Единицы измерения времени. Время единица измерения в си

Единицы измерения времени | Измерения. Системы, единицы, стандарты

В современных единицах измерения времени за основу берутся периоды обращения Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, а также периоды обращения Луны вокруг Земли.

Это обусловлено как историческими, так и практическими соображениями, т.к. людям необходимо согласовывать свою деятельность со сменой дня и ночи или сезонов.

Исторически основной единицей для измерения коротких интервалов времени были сутки (или день), отсчитываемые по минимальным полным циклам смены солнечной освещённости (день и ночь). В результате деления суток на меньшие временные интервалы одинаковой длины возникли часы, минуты и секунды. Сутки делили на два равных последовательных интервала (условно день и ночь). Каждый из них делили на 12 часов. Каждый час делили на 60 минут. Каждую минуту — на 60 секунд.

Таким образом, в часе 3600 секунд; в сутках 24 часа = 1440 минут = 86 400 секунд.

Секунда стала основной единицей измерения времени в Международной системе единиц (СИ) и системе СГС.

Существует две системы указания времени суток:

- французская - не учитывается разделение суток на два интервала по 12 часов (день и ночь), а считается, что сутки напрямую делятся на 24 часа. Номер часа может быть от 0 до 23 включительно.

- английская - это разделение учитывается. Часы указывают с момента начала текущих полусуток, а после цифр пишут буквенный индекс половины суток. Первую половину суток (ночь, утро) обозначают AM, вторую (день, вечер) — PM от лат. Ante Meridiem/Post Meridiem (до полудня/после полудня). Номер часа в 12‑часовых системах в разных традициях записывается по-разному: от 0 до 11 либо 12.

За начало отсчёта времени принята полночь. Таким образом, полночь во французской системе — это 00:00, а в английской — 12:00 AM. Полдень — 12:00 (12:00 PM). Момент времени по прошествии 19 часов и ещё 14 минут с полуночи — 19:14 (в английской системе 7:14 PM).

На циферблатах большинства современных часов (со стрелками) используется именно английская система. Однако выпускаются и такие стрелочные часы, где используется французская 24-часовая система. Такие часы находят применение в тех областях, где судить о дне и ночи затруднительно (например, на подводных лодках или за Полярным кругом, где существует полярная ночь и полярный день).

Длительность средних солнечных суток — величина непостоянная. И хотя она изменяется совсем немного (увеличивается в результате приливов из-за действия притяжения Луны и Солнца в среднем на 0,0023 секунды в столетие за последние 2000 лет, а за последние 100 лет всего на 0,0014 секунды), этого достаточно для значительных искажений продолжительности секунды, если считать за секунду 1/86 400 часть продолжительности солнечных суток. Поэтому от определения «час — 1/24 суток; минута — 1/60 часа; секунда — 1/60 минуты» перешли к определению секунды в качестве основной единицы, основанной на периодическом внутриатомном процессе, не связанном с какими-либо движениями небесных тел (на неё иногда ссылаются как на секунду СИ или «атомную секунду», когда по контексту её можно спутать с секундой, определённой из астрономических наблюдений).

Время — это непрерывная величина, используемая для указания последовательности событий в прошлом, настоящем и будущем. Время также используется для определения интервала между событиями и для количественного сравнения процессов, происходящих с разными скоростями или частотами. Для измерения времени используется какая-либо периодическая последовательность событий, которая признается эталоном некоторого промежутка времени.

Единицей времени в Международной системе единиц (СИ) является секунда (с), которая определяется как 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями квантового состояния атома цезия-133 в покое при 0 К. Это определение было принято в 1967 году (уточнение относительно температуры и состояния покоя появилось в 1997 году).

Сокращение сердечной мышцы здорового человека длится одну секунду. За одну секунду Земля, вращаясь вокруг солнца, покрывает расстояние в 30 километров. За это время само наше светило успевает проделать путь в 274 километра, с огромной скоростью несясь через галактику. Лунный свет за этот временной интервал не успеет достичь Земли.

Миллисекунда (мс) — единица измерения времени, дольная по отношению к секунде (тысячная доля секунды).

Кратчайшее время экспозиции в обычной фотокамере. Муха взмахивает крылышками один раз в три миллисекунды. Пчела – один раз за пять миллисекунд. С каждым годом луна вращается вокруг Земли на две миллисекунды медленнее, так как ее орбита постепенно расширяется.

Микросекунда (мкс) — единица измерения времени, дольная по отношению к секунде (миллионная доля секунды).

Пример: вспышка с воздушным зазором для съемки быстротечных событий способна выдать световой импульс длительностью короче одной микросекунды. Она используется для съемки объектов, движущихся с очень большой скоростью (пули, взрывающиеся воздушные шары).

За это время луч света в вакууме покроет расстояние в 300 метров, длину примерно трех футбольных полей. Звуковая же волна на уровне моря способна за этот же промежуток времени преодолеть расстояние равное всего одной трети миллиметра. 23 микросекунды потребуется для того, чтобы взорвалась динамитная шашка, фитиль которой догорел до конца.

Наносекунда (нс) — единица измерения времени, дольная по отношению к секунде (миллиардная доля секунды).

Луч света, проходящий через безвоздушное пространство, за это время способен преодолеть расстояние всего в тридцать сантиметров. Микропроцессору в персональном компьютере потребуется от двух до четырех наносекунд, чтобы выполнить одну команду, к примеру, сложить два числа. Время существования К-мезона, еще одной редкой субатомной частицы, составляет 12 наносекунд.

Пикосекунда (пс) — единица измерения времени, дольная по отношению к секунде (одна тысячная миллиардной доли секунды).

За одну пикосекунду свет в вакууме проходит приблизительно 0,3 мм. Самые быстродействующие транзисторы функционируют во временных рамках измеряемых в пикосекундах. Время существования кварков, редких субатомных частиц, получаемых в мощных ускорителях, составляет всего одну пикосекунду. Средняя продолжительность гидрогенной связи между молекулами воды при комнатной температуре равняется трем пикосекундам.

Фемтосекунда (фс) — единица измерения времени, дольная по отношению к секунде (одна миллионная миллиардной доли секунды).

Импульсные титан-сапфировые лазеры способны генерировать сверхкороткие импульсы длительностью всего 10 фемтосекунд. За это время свет проходит всего 3 микрометра. Это расстояние сравнимо с размером красных кровяных телец (6–8 мкм). Атом в молекуле совершает одно колебание за время от 10 до 100 фемтосекунд. Даже самая быстротекущая химическая реакция протекает за период, исчисляемый несколькими сотнями фемтосекунд. Взаимодействие света с пигментами сетчатой оболочки глаза, а именно этот процесс и позволяет нам видеть окружающее, длится около 200 фемтосекунд.

Аттосекунда (ас) — единица измерения времени, дольная по отношению к секунде (одна миллиардная миллиардной доли секунды).

За одну аттосекунду свет проходит расстояние, равное диаметру трех атомов водорода. Самые быстротекущие процессы, которые способны захронометрировать ученые, измеряют в аттосекундах. С помощью наиболее совершенных лазерных установок исследователи сумели получить световые импульсы длящиеся всего 250 аттосекунд. Но какими бы бесконечно малыми ни казались эти временные промежутки, они представляются целой вечностью по сравнению с так называемым временем Планка (около 10-43 секунды), по мнению современной науки, наикратчайшим из всех возможных временных отрезков.

Shake (англ. shake — встряска) — неформальная единица времени, равная 10 наносекундам. Эта единица, не имеющая русского эквивалента, иногда используется в ядерной физике для обозначения очень коротких событий, происходящих во время ядерного взрыва. Считается, что единицу придумали физики, работавшие во время Второй мировой войны в рамках Манхэттенского проекта и происходит она от английского выражения «two shakes of a lamb’s tail» — дословно «два вилянья хвоста ягненка», означающего очень короткий интервал времени.

Минута (мин) — внесистемная единица измерения времени. Минута равна 1/60 часа или 60 секундам.

За это время мозг новорожденного ребенка прибавляет в весе до двух миллиграммов. Сердце землеройки успевает сократиться 1000 раз. Обычный человек за это время может произнести 150 слов или прочитать 250 слов. Свет от солнца достигает Земли за восемь минут. Когда же Марс находится на наиболее близком расстоянии от Земли, солнечный свет, отражаясь от поверхности Красной планеты, доходит до нас меньше чем за четыре минуты.

Час (ч) — внесистемная единица измерения времени. Час равен 60 минутам или 3600 секундам.

Столько времени требуется репродуцирующим клеткам, чтобы разделиться пополам. За один час с конвейера Волжского автомобильного завода сходят 150 «Жигулей». Свет от Плутона – самый отдаленной планеты Солнечной системы – достигает Земли за пять часов двадцать минут.

Сутки (сут) — внесистемная единица измерения времени, равная 24 часам. Обычно под сутками подразумевается солнечные сутки, то есть промежуток времени, за который Земля совершает один поворот вокруг своей оси относительно центра Солнца. Сутки состоят из дня, вечера, ночи и утра.

Для людей это, пожалуй, самая естественная единица измерения времени, основанная на вращении Земли. Согласно данным современной науки долгота суток составляет 23 часа 56 минут и 4,1 секунды. Вращение нашей планеты постоянно замедляется из-за лунной гравитации и других причин. Сердце человека за сутки совершает около 100000 сокращений, легкие вдыхают около 11000 литров воздуха. За это же время детеныш голубого кита прибавляет в весе 90 кг.

Для измерения более длинных интервалов времени используются единицы измерения год, месяц и неделя, состоящие из целого числа солнечных суток. Год приблизительно равен периоду обращения Земли вокруг Солнца (примерно 365,25 суток), месяц — периоду полной смены фаз Луны (называемому синодическим месяцем, равным 29,53 суток).

Неделя — внесистемная единица измерения времени. Обычно неделя равна семи дням. Неделя — стандартный период времени, используемый в большинстве стран мира для организации циклов рабочих дней и дней отдыха.

Месяц — внесистемная единица измерения времени, связанная с обращением Луны вокруг Земли.

Синодический месяц (от др.-греч. σύνοδος «соединение, сближение [с Солнцем]») — промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны (например, новолуниями). Синодический месяц — это период фаз Луны, так как вид Луны зависит от положения Луны относительно Солнца для наблюдателя, находящегося на Земле. Синодический месяц используется при расчете времени солнечных затмений.

В наиболее распространённом григорианском, а также в юлианском календаре за основу принят год равный 365 суткам. Так как тропический год не равен целому количеству солнечных суток(365,2422), для синхронизации календарных времён года с астрономическими в календаре используется високосные года, продолжительностью 366 дней. Год делится на двенадцать календарных месяцев разной продолжительности (от 28 до 31 дня). Обычно, на каждый календарный месяц выпадает по одному полнолунию, но так как фазы Луны сменяются немного быстрее, чем 12 раз в году, иногда случаются и вторые полнолуния за месяц, называемые голубой луной.

В еврейском календаре основой является лунный синодический месяц и тропический год, при этом год может содержать 12 или 13 лунных месяцев. В длительной перспективе одни и те же месяцы календаря приходятся на примерно одно и то же время.

В исламском календаре основой является лунный синодический месяц, а год содержит всегда строго 12 лунных месяцев, то есть около 354 дней, что на 11 дней меньше тропического года. Благодаря этому начало года и все мусульманские праздники каждый год смещаются относительно климатических времён года и равноденствий.

Год (г) — внесистемная единица измерения времени, равная периоду обращения Земли вокруг Солнца. В астрономии юлианский год — это единица времени, определяемая как 365,25 дней по 86400 секунд каждый.

Земля совершает один оборот вокруг Солнца и поворачивается вокруг своей оси 365,26 раза, средний уровень мирового океана повышается на величину от 1 до 2,5 миллиметров. Потребуется 4,3 года, чтобы свет от ближайшей звезды Proxima Centauri достиг Земли. Примерно столько же времени понадобится на то, чтобы поверхностные океанские течения обогнули земной шар.

Юлианский год (a) — единица измерения времени, определяемая в астрономии как 365,25 юлианского дня по 86 400 секунд каждый. Это средняя продолжительность года в юлианском календаре, использовавшемся в Европе в античности и средневековье.

Високосный год — год в юлианском и григорианском календарях, продолжительность которого равна 366 дням. То есть, этот год содержит на одни сутки больше дней, чем в обычном, невисокосном году.

Тропический год, известный также как солнечный год — отрезок времени, за который солнце завершает один цикл смены времён года, как это видно с Земли.

Сидерический период, также сидерический год (лат. sidus — звезда) — промежуток времени, в течение которого Земля совершает вокруг Солнца полный оборот относительно звёзд. В полдень 1 января 2000 сидерический год был равен 365,25636 дня. Это приблизительно на 20 минут дольше, чем длительность среднего тропического года в тот же день.

Сидерический день — промежуток времени, в течение которого Земля совершает один полный оборот вокруг своей оси относительно точки весеннего равноденствия. Сидерический день для Земли равен 23 часам 56 минутам 4,09 секундам.

Звёздное время, также сидерическое время — время, измеряемое относительно звезд, в отличие от времени, измеряемого относительно Солнца (солнечного времени). Звёздное время используется астрономами, чтобы определить, куда надо направить телескоп, чтобы увидеть нужный объект.

Фортнайт — единица измерения времени равная двум неделям, то есть 14 суткам (или точнее 14 ночам). Единица широко используется в Великобритании и некоторых странах Содружества, но редко в Северной Америке. В канадской и американской системах оплаты труда для описания соответствующего периода выплаты заработной платы используют термин «раз в две недели».

Десятилетие — период времени, включающий десять лет.

Век, столетие — внесистемная единица времени, равная 100 последовательным годам.

За это время Луна удалится от Земли еще на 3,8 метра. Современные компакт-диски и CD к тому времени безнадежно устареют. Лишь один из каждых детенышей кенгуру может дожить до ста лет, но гигантская морская черепаха способна прожить целых 177 лет. Продолжительность эксплуатации самого современного CD может составить более 200 лет.

Тысячелетие (также миллениум) — внесистемная единица измерения времени, равная 1000 годам.

Мегагод (обозначение Myr) — кратная году единица измерения времени, равная миллиону (1 000 000 = 106) лет.

Гигагод (обозначение Gyr) — аналогичная единица, равная миллиарду (1 000 000 000 = 109) лет. Применяется преимущественно в космологии, а также в геологии и в науках, связанных с изучением истории Земли. Так, например, возраст Вселенной оценивается в 13,72±0,12 тысяч мегалет или, что то же самое, в 13,72±0,12 гигалет.

За 1 миллион лет космический корабль, летящий со скоростью света, не покроет и половины пути до галактики Андромеда (она находится на расстоянии 2,3 млн. световых лет от Земли). Самые массивные звезды, голубые супергиганты (они в миллионы раз ярче Солнца) сгорают примерно за это время. Вследствие сдвигов тектонических пластов Земли, Северная Америка отдалится от Европы примерно на 30 километров.

1 миллиард лет. Примерно столько времени потребовалось, чтобы наша Земля остыла после своего образования. Чтобы на ней появились океаны, зародилась одноклеточная жизнь и вместо атмосферы богатой углекислым газом установилась бы атмосфера, богатая кислородом. За это время Солнце четыре раза прошло по своей орбите вокруг центра Галактики.

Планковское время (tP) — единица времени в планковской системе единиц. Физический смысл этой величины — время, за которое частица, двигаясь со скоростью света, преодолеет планковскую длину, равную 1,616199(97)·10⁻³⁵ метра.

В астрономии и в ряде других областей наряду с секундой СИ применяется эфемеридная секунда, определение которой основано на астрономических наблюдениях. Считая, что в тропическом году 365,242 198 781 25 суток, а сутки полагая постоянной длительности (т. н. эфемеридное исчисление), получают, что в году 31 556 925,9747 секунд. Тогда полагают, что секунда — это 1/31 556 925,9747 часть тропического года. Вековое изменение продолжительности тропического года заставляет привязывать это определение к определённой эпохе; так, данное определение относится к тропическому году в момент 1900,0.

Иногда встречается единица терция, равная 1/60 секунды.

Единица декада, в зависимости от контекста, может относиться к 10 дням или (реже) к 10 годам.

Индикт (индиктион), использовавшийся в Римской империи (со времён Диоклетиана), позже в Византии, древней Болгарии и Древней Руси, равен 15 годам.

Олимпиада в античности использовалась как единица измерения времени и была равна 4 годам.

Сарос — период повторения затмений, равный 18 годам 11⅓ дням и известный ещё древним вавилонянам. Саросом назывался также календарный период в 3600 лет; меньшие периоды носили названия нерос (600 лет) и соссос (60 лет).

На сегодняшний день самый маленький экспериментально наблюдаемый промежуток времени составляет порядка аттосекунды (10−18 с), что соответствует 1026 планковским временам. По аналогии с планковской длиной, интервал времени меньший планковского времени невозможно измерить.

В индуизме «день Брахмы» — кальпа — равен 4,32 млрд. лет. Эта единица вошла в Книгу рекордов Гиннеса как самая большая единица измерения времени.

e-pasp.ru

Основные единицы СИ — WiKi

Семь основных единиц и зависимость их определений

Основные единицы Международной системы единиц (СИ) — семь единиц измерения основных величин Международной системы величин (фр. International Système de grandeurs, англ. International System of Quantities, ISQ), принятые Генеральной конференцией по мерам и весам. Основными величинами Международной системы величин являются длина, масса, время, электрический ток, термодинамическая температура, количество вещества и сила света. Единицы измерения для них — основные единицы СИ — метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела, соответственно[1][2].

Полное официальное описание основных единиц СИ, а также СИ в целом вместе с её толкованием, содержится в действующей редакции Брошюры СИ (фр. Brochure SI, англ. The SI Brochure) и в дополнении к ней, опубликованных Международным бюро мер и весов (МБМВ) и представленных на сайте МБМВ[1][3].

Остальные единицы СИ являются производными и образуются из основных с помощью уравнений, связывающих друг с другом физические величины Международной системы величин.

Основная единица может использоваться и для производной величины той же размерности. Например, количество осадков определяется как частное от деления объёма на площадь и в СИ выражается в метрах. В этом случае метр используется в качестве когерентной производной единицы[2][4].

Наименования и обозначения основных единиц, так же как и всех других единиц СИ, пишутся маленькими буквами (например, метр и его обозначение м). У этого правила есть исключение: обозначения единиц, названных фамилиями учёных, пишутся с заглавной буквы (например, ампер обозначается символом А).

Основные единицы

В таблице представлены все основные единицы СИ вместе с их определениями, обозначениями, физическими величинами, к которым они относятся, а также с кратким обоснованием их происхождения.

Основные единицы СИ Единица Обозначение Величина Определение[5] Историческое происхождение, обоснование

Метр	м	Длина	Метр есть длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299 792 458 секунды.XVII Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) (1983 г, Резолюция 1)	1⁄10 000 000 расстояния от экватора Земли до северного полюса на меридиане Парижа.
Килограмм	кг	Масса	Килограмм есть единица массы, равная массе международного прототипа килограмма.I ГКМВ (1899 г.) и III ГКМВ (1901 г.)	Масса одного кубического дециметра (литра) чистой воды при температуре 4 °C и стандартном атмосферном давлении на уровне моря.
Секунда	с	Время	Секунда есть время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.XIII ГКМВ (1967 г., Резолюция 1)«В покое при 0 К при отсутствии возмущения внешними полями»(Добавлено в 1997 году)	Солнечные сутки разбиваются на 24 часа, каждый час разбивается на 60 минут, каждая минута разбивается на 60 секунд.Секунда — это 1⁄(24 × 60 × 60) часть солнечных суток.
Ампер	А	Сила электрического тока	Ампер есть сила не изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2·10−7ньютонов.Международный комитет мер и весов (1946 г., Резолюция 2, одобренная IX ГКМВ в 1948 г.)	Устаревшая единица измерения электрического тока «Международный Ампер» определялся электрохимически как ток, необходимый для осаждения 1,118 миллиграммов серебра в секунду из раствора нитрата серебра. По сравнению с ампером Международной системе единиц (СИ) разница составляет 0,015%.
Кельвин	К	Термодинамическая Температура	Кельвин есть единица термодинамической температуры, равная 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.XIII ГКМВ (1967 г., Резолюция 4)В 2005 г. Международный комитет мер и весов установил требования к изотопному составу воды при реализации температуры тройной точки воды: 0,00015576 моля 2H на один моль 1Н, 0,0003799 моля 17О на один моль 16О и 0,0020052 моля 18О на один моль 16О[1].	Шкала Кельвина использует тот же шаг, что и шкала Цельсия, но 0 кельвинов — это температура абсолютного нуля, а не температура плавления льда. Согласно современному определению ноль шкалы Цельсия установлен таким образом, что температура тройной точки воды равна 0,01 °C. В итоге, шкалы Цельсия и Кельвина сдвинуты на 273,15[5]: °C = K — 273,15.
Моль	моль	Количество вещества	Моль есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. При применении моля структурные элементы должны быть специфицированы (оговорены) и могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами и другими частицами или специфицированными группами частиц.XIV ГКМВ (1971 г., Резолюция 3)	Атомный вес или молекулярный вес, деленный на постоянную молярной массы, 1 г / моль.
Кандела	кд	Сила света	Кандела есть сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 герц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет (1/683) Вт/ср.XVI ГКМВ (1979 г., Резолюция 3)	Сила света (англ. Candlepower, устар. Британская единица силы света), испускаемая горящей свечой.

Совершенствование системы единиц

С момента принятия Метрической конвенции в 1875 году определения основных единиц измерения несколько раз изменялись. С переопределения метра (1960 год) килограмм остался последней единицей, которая определяется не как свойство природы, а как физический артефакт. Тем не менее, поскольку моль, ампер и кандела привязаны к килограмму, то и они оказываются привязанными к изготовленному людьми эталону килограмма. Длительное время метрология искала пути для определения килограмма на основе фундаментальных физических констант, так же, как метр определяется через скорость света.

XXI Генеральная конференция по мерам и весам (1999 год) рекомендовала в XXI веке «Национальным лабораториям продолжить исследования для привязки массы к фундаментальным или массовым константам для определения массы килограмма». Большинство ожиданий при этом связывалось с постоянной Планка и числом Авогадро.

В 2005 году Международный комитет мер и весов (МКМВ), утвердив подготовку к новым определениям килограмма, ампера и кельвина, также отметил возможность нового определения моля, основанного на числе Авогадро[6]. В 2007 году 23-я Генеральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) решила отложить узаконивание любых изменений до следующей конференции в 2011 году[7].

В пояснительной записке, адресованной МКМВ в октябре 2009 года[8], президент консультативного совета МКМВ по единицам перечислил неопределённости физических фундаментальных констант при использовании текущих определений и тех, какими эти неопределённости станут при использовании новых предложенных определений единиц. Он рекомендовал МКМВ принять предложенные изменения в «определении килограмма, ампера, кельвина и моля, чтобы они выражались через величины фундаментальных констант h[9], e[10], k[11], и NA[12]».

XXIV Генеральная конференция по мерам и весам

На XXIV Генеральной конференции по мерам и весам 17—21 октября 2011 года была принята Резолюция, в соответствии с которой предполагается в будущей ревизии Международной системы единиц переопределить основные единицы таким образом, чтобы они были основаны не на созданных человеком артефактах (эталонах), а на фундаментальных физических константах или свойствах атомов, численные значения которых фиксируются и полагаются точными по определению[13][14].

Килограмм, ампер, кельвин, моль

В соответствии с решениями XXIV ГКМВ наиболее важные изменения должны затронуть четыре основные единицы СИ: килограмм, ампер, кельвин и моль. Новые определения этих единиц будут базироваться на фиксированных численных значениях следующих фундаментальных физических постоянных: постоянной Планка, элементарного электрического заряда, постоянной Больцмана и числа Авогадро, соответственно. Всем этим величинам будут приписаны точные значения, основанные на результатах наиболее точных измерений, рекомендованных Комитетом по данным для науки и техники (CODATA).

В Резолюции сформулированы следующие положения, касающиеся этих единиц[13]:

Килограмм останется единицей массы; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Планка равным в точности 6,626 06X·10−34, когда она выражена единицей СИ м2·кг·с−1, что эквивалентно Дж·с.
Ампер останется единицей силы электрического тока; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения элементарного электрического заряда равным в точности 1,602 17X·10−19, когда он выражен единицей СИ с·А, что эквивалентно Кл.
Кельвин останется единицей термодинамической температуры; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Больцмана равным в точности 1,380 6X·10−23, когда она выражена единицей СИ м−2·кг·с−2·К−1, что эквивалентно Дж·К−1.
Моль останется единицей количества вещества; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Авогадро равным в точности 6,022 14X·1023 моль−1, когда она выражена единицей СИ моль−1.

Выше и далее Х заменяет одну или более значащих цифр, которые будут определены в дальнейшем на основании наиболее точных рекомендаций CODATA.

Метр, секунда, кандела

Определения метра и секунды уже в настоящее время связаны с точными значениями таких постоянных, как скорость света и величина расщепления основного состояния атома цезия, соответственно. Существующее определение канделы хотя и не привязано к какой-либо фундаментальной постоянной, тем не менее, также может рассматриваться как связанное с точным значением инварианта природы. Исходя из сказанного, изменять по существу определения метра, секунды и канделы не предполагается. Однако для поддержания единства стиля планируется принять новые, полностью эквивалентные существующим, формулировки определений в следующем виде:

Метр, символ м, является единицей длины; его величина устанавливается фиксацией численного значения скорости света в вакууме равным в точности 299 792 458, когда она выражена единицей СИ м·с−1.
Секунда, символ с, является единицей времени; её величина устанавливается фиксацией численного значения частоты сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 при температуре 0 К равным в точности 9 192 631 770, когда она выражена единицей СИ с−1, что эквивалентно Гц.
Кандела, символ кд, является единицей силы света в заданном направлении; её величина устанавливается фиксацией численного значения световой эффективности монохроматического излучения частотой 540·1012 Гц равным в точности 683, когда она выражена единицей СИ м−2·кг−1·с3·кд·ср или кд·ср·Вт−1, что эквивалентно лм·Вт−1.

Новый облик СИ

Предполагается, что после реализации сформулированного подхода в своём окончательном виде СИ будет системой единиц, в которой[13]:

частота сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 в точности равна 9 192 631 770 Гц[15];
скорость света в вакууме c в точности равна 299 792 458 м/с[15];
постоянная Планка h в точности равна 6,626 06X·10−34 Дж·с;
элементарный электрический заряд e в точности равен 1,602 17X·10−19 Кл;
постоянная Больцмана k в точности равна 1,380 6X·10−23 Дж/К;
число Авогадро NA в точности равно 6,022 14X·1023 моль−1;
световая эффективность kcd монохроматического излучения частотой 540·1012 Гц в точности равна 683 лм/Вт[15];

См. также

Примечания

↑ 1 2 3 The SI Brochure Описание СИ на сайте Международного бюро мер и весов (англ.)
↑ 1 2 Международный словарь по метрологии: основные и общие понятия и соответствующие термины / Пер. с англ. и фр.. — 2-е изд., испр. — СПб.: НПО «Профессионал», 2010. — С. 20. — 82 с. — ISBN 978-5-91259-057-3.
↑ Supplement 2014: Updates to the 8th edition (2006) of the SI Brochure (фр.) (англ.)
↑ Когерентные производные единицы — производные единицы, которые образуются по уравнениям, не содержащим коэффициент пропорциональности. Благодаря отсутствию коэффициента при расчётах, если выражать значения всех величин в единицах СИ, в формулы не требуется вводить коэффициенты, зависящие от выбора единиц. БСЭ-3.
↑ 1 2 ГОСТ 8.417—2002. Межгосударственный стандарт. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Единицы величин. М.: Стандартинформ (2010). — ГОСТ введён в действие с 1 сентября 2003 года.
↑ 94-е заседание Международного комитета мер и весов (2005 год). Рекомендации 1: Подготовительные шаги к определению килограмма, ампера, кельвина и моля через фундаментальные константы
↑ 23-я Генеральная конференция по мерам и весам (2007 год). Решение 12: О возможном переопределении определенных основных единиц Международной системы единиц (СИ).
↑ Ian Mills, President of the CCU. Thoughts about the timing of the change from the Current SI to the New SI. CIPM (октябрь 2009). Проверено 23 февраля 2010. Архивировано 8 мая 2012 года.
↑ h — постоянная Планка.
↑ e — заряд электрона.
↑ k — постоянная Больцмана.
↑ NA — число Авогадро.
↑ 1 2 3 On the possible future revision of the International System of Units, the SI Resolution 1 of the 24th meeting of the CGPM (2011)
↑ Towards the «New SI»… (англ.) на сайте Международного бюро мер и весов
↑ 1 2 3 Это определение уже введено и действует в настоящее время.

Ссылки

ru-wiki.org

Единицы измерения силы в системе СИ. Сила в ньютонах

Каждый школьник знает, что значения всех физических величин в настоящее время представлены стандартами Международной системы единиц, или СИ. Одной из важных величин в физике является сила. Рассмотрим вопрос, какова ее единица измерения в СИ, а также в других часто используемых системах.

Что такое сила?

Прежде чем рассматривать вопрос единицы измерения силы в системе СИ, разберемся с самим понятием силы.

В классической физике под ней понимают величину, которая способна изменять характер движения некоторого объекта, например направление его движения или скорость. Эта физическая величина вместе с энергией определяет интенсивность любых взаимодействий, которые существуют в природе.

Когда говорят о силе, то принято ее рассматривать с двух точек зрения:

Природа происхождения силы, например гравитационная, электрическая или механическая.
Результат ее действия, то есть как она повлияла на движение объекта. В данном понимании имеют в виду использование второго закона Ньютона.

Примерами проявления силы в действии являются движение автомобиля (механическая сила, заставляющая вращать его колеса) или падение мяча с некоторой высоты (сила земного притяжения).

Историческая справка

Появление концепции силы относится ко временам философов Древней Греции. В частности, Архимед полагал, что любое тело пребывает в состоянии покоя, если на него не оказывают воздействие остальные тела, то есть философ рассматривал силу в статике.

Первое определение этой физической величины с динамических позиций приписывается Галилею (XVII век), который, в отличие от Архимеда, полагал, что отсутствие взаимодействия с другими объектами рассматриваемого тела не будет менять его инерционное движение.

Современную концепцию силы развил в своих трудах Исаак Ньютон. Он подробно определил это понятие, включив его во все законы классической механики. Так, Ньютон определил, что интенсивность взаимодействия абсолютно любых тел, имеющих конечную массу, уменьшается, как квадрат расстояния (закон всемирного тяготения). Только спустя один век (конец XVIII в.) Генри Кавендиш, используя крутильные весы, смог измерить гравитационную постоянную, которая была введена Ньютоном. За перечисленные заслуги Ньютона в физике, единица измерения силы в системе СИ получила название по его фамилии.

В современной физике понятие силы используется главным образом для описания макроскопических объектов. В квантовой механике и физике элементарных частиц чаще оперируют концепцией "энергия".

Международная система единиц и Ньютон

Под этим названием понимают систему мер и величин, которая кратко обозначается СИ (с франц. Système International). В ее основу положены 7 основных физических величин (ампер, кельвин, секунда, кандела, килограмм, метр и моль). СИ была принята в 1960 году, а в 1971 году в нее была добавлена последняя фундаментальная величина "моль".

В системе СИ единица измерения силы - ньютон. Под ним понимают такую категорию, которая, действуя на тело с массой 1 кг, ускоряет его движение на 1 м/с за каждую секунду времени. В русском языке принято обозначение ньютона [Н], на латинице же оно записывается как [N].

Применение утвержденных в СИ приставок к основным единицам измерения позволяет получить их дробные или большие значения. Для силы это могут быть, например, мкН (микроньютон, 1 мкН = 10-6 Н), мН (миллиньютон, 1 мН = 10-3 Н) или кН (килоньютон, в ньютонах это 1000 Н).

Любопытно отметить, что ньютон не входит в число 7 фундаментальных единиц измерения силы в системе СИ, поэтому он является производной единицей. В частности, 1 [Н] = 1 [кг*м/с2], то есть он выражается через килограмм (масса), метр (расстояние) и секунду (время).

Работа силы в системе СИ

Выше уже было упомянуто, что концепции силы и энергии тесно связаны друг с другом. Эту связь наглядно можно выразить через работу. В физике работа - это величина, получаемая в результате произведения модуля силы, которая действует на тело в направлении его перемещения, на это самое перемещение. В математическом виде можно записать: A = F*l, где F - модель силы, l - расстояние, на которое переместилось тело в результате действия F.

В СИ сила в ньютонах измеряется, а расстояние в метрах, поэтому работа будет выражаться в Н*м. Однако эта величина имеет собственное название: джоуль (Дж), то есть она выражается в тех же единицах, что и энергия.

Каким прибором измеряют силу?

Для измерения силы в ньютонах, килоньютонах, миллиньютонах используют прибор, который называется динамометр. Изобретен он был еще Исааком Ньютоном. Прибор представляет собой пружину, закрепленную на градуированной линейке. Поскольку растяжение пружины описывается законом Гука, то есть является упругим, то сила всегда прямо пропорциональна величине удлинения пружины. Этот факт и используется в динамометре при его градуировке.

Помимо динамометра для измерения слишком маленьких сил используют крутильные весы, основным элементом работы которых является так называемый крутильный маятник. Измерение силы с помощью этих весов основано на упругой сдвиговой деформации рабочего элемента.

Сила в других системах единиц

Система СИ используется во всем мире и во всех областях исследования, тем не менее, в некоторых сферах в виду исторических причин или простого удобства применения продолжают указываться единицы измерения из других систем. Перевод всех их в единицы СИ также стандартизированы.

Одной из популярных является система СГС (сантиметр, грамм, секунда). Эта система была предложена еще в 1832 году немецким ученым Гауссом. В ней сила измеряется в динах (дин), 1 дин эквивалентна 10-5 ньютонов. СГС часто используется для описания электромагнитных явлений, поскольку в ее форме представления многие законы выглядят проще, чем в единицах СИ.

Еще одна система единиц, которую принято называть технической, часто использовалась для описания процессов инженерии. В ней сила является фундаментальной единицей, через которую определяется масса. Называется она килограмм-силой или килопондом. Килограмм-сила представляет собой такую интенсивность воздействия на тело массой 1 кг, которая равна силе гравитационного притяжения этого тела Землей, то есть 1 килопонд = 9,81 ньютона. С появлением СИ техническая система единиц практически перестала использоваться.

fb.ru

СИ - это... Что такое СИ?

У слова «Си» есть и другие значения: см. Си. У слова «SI» есть и другие значения: см. SI.

Даты перехода на метрическую систему

СИ (SI, фр. Le Système International d'Unités), (Система Интернациональная) — международная система единиц, современный вариант метрической системы. СИ является наиболее широко используемой системой единиц в мире, как в повседневной жизни, так и в науке и технике. Тем не менее, в большинстве научных работ по электродинамике используется Гауссова система единиц, из-за ряда недостатков СИ. В частности, в СИ напряжённость (В/м) и смещение (Кл/м² (L−2TI)) имеют разную размерность; возникает т. н. диэлектрическая проницаемость вакуума, лишённая физического смысла[1]. В настоящее время СИ принята в качестве основной системы единиц большинством стран мира и почти всегда используется в области техники, даже в тех странах, в которых в повседневной жизни используются традиционные единицы. В этих немногих странах (например, в США) определения традиционных единиц были изменены.

Общие сведения

Страны, которые не приняли систему СИ в качестве основной или единственной системы единиц: Либерия, Мьянма, США.

СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам, некоторые последующие конференции внесли в СИ ряд изменений.

СИ определяет семь основных и производные единицы физических величин (далее — единицы), а также набор приставок. Установлены стандартные сокращённые обозначения для единиц и правила записи производных единиц.

Основные единицы: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. В рамках СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, то есть ни одна из основных единиц не может быть получена из других.

Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в СИ присвоены собственные названия, например радиану.

Приставки можно использовать перед названиями единиц; они означают, что единицу нужно умножить или разделить на определённое целое число, степень числа 10. Например, приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.

Международные и русские обозначения

В России действует ГОСТ 8.417—2002, предписывающий обязательное использование единиц СИ. В нём перечислены единицы физических величин, разрешённые к применению, приведены их международные и русские обозначения и установлены правила их использования.

По этим правилам, при договорно-правовых отношениях в области сотрудничества с зарубежными странами, а также в поставляемых за границу вместе с экспортной продукцией технических и других документах разрешается применять только международные обозначения единиц. Применение международных обозначений обязательно также на шкалах и табличках измерительных приборов. В остальных случаях, например, во внутренних документах и обычных публикациях можно использовать либо международные, либо русские обозначения. Не допускается одновременно применять международные и русские обозначения, за исключением публикаций по единицам величин.

История

Международный эталон метра, использовавшийся с 1889 по 1960 год

СИ является развитием метрической системы мер, которая была создана французскими учёными и впервые широко внедрена после Великой Французской революции. До введения метрической системы единицы выбирались независимо друг от друга. Поэтому пересчёт из одной единицы в другую был сложным. К тому же в разных местах применялись разные единицы, иногда с одинаковыми названиями. Метрическая система должна была стать удобной и единой системой мер и весов.

В 1799 г. во Франции были изготовлены два эталона — для единицы длины (метр) и для единицы массы (килограмм)[2].

В 1874 г. была представлена система СГС, основанная на трёх единицах — сантиметр, грамм и секунда — и десятичных приставках от микро до мега[2].

В 1875 г. была подписана Метрическая конвенция. Были начаты работы по разработке международных эталонов метра и килограмма.

В 1889 г. 1-я Генеральная конференция по мерам и весам приняла систему мер, сходную с СГС, но основанную на метре, килограмме и секунде, так как эти единицы были признаны более удобными для практического использования[2].

В последующем были введены базовые единицы для физических величин в области электричества и оптики.

В 1960 XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла стандарт, который впервые получил название «Международная система единиц (СИ)».

В 1971 XIV Генеральная конференция по мерам и весам внесла изменения в СИ, добавив, в частности, единицу количества вещества (моль).