Характеристика международной системы единиц

    Числовые значения измеряемых величин зависят от того, какие используются единицы измерений, поэтому роль последних очень велика. Если допустить произвол в выборе единиц, то результаты измерений окажутся, несопоставимы между собой, т.е. нарушится единство измерений. Чтобы этого не произошло, единицы измерений устанавливаются по определенным правилам и закрепляются законодательным путем. Наличие законодательной метрологии отличает эту науку от других естественных наук (математики, физики, химии и др.) и направлено на борьбу с произволом в выборе таких решений, которые не диктуются объективными закономерностями, а принимаются по соглашению.

    Совокупность единиц измерения основных и производных величин называется системой единиц.

    В физике общие правила конструирования систем единиц были сформулированы Гауссом в 1832 г. Они сводятся к следующему:

1) выбираются основные физические величины;

2) устанавливаются единицы основных физических величин. Для этого какому-либо размеру каждой основной физической величины приписывается числовое значение, равное 1. Выбор этого размера является произвольным и определяется исключительно соображениями удобства его использования в обиходе. Для обеспечения единства измерений все эти размеры, называемые единицами основных физических величин, должны быть закреплены законодательным путем. Обычно их называют просто основными единицами;

3) устанавливаются единицы, производных физических величин, также называемые обычно просто производными величинами. Основной называют физическую величину, входящую в систему и условно принятую в качестве независимой от других величин этой системы. Известно несколько групп независимых величин, например, длина, масса, время и т.п.

    Производными называют величины, которые образуются с помощью уравнений из других величин данной системы (например, сила Р, приложенная к материальной точке, определяется уравнением

 

                                                     F = m  a,                                                (1)

где m – масса точки, кг;

  а - ускорение, м/с².

m –основная величина, а – производная, образованная из основных величин.

    Метрология имеет дело с измеряемыми физическими величинами. Физическую величину можно считать измеримой, лишь выделив ее среди других, выбрав единицу для измерения и воплотив ее в средства измерений. Физическая величина, которой присвоено числовое значение равное 1, называют единицей физической величины, применяется для количественного выражения однородных физических величин.

    Единица физической величины – величина того же рода, что и сама физическая величина. Должно существовать столько единиц, сколько существует физических величин: 1 м – единица длины, 1 с – единица времени и т.д. Различают: основные, производные системные, внесистемные, когерентные, кратные и дольные единицы.

    Основная единица – единица физической величины, выбранная произвольно при построении системы единиц. Основными единицами Международной системы являются: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела, моль. Предусмотрены также две дополнительные единицы: радиан, стерадиан.

    Производная единица – единица производной физической величины, образованная в соответствии с уравнениями, связывающими ее с основными или дополнительными единицами или же с основными и уже определенными производными (например, 1 м/с – единица скорости, образованная из основных единиц СИ – метра и секунды).

    Системная единица – единица физической величины, входящая в принятую систему единиц.

    Под внесистемной единицей физической величины, понимается единица, не входящая ни в одну систему единиц. Некоторые внесистемные единицы допускаются к применению наравне с единицами СИ. К ним относятся единицы: длины – астрономическая единица, световой год; массы – тонна и атомная единица массы; времени – минута, час, сутки, неделя, месяц, год, век и т.д., т.е. те единицы, без которых в настоящее время еще трудно обойтись.

    Когерентная (согласованная) единица – производная единица физической величины, связанная с другими единицами системы уравнением, в котором числовой коэффициент принят равным 1. Например, единицу скорости образуют с помощью уравнения

 

                                                  V = l/t,                                                         (2)

 

где l – длина пути м; 

t – время, с.

Подставка вместо l и t их единиц СИ дает

 

[V] = [l]/[t] = 1 м/1 с = 1 м/с,

 

следовательно когерентной производной единицей скорости является м/с.

    Кратной единицей физической величины называется единица, которая в целое число раз больше системной или внесистемной единицы.

    Под дольной единицей физической величины понимают такую единицу, которая в целое число раз меньше системной или внесистемной единицы. Для образования десятичных кратных и дольных единиц предусмотрен ряд множителей, равных 10ⁿ (где n – целое положительное или отрицательное число), и приставок к наименованиям единиц, по одной для каждого множителя. Этот способ, принятый еще при создании метрической системы мер, позволяет легко пересчитать числовые значения величин при переходе от единиц СИ к кратным и дольным от них и обратно, или от одних кратных и дольных к другим.

    Перечень множителей и приставок, наименований, происхождения и обозначения десятичных кратных и дольных единиц приведены в табл. 2.

    К наименованию единицы допускается присоединять только одну приставку (например, пикофарад, а не микромирофарад). У единиц образованных как произведение или отношение несколько единиц, приставку присоединяют как правило, к наименованию первой единицы, напрмер килопаскаль – секунда на метр (кПа, с/м), а не паскаль килосекунда на метр. Кратные и дольные единицы выбирают обычно таким образом, чтобы числовое значение величины находилось в диапазоне от 0,1 до 1000 (например, для длины l = 7,5·10^{-5 м = 75 мкм = 0,075 мм = 75000 нм следует выбрать 75 мкм, так как в других случаях числовое значение выходит за пределы указанного диапазона). От этого правила отступают только при составлении таблиц числовых значений одной и той же величины или при сопоставлении этих значений в одном тексте, а также в тех областях, где традиционно применяется конкретная единица (например, линейные размеры на машиностроительных чертежах всегда выражаются в миллиметрах).}

 

Таблица 2

 

Множители и приставки для обозначения кратных и дольных единиц

 

Множитель