Чем измеряется единица физической величины. Единицы измерения. Существуют основные и производные единицы

Фиксированного размера, которой условно по соглашению присвоено числовое значение, равное 1 {\displaystyle 1} . С единицей физической величины можно сравнить любую другую величину того же рода и выразить их отношение в виде числа. Применяется для количественного выражения однородных с ней физических величин. Единицы измерения имеют присвоенные им по соглашению наименования и обозначения .

Число с указанием единицы измерения называется именованным .

Различают основные и производные единицы. Основные единицы в данной системе единиц устанавливаются для тех физических величин, которые выбраны в качестве основных в соответствующей системе физических величин . Так, Международная система единиц (СИ) основана на Международной системе величин (англ. International System of Quantities , ISQ), в которой основными являются семь величин: длина , масса , время , электрический ток , термодинамическая температура , количество вещества и сила света . Соответственно, в СИ основными единицами являются единицы указанных величин.

Размеры основных единиц устанавливаются по соглашению в рамках соответствующей системы единиц и фиксируются либо с помощью эталонов (прототипов), либо путём фиксации численных значений фундаментальных физических постоянных .

Производные единицы определяются через основные путём использования тех связей между физическими величинами, которые установлены в системе физических величин.

Существует большое количество различных систем единиц, которые различаются как системами величин, на которых они основаны, так и выбором основных единиц.

Правила написания обозначений единиц измерений при производстве научной литературы , учебников и другой полиграфической продукции определены ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений» . В печатных изданиях допускается применять либо международные, либо русские обозначения единиц. Одновременно применение обоих видов обозначений в одном и том же издании не допускается, за исключением публикаций по единицам физических величин.

История

Единицы измерения были среди самых ранних инструментов, изобретенных людьми. Первобытные общества нуждались в элементарных мерах для решения повседневных задач: строительства жилищ определённого размера и формы, создания одежды, обмена продуктами питания или сырьём.

Самые ранние известные единые системы измерения, по всей видимости, были созданы в 4-м и 3-м тысячелетиях до н. э. древними народами Месопотамии , Египта , долины Инда , а также, возможно, Персии .

Упоминания веса и меры имеются в Библии (Книга Левит 19:35-36) - это заповедь быть честным и иметь справедливые меры.

В 1875 году между 17 странами был подписан договор о Метрической конвенции . С подписанием этого договора были учреждены Международное бюро мер и весов и Международный комитет мер и весов и положено начало Генеральным конференциям по мерам и весам (ГКМВ), собирающимся обычно раз в четыре года. Эти международные органы создали нынешнюю систему СИ, которая была принята в 1954 году на 10-й ГКМВ и утверждена на 11-й ГКМВ в 1960 году.

16 ноября 2018 года в Версале во Дворце конгресса состоялась сессия 26-й ГКМВ, закрепившая новые определения четырёх из семи базовых единиц Международной системы единиц СИ (килограмма, ампера, кельвина и моля) и положившая конец зависимости СИ от конкретного материального объекта - международного платино-иридиевого прототипа килограмма (существующего с 1889 года), который будет официально заменён новой реализацией в виде физического эксперимента, основанного на значении

Физической величиной называется физическое свойство материального объекта, процесса, физического явления, охарактеризованное количественно.

Значение физической величины выражается одним или несколькими числами, характеризующими эту физическую величину, с указанием единицы измерения.

Размером физической величины являются значения чисел, фигурирующих в значении физической величины.

Единицы измерения физических величин.

Единицей измерения физической величины является величина фиксированного размера, которой присвоено числовое значение, равное единице. Применяется для количественного выражения однородных с ней физических величин. Системой единиц физических величин называют совокупность основных и производных единиц, основанную на некоторой системе величин.

Широкое распространение получило всего лишь некоторое количество систем единиц. В большинстве случаев во многих странах пользуются метрической системой.

Основные единицы.

Измерить физическую величину - значит сравнить ее с другой такой же физической величиной, принятой за единицу.

Длину предмета сравнивают с единицей длины, массу тела - с единицей веса и т.д. Но если один исследователь измерит длину в саженях, а другой в футах, им будет трудно сравнить эти две величины. Поэтому все физические величины во всем мире принято измерять в одних и тех же единицах. В 1963 году была принята Международная система единиц СИ (System international - SI).

Для каждой физической величины в системе единиц должна быть предусмотрена соответствующая единица измерения. Эталоном единицы измерения является ее физическая реализация.

Эталоном длины является метр - расстояние между двумя штрихами, нанесенными на стержне особой формы, изготовленном из сплава платины и иридия.

Эталоном времени служит продолжительность какого-либо правильно повторяющегося процесса, в качестве которого выбрано движение Земли вокруг Солнца: один оборот Земля совершает за год. Но за единицу времени принимают не год, а секунду .

За единицу скорости принимают скорость такого равномерного прямолинейного движения, при котором тело за 1 с совершает перемещение в 1 м.

Отдельная единица измерения используется для площади, объема, длины и т. д. Каждая единица определяется при выборе того или иного эталона. Но система единиц значительно удобнее, если в ней в качестве основных выбрано всего несколько единиц, а остальные определяются через основные. Например, если единицей длины является метр, то единицей площади будет квадратный метр, объема - кубический метр, скорости - метр в секунду и т. д.

Основными единицами физических величин в Международной системе единиц (СИ) являются: метр (м), килограмм (кг), секунда (с), ампер (А), кельвин (К), кандела (кд) и моль (моль).

Существуют также производные единицы СИ, у которых есть собственные наименования:

И змерения . Для получения точного, объективного и легко воспроизводимого описания физической величины используют измерения. Без измерений физическую величину нельзя охарактеризовать количественно. Такие определения, как «низкое» или «высокое» давление, «низкая» или «высокая» температура отражают лищь субъективные мнения и не содержат сравнения с эталонными величинами. При измерении физической величины ей приписывают некоторое численное значение.

Измерения осуществляются с помощью измерительных приборов. Существует довольно большое количество измерительных приборов и приспособлений, от самых простых до сложных. Например, длину измеряют линейкой или рулеткой, температуру - термометром, ширину - кронциркулем.

Измерительные приборы классифицируются: по способу представления информации (показывающие или регистрирующие), по методу измерений (прямого действия и сравнения), по форме представлений показаний (аналоговый и цифровой), и др.

Для измерительных приборов характерны следующие параметры:

Диапазон измерений - область значений измеряемой величины, на которой рассчитан прибор при его нормальном функционировании (с заданной точностью измерения).

Порог чувствительности - минимальное (пороговое) значение измеряемой величины, различаемое прибором.

Чувствительность - связывает значение измеряемого параметра и соответствующее ему изменение показаний прибора.

Точность - способность прибора указывать истинное значение измеряемого показателя.

Стабильность - способность прибора поддерживать заданную точность измерений в течение определенного времени после калибровки.

Единица величины – это конкретная величина, определенная и принятая по соглашению, с которой сравниваются другие величины того же рода.

Единицы величин появились тогда, когда у человека возникла необходимость выразить что-либо количественно. Этим «что-либо» могло быть число предметов, и тогда измерение было простым и заключалось в счете (единица величины – штука). Однако сыпучие вещества (зерно) и жидкости не поддавались штучному счету. Так возникли меры объема, ставшие единицами измерения объема. Первыми мерами длины были части тела человека (ступня, шаг, локоть). О путях формирования мер и единиц величин на Руси отмечено в первом разделе. В английской системе мер до сих пор существуют некоторые единицы, связанные с размерами тела человека. Например, фут (foot – ступня) – это средняя длина ступни человека. Размер фута равный 30,48 см был установлен в результате осреднения величины ступни людей «выходящих из храмов от заутрени в воскресенье». Размер дюйма (25,4 мм) возник как длина трех ячменных зерен, вынутых из средней части колоса и приставленных друг к другу своими концами. Так, по решению короля Эдварда II в 1324 г. появился «законный дюйм». Версий относительно возникновения такой единицы длины, как английский ярд (0,9144 м) несколько. Это может быть и расстояние от кончика носа короля Генриха I до конца среднего пальца вытянутой им вперед руки, и длина меча этого короля. Единица длины миля (1,609 м) возникла при усреднении 1000 двойных шагов человека. Таких примеров можно привести много. Локоть до сих пор является единицей национальной меры длины в Болгарии.

Разнообразие единиц измерений в мире всегда затрудняло торговые операции, поэтому все стремились к их унификации. В обозримом историческом промежутке процесс унификации единиц величин прошел по крайней мере три этапа.

На первом этапе размер единицы величины приравнивали размеру величины, воспроизводимой природной мерой, например, к локтю.

На втором этапе единицы величин закрепили в «вещественных образцах», создали эталоны длины и массы – метр и килограмм.

На третьем этапе для более точного и надежного воспроизведения ряда величин единицы величин были оторваны от «меры», от количественных характеристик свойств физических объектов, предназначенных для их воспроизведения. Например, метр остался метром, но его длина измеряется длиной пути, который проходит свет в вакууме за 1/299792458 долю секунды.

По-видимому, процесс уточнения размеров единиц продолжится, так как уже безусловно стало ясно, что изготовленные человеком вещественные (предметные) эталоны единиц величин не могут обеспечить хранение и передачу их размера с необходимой точностью.

В Российской Федерации в установленном порядке допускаются к применению единицы величин Международной системы единиц, принятой Генеральной конференцией по мерам и весам, рекомендованные Международной организацией законодательной метрологии.

Наименования, обозначения и правила написания единиц величин, а также правила их применения на территории Российской Федерации устанавливает Правительство Российской Федерации, за исключением случаев, предусмотренных актами законодательства Российской Федерации.

Правительством Российской Федерации могут быть допущены к применению наравне с единицами величин Международной системы единиц внесистемные единицы величин.

Характеристики и параметры продукции, поставляемой на экспорт, в том числе средств измерений, могут быть выражены в единицах величин, установленных заказчиком.

3.1 Государственные эталоны единиц величин.

Государственные эталоны единиц величин используются в качестве исходных для воспроизведения и хранения единиц величин с целью передачи их размеров всем средствам измерений данных величин на территории Российской Федерации.

Государственные эталоны единиц величин являются исключительной федеральной собственностью, подлежат утверждению Госстандартом России и находятся в его ведении.

3.2 Основные единицы.

Основные единицы измерения Международной системы единиц СИ. Всего их семь:

Единица длины – метр – длина пути, которую проходит свет в вакууме за 1/299792458 долю секунды;

Единица массы – килограмм – масса, равная массе международного прототипа килограмма

Единица времени – секунда – продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения со стороны внешних полей;

Единица силы электрического тока – ампер – сила, не изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длинны и ничтожно малого кругового свечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, создал бы между этими проводниками силу, равную 0.2 мкН на каждый метр длинны;

Единица термодинамической температуры – Кельвин – 1/273.16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Допускается также шкалы Цельсия;

Единица количества вещества – моль – количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в нуклиде углирода-12 массой 0.012 кг;

Единица силы света – кандела – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540*ТГц, энергетическая сила которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср^2

3.3 Производные единицы.

Производные единицы могут быть выражены через основные с помощью математических операций умножения и деления. Некоторым из производных единиц, для удобства, присвоены собственные названия, такие единицы тоже можно использовать в математических выражениях для образования других производных единиц. Математическое выражение для производной единицы измерения вытекает из физического закона, с помощью которого эта единица измерения определяется или определения физической величины, для которой она вводится. Например, скорость это расстояние, которое тело проходит в единицу времени; соответственно, единица измерения скорости м/с (метр в секунду). Часто одна и та же единица может быть записана по-разному, с помощью разного набора основных и производных единиц. Однако, на практике, используются установленные выражения, которые наилучшим образом отражают физический смысл величины.

Примеры несистемных единиц:

Плоский угол (радиан), телесный угол (стерадиан), температура по шкале Цельсия (градус Цельсия), частота (герц), сила (ньютон), Энергия (джоуль), мощность (ватт), ддавление(Паскаль), световой поток (люмен), освещённость (люкс), электрический заряд (кулон), разница потенциалов (вольт), сопротивление (ом), ёмкость (фарад), магнитный поток (Вебер), магнитная индукция (тесла), индуктивность (генри), электрическая проводимость (Сименс), Радиоактивность (Беккерель), поглощённая доза ионизирующего излучения (грей), эффективная доза ионизирующего излучения (зиверт), активность катализатора (катал).

Этот урок не будет новым для новичков. Все мы слышали со школы такие вещи, как сантиметр, метр, километр. А когда речь заходила о массе, обычно говорили грамм, килограмм, тонна.

Сантиметры, метры и километры; граммы, килограммы и тонны носят одно общее название — единицы измерения физических величин .

В данном уроке мы рассмотрим наиболее популярные единицы измерения, но не будем сильно углубляться в эту тему, поскольку единицы измерения уходят в область физики. Мы вынуждены изучить часть физики, поскольку нам это необходимо для дальнейшего изучения математики.

Единицы измерения длины

Для измерения длины предназначены следующие единицы измерения:

• миллиметры
• сантиметры
• дециметры
• метры
• километры

миллиметр (мм). Миллиметры можно увидеть даже воочию, если взять линейку, которой мы пользовались в школе каждый день

Подряд идущие друг за другом маленькие линии это и есть миллиметры. Точнее, расстояние между этими линиями равно одному миллиметру (1 мм):

сантиметр (см). На линейке каждый сантиметр обозначен числом. К примеру наша линейка, которая была на первом рисунке, имела длину 15 сантиметров. Последний сантиметр на этой линейке выделен числом 15.

В одном сантиметре 10 миллиметров. Между одним сантиметром и десятью миллиметрами можно поставить знак равенства, поскольку они обозначают одну и ту же длину

1 см = 10 мм

Вы можете сами убедиться в этом, если посчитаете количество миллиметров на предыдущем рисунке. Вы обнаружите, что количество миллиметров (расстояний между линиями) равно 10.

Следующая единица измерения длины это дециметр (дм). В одном дециметре десять сантиметров. Между одним дециметром и десятью сантиметрами можно поставить знак равенства, поскольку они обозначают одну и ту же длину:

1 дм = 10 см

Вы можете убедиться в этом, если посчитаете количество сантиметров на следующем рисунке:

Вы обнаружите, что количество сантиметров равно 10.

Следующая единица измерения это метр (м). В одном метре десять дециметров. Между одним метром и десятью дециметрами можно поставить знак равенства, потому что они обозначают одну и ту же длину:

1 м = 10 дм

К сожалению, метр нельзя проиллюстрировать на рисунке, потому что он достаточно великоват. Если вы хотите увидеть метр в живую, возьмите рулетку. Она есть у каждого в доме. На рулетке один метр будет обозначен как 100 см. Это потому что в одном метре десять дециметров, а в десяти дециметрах сто сантиметров:

1 м = 10 дм = 100 см

100 получается путём перевода одного метра в сантиметры. Это отдельная тема, которую мы рассмотрим чуть позже. А пока перейдём к следующей единице измерения длины, которая называется километр.

Километр считается самой большой единицей измерения длины. Есть конечно и другие более старшие единицы, такие как мегаметр, гигаметр тераметр, но мы не будем их рассматривать, поскольку для дальнейшего изучения математики нам достаточно и километра.

В одном километре тысяча метров. Между одним километром и тысячью метрами можно поставить знак равенства, поскольку они обозначают одну и ту же длину:

1 км = 1000 м

В километрах измеряются расстояния между городами и странами. К примеру, расстояние от Москвы до Санкт-Петербурга около 714 километров.

Международная система единиц СИ

Международная система единиц СИ — это некоторый набор общепринятых физических величин.

Основное предназначение международной системы единиц СИ — достижение договоренностей между странами.

Мы знаем, что языки и традиции стран мира различны. С этим ничего не поделать. Но законы математики и физики одинаково работают везде. Если в одной стране «дважды два будет четыре», то и в другой стране «дважды два будет четыре».

Основная проблема заключалась в том, что для каждой физической величины существует несколько единиц измерения. К примеру, мы сейчас узнали, что для измерения длины существуют миллиметры, сантиметры, дециметры, метры и километры. Если несколько ученых, говорящих на разных языках, соберутся в одном месте для решения той или иной задачи, то такое большое многообразие единиц измерения длины может породить между этими учеными противоречия.

Один ученый будет заявлять, что в их стране длина измеряется в метрах. Второй может сказать, что в их стране длина измеряется в километрах. Третий может предложить свою единицу измерения.

Поэтому была создана международная система единиц СИ. СИ это аббревиатура от французского словосочетания Le Système International d’Unités, SI (что в переводе на русский означает — международная система единиц СИ).

В СИ приведены наиболее популярные физические величины и для каждой из них определена своя общепринятая единица измерения. К примеру, во всех странах при решении задач условились, что длину будут измерять в метрах. Поэтому, при решении задач, если длина дана в другой единице измерения (например, в километрах), то её обязательно нужно перевести в метры. О том, как переводить одну единицу измерения в другую, мы поговорим немного позже. А пока нарисуем свою международную систему единиц СИ.

Наш рисунок будет представлять собой таблицу физических величин. Каждую изученную физическую величину мы будем включать в нашу таблицу и указывать ту единицу измерения, которая принята во всех странах. Сейчас мы изучили единицы измерения длины и узнали, что в системе СИ для измерения длины определены метры. Значит наша таблица будет выглядеть так:

Единицы измерения массы

Масса – это величина, обозначающая количество вещества в теле. В народе массу тела называют весом. Обычно, когда что-либо взвешивают, говорят «это весит столько-то килограмм» , хотя речь идёт не о весе, а о массе этого тела.

Вместе с тем, масса и вес это разные понятия. Вес — это сила с которой тело действует на горизонтальную опору. Вес измеряется в ньютонах. А масса это величина, показывающая количество вещества в этом теле.

Но ничего страшного нет в том, если вы назовёте массу тела весом. Даже в медицине говорят «вес человека» , хотя речь идёт о массе человека. Главное быть в курсе, что это разные понятия

Для измерения массы используются следующие единицы измерения:

• миллиграммы
• граммы
• килограммы
• центнеры
• тонны

Самая маленькая единица измерения это миллиграмм (мг). Миллиграмм скорее всего вы никогда не примените на практике. Их применяют химики и другие ученые, которые работают с мелкими веществами. Для вас достаточно знать, что такая единица измерения массы существует.

Следующая единица измерения это грамм (г). В граммах принято измерять количество того или иного продукта при составлении рецепта.

В одном грамме тысяча миллиграммов. Между одним граммом и тысячью миллиграммами можно поставить знак равенства, потому что они обозначают одну и ту же массу:

1 г = 1000 мг

Следующая единица измерения это килограмм (кг). Килограмм это общепринятая единица измерения. В ней измеряется всё что угодно. Килограмм включен в систему СИ. Давайте и мы включим в нашу таблицу СИ ещё одну физическую величину. Она у нас будет называться «масса»:

В одном килограмме тысяча граммов. Между одним килограммом и тысячью граммами можно поставить знак равенства, потому что они обозначают одну и ту же массу:

1 кг = 1000 г

Следующая единица измерения это центнер (ц). В центнерах удобно измерять массу урожая, собранного с небольшого участка или массу какого-нибудь груза.

В одном центнере сто килограммов. Между одним центнером и ста килограммами можно поставить знак равенства, потому что они обозначают одну и ту же массу:

1 ц = 100 кг

Следующая единица измерения это тонна (т). В тоннах обычно измеряются большие грузы и массы больших тел. Например, масса космического корабля или автомобиля.

В одной тонне тысяча килограмм. Между одной тонной и тысячью килограммами можно поставить знак равенства, потому что они обозначают одну и ту же массу:

1 т = 1000 кг

Единицы измерения времени

Что такое время думаем объяснять не нужно. Каждый знает что из себя представляет время и зачем оно нужно. Если мы откроем дискуссию на то, что такое время и попытаемся дать ему определение, то начнем углубляться в философию, а это нам сейчас не нужно. Лучше начнём с единиц измерения времени.

Для измерения времени предназначены следующие единицы измерения:

• секунды
• минуты
• сутки

Самая маленькая единица измерения это секунда (с). Есть конечно и более маленькие единицы такие как миллисекунды, микросекунды, наносекунды, но их мы рассматривать не будем, поскольку на данный момент в этом нет смысла.

В секундах измеряются различные показатели. Например, за сколько секунд спортсмен пробежит 100 метров. Секунда включена в международную систему единиц СИ для измерения времени и обозначается как «с». Давайте и мы включим в нашу таблицу СИ ещё одну физическую величину. Она у нас будет называться «время»:

минута (м). В одной минуте 60 секунд. Между одной минутой и шестьюдесятью секундами можно поставить знак равенства, поскольку они обозначают одно и то же время:

1 м = 60 с

Следующая единица измерения это час (ч). В одном часе 60 минут. Между одним часом и шестьюдесятью минутами можно поставить знак равенства, поскольку они обозначают одно и то же время:

1 ч = 60 м

К примеру, если мы изучали этот урок один час и нас спросят сколько времени мы потратили на его изучение, мы можем ответить двумя способами: «мы изучали урок один час» или так «мы изучали урок шестьдесят минут» . В обоих случаях, мы ответим правильно.

Следующая единица измерения времени это сутки . В сутках 24 часа. Между одними сутками и двадцатью четырьмя часами можно поставить знак равенства, поскольку они обозначают одно и то же время:

1 сут = 24 ч

Понравился урок?
Вступай в нашу новую группу Вконтакте и начни получать уведомления о новых уроках