общего, объединяющего принципа. Единицы зачастую подбирали для отдельно взятых групп величин. Это и приводило к большой пестроте единиц и затрудняло обеспечение единства измерений.

В настоящее время при построении или введении новой системы единиц ученые руководствуются только практической целесообразностью, для обеспечения которой существуют критерии:

- простота образования производных физических величин и их единиц, т.е. равенство единице коэффициентов пропорциональности в уравнениях связи (свойство когерентности);

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

- неуничтожаемость эталонов основных единиц, т.е. возможность их воссоздания в случае утраты;

- преемственность единиц, сохранение их размеров и наименований при введении новой системы единиц, что снижает материальные и психологические затраты;

- близость размеров основных и производных единиц к размерам физических величин, наиболее часто встречающихся на практике;

- долговременность хранения основных и производных единиц их эталонами;

- выбор в качестве основных минимального числа физических величин, отражающих наиболее общие свойства материи.