Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

К сведению студентов

Основные понятия физики

Формы и виды энергии

Классификация физических систем

Основная идея системы величин

Таблицы физических величин

Итоги и выводы:

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Заряды физического поля

     Новые единицы величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Новый взгляд на         явления переноса

     Критерии подобия всюду

     Современная революция         в метрологии

Системный подход в экономике

История систематизации
величин и единиц


Необходимость модернизации
обучения физике


Учебно-наглядные пособия


Новости сайта

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Краткая история унификации единиц измерения

СОДЕРЖАНИЕ.
1. Первоначальная унификация единиц измерения.
2. Создание систем единиц измерения.
3. Развитие электромагнетизма потребовало новую единицу измерения.
4. Параллельно с системами единиц появились системы физических величин.


ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я), а по поводу примененных обозначений – по ссылке Символьный указатель (латинские буквы и греческие буквы).

1. Первоначальная унификация единиц измерения.

Унификация мер и единиц измерения началась еще в глубокой древности, когда физика, по сути дела, наукой еще не была. Понятие о физической величине еще отсутствовало, так что систематизировать еще было нечего, а необходимость унификации единиц измерений была продиктована практическими требованиями развивающейся международной торговли. Естественно, что теми физическими величинами, единицы измерений которых нуждались в унификации в первую очередь, были длина, объём, время, угол и вес. Подробный и интересный обзор этого длительного процесса унификации единиц в историческом разрезе дан в монографии А.Власова и Б.Мурина (1990).

Процесс унификации единиц постепенно распространялся и на единицы таких производных физических величин, как площадь, скорость, давление, момент силы. По мере становления крупных государств в них вводились измерительные эталоны длины, времени и веса, а развитие международной торговли требовало сверки этих эталонов между собой. Того же требовало и быстрое развитие науки и техники. Стала рождаться новая наука метрология – наука об измерениях. Все это привело к тому, что в конце XVIII века во Франции была предложены в виде закона и зафиксированы первые единицы измерений самых важных физических величин, которыми были длина, вес и время.

Единица времени секунда (с) существовала с древних времен, с момента изобретения часов, а в 1789 г. были утверждены единицы длины и веса, которые сейчас кажутся нам существовавшими всегда. Это были метр (м) и грамм (г). Эти три единицы определили с той точностью, которую позволяла техника того времени.

2. Создание систем единиц измерения.

В 1832 г. К.Гаусс сформулировал научные основы построения системы единиц, поделив физические величины на основные и производные, и предложил в качестве основных физических величин длину, массу и время. В связи с тем, что в XVII веке И.Ньютон ввел понятия об инертной и гравитационной массах и провозгласил принцип эквивалентности этих масс, за измерительный эталон массы приняли гравитационную массу измерительного эталона веса, считая инертную массу равной гравитационной. С тех пор новые открытия в физике непрестанно обновляли метрологию и системы единиц и уточняли измерительные эталоны. В наше время в связи с увеличением трбований к точности измерений решено было определять основные единицы не по природным эталонам, а по фундаментальным физическим константам, чем рассказано в статье о переопределении единиц.

После К.Гаусса в других системах единиц менялись значения основных единиц длины и массы, в первой системе единиц были миллиметр (мм) и миллиграмм (мг), лет через 30 их сменили сантиметр (см) и грамм (г), а в начале ХХ века − метр (м) и килограмм (кг). Несмотря на это, сами длина и масса оставались в качестве основных величин. Не исключено, что секунду сменила бы декасекунда, если бы такая единица была бы введена вместо минуты, или килосекунда вместо часа, но сказалась инерция веков, с древности привыкли измерять время не в десятичном счислении. Со временем системы единиц стали называть по первым буквам основных единиц, например, СГС − это сантиметр-грамм-секунда, МКС − это метр-килограмм-секунда. И только в ХХ веке в связи с появлением дополнительных основных единиц появилась систему единиц назвали СИ (от английского SI - System International, по русски Международная Система).

Поскольку значения основных единиц менялись, в XIX веке было решено каждой основной физической величине присвоить размерность, на зависящую от единицы измерений. Эти размерности стали обозначать символами (например, M - масса, L - длина, T - время (от английских слов mass, length, time). Соответственно, первые системы единиц были МLТ-системами. За различными вариантами МLТ-систем на целый век закрепилось название “абсолютных систем единиц”. По мере увеличения числа основных единиц слово "абсолютные" в ХХ веке в применении к системам единиц перестало применяться. Появились также естественные системы единиц с другими значениями основных единиц. Попытка заменить в середине ХХ века единицу массы единицей силы (с единицей измерений килограмм-сила) успеха не имела. Набирает вес идея считать основной величиной энергию, а массу перевести в разряд производных величин. Но пока эта идея не осуществляется.

3. Развитие электромагнетизма потребовало новую единицу измерения.

Гораздо сложнее обстояло дело (да и сейчас тоже обстоит) с единицами измерений электрических и магнитных величин. Интересен обзор процесса унификации единиц электрических и магнитных величин в монографии Г.Трунова (2006). Многочисленные изменения единиц измерений этих величин отражали изменение объёма знаний ученых об электромагнетизме. Только через массу, длину и время выражать их единицы было трудно, а понятия о физических величинах первого порядка и второго порядка еще не существовало. Поэтому ученых и инженеров очень смущали появившиеся дробные степени в показателях основных единиц. В значительной мере этим и вызвано было появление разных систем единиц электрических и магнитных величин (более десятка).

Наконец, в ХХ веке было решено ввести в систему единиц в качестве условной основной величины электрическую величину первого порядка. Для ее единицы выбрали единицу электрического тока ампер А (символ размерности I), потому что создать измерительный эталон этой единицы оказалось легче и дешевле, чем для единиц других электрических величин. Новую систему единиц, названную СИ, дополнили еще 3-мя единицами условных основных величин: единицей термодинамической температуры кельвин К, единицей силы света кандела кд и единицей количества вещества моль. Метрологов это решение удовлетворило, а физики не совсем этим довольны, и причины для этого имеются

4. Параллельно с системами единиц появились системы физических величин.

Система единиц измерения СИ внедрена настолько успешно, что о необходимости обобщения и систематизации самих физических величин до последнего времени вообще не вспоминали, считая, видимо, проблему решенной. Понимая, что комплект основных единиц должен быть следствием комплекта основных величин, метрологи создали международную систему величин ISQ (International System of Quantities), комплект основных величин в точности стал соответствовать комплекту основных единиц, так что стало непонятно, зачем понадобилась ISQ. Дело дошло до того, что даже в современных поисковых системах при поиске по ключевым словам “система физических величин“ выдаются источники со словосочетанием “система единиц измерения“. В статье, посвященной различию между системами величин и системами единиц, показано, в чем состоят их главные различия. И эти различия существенны.

Кроме того, как пишет Г.Трунов (2006), “по мере накопления новых научных знаний и фактов могут быть уточнены фундаментальные законы и пересмотрены исходные уравнения, что может привести к необходимости изменения системы единиц“. И физики ХХ века стали задумываться над тем, чтобы не оказаться заложниками этого неизбежного процесса, чтобы не зависеть от практической целесообразности метрологов. Они стали создавать такие системы физических величин, которые бы не зависели от систем единиц.

В работе И.Когана (2007) доказано, что системы физических величин и системы их единиц – независимые друг от друга понятия. Как будет показано в статьях данного раздела, ученые все чаще начинают понимать, что удачное решение по унификации систем единиц не заменяет необходимости поиска решения проблемы систематизации физических величин. Это сравнительно новая проблема, и она не связана напрямую причинно-следственной цепочкой с унификацией единиц. Решение этой проблемы развивается своим путем, и об истории этого развития говорится далее в статьях данного раздела.

Литература

1. Власов А.Д., Мурин Б.П., 1990, Единицы физических величин в науке и технике. – М., Энергоатомиздат, 176 с. 94.
2. Коган И.Ш., 2007, Системы физических величин и системы их единиц – независимые друг от друга понятия. - http://www.sciteclibrary.ru/ris-stat/8792.html
3. Трунов Г.М., 2006, Уравнения электромагнетизма и системы единиц электрических и магнитных величин. – Пермь, ПГТУ, 130 с.



© И. Коган Дата первой публикации 12.02.2008
Дата последнего обновления 02.01.2016

Оглавление Следующая