Тема 1.2. Поняття про систему фізичних величин. Основні і похідні фізичні величини. Міжнародна система сі”.

Система фізичних величин

Під системою фізичних величин розуміють сукупність величин, зв’язаних системою рівнянь, з яких вибрані декілька, які можуть бути виміряні без використання інших величин. Це є основні величини для конкретної системи. Вибір таких основних величин довільний і раніше визначався в основному зручністю вирішення конкретної задачі, а переважно – превалюючим розвитком тих чи інших напрямків фізики. Так, для опису явищ механіки основними фізичними величинами часто вибирали довжину, масу і час; для опису електромагнітних процесів – дві системи – три- і чотирирозмірну. Однак, слід заукважити, що при цьому фізичний зміст величин одинаковий, змінюється лише форма опису.

Розмірність.

Однією з найважливіший характеристик фізичної величини є її розмірність. Розмірність фізичної величини відображає зв’язок даної величини з величинами, прийнятими за основні в певній системі одиниць. Розмірність виражається степеневим одночленом з коефіцієнтом, рівним одиниці, в якому аргументом служать розмірності основних величин.

Розмірності похідних фізичних величин виражаються як добуток ступенів величин, вибраних основними. Для міжнародної системи одиниць (СІ), наприклад, – це довжина, маса, сила електричного струму, час, термодинамічна температура, кількість речовини, сила світла. Позначення із розмірностей L, M, I, t, T, ν, J відповідно. В механіці, де основними є три величини – довжина, маса, час, розмірність величини Х позначається як dim X = L^M^T^, де – показники розмірності; dim (dimension) – знак розмірності (в перекладі з латинської dimention – розмірність).

Над розмірностями величин можна здійснювати дії множення і ділення. Показник ступеню, до якого піднята розмірність основної величини, яка входить до ступеневого одночлена, називають показником розмірності.

Розмірність – більш узагальнююча характеристика величини, ніж рівняння, що визначає цю величину. Наприклад, розмірність поверхневого натягу і енергетичної експозиції одинакова (МТ^-2), а рівняння, що визначають ці величини, різні. Для поверхневого натягу рівняння має вигляд =F/m, а для енергетичної експозиції H_e=E/m².

Розмірності широко застосовуються при утворенні похідних одиниць і перевірці однорідності рівнянь. Якщо всі показники ступеню розмірності величини дорівнюють нулю, то таку фізичну величину називають безрозмірною. Безрозмірними є всі відноснівеличини, тобто відношення однойменних величин. Наприклад, відносна густина (ρ) – безрозмірна величина. Дійсно, dim  ρ = L^-3M/L^-3M=L⁰M⁰=1.

Безрозмірними є логарифмічні величини, тобто логарифм (при будь-якій основі) відносної величини.

Основні і похідні величини.

Ми вже говорили, що вибір системи величн – це довільний процес, але який базується на реальних об’єктах, зв’язок між якими може бути виражений відповідними виразом. Для створення системи вибирають ряд величин (основних) і з їх допомогою за рівняннями зв’язку між ними утворюють похідні величини.

Наведу декілька прикладів застосування фізичних величин (термінів), які часто вживаються у повсякденному житті.

Неправильно	Правильно
Розмірність швидкості – метр в секунду	Розмірність швидкості – LS-1
Енергія вимірюється вджоулях	Енергія виражається у джоулях
Вимірювання значення площі фігури	Вимірювання площі фігури
Величина гранул	Розмір гранул
Величина модуля Юнга	Модуль Юнга
Величина розходу палива	Розхід палива
Величина універсальної газової сталої	Універсальна газова стала
Амплітуда коливань рівня моря	Коливання рівня моря
Станок	Маса станка
Телевізійна вежа	Висота телевізійної вежі

Міжнародна система одиниць (СІ).

Початок розвитку Міжнародної системи одиниць практично почався у 1790 р. із введенням еталонів метра і кілограма. Її безпосередніми попередниками були система одиниць МКС механіки (від основних одиниць – метра, кілограма, секунди) і система одиниць МКСА електродинаміки, яка поруч із трьома названими механічними одиницями, містила в якості основної одиниці ще ампер. Певний етап розвитку «Міжнародної системи одиниць» був досягнутий із введенням 14-ою Генеральною конференцією по мірам і вагам у 1971 р. моля в якості одиниці кількості речовини. Ця сьома одинця поширилася на таку область як хімія. Розвиток виробничих сил так далеко просунуло вперед міжнародний розподіл праці, що подолання відмінностей між національними системами мір стоїть на порядку денному у всьому світі. Цей процес триватиме багато років. Повинні бути подолані великі відмінності між одиницями вимірювання різних країн і створена єдина метрологічна база для міжнародного співробітництва в області науки, техніки і виробництва. Це має великезначення для торгівлі і співрообітництва з іншими країнами, а також для прогресуючої спеціалізації і кооперації в області науки, техніки і виробництва.

В багатьох країнах світу міжнародними органами в останні 45 років були здійсненні певні кроки з подолання історичних відміннстей між національними системами вимірюван. Починаючи з середини 50-х років, зусилля в цьому напрямку здійснювалися перш за все в рамках метричної конференції. У 1960 р. ХІ Генеральна конференція по мірам і вагам заствердила рекомендації по введенню Міжнародної системи одиниць (СІ). Україна, в складі СРСР, з самого початку приймала участь у цій розробці. Усі країни учасниці керувалися тим, що загальна система уніфікованих одиниць фізичних величин корисна для кожної країни зокрема. Таким чином, система СІ по своїй суті, є прикладом міжнародної стандартизації.