Практические работы по метрологии

Практическое занятие 1. Единицы физических величин

ХI Генеральная конференция по мерам и весам, состоявшаяся в 1960 г. в Париже, утвердила Международную систему единиц (СИ), к настоящему времени она используется в большинстве стран мира. В России принят ГОСТ 8.417 «Единицы величин», который устанавливает наименования единиц физических величин, обозначения, определения и правила применения этих единиц.

1. Основные и производные единицы

К настоящему времени в СИ приняты семь основных единиц (ГОСТ 8.417, табл. 1), соответствующих семи основным величинам, а также ряд производных единиц (ГОСТ 8.417, табл. 2, 3, 4). Производные единицы образуются из основных единиц при помощи уравнений связи между величинами, отражающих законы природы. Например, производная единица давления Р – паскаль (Н/м², кгм^-1с^-2) – образована из уравнения связи , где F – сила, направленная перпендикулярно к некоторой поверхности (в ньютонах), S – площадь этой поверхности (в метрах квадратных). Поскольку величины F и S являются также производными, их следует выразить через соответствующие уравнения связи (F – через второй закон Ньютона F = ma, где a – ускорение). Таким образом, получаем уравнение связи давления Р с основными величинами (массой m, перемещением l и временем t):

(1)

2. Размерность

Связь производной величины с основными величинами отражает ее размерность. Например, размерность давления исходя из уравнения (1) такова:

dim P = dim (l^-1mt^-2) = L^-1MT^-2

где dim – размерность (от лат. dimension); L, M, T – размерности основных величин - соответственно, длины, массы и времени; -1, -2 – показатели размерности

3. Внесистемные единицы

Наряду с системными единицами в некоторых случаях используют и внесистемные единицы (ГОСТ 8.417, табл. 5, 6 и приложение В), имеющие особые наименования (микрон, тонна, бар, калория, морская миля и др.).

Например, при измерении давления ранее применялись различные единицы. В СИ принята одна единица давления – Паскаль. Временно допускается к использованию бар (1 бар = 110⁵ Па). Другие единицы давления – миллиметры ртутного столба, атмосфера физическая, килограмм-сила на квадратный сантиметр – применять не рекомендуется.

Временно допускаемые к применению внесистемные единицы постепенно изымают из обращения в соответствии с международными соглашениями. Например, в морской навигации всех стран традиционно используют такие единицы, как морская миля и узел. Переход на единицы СИ в этой области возможен лишь в будущем.

4. Приставки к наименованиям единиц

Если числовые значения получаются настолько большими или малыми, что они заканчиваются или начинаются большим числом нулей, то в таких случаях удобно пользоваться кратными или дольными единицами (с помощью приставок к наименованиям единиц: мега, кило, дека и др.). Список приставок с указанием переводных множителей приведен в ГОСТ 8.417, табл. 8. Причем использование двух и более приставок подряд не допускается. Например, вместо наименования единицы микрокилограмм следует писать миллиграмм.

Для единообразия представления значений величин следует применять определенные кратные и дольные единицы, рекомендованные ГОСТ 8.417 (приложение Г).

В кратных и дольных единицах площади и объема, а также других величин, образуемых возведением в степень, показатель степени относится ко всей единице, взятой вместе с приставкой, например

1 км² = (10³м)² = 10⁶м²

1 см³ = (10^-2м)³ = 10^-6м³

Неправильно относить приставку к исходной единице, возведенной в степень, например, нельзя считать, что 1 см³ = 1с(м³) = 0,01 м³.