Единицы измерения физических величин

Комплексная цель. Освоение материала позволит обучающемуся овладеть приемами выбора необходимой размерности единиц измерения параметров минерального вещества, научиться правильным переходам между размерностями и заменам одних единиц другими, освоить терминологию научной и учебной литературы.

Общие понятия о системах единиц

Повседневно нам приходится иметь дело со всевозможными измерениями. Измерения таких величин, как длина, площадь, объем, время, вес встречаются на каждом шагу и известны человеку с незапамятных времен. Без них невозможны были бы торговля, строительство зданий, раздел земли и т. п.

Особенно велико значение измерений в технике и научном исследовании. Такие науки, как математика, механика, физика, стали называться точными именно потому, что благодаря измерениям они получили возможность устанавливать точные количественные соотношения, выражающие объективные законы природы.

Нередко результат измерений, произведенных в том или ином научном опыте, давал решающий ответ на принципиальный вопрос, поставленный наукой, позволял сделать выбор между двумя теориями, а подчас даже приводил к возникновению новой теории или даже новой отрасли науки. Так, измерение скорости распространения света в различных средах способствовало утверждению волновой теории света, попытка измерения скорости абсолютного движения земли привела к возникновению теории относительности, измерение распределения энергии в спектре абсолютно черного тела послужило причиной зарождения квантовой теории".

Ни одна отрасль техники, начиная от строительной механики и до сложных химических производств, от радиотехники и до ядерной энергетики, не могла бы существовать без развернутой системы измерений, определяющей размеры и свойства выпускаемой продукции, устанавливающей условия контроля над механизмами и процессами.

Особенно возросла роль измерений в связи с развитием автоматического управления, так как автоматические системы и счетно-решающие устройства должны получать в качестве исходных данных информацию о различных величинах, определяющих ход регулируемого процесса: температуре, давлении газа, скорости потока жидкости и т. д.

Огромное разнообразие явлений, с которыми приходится встречаться в технике и научном исследовании, делает соответственно весьма широким и круг величин, подлежащих измерению. Напряжение в электрической сети, вязкость смазочного масла, упругость стали, показатель преломления стекла, мощность двигателя, сила света лампы, длина электромагнитной волны радиостанции, — вот лишь некоторые из бесчисленного множества величин, подвергающихся измерению в науке и технике.

Чрезвычайно разнообразны также и методы измерений. Простые мерительные линейки и сложные оптические приборы служат для измерения длины, магнитоэлектрические, электромагнитные и тепловые приборы измеряют напряжение и силу тока, манометры различных типов измеряют давление и т. д. Однако независимо от применяемого способа всякое измерение любой физической величины сводится к сравнению данной величины с другой подобной, принятой за единицу. Так, например, измеряя длину стола, мы сравниваем эту длину с длиной другого тела, принятой нами за единицу длины (например, метровой линейки); взвешивая кусок хлеба, узнаем, во сколько раз его вес больше или меньше веса другого тела — определенной единичной гири, «килограмма» или «грамма».

Измерить какую-либо величину — это значит, следовательно, найти отношение данной величины к соответствующей единице измерения. Это отношение и является, очевидно, мерой интересующей нас величины, удобства читателя наиболее употребительные из них включили в настоящую книгу.

Вопрос о том, как определить единицу измеряемой величины, вообще говоря, может быть решен произвольно. И действительно, история материальной культуры знает громадное число разнообразных единиц, в особенности для измерения длины, площади, объема и веса. Это разнообразие единиц сохранилось в некоторой степени и до нашего времени.

Наличие большого числа разнообразных единиц создавало, естественно, затруднения в международных торговых отношениях, обмене результатами научных исследований и т. п. Вследствие этого ученые разных стран пытались установить общие единицы измерений, которые действовали бы во всех странах. При этом, разумеется, не ставилась задача для каждой величины устанавливать одну-единственную единицу. Поскольку на практике приходится встречаться с большими и малыми значениями измеряемых величин, целесообразно было иметь соответственно единицы различного размера — крупные и мелкие, с тем, однако, условием, чтобы переход от одних единиц к другим осуществлялся, возможно, более просто. Такими единицами стали единицы метрической системы мер, созданной в эпоху Французской революции, системы, которая по мысли ее авторов должна была служить «на все времена, для всех народов».

С середины XIX в. метрическая система стала широко распространяться, была узаконена почти во всех странах и легла в основу построения систем единиц, служащих для измерения различных величин в физике и смежных науках. Отличительным свойством метрической, или, как ее иногда называют, десятичной системы мер, является то, что разные единицы одной и той же величины относятся друг к другу как целые (положительные или отрицательные) степени десяти.

Несмотря на явные преимущества и удобства метрической системы, наряду с ней в ряде стран применяются свои, местные единицы, а в Англии, США и некоторых других странах до настоящего времени метрическая система не является государственной.