היום נראה ברור שק ג סוכר ברוסיה ובאפריקה יהיה קילוגרם סוכר. תופתעו לגלות שרק לפני 200 שנה, משקלו של פוד אחד היה שונה אפילו במחוזות שכנים. הובאנו למכנה משותף על ידי מערכת ה-SI הבינלאומית, שרוב מדינות העולם מפעילות כיום. אבל זה לא תמיד היה כך. על ההיסטוריה של הכנסת תקני מדידה ומערכת ה-SI המאוחדת - בהמשך המאמר.
למה אנחנו צריכים תקנים?
התפתחות הציוויליזציה ידעה סטנדרטים וסטנדרטים רבים של מדדים שהשתנו במשך מאות שנים. לדוגמה, מידת משקל במצרים העתיקה היא קיקר, ברומא העתיקה זה כישרון, ברוסיה זה פוד. וכל האמצעים האלה, שהחליפו זה את זה, חייבו את האנושות להסכים על יחידות משותפות של פרמטרים פיזיים שיהיו דומות ליחידה חוזית אחת (סטנדרטית) לכולם.
עם התפתחות הקידמה המדעית והטכנולוגית, הצורך במערכת סטנדרטים מאוחדת כזו רק גדל. החל מתחום הפעילות המסחרי והכלכלי, מערכת תקנים זו הפכה להיותהכרח בכל התחומים האחרים - בנייה (שרטוטים), תעשייתי (לדוגמה, אחדות הסגסוגות) ואפילו תרבותית (מרווחי זמן).
איך נקבע המונה
כמעט עד סוף המאה ה-17, מידות האורך היו שונות במדינות שונות. אבל עכשיו הגיע הזמן שבו התפתחות המדע דרשה מידה אחת של אורך - המטר הקתולי.
התקן הראשון הוצע על ידי המדען והפילוסוף הבריטי ג'ון וילקינס - לקחת את אורכה של מטוטלת, שמחצית מהתקופה שלה שווה לשנייה אחת, כיחידת אורך. אבל מהר מאוד התברר שערך זה משתנה מאוד בהתאם למקום המדידה.
בשנת 1790, האספה הלאומית בצרפת, בהצעת השר דאז טאלייראנד, אימצה תקן אחד של המטר, בשנת 1791, האקדמיה הצרפתית למדעים כבר קיבלה כתקן של אורך עשר מיליון מ המרחק בין קו המשווה לקוטב הצפוני, נמדד לאורך קו האורך של פריז. מסכים, די קשה.
ניסיונות רגועים נמשכו
אב הטיפוס של מערכת ה-SI המודרנית היה המערכת המטרית בצרפת, שהוצעה על ידי האמנה הלאומית בשנת 1795 לפיתוח על ידי המדענים המובילים של אותה תקופה. עבד על פיתוח תקני אורך ומסה Ch. Coulomb, J. Lagrange, P.-S. לפלס ואחרים. היו כמה הצעות, אבל המרידיאן עדיין נמדד. ותקן המטר הראשון היה עשוי פליז בשנת 1975.
ועם זאת, ה-22 ביוני 1799 צריך להיחשב יום ההולדת של מערכת המידות המאוחדת ואב הטיפוס של מערכת היחידות SI המודרנית. זה היה אז שבצרפת ייצרו פלטינההתקנים הראשונים של המטר והקילוגרם.
שנים חולפות, המערכת האבסולוטית גאוסית של יחידות (1832) וקידומות ליחידות מרובות של מקסוול ותומסון מופיעות.
וב-1875 חתמו 17 מדינות על אמנת מטר. היא אישרה את לשכת המידות הבינלאומית ואת ועדת המידות הבינלאומית, והוועידה הכללית לענייני משקלים ומידות החלה בפעילותה. בוועידה הראשונה שלה בשנת 1889, אומצה השיטה המטרית המאוחדת הראשונה, המבוססת על מטר, קילוגרם, שני.
ההיסטוריה של מדדי הבנצ'מרק נמשכת
פיתוח החשמל והאופטיקה מבצע התאמות משלו למושג התקנים. המדע אינו עומד במקום ודורש יחידות מדידה חדשות.
בשנת 1954, בוועידה הכללית העשירית על משקלים ומידות, אומצו שש יחידות - מטר, קילוגרם, שניה, אמפר, קנדלה, תואר קלווין. ב-1960 קיבלה מערכת זו את השם Systeme International d'Unites, ובשנת 1960 אומץ התקן של מערכת היחידות הבינלאומית, שבקיצור SI. "SI" בשפה הרוסית מייצג מערכת בינלאומית. זוהי מערכת מדידת SI שכל העולם משתמש בה כיום. יוצאי הדופן היו ארה"ב, ניגריה, מיאנמר.
הגדרת מערכת ה-SI
יש לציין מיד שזו לא מערכת התקנים היחידה. חלק מהענפים של הפיזיקה השימושית משתמשים במערכות אחרות של יחידות.
היום המערכת הבינלאומית לכמויות פיזיקליות SI היא המערכת המטרית הנפוצה ביותר בעולם. התיאור המפורט הרשמי שלה מפורט ב"ברושור SI" (1970). הגדרה רשמית "מערכת היחידות הבינלאומית SI היא מערכת של יחידות המבוססת על מערכת היחידות הבינלאומית, יחד עם שמות וסמלים, וכן מערכת קידומות … עם כללי יישום …".
מערכת בסיסית
העקרונות של יחידות SI הם כדלקמן:
- מוגדרות שבע יחידות בסיסיות של כמויות פיזיות. במערכת SI, לא ניתן לגזור אותם מכמויות אחרות. אלה הם קילוגרם (משקל), מטר (אורך), שניה (זמן), אמפר (זרם), קלווין (טמפרטורה), שומה (כמות החומר), קנדלה (עוצמת האור).
- נקבעות כמויות נגזרות מערכי מערכת ה-SI הבסיסית, המתקבלות בפעולות מתמטיות עם הכמויות הבסיסיות.
- מוגדרות קידומות לכמויות וכללים לשימוש בהן. משמעות הקידומות היא שיש לחלק / להכפיל את היחידה במספר שלם, שהוא בחזקת 10.
משמעות בחיים ובמדע
כפי שכבר הוזכר, רוב המדינות בעולם משתמשות ביחידות SI. גם אם בחיים הרגילים הם משתמשים ביחידות מסורתיות למדינה, הם נקבעים על ידי המרה למערכת SI באמצעות מקדמים קבועים.
כל היחידות הבסיסיות של מערכת ה-SI מוגדרות באמצעות קבועים פיזיקליים או תופעות שהם בלתי משתנים וניתן לשחזר אותם בכל מקום בעולם בדיוק גבוה. היוצא מן הכלל היחיד הוא הקילוגרם, שתקן שלו עד כה נותר אב הטיפוס הפיזי היחיד.
MKS מערכת יחידות (מטר, קילוגרם,שני) מאפשר לך לפתור בעיות של מכניקה, תרמודינמיקה ותחומים אחרים של פיזיקה תיאורטית ומדע מעשי.
אבל בתעשיות מסוימות (למשל באלקטרודינמיקה), מערכת ה-SI מפסידה למערכות מטריות אחרות. לכן יש כמה מערכות מטריות בעולם, שהערכים שלהן קשורים במידה מסוימת לתקנים העיקריים - קילוגרם, מטר ושני.
SI units
יחידות בסיסיות (היזכרות - יש שבע מהן) והייעודים שלהן מוצגים בטבלה, אבל הם מוכרים היטב לכולנו. שמות היחידות במערכת זו נכתבים באות קטנה, ואחרי ייעוד היחידות לא שמים נקודה.
יחידות נגזרות (יש 22 מהן) באות לידי ביטוי באמצעות חישובים מתמטיים ונובעות מחוקים פיזיקליים. לדוגמה, מהירות היא המרחק שגוף עובר ליחידת זמן - מ'/ש'. לחלק מהיחידות הנגזרות יש שמות משלהן (רדיאן, הרץ, ניוטון, ג'אול) וניתן לכתוב אותן בדרכים שונות.
ישנן יחידות שאינן כלולות במערכת ה-SI, אך מותרות לשימוש יחד. הם מאושרים על ידי האמנה הכללית בדבר משקלים ומידות. לדוגמה, דקה, שעה, יום, ליטר, קשר, הקטרים.
מותר גם להשתמש ביחידות של ערכים לוגריתמיים, כמו גם יחסיים. לדוגמה, אחוז, אוקטבה, עשור.
מותר גם שימוש בערכים שנמצאים בשימוש נרחב. לדוגמה, שבוע, שנה, מאה.
יש קונווקטורים מעוצבים להמרת ערכים ממערכות שונות. יש הרבה כאלה, אבל כולם מסתמכים עליהםערכים מדדים אחידים.
היתרונות של מערכת ה-SI הבינלאומית
האוניברסליות של המערכת הזו ברורה. כל התופעות הפיזיקליות, כל ענפי הניהול והטכנולוגיה מכוסים במערכת אחת של כמויות. רק מערכת SI נותנת יחידות חשובות וקלות לשימוש.
המערכת טבועה בגמישות, המאפשרת שימוש ביחידות מחוץ למערכת, ואפשרות לפיתוח - במידת הצורך ניתן להגדיל את מספר ערכי ה-SI. היחידות כפופות להתאמה בהתאם להסכמים בינלאומיים ולרמת הפיתוח של טכנולוגיות המדידה.
איחוד של יחידות הפך את המערכת הזו לשימוש נרחב (ביותר מ-130 מדינות) ומוכר על ידי ארגונים בינלאומיים רבים משפיעים (או"ם, אונסק"ו, האיגוד הבינלאומי לפיזיקה טהורה ויישומית).
מערכת ה-SI מגבירה את הפרודוקטיביות של מעצבים ומדענים, מפשטת ומקלה על התהליך החינוכי ותרגול של קשרים בינלאומיים בכל התחומים.
אב טיפוס פיזי אחרון
כל היחידות במערכת ה-SI מוגדרות על ידי קבועים פיזיקליים. היוצא מן הכלל הוא הקילוגרם. רק לתקן הזה עד כה יש אב טיפוס פיזי משלו וזה בולט בקו דק של יחידות מדידה.
תקן הקילוגרם הוא גליל העשוי מסגסוגת של 9 חלקי פלטינה וחלק אחד של אירידיום. המסה שלו מתאימה לליטר אחד של מים בצפיפות הגבוהה ביותר שלו (4 מעלות צלזיוס, לחץ סטנדרטי מעל פני הים). ב-1889 יוצרו 80 מהם, מתוכם 17הועבר למדינות שחתמו על האמנה המטרית.
היום, המקור של תקן זה מתחת לשלוש כמוסות אטומות ממוקם בעיר סבר בפאתי פריז בכספת של הלשכה הבינלאומית למשקלים ומידות. מדי שנה הוא מוסר ומאויש באופן חגיגי.
הגרסה הרוסית של תקן הקילוגרם נמצאת במכון המחקר הכל-רוסי למטרולוגיה. מנדלייב (סנט פטרבורג). אלו הם אבות טיפוס 12 ו-26.
האייפון שלך יישבר עקב אובדן תקן המסה במערכת ה-SI
כל המערכת המטרית של האנושות נמצאת תחת איום היום. וזה קורה בגלל שהסטנדרט היחיד הקיים פיזית הוא "ירידה מהירה במשקל".
הוכח ניסיוני שבכל מאה תקן הקילוגרם הופך קל יותר ב-3 x 10−8 קילוגרמים. זה נובע מניתוק של אטומים במהלך סקרים שנתיים. ברור שהפרה של הקבוע של ערך זה תגרור בהכרח שינוי בכל הערכים האחרים.
פרויקט הקילוגרם האלקטרוני (המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה, ארה ב) נקרא להציל את המצב, המספק יצירת מכשיר בעל עוצמה כזו שיכול להרים 1 קילוגרם מסה בשדה אלקטרומגנטי. העבודה על היצירה עדיין בעיצומה.
הכיוון השני הוא קובייה של 2250 x 281489633 אטומי פחמן-12. גובהו יעמוד על 8.11 סנטימטרים והוא לא יקטן עם הזמן. פרויקט זה נמצא גם בפיתוח.
עובדות מעניינות על תקנים ולא רק
זמן הוא ערך קבוע. בבכל אזורי הזמן של הפלנטה שלנו, הזמן נקבע ביחס לזמן האוניברסלי UTC. מעניין שלקיצור הזה אין פענוח.
מלחים ממשיכים להשתמש ב"קשר" היחידה. מעטים יודעים, אבל ליחידה הזו יש היסטוריה ארוכה. כדי למדוד את מהירות הספינות, נעשה בעבר שימוש ביומן עם קשרים קשורים באותו מרחק. מדי מהירות מודרניים הפכו למושלמים הרבה יותר, אבל השם נשמר.
וגם מדידת כוח סוס של רכב מנוע מבוססת על עובדה אמיתית. ממציא מנוע הקיטור, ג'יימס ווייט, הוכיח את היתרונות של גילויו בדרך זו. מתחת לכוח סוס אחד, הוא חישב את מסת העומס שהסוס ירים לדקה.
