Ce qu'on appelle une grandeur physique en physique. Grandeurs physiques

Vivant dans le temps, nous ne connaissons pas le temps
Ainsi, nous ne nous comprenons pas
À une époque comme celle-ci, cependant, sommes-nous nés?
À quelle heure nous ordonnera-t-il : " Compris !"
Et comment savons-nous ce que signifie notre temps?
Et quel avenir se cache notre temps ?
Mais le temps c'est nous ! Personne d'autre!
Nous sommes avec toi!

P. Fleming

Parmi les nombreuses grandeurs physiques, il y en a des basiques de base, à travers lesquelles toutes les autres s'expriment à l'aide de certains rapports quantitatifs. Ce - longueur, temps et poids. Examinons de plus près ces quantités et leurs unités de mesure.

1. LONGUEUR. MÉTHODES DE MESURE DE DISTANCE

Longueur – mesure de distance ... Il caractérise l'étendue dans l'espace. Des tentatives de mesure de longueur subjective ont été notées il y a plus de 4000 ans : au IIIe siècle, un appareil de mesure des distances a été inventé en Chine : un chariot léger avait un système d'engrenage relié à une roue et un tambour. Chaque li (576 m) était marqué d'un battement de tambour. Avec cette invention, le ministre Pei Xiu créé l'« Atlas régional » sur 18 feuilles et grande carte Chine sur soie, qui était si grande qu'il était difficile pour une personne de la déballer.
Existe Faits intéressants mesures de longueur. Ainsi, par exemple, les marins ont mesuré leur chemin tuyaux , c'est-à-dire la distance parcourue par le navire pendant le temps pendant lequel le marin fume la pipe. En Espagne, une unité similaire a été cigare , et au Japon - fer à cheval (semelle de paille remplaçant le fer à cheval). Il y avait Pas (chez les anciens Romains), et archers (? 71 cm), et les travées (? 18 cm). Par conséquent, l'ambiguïté des résultats de mesure a montré la nécessité d'introduire une unité convenue. Vraiment, pouce (2,54 cm, entré comme longueur du pouce, du verbe "pouce") et pied (30 cm, car la longueur du pied de l'anglais "foot" - foot) était difficile à comparer.

Fig. 1. Mètre comme norme de longueur de 1889 à 1960

De 1889 à 1960, un dix-millionième de la distance mesurée le long du méridien de Paris à partir de pôle Nordà l'équateur, - mètre (du grec métron - mesure) (Fig. 1).
Une tige en alliage platine-iriadium servait d'étalon de longueur, elle était stockée à Sèvres, près de Paris. Jusqu'en 1983, un mètre était considéré comme égal à 1 650 763,73 longueurs d'onde de la raie spectrale orange émise par une lampe à krypton.
La découverte du laser (en 1960 aux États-Unis) a permis de mesurer la vitesse de la lumière avec une plus grande précision (λs = 299 792 458 m/s) par rapport à une lampe à krypton.
Mètre – unité de longueur égale à la distance parcourue par la lumière dans le vide dans le temps ? 99 792 458 p.

La plage de mesure de la taille des objets dans la nature est illustrée à la figure 2.

Figure 2. Plage de mesure de la taille des objets dans la nature

Méthodes de mesure des distances. Pour mesurer des distances et des tailles de corps relativement petites, un ruban à mesurer, une règle et un mètre sont utilisés. Si les volumes mesurés sont petits et qu'une plus grande précision est requise, les mesures sont alors effectuées avec un micromètre, un pied à coulisse. Lors de la mesure de longues distances, différentes méthodes sont utilisées : triangulation, radar. Par exemple, la distance à n'importe quelle étoile ou lune est mesurée par la méthode triangulation (fig. 3).

Figure 3. Méthode de triangulation

Connaître la base - distance je entre deux télescopes situés aux points A et B sur Terre, et les angles a1 et a2, sous laquelle elles sont dirigées vers la lune, - vous pouvez trouver les distances AC et BC :

Pour déterminer la distance à l'étoile, le diamètre de l'orbite terrestre tournant autour du Soleil peut être utilisé comme base (Fig. 4).

Figure 4. Déterminer la distance à l'étoile

Actuellement, la distance des planètes les plus proches de la Terre est mesurée par la méthode localisation laser ... Un faisceau laser, envoyé par exemple vers la Lune, est réfléchi et, revenant vers la Terre, est reçu par une cellule photoélectrique (Fig. 5).

Riz. 5. Mesure de distance par télémétrie laser

En mesurant l'intervalle de temps t0 par lequel revient le faisceau réfléchi, et connaissant la vitesse de la lumière "c", on peut trouver la distance à la planète : .

Pour mesurer de courtes distances avec un microscope conventionnel, vous pouvez diviser un mètre par un million de parties et obtenir micromètre, ou micron. Cependant, il est impossible de continuer la division de cette manière, car les objets dont les dimensions sont inférieures à 0,5 micron ne peuvent pas être vus avec un microscope ordinaire.

Figure 6. Photo d'atomes de carbone dans le graphite prise avec un microscope ionique

Microscope ionique (Fig. 6) permet de mesurer le diamètre d'atomes et de molécules de l'ordre de 10 ~ 10m. La distance entre les atomes est de 1,5 × 10 ~ 10 m. L'espace intra-atomique est pratiquement vide, avec un minuscule noyau au centre de l'atome. L'observation de la diffusion de particules de haute énergie traversant une couche de matière permet de sonder la matière jusqu'à la taille des noyaux atomiques (10-15 m).

2 FOIS. MESURER DIFFÉRENTS ESPACES TEMPS

Le temps est une mesure de mesure de différentes périodes de temps ... C'est une mesure de la vitesse à laquelle tout changement se produit, c'est-à-dire une mesure du taux de développement des événements. La mesure du temps est basée sur des processus cycliques périodiques et répétitifs.
On pense que la première horloge a été gnomon , inventé en Chine à la fin du XVIe siècle. Le temps était mesuré par la longueur et la direction de l'ombre d'un pôle vertical (gnomon) éclairé par le soleil. Ce pointeur d'ombre a servi de première montre.
Il a été remarqué il y a longtemps que les phénomènes astronomiques ont une stabilité et une répétabilité maximales ; le jour fait place à la nuit en alternant régulièrement les saisons. Tous ces phénomènes sont associés au mouvement du Soleil sur la sphère céleste. Sur leur base, le calendrier a été créé.
Mesurer de petits intervalles de temps (environ 1 heure) est resté longtemps une tâche difficile, à laquelle le scientifique néerlandais a brillamment fait face. Christian Huygens(fig. 7).

Fig. 7. Christian Huygens

En 1656, il conçoit une horloge à pendule dont les oscillations sont supportées par un poids et dont l'erreur est de 10 s par jour. Mais, malgré l'amélioration constante des horloges et l'augmentation de la précision de la mesure du temps, la seconde (définie comme 1/86400 d'un jour) ne pouvait pas être utilisée comme étalon de temps permanent. Ceci s'explique par une légère décélération de la vitesse de rotation de la Terre autour de son axe et, par conséquent, une augmentation de la période orbitale, c'est-à-dire la durée du jour.
L'obtention d'un étalon de temps stable s'est avéré possible grâce à l'étude des spectres d'émission de divers atomes et molécules, qui a permis de mesurer le temps avec une précision unique. La période des oscillations électromagnétiques émises par les atomes est mesurée avec une erreur relative de l'ordre de 10 à 10 s (Fig. 8).

Fig. 8. Plage de mesure du temps des objets dans l'Univers

En 1967, une nouvelle norme de la seconde a été introduite. Deuxièmement - cette unité de temps, égale à 9 192 631 770 périodes de rayonnement de l'isotope de l'atome de césium - 133.

L'émission de césium - 133 est facilement reproductible et mesurée dans des conditions de laboratoire. L'erreur d'une telle "horloge atomique" pour un an est de 3 * 10-7 s.
Pour mesurer une période de temps plus longue, une périodicité d'un type différent est utilisée. De nombreuses études sur les isotopes radioactifs (en décomposition avec le temps) ont montré que le temps pendant lequel leur nombre diminue de 2 fois (demi-vie), est constant. Cela signifie que la demi-vie vous permet de choisir une échelle de temps.
Le choix d'un isotope pour mesurer le temps dépend de l'intervalle de temps approximatif mesuré. La demi-vie doit être proportionnelle à l'intervalle de temps attendu (tableau 1).

Tableau 1

La demi-vie de certains isotopes

En recherche archéologique, le plus souvent mesuré est l'isotope du carbone 14C, qui a une demi-vie de 5730 ans. L'âge d'un manuscrit ancien est estimé à 5730 ans si la teneur en 14C est 2 fois moindre que l'original (ce qui est connu). Avec une diminution de la teneur en 14C de 4 fois par rapport à la teneur initiale, l'âge de l'objet est un multiple de deux demi-vies, c'est-à-dire égal à 11 460 ans. Pour mesurer un intervalle de temps encore plus long, d'autres isotopes radioactifs sont utilisés qui ont période plus longue demi-vie. L'isotope d'uranium 238U (demi-vie de 4,5 milliards d'années) à la suite de la désintégration se transforme en plomb. La comparaison des teneurs en uranium et plomb dans les roches et les eaux des océans a permis d'établir l'âge approximatif de la Terre, qui est d'environ 5,5 milliards d'années.

3. POIDS

Si la longueur et le temps sont les caractéristiques fondamentales du temps et de l'espace, alors la masse est la caractéristique fondamentale de la matière. Tous les corps ont une masse : solide, liquide, gazeux ; de taille différente (de 10-30 à 1050 kg), indiquée sur la Fig. 9.

9. Gamme de mesure de la masse des objets dans l'Univers

La masse caractérise les propriétés égales de la matière.

Une personne se souvient de la masse des corps dans diverses situations: lors de l'achat de nourriture, lors de jeux sportifs, dans la construction ... - dans tous les types d'activités, il y a une raison de se renseigner sur la masse d'un corps particulier. La messe n'est pas moins mystérieuse que le temps. L'étalon pour la masse de 1 kg, depuis 1884, est le cylindre en platine-iridium, qui est stocké à la Chambre internationale des poids et mesures près de Paris. Les chambres nationales des poids et mesures ont des copies d'une telle norme.
Un kilogramme est une unité de masse égale à la masse du kilogramme standard international.
Kilogramme (de mots français le kilo est un millier et le gramme est une petite mesure). Kilogramme environ égal à la masse 1 l eau pureà 15 0 C.
Travailler avec un étalon de masse réel nécessite un soin particulier, car le toucher de la pince et même l'impact air atmosphérique peut entraîner une modification de la masse de l'étalon. La détermination de la masse d'objets de volume proportionnel au volume de l'étalon de masse peut être effectuée avec une erreur relative de l'ordre de 10-9 kg.

4. INSTRUMENTS PHYSIQUES

Les appareils physiques sont utilisés pour effectuer divers types de recherches et d'expériences. Avec le développement de la physique, ils se sont améliorés et sont devenus plus complexes (voir. Application ).
Certains appareils physiques sont très simples, par exemple, une règle (Fig. 10), un fil à plomb (un poids suspendu à un fil), qui permet de vérifier la verticalité des structures, un niveau, un thermomètre, un chronomètre, un source actuelle; Moteur électrique, relais, etc.

10. Règle

Dans les expériences scientifiques, des dispositifs et des installations complexes sont souvent utilisés, qui se sont améliorés et sont devenus plus compliqués avec le développement de la science et de la technologie. Ainsi, pour étudier les propriétés particules élémentaires entrant dans la composition de toute substance, utiliser accélérateurs - des installations immenses et complexes, équipées de nombreux appareils de mesure et d'enregistrement différents. Dans les accélérateurs, les particules sont accélérées à des vitesses énormes, proches de la vitesse de la lumière, et deviennent des "projectiles" qui bombardent la matière placée dans des chambres spéciales. Les phénomènes qui se produisent dans ce cas permettent de tirer des conclusions sur la structure des noyaux atomiques et des particules élémentaires. Grand accélérateur créé en 1957 v la ville de Doubna près de Moscou a un diamètre de 72 m et l'accélérateur de la ville de Serpoukhov a un diamètre de 6 km (Fig. 11).

11. Accélérateur

Lors de l'exécution d'observations astronomiques, divers instruments sont utilisés. Le principal instrument astronomique est le télescope. Il vous permet d'obtenir une image du soleil, de la lune, des planètes.

5. SYSTÈME MÉTRIQUE INTERNATIONAL D'UNITÉS "SI"

Ils mesurent tout : les médecins déterminent la température corporelle, le volume pulmonaire, la taille, le pouls des patients ; les vendeurs pèsent des produits, mesurent des mètres de tissus ; les tailleurs mesurent les fashionistas ; les musiciens maintiennent strictement le rythme et le tempo, en comptant les battements; les pharmaciens pèsent les poudres et mesurent la quantité requise de médicament dans les flacons ; les professeurs d'éducation physique ne se séparent pas d'un mètre ruban et d'un chronomètre, déterminant les réalisations sportives exceptionnelles des écoliers... Tous les habitants de la planète mesurent, estiment, évaluent, vérifient, comptent, distinguent, mesurent, mesurent et comptent, comptent, comptent ...
Chacun de nous sait sans aucun doute qu'avant de mesurer, vous devez définir "une unité avec laquelle vous comparerez la distance ou l'intervalle de temps mesuré, ou la masse".
Une autre chose est également claire : le monde entier doit s'entendre sur les unités, sinon une confusion inimaginable surviendra. Dans les jeux, et même alors, des malentendus sont possibles : un pas est beaucoup plus court, l'autre - plus long (Exemple : "Nous tirerons un penalty à partir de sept pas"). Les scientifiques du monde entier préfèrent travailler avec un système cohérent et cohérent d'unités de mesure. Lors de la Conférence générale des poids et mesures en 1960, un accord a été conclu sur le système international d'unités - Systems International d "Unite" s (abrégé en "unités SI"). Ce système comprend sept unités de base mesures et toutes les autres unités de mesure dérivés sont dérivées des unités de base en multipliant ou en divisant une unité par une autre sans conversions numériques (tableau 2).

Tableau 2

Unités de mesure de base "C"

Le système international d'unités est métrique ... Cela signifie que les multiples et les subdivisions sont toujours formés à partir de ceux de base de la même manière : en multipliant ou en divisant par 10. C'est pratique, surtout lors de l'écriture de très grands et de très petits nombres. Par exemple, la distance de la Terre au Soleil, approximativement égale à 150 000 000 km, peut s'écrire comme suit : 1,5 * 100 000 000 km. Remplaçons maintenant le nombre 100 000 000 par 108. Ainsi, la distance au Soleil s'écrit :

1,5 * 10 8 km = l, 5 * 10 8 * 10 3 M = l, 5 * 10 8 + 3 m = l, 5 * 10 11 m.

Un autre exemple.
Le diamètre d'une molécule d'hydrogène est de 0,00000002 cm.
Le nombre 0,00000002 = 2 / 100 000 000 = 2/10 8. Pour la multiplicité, le nombre 1/10 8 s'écrit sous la forme 10 –8. Ainsi, le diamètre d'une molécule d'hydrogène est de 2 * 10 –8 cm.
Mais selon la plage de mesure, il est pratique d'utiliser des unités plus ou moins grandes. Ces multiples et fractionnaire les unités diffèrent des unités de base par des ordres de grandeur. Le nom de la quantité de base est la racine du mot, et le préfixe caractérise la différence correspondante dans l'ordre.

Par exemple, le préfixe "kilo-" signifie l'introduction d'une unité mille fois (3 ordres de grandeur) plus grande que la principale : 1 km = 103 m.

Le tableau 3 montre les préfixes pour la formation des multiples et sous-multiples.

Tableau 3

Préfixes pour la formation des multiples et sous-multiples décimaux

Les multiples et sous-multiples ainsi introduits caractérisent souvent les objets physiques par ordre de grandeur.
De nombreux grandeurs physiques sont constants - constantes (du mot latin constant- constant, inchangé) (tableau 4). Par exemple, la température de fusion de la glace et le point d'ébullition de l'eau, la vitesse de propagation de la lumière et les densités de diverses substances sont constantes dans ces conditions. Les constantes sont soigneusement mesurées dans des laboratoires scientifiques et entrées dans des tables d'ouvrages de référence et d'encyclopédies. Les scientifiques et les ingénieurs utilisent des tables de référence.

Tableau 4

Constantes fondamentales

6. UNITÉS RUSSES NON MÉTRIQUES

Ils sont présentés dans le tableau 5.

Tableau 5

Unités russes non métriques

* Les noms des unités russes de force et de poids coïncidaient avec les noms des unités russes de masse.

7. MESURE DES QUANTITÉS PHYSIQUES

Pratiquement, toute expérience, toute observation en physique s'accompagne de la mesure de grandeurs physiques. Les grandeurs physiques sont mesurées à l'aide d'instruments spéciaux. Beaucoup de ces appareils vous sont déjà familiers. Par exemple, une règle (Fig. 7). Vous pouvez mesurer les dimensions linéaires des corps : longueur, hauteur et largeur ; horloge ou chronomètre - heure; à l'aide de la balance à poutre, le poids corporel est déterminé en le comparant à la masse du poids, prise comme unité de masse. Le bécher permet de mesurer les volumes de liquides ou de solides en vrac (substances).

Habituellement, l'instrument a une échelle avec des barres. Les distances entre les deux traits, autour desquelles sont écrites les valeurs de la quantité physique, peuvent en outre être divisées en plusieurs divisions qui ne sont pas indiquées par des nombres. Divisions (intervalles entre les traits) et nombres - c'est l'échelle de l'appareil. À l'échelle de l'appareil, en règle générale, il existe une unité de valeur (nom), dans laquelle la quantité physique mesurée est exprimée. Dans le cas où les chiffres ne sont pas opposés à chaque trait, la question se pose : comment connaître la valeur numérique de la valeur mesurée, si elle ne peut pas être lue sur une échelle ? Pour cela, vous devez savoir division d'échelle d'instruments – la valeur de la plus petite division de l'échelle de l'appareil de mesure.

Lors de la sélection d'instruments pour effectuer des mesures, il est important de tenir compte des limites de mesure. Le plus souvent, il existe des appareils avec un seul - la limite de mesure supérieure. Parfois, il existe des dispositifs à deux limites. Pour de tels appareils, la division zéro est à l'intérieur de l'échelle.

Imaginons que nous roulions dans une voiture et que l'aiguille de son compteur de vitesse s'arrête contre la division "70". Pouvez-vous être sûr que la vitesse du véhicule est exactement de 70 km/h ? Non, car le compteur de vitesse a une erreur. Vous pouvez, bien sûr, dire que la vitesse de la voiture est d'environ 70 km/h, mais cela ne suffit pas. Par exemple, distances de freinage le véhicule est dépendant de la vitesse, et son "approximation" peut conduire à un accident. Par conséquent, le fabricant détermine le plus grand erreur de compteur de vitesse et l'indique dans le passeport de cet appareil. La valeur d'erreur du compteur de vitesse vous permet de déterminer dans quelles limites se situe la vraie valeur de la vitesse du véhicule.

Laissez l'erreur de compteur de vitesse indiquée dans le passeport être de 5 km / h. Retrouvons dans notre exemple la différence et la somme de la lecture du compteur de vitesse et de son erreur :

70 km/h - 5 km/h = 65 km/h.
70 km/h + 5 km/h = 75 km/h.

Sans connaître la vraie valeur de la vitesse, on peut être sûr que la vitesse du véhicule n'est pas inférieure à 65 km/h et pas supérieure à 75 km/h. Ce résultat peut être écrit à l'aide des caractères " < "(inférieur ou égal) et" > "(Plus ou égal) : 65 km/h < Vitesse du véhicule < 75km/h

Le fait que lorsque le compteur de vitesse indique 70 km/h, la vitesse réelle peut être égale à 75 km/h, doit être pris en compte. Par exemple, des recherches ont montré que si une voiture se déplace sur l'asphalte mouillé à une vitesse de 70 km / h, sa distance de freinage ne dépasse pas 46 m et à une vitesse de 75 km / h, la distance de freinage passe à 53 m.
L'exemple donné nous permet de tirer la conclusion suivante : tous les appareils ont une erreur, à la suite de la mesure, il est impossible d'obtenir la vraie valeur de la valeur mesurée. Vous pouvez seulement indiquer l'intervalle sous forme d'inégalité auquel appartient la valeur inconnue de la grandeur physique.
Pour passer les bornes de cette inégalité, il faut connaître l'erreur du dispositif.

N.-É.- NS < N.-É.< X + NS.

Erreur de mesure N.-É. n'est jamais inférieur à l'erreur de l'appareil pr.
Souvent, l'indicateur de l'appareil ne coïncide pas avec la ligne de l'échelle. Il est alors très difficile de déterminer la distance entre le trait et le pointeur. Voici une autre raison de l'erreur appelée erreur de comptage ... Cette erreur de lecture, par exemple, pour un compteur de vitesse, ne dépasse pas la moitié de la division de l'échelle.

Quantité physique est une propriété qualitativement commune à de nombreux objets (systèmes, leurs états et processus s'y produisant), mais quantitativement elle est individuelle pour chaque objet.

L'individualité en termes quantitatifs doit être comprise dans le sens où une propriété peut être pour un objet un certain nombre de fois plus ou moins que pour un autre.

En règle générale, le terme "quantité" est utilisé en relation avec des propriétés ou leurs caractéristiques qui peuvent être quantifiées, c'est-à-dire mesurées. Il y a des propriétés et des caractéristiques qui n'ont pas encore appris à quantifier, mais ils essaient de trouver un moyen de les quantifier, par exemple, l'odeur, le goût, etc. Jusqu'à ce que nous apprenions à les mesurer, nous devrions les appeler non pas quantités, mais Propriétés.

La norme ne contient que le terme « quantité physique », et le mot « quantité » est donné comme une forme abrégée du terme principal, qui peut être utilisé dans des cas excluant la possibilité d'une interprétation différente. En d'autres termes, vous pouvez appeler brièvement une quantité physique une quantité, s'il est évident même sans adjectif que nous parlons d'une quantité physique. Dans la suite de ce livre, la forme abrégée du terme « quantité » n'est utilisée que dans le sens indiqué.

En métrologie, le mot « quantité » prend un sens terminologique en imposant une limitation sous la forme de l'adjectif « physique ». Le mot « quantité » est souvent utilisé pour exprimer la taille d'une quantité physique spécifique donnée. Ils disent : l'amplitude de la pression, l'amplitude de la vitesse, l'amplitude de la tension. C'est faux, car la pression, la vitesse, la tension dans la bonne compréhension de ces mots sont des quantités, et il est impossible de parler de la grandeur d'une quantité. Dans les cas ci-dessus, l'utilisation du mot « ampleur » est superflue. En effet, pourquoi parler d'une grande ou petite "valeur" de pression, quand on peut dire : haute ou basse pression, etc.

Une grandeur physique affiche les propriétés des objets, qui peuvent être exprimées quantitativement en unités acceptées. Chaque mesure met en œuvre l'opération de comparaison de propriétés homogènes de grandeurs physiques sur la base du « plus ou moins ». À la suite de la comparaison, un nombre réel positif est attribué à chaque taille de la valeur mesurée :

x = q [x], (1.1)

où q - une valeur numérique d'une quantité ou un résultat de comparaison ; [NS] - unité de grandeur.

Unité physique- une grandeur physique, qui, par définition, se voit attribuer une valeur égale à un. On peut également dire qu'une unité d'une quantité physique est une telle valeur qui est prise comme base pour comparer des quantités physiques de même nature avec elle lors de leur quantification.

L'équation (1.1) est l'équation de mesure de base. La valeur numérique de q se trouve comme suit

par conséquent, cela dépend de l'unité de mesure adoptée.

1. Systèmes d'unités de grandeurs physiques

Lors de toute mesure, la valeur mesurée est comparée à une autre valeur homogène avec elle, prise comme unité. Pour construire un système d'unités, plusieurs grandeurs physiques sont choisies arbitrairement. Ils sont appelés basiques. Les quantités déterminées par les valeurs de base sont appelées dérivées. L'ensemble des grandeurs de base et dérivées est appelé un système de grandeurs physiques.

V vue générale relation entre une grandeur dérivée Z et basique peut être représenté par l'équation suivante :

Z = L  M  T  je    J  ,

où L, M, T,je, ,J- grandeurs de base ; , , , , ,  - indicateurs de dimension. Cette formule est appelée formule de dimension. Le système de grandeurs peut comprendre à la fois des grandeurs dimensionnelles et sans dimension. Dimensionnelle est une grandeur dans la dimension de laquelle au moins une des grandeurs de base est élevée à une puissance qui n'est pas égale à zéro. Sans dimension est une grandeur dans la dimension dont les grandeurs de base sont incluses dans le degré égal à zéro. Une quantité sans dimension d'un système de quantités peut être une quantité dimensionnelle dans un autre système. Le système de grandeurs physiques est utilisé pour construire un système d'unités de grandeurs physiques.

L'unité d'une grandeur physique est la valeur de cette grandeur, prise comme base pour comparer les valeurs de grandeurs de même nature avec elle lors de leur quantification. Par définition, on lui attribue une valeur numérique égale à 1.

Les unités de grandeurs de base et dérivées sont appelées respectivement unités de base et dérivées, leur totalité est appelée système d'unités. Le choix des unités au sein du système est quelque peu arbitraire. Cependant, comme unités de base, on choisit celles qui, d'une part, peuvent être reproduites avec la plus grande précision, et d'autre part, sont pratiques dans la pratique des mesures ou de leur reproduction. Les unités des valeurs incluses dans le système sont appelées unités système. En plus des unités système, des unités non système sont également utilisées. Les unités non systémiques sont des unités qui ne font pas partie du système. Ils conviennent à des domaines scientifiques et technologiques ou à des régions spécifiques et sont donc largement utilisés. Les unités non systémiques comprennent : Puissance, unité d'énergie - kilowatt-heure, unités de temps - heure, jour, unité de température - degré Celsius et bien d'autres. Ils sont apparus dans le processus de développement de la technologie de mesure pour répondre à des besoins pratiques ou ont été introduits pour la commodité de leur utilisation dans les mesures. Aux mêmes fins, des multiples et des sous-multiples sont utilisés.

Une unité multiple est une unité qui est un nombre entier de fois supérieur à l'unité système ou non système : kilohertz, mégawatt. Une unité fractionnaire est une unité qui est un nombre entier de fois inférieur à l'unité système ou non système : milliampère, microvolt. Au sens strict, de nombreuses unités non systémiques peuvent être considérées comme des multiples ou des sous-multiples.

En science et en technologie, les grandeurs relatives et logarithmiques et leurs unités sont également très répandues, qui caractérisent l'amplification et l'atténuation des signaux électriques, les coefficients de modulation, les harmoniques, etc. Les valeurs relatives peuvent être exprimées en unités relatives sans dimension, en pourcentage, en ppm. La quantité logarithmique est le logarithme (généralement décimal en électronique) du rapport sans dimension de deux quantités du même nom. L'unité de la valeur logarithmique est bel (B), déterminée par le rapport :

N = lg P 1/ / P 2 = 2 lg F 1 / F 2 , (1.2)

où P 1 ,P 2 - les grandeurs énergétiques du même nom (valeurs de puissance, d'énergie, de puissance volumique de flux, etc.) ; F 1 , F 2 - grandeurs de puissance du même nom (tension, courant, intensité Champ électromagnétique etc.).

En règle générale, une unité fractionnaire de bel est utilisée, appelée décibel, égale à 0,1 B. Dans ce cas, un facteur supplémentaire 10 est ajouté dans la formule (1.2) après les signes égaux.Par exemple, le rapport de tension U 1 / U 2 = 10 correspond à une unité logarithmique de 20 dB ...

Il y a une tendance à utiliser le naturel systèmes d'unités basé sur des constantes physiques universelles (constantes) qui pourraient être prises comme unités de base : la vitesse de la lumière, la constante de Boltzmann, la constante de Planck, la charge électronique, etc. ... L'avantage d'un tel système est la constance de la base du système et la grande stabilité des constantes. Dans certaines normes, de telles constantes sont déjà utilisées : la norme pour l'unité de fréquence et de longueur, la norme pour l'unité de tension constante. Mais les tailles des unités de quantités basées sur des constantes, au niveau actuel de développement de la technologie, ne conviennent pas aux mesures pratiques et ne fournissent pas la précision nécessaire pour obtenir toutes les unités dérivées. Cependant, des avantages du système naturel d'unités comme l'indestructibilité, l'invariabilité dans le temps et l'indépendance par rapport à l'emplacement stimulent le travail pour étudier la possibilité de leur application pratique.

Pour la première fois, un ensemble d'unités de base et dérivées qui forment un système a été proposé en 1832 par C.F. Gauss. Comme unités de base de ce système, trois unités arbitraires sont prises - longueur, masse et temps, respectivement égales au millimètre, milligramme et seconde. Plus tard, d'autres systèmes d'unités de grandeurs physiques ont été proposés, basés sur le système métrique des mesures et différant par les unités de base. Mais tous, satisfaisant certains spécialistes, ont suscité des objections chez d'autres. Cela a nécessité la création nouveau système unités. Dans une certaine mesure, il a été possible de résoudre les contradictions existantes après l'adoption en 1960 par la XIe Conférence générale des poids et mesures du Système international d'unités, abrégé en SI (SI). En Russie, il a d'abord été accepté comme préférable (1961), puis, après l'introduction de GOST 8.417-81 « GSI. Unités de quantités physiques "- et comme obligatoires dans tous les domaines de la science, de la technologie, de l'économie nationale, ainsi que dans tous les établissements d'enseignement.

Les sept unités suivantes sont sélectionnées comme les principales dans le Système international d'unités (SI): mètre, kilogramme, seconde, ampère, Kelvin, candela, mol.

Le système international d'unités comprend deux unités supplémentaires - pour mesurer les angles plans et solides. Ces unités ne peuvent pas être incluses dans la catégorie des unités de base, car elles sont déterminées par le rapport de deux quantités. En même temps, ce ne sont pas des unités dérivées, car elles ne dépendent pas du choix des unités de base.

Radian (rad) - l'angle entre deux rayons d'un cercle, dont l'arc est de longueur égale au rayon.

Stéradian (cf.) - angle solide dont le sommet est situé au centre de la sphère et qui est sculpté à la surface. la sphère est une aire égale à l'aire d'un carré dont la longueur de côté est égale au rayon de la sphère.

Conformément à la loi sur l'assurance de l'uniformité des mesures dans la Fédération de Russie en ordre établi Les unités de quantités du Système international d'unités adoptées par la Conférence générale des poids et mesures, recommandées par l'Organisation internationale de métrologie légale, sont autorisées.

Les noms, désignations et règles d'écriture des unités de quantités, ainsi que les règles de leur application sur le territoire de la Fédération de Russie, sont établis par le gouvernement de la Fédération de Russie, à l'exception des cas prévus par les actes législatifs du La fédération Russe.

Le gouvernement de la Fédération de Russie peut autoriser l'utilisation d'unités de valeurs non systémiques sur un pied d'égalité avec les unités du Système international d'unités.

L'étude phénomènes physiques et leurs régularités, ainsi que l'utilisation de ces régularités dans l'activité pratique d'une personne est associée à la mesure des grandeurs physiques.

Une quantité physique est une propriété qualitativement commune à de nombreux objets physiques (systèmes physiques, leurs états et processus s'y produisant), mais quantitativement elle est individuelle pour chaque objet.

Une grandeur physique est, par exemple, la masse. Différents objets physiques ont une masse : tous les corps, toutes les particules de matière, les particules d'un champ électromagnétique, etc. Qualitativement, toutes les réalisations concrètes de la masse, c'est-à-dire les masses de tous les objets physiques, sont les mêmes. Mais la masse d'un objet peut être un certain nombre de fois supérieure ou inférieure à la masse d'un autre. Et dans ce sens quantitatif, la masse est une propriété qui est individuelle pour chaque objet. Les grandeurs physiques sont aussi la longueur, la température, la tension champ électrique, période d'oscillation, etc.

Des réalisations spécifiques de la même quantité physique sont appelées quantités homogènes. Par exemple, la distance entre les pupilles de vos yeux et la hauteur de la Tour Eiffel sont des réalisations concrètes de la même grandeur physique - longueur, et sont donc des grandeurs homogènes. La masse de ce livre et la masse du satellite terrestre "Cosmos-897" sont également des grandeurs physiques homogènes.

Les quantités physiques homogènes diffèrent les unes des autres par leur taille. La taille d'une grandeur physique est

contenu quantitatif dans un objet donné d'une propriété correspondant à la notion de « grandeur physique ».

Les tailles de quantités physiques homogènes de divers objets peuvent être comparées entre elles si les valeurs de ces quantités sont déterminées.

La valeur d'une grandeur physique est une estimation d'une grandeur physique sous la forme d'un certain nombre d'unités retenues pour elle (voir p. 14). Par exemple, la valeur de la longueur d'un certain corps, 5 kg est la valeur de la masse d'un certain corps, etc. Un nombre abstrait inclus dans la valeur d'une quantité physique (dans nos exemples 10 et 5) est appelé un valeur numérique. Dans le cas général, la valeur de X d'une certaine quantité peut être exprimée sous la forme de la formule

où est la valeur numérique de la quantité, son unité.

Il est nécessaire de faire la distinction entre les valeurs vraies et réelles de la grandeur physique.

La vraie valeur d'une grandeur physique est la valeur d'une grandeur qui moyen idéal refléterait qualitativement et quantitativement la propriété correspondante de l'objet.

La valeur réelle d'une quantité physique est la valeur d'une quantité trouvée expérimentalement et est si proche de la vraie valeur qu'elle peut être utilisée à sa place dans un but donné.

Trouver la valeur d'une quantité physique de manière empirique à l'aide de moyens techniques spéciaux s'appelle la mesure.

Les vraies valeurs des grandeurs physiques sont généralement inconnues. Par exemple, personne ne connaît les vraies valeurs de la vitesse de la lumière, la distance de la Terre à la Lune, la masse d'un électron, d'un proton et d'autres particules élémentaires. Nous ne connaissons pas la vraie valeur de notre taille et du poids de notre corps, nous ne connaissons pas et ne pouvons pas connaître la vraie valeur de la température de l'air dans notre pièce, la longueur de la table sur laquelle nous travaillons, etc.

Cependant, en utilisant des moyens techniques spéciaux, il est possible de déterminer la valeur réelle

l'importance de toutes ces quantités et de bien d'autres. Dans ce cas, le degré d'approximation de ces valeurs réelles aux vraies valeurs des grandeurs physiques dépend de la perfection des moyens techniques de mesure utilisés dans ce cas.

Les instruments de mesure comprennent les mesures, les instruments de mesure, etc. Une mesure s'entend comme un instrument de mesure conçu pour reproduire une grandeur physique d'une taille donnée. Par exemple, un poids est une mesure de masse, une règle avec des divisions millimétriques est une mesure de longueur, un flacon gradué est une mesure de volume (capacité), un élément normal est une mesure de force électromotrice, un générateur à quartz est une mesure de la fréquence des oscillations électriques, etc.

Un appareil de mesure est un instrument de mesure conçu pour générer un signal d'informations de mesure sous une forme qui peut être directement perçue par l'observation. À instruments de mesure inclure un dynamomètre, un ampèremètre, un manomètre, etc.

Distinguer les mesures directes et indirectes.

La mesure directe est appelée une mesure dans laquelle la valeur souhaitée de la quantité est trouvée directement à partir des données expérimentales. Les mesures directes comprennent, par exemple, la mesure de la masse sur une balance à bras égaux, de la température - avec un thermomètre, de la longueur - avec une règle d'échelle.

La mesure indirecte est une mesure dans laquelle la valeur désirée d'une grandeur est trouvée sur la base d'une relation connue entre elle et les grandeurs soumises à des mesures directes. Les mesures indirectes consistent, par exemple, à trouver la densité d'un corps par sa masse et ses dimensions géométriques, à trouver la résistance électrique spécifique d'un conducteur par sa résistance, sa longueur et sa section.

Les mesures de grandeurs physiques sont basées sur divers phénomènes physiques. Par exemple, la dilatation thermique des corps ou l'effet thermoélectrique est utilisé pour mesurer la température, le phénomène de gravitation est utilisé pour mesurer la masse des corps par pesée, etc. L'ensemble des phénomènes physiques sur lesquels reposent les mesures est appelé principe de mesure. Les principes de mesure ne sont pas abordés dans ce didacticiel. La métrologie étudie les principes et les méthodes de mesure, les types d'instruments de mesure, les erreurs de mesure et d'autres problèmes liés aux mesures.

INTRODUCTION

Une grandeur physique est une caractéristique d'une des propriétés d'un objet physique (système physique, phénomène ou processus), qualitativement commune à de nombreux objets physiques, mais quantitativement individuelle pour chaque objet.

L'individualité est comprise dans le sens où la valeur d'une quantité ou la taille d'une quantité peut être pour un objet dans un certain nombre de fois plus ou moins que pour un autre.

La valeur d'une grandeur physique est une estimation de sa taille sous la forme d'un certain nombre d'unités ou de nombres adoptés pour elle selon l'échelle adoptée pour elle. Par exemple, 120 mm est une valeur linéaire ; 75 kg est la valeur du poids corporel.

Distinguer les valeurs vraies et réelles d'une grandeur physique. Une vraie valeur est une valeur qui reflète parfaitement une propriété d'un objet. Valeur réelle - la valeur d'une quantité physique trouvée expérimentalement, assez proche de la vraie valeur, qui peut être utilisée à la place.

La mesure d'une grandeur physique est un ensemble d'opérations pour l'utilisation d'un moyen technique stockant une unité, ou reproduisant une échelle d'une grandeur physique, qui consiste à comparer (sous une forme explicite ou implicite) une grandeur mesurée avec son unité ou son échelle afin d'obtenir la valeur de cette quantité sous la forme la plus commode à utiliser.

Il existe trois types de grandeurs physiques dont la mesure s'effectue selon des règles fondamentalement différentes.

Le premier type de grandeurs physiques comprend des grandeurs, sur l'ensemble des dimensions dont seules les relations d'ordre et d'équivalence sont déterminées. Ce sont des relations du type "plus doux", "plus dur", "plus chaud", "plus froid", etc.

Les valeurs de ce type incluent, par exemple, la dureté, définie comme la capacité d'un corps à résister à la pénétration d'un autre corps dans celui-ci ; température, comme le degré de chaleur corporelle, etc.

L'existence de telles relations est établie théoriquement ou expérimentalement à l'aide de moyens spéciaux de comparaison, ainsi que sur la base d'observations des résultats de l'effet d'une quantité physique sur des objets quelconques.

Pour le deuxième type de grandeurs physiques, la relation d'ordre et d'équivalence a lieu à la fois entre les tailles et entre les différences de paires de leurs tailles.

Un exemple typique est l'échelle des intervalles de temps. Ainsi, les différences d'intervalles de temps sont considérées comme égales si les distances entre les marques correspondantes sont égales.

Le troisième type est constitué de grandeurs physiques additives.

Les grandeurs physiques additives sont des grandeurs sur l'ensemble des grandeurs dont non seulement des relations d'ordre et d'équivalence sont définies, mais des opérations d'addition et de soustraction

De telles quantités comprennent, par exemple, la longueur, la masse, l'intensité du courant, etc. Ils peuvent être mesurés par parties, ainsi que reproduits à l'aide d'une mesure à plusieurs valeurs basée sur la sommation de mesures individuelles.

La somme des masses de deux corps est la masse d'un tel corps, qui est équilibrée sur les poids égaux des deux premiers.

Les tailles de deux PV homogènes ou de deux tailles du même PV peuvent être comparées, c'est-à-dire trouver combien de fois l'une est plus grande (ou plus petite) que l'autre. Pour comparer entre elles les m grandeurs Q ", Q", ..., Q (m), il faut considérer C m 2 de leurs rapports. Il est plus facile de comparer chacun d'eux avec une taille [Q] d'un PV homogène, si nous le prenons comme unité de taille PV, (abrégé en unité de PV). À la suite d'une telle comparaison, nous obtenons des expressions des tailles Q ", Q", ..., Q (m) sous la forme de quelques nombres n ", n", ... , n (m) unités de PV : Q "= n" [Q] ; Q "= n" [Q] ; ... ; Q (m) = n (m) [Q]. Si la comparaison est effectuée expérimentalement, alors seulement m expériences seront nécessaires (au lieu de C m 2), et la comparaison des tailles Q ", Q", ..., Q (m) entre elles ne peut être effectuée qu'en calculs du type

où n (i) / n (j) sont des nombres abstraits.

Égalité de type

est appelée l'équation de mesure de base, où n [Q] est la valeur de la taille PV (abrégée en valeur PV). La valeur PV est un nombre nommé composé de la valeur numérique de la taille PV (abrégée en valeur numérique du PV) et du nom de l'unité PV. Par exemple, pour n = 3,8 et [Q] = 1 gramme la taille de la masse est Q = n [Q] = 3,8 grammes, pour n = 0,7 et [Q] = 1 ampère la taille du courant Q = n [ Q ] = 0,7 ampère. Habituellement, au lieu de "la taille de la masse est de 3,8 grammes", "la taille du courant est de 0,7 ampère", etc., ils disent et écrivent de manière plus concise : "la masse est de 3,8 grammes", "le courant est de 0,7 ampère " etc.

Les tailles de PV sont le plus souvent reconnues à la suite de leur mesure. La mesure de la taille du PV (en abrégé - mesure du PV) consiste dans le fait qu'expérimentalement à l'aide de moyens techniques particuliers, on retrouve la valeur du PV et la proximité de cette valeur avec la valeur qui reflète idéalement la taille de ce PV est estimé. La valeur PV ainsi trouvée sera dite nominale.

La même dimension Q peut être exprimée significations différentes avec des valeurs numériques différentes selon le choix de l'unité PV (Q = 2 heures = 120 minutes = 7200 secondes = = 1/12 jours). Si nous prenons deux unités différentes et, alors nous pouvons écrire Q = n 1 et Q = n 2, d'où

n 1 / n 2 = /,

c'est-à-dire que les valeurs numériques du PV sont inversement proportionnelles à ses unités.

Du fait que la taille du PV ne dépend pas de l'unité sélectionnée de celui-ci, la condition de non-ambiguïté des mesures découle, à savoir que le rapport de deux valeurs d'un certain PV ne doit pas dépendre des unités utilisées. dans la mesure. Par exemple, le rapport des vitesses d'une voiture et d'un train ne dépend pas du fait que ces vitesses sont exprimées en kilomètres par heure ou en mètres par seconde. Cette condition, qui à première vue semble immuable, n'a malheureusement pas encore été remplie lors de la mesure de certains PV (dureté, photosensibilité, etc.).

1. PARTIE THÉORIQUE

1.1 Le concept de grandeur physique

Les objets de poids du monde environnant sont caractérisés par leurs propriétés. Une propriété est une catégorie philosophique qui exprime une telle facette d'un objet (phénomène, processus) qui détermine sa différence ou ses points communs avec d'autres objets (phénomènes, processus) et se retrouve dans sa relation avec eux. La propriété est une catégorie de qualité. Décrire quantitativement les différentes propriétés des processus et corps physiques la notion de quantité est introduite. Une quantité est une propriété de quelque chose qui peut être distinguée des autres propriétés et évaluée d'une manière ou d'une autre, y compris quantitativement. Une quantité n'existe pas par elle-même, elle n'a lieu que dans la mesure où il existe un objet avec des propriétés exprimées par une quantité donnée.

L'analyse des quantités nous permet de les diviser (Fig. 1) en deux types : les quantités d'un type matériel (réel) et les quantités de modèles idéaux de la réalité (idéal), qui relèvent principalement des mathématiques et sont une généralisation (modèle) de concepts réels spécifiques.

Les valeurs réelles, à leur tour, sont divisées en physiques et non physiques. Une grandeur physique dans le cas le plus général peut être définie comme une grandeur inhérente aux objets matériels (processus, phénomènes) étudiés en sciences naturelles (physique, chimie) et techniques. Les quantités non physiques devraient inclure les quantités inhérentes aux sciences sociales (non physiques) - philosophie, sociologie, économie, etc.

Riz. 1. Classification des quantités.

Le document RMG 29-99 traite une grandeur physique comme l'une des propriétés d'un objet physique, qualitativement commune à de nombreux objets physiques, mais quantitativement individuelle pour chacun d'eux. L'individualité en termes quantitatifs s'entend au sens où une propriété peut être pour un objet un certain nombre de fois plus ou moins que pour un autre.

Il est opportun de diviser les grandeurs physiques en grandeurs mesurables et évaluées. La PV mesurée peut être exprimée quantitativement sous la forme d'un certain nombre d'unités de mesure fixes. La possibilité d'introduire et d'utiliser de telles unités est importante poinçonner PV mesuré. Les grandeurs physiques pour lesquelles, pour une raison ou une autre, une unité de mesure ne peut être saisie, ne peuvent être qu'estimées. L'évaluation s'entend comme l'opération d'attribution d'une valeur donnée à un certain nombre, effectuée selon les règles établies. L'estimation de la valeur est effectuée à l'aide d'échelles. Une échelle d'une quantité est un ensemble ordonné de valeurs d'une quantité qui sert de base initiale pour mesurer une quantité donnée.

Les grandeurs non physiques pour lesquelles une unité de mesure ne peut en principe pas être saisie ne peuvent être qu'estimées. Il est à noter que l'estimation de grandeurs non physiques ne fait pas partie des tâches de la métrologie théorique.

Pour une étude plus détaillée des PV, il est nécessaire de classer, d'identifier les caractéristiques métrologiques générales de leurs groupes individuels. Les classifications possibles de PV sont illustrées à la Fig. 2.

Par types de phénomènes, les PV sont divisés en :

Réel, c'est-à-dire quantités décrivant les propriétés physiques et physico-chimiques des substances, des matériaux et des produits qui en sont issus. Ce groupe comprend la masse, la densité, résistance électrique, capacité, inductance, etc. Parfois, ces PV sont appelés passifs. Pour les mesurer, il est nécessaire d'utiliser une source d'énergie auxiliaire, à l'aide de laquelle un signal d'information de mesure est généré. Dans ce cas, les PV passives sont converties en PV actives, qui sont mesurées ;

L'énergie, c'est-à-dire grandeurs décrivant les caractéristiques énergétiques des processus de transformation, de transmission et d'utilisation de l'énergie. Ceux-ci incluent le courant, la tension, la puissance, l'énergie. Ces valeurs sont dites actives.

Ils peuvent être convertis en signaux d'informations de mesure sans l'utilisation de sources d'énergie auxiliaires ;

Caractérisant le déroulement des processus dans le temps, Ce groupe comprend de diverses sortes caractéristiques spectrales, fonctions de corrélation et autres paramètres.

Le concept de grandeur physique est courant en physique et en métrologie et est utilisé pour décrire des systèmes matériels d'objets.

Quantité physique, comme indiqué ci-dessus, il s'agit d'une caractéristique qualitativement commune à une variété d'objets, de processus, de phénomènes, et quantitativement, individuelle pour chacun d'eux. Par exemple, tous les corps ont leur propre masse et température, mais les valeurs numériques de ces paramètres pour différents corps sont différents. Le contenu quantitatif de cette propriété dans un objet est la taille d'une quantité physique, estimation numérique de sa taille sont appelés quantité physique.

Une grandeur physique qui exprime la même propriété dans un sens qualitatif est appelée homogène (du même nom ).

La tâche principale des mesures - obtenir des informations sur les valeurs d'une grandeur physique sous la forme d'un certain nombre d'unités adoptées pour celle-ci.

Les valeurs des quantités physiques sont divisées en vrai et réel.

Véritable signification est une valeur qui reflète idéalement qualitativement et quantitativement les propriétés correspondantes d'un objet.

Valeur actuelle est une valeur trouvée expérimentalement et est si proche de la vraie qu'elle peut être prise à la place.

Les grandeurs physiques sont classées selon un certain nombre de caractéristiques. Distinguer ce qui suit classification:

1) en ce qui concerne les signaux d'informations de mesure, les grandeurs physiques sont : actif - grandeurs pouvant être converties en un signal d'information de mesure sans utiliser de sources d'énergie auxiliaires ; passif ouais - les grandeurs qui nécessitent l'utilisation de sources d'énergie auxiliaires, à travers lesquelles un signal d'information de mesure est généré ;

2) sur la base de l'additivité, les grandeurs physiques sont divisées en : additif , ou extensif, qui peut être mesuré par parties, et également reproduit avec précision à l'aide d'une mesure à plusieurs valeurs basée sur la sommation des tailles de mesures individuelles ; ne pas additif, ou intenses, qui ne sont pas mesurés directement, mais convertis en une mesure d'une grandeur ou une mesure par des mesures indirectes. (L'additivité (latin additivus - ajouté) est une propriété des quantités, qui consiste dans le fait que la valeur d'une quantité correspondant à l'objet entier est égale à la somme des valeurs des quantités correspondant à ses parties).

Évolution du développement systèmes d'unités physiques.

Système métrique de mesures- le premier système d'unités de grandeurs physiques

a été adopté en 1791 par l'Assemblée nationale française. Il comprenait unités de longueur, surface, volume, capacité et poids , qui reposaient sur deux unités - mètre et kilogramme ... Il différait du système d'unités utilisé aujourd'hui et n'était pas encore un système d'unités au sens moderne du terme.

Système absoluunités de grandeurs physiques.

La méthode de construction d'un système d'unités en tant qu'ensemble d'unités de base et dérivées a été développée et proposée en 1832 par le mathématicien allemand K. Gauss, qui l'a appelé un système absolu. Il a pris comme base trois quantités indépendantes les unes des autres - masse, longueur, temps .

Pour le principal unités ces valeurs qu'il a prises milligramme, millimètre, seconde , en supposant que les unités restantes peuvent être déterminées avec leur aide.

Plus tard, un certain nombre de systèmes d'unités de grandeurs physiques sont apparus, construits selon le principe proposé par Gauss, et basés sur le système métrique des mesures, mais différant par les unités de base.

Conformément au principe de Gauss proposé, les principaux systèmes d'unités de grandeurs physiques sont :

Système SGS, dans laquelle les unités de base sont le centimètre comme unité de longueur, le gramme comme unité de masse et une seconde comme unité de temps ; a été installé en 1881;

Système ICGSS... L'utilisation du kilogramme comme unité de poids, et plus tard comme unité de force s'est généralement imposée à la fin du 19ème siècle. à la formation d'un système d'unités de grandeurs physiques avec trois unités de base : mètre - unité de longueur, kilogramme - force - unité de force, seconde - unité de temps ;

5. Système AISS- les unités de base sont le mètre, le kilogramme, la seconde et l'ampère. Les fondements de ce système ont été proposés en 1901 par le scientifique italien G. Georgi.

Les relations internationales dans le domaine de la science et de l'économie nécessitaient l'unification des unités de mesure, la création d'un système unifié d'unités de grandeurs physiques, couvrant diverses branches du domaine de la mesure et préservant le principe de cohérence, c'est-à-dire égalité à l'unité du coefficient de proportionnalité dans les équations de communication entre grandeurs physiques.

SystèmeSI... En 1954, une commission pour le développement d'une Internationale unifiée

systèmes d'unités a proposé un projet de système d'unités, qui a été approuvé en Année 1960... XIe Conférence générale des poids et mesures. Le système international d'unités (en abrégé SI) tire son nom des initiales du nom français System International.

Le système international d'unités (SI) comprend sept unités de mesure de base (tableau 1), deux supplémentaires et un certain nombre d'unités de mesure non systémiques.

Tableau 1 - Système international d'unités

Source : Tyurin N.I. Introduction à la métrologie. Moscou : Maison d'édition des normes, 1985.

Unités de base des mesures les grandeurs physiques conformément aux décisions de la Conférence générale des poids et mesures sont déterminées comme suit :

mètre - la longueur du chemin parcouru par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 fractions de seconde ;

le kilogramme est égal à la masse du prototype international du kilogramme ;

une seconde est égale à 9 192 631 770 périodes de rayonnement correspondant à la transition entre deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de Cs 133 ;

l'ampère est égal à l'intensité d'un courant constant qui, lorsqu'il traverse deux conducteurs rectilignes parallèles de longueur infinie et de section circulaire négligeable, situés à une distance de 1 m l'un de l'autre dans le vide, provoque une force d'interaction dans chaque tronçon d'un conducteur de 1 m de long ;

candela est égale à l'intensité lumineuse dans une direction donnée d'une source émettant un rayonnement ionochimique, dont l'intensité lumineuse dans cette direction est de 1/683 W/sr ;

kelvin est égal à 1/273,16 de la température thermodynamique du point triple de l'eau ;

Môle égal au nombre substances d'un système contenant autant d'éléments de structure qu'il y a d'atomes en C 12 pesant 0,012 kg 2.

Unités supplémentaires Système international d'unités de mesure des angles plans et solides :

radian (rad) - angle plan entre deux rayons d'un cercle, dont l'arc est de longueur égale au rayon. En degrés, le radian vaut 57° 17 "48" 3 ;

stéradian (sr) - un angle solide dont le sommet est situé au centre de la sphère et qui découpe à la surface de la sphère une aire égale à l'aire d'un carré avec une longueur de côté égale au rayon de la sphère.

Des unités SI supplémentaires sont utilisées pour former des unités de vitesse angulaire, d'accélération angulaire et d'autres quantités. Le radian et le stéradian sont utilisés pour les constructions théoriques et les calculs, car la plupart des valeurs d'angles en radians importantes pour la pratique sont exprimées en nombres transcendants.

Unités non système :

La dixième fraction de bel - décibel (dB) est prise comme unité logarithmique;

Dioptrie - intensité lumineuse pour appareils optiques;

Puissance réactive-var (VA);

Unité astronomique (UA) - 149,6 millions de km ;

Une année-lumière est la distance parcourue par un rayon lumineux en 1 an ;

Capacité - litre (l);

Superficie - hectare (ha).

Les unités logarithmiques sont subdivisées en absolu, qui sont le logarithme décimal du rapport de la grandeur physique à la valeur normalisée, et relatif, formé comme le logarithme décimal du rapport de deux quantités homogènes (du même nom).

Les unités non SI sont les degrés et les minutes. Les autres unités sont dérivées.

Unités dérivées SI sont formés en utilisant les équations les plus simples qui relient des quantités et dans lesquelles les coefficients numériques sont égaux à un. Dans ce cas, l'unité dérivée est appelée cohérent.

Dimension est un affichage qualitatif des valeurs mesurées. La valeur d'une grandeur est obtenue à la suite de sa mesure ou de son calcul conformément à l'équation de base dedes mesures:Q = q * [ Q]

où Q - la valeur de la quantité ; q- valeur numérique de la valeur mesurée en unités conventionnelles; [Q] - l'unité choisie pour la mesure.

Si un coefficient numérique est inclus dans l'équation régissante, alors pour former une unité dérivée dans le côté droit de l'équation, ces valeurs numériques des valeurs initiales doivent être substituées de sorte que la valeur numérique de l'unité dérivée soit déterminée est égal à un.

(Par exemple, 1 ml est pris comme unité de mesure pour la masse d'un liquide, il est donc indiqué sur l'emballage : 250 ml., 750, etc., mais si 1 litre est pris comme unité de mesure, alors la même quantité de liquide sera indiquée comme 0,25 litres. , 075l. Respectivement).

Comme l'une des façons de former des multiples et des sous-multiples, la multiplicité décimale entre les unités plus grandes et plus petites, adoptée dans le système métrique, est utilisée. Table 1.2 facteurs et préfixes pour la formation des multiples et sous-multiples décimaux et leurs noms sont donnés.

Tableau 2 - Facteurs et préfixes pour la formation des multiples et sous-multiples décimaux et leurs noms

(L'exaoctet est une unité de mesure de la quantité d'informations égale à 1018 ou 260 octets. 1 EeV (exaeVolt) = 1018 électronvolt = 0,1602 joules)

Il convient de garder à l'esprit que lors de la formation de multiples et de sous-multiples d'unités de surface et de volume à l'aide de préfixes, une dualité de lecture peut se produire selon l'endroit où le préfixe est ajouté. Par exemple, 1 m 2 peut être utilisé comme 1 mètre carré et comme 100 centimètres carrés, ce qui est loin d'être la même chose, car 1 mètre carré il fait 10 000 centimètres carrés.

Selon les règles internationales, les multiples et sous-multiples d'unités de surface et de volume doivent être formés en attachant des préfixes aux unités d'origine. Les degrés font référence aux unités obtenues en attachant des préfixes. Par exemple, 1 km 2 = 1 (km) 2 = (10 3 m) 2 == 10 6 m 2.

Pour assurer l'uniformité des mesures, l'identité des unités dans lesquelles tous les instruments de mesure d'une même grandeur physique sont étalonnés est nécessaire. L'uniformité des mesures est obtenue en stockant, en reproduisant avec précision les unités de grandeurs physiques établies et en transférant leurs tailles à tous les instruments de mesure en fonctionnement à l'aide d'étalons et d'instruments de mesure exemplaires.

Référence - un instrument de mesure qui assure le stockage et la reproduction d'une unité légalisée d'une grandeur physique, ainsi que le transfert de sa taille à d'autres instruments de mesure.

La création, le stockage et l'utilisation des normes, le contrôle de leur état sont soumis à des règles uniformes établies par GOST « GSI. Normes d'unités de grandeurs physiques. L'ordre de développement, d'approbation, d'enregistrement, de stockage et d'utilisation."

Par subordination les normes sont subdivisées en primaire et secondaire et ont la classification suivante.

Norme primaire assure le stockage, la reproduction de l'unité et le transfert des dimensions avec la plus grande précision dans le pays atteignable dans ce domaine de mesures :

- étalons primaires spéciaux- conçu pour reproduire l'unité dans des conditions dans lesquelles le transfert direct de la taille de l'unité de l'étalon primaire avec la précision requise n'est pas techniquement réalisable, par exemple, pour les basses et hautes tensions, les micro-ondes et les hautes fréquences. Ils sont approuvés comme normes d'État. Compte tenu de l'importance particulière des normes nationales et pour leur donner force de loi, GOST est approuvé pour chaque norme nationale. Le Comité d'État pour les normes crée, approuve, stocke et applique les normes de l'État.

Norme secondaire reproduit l'unité en conditions spéciales et dans ces conditions remplace l'étalon primaire. Il est créé et approuvé pour assurer le moins d'usure de la norme nationale. Les étalons secondaires à leur tour divisé par objectif:

Normes de copie - conçues pour transférer les tailles des unités aux normes de travail ;

Normes de référence - conçues pour vérifier la sécurité de la norme d'État et la remplacer en cas de dommage ou de perte ;

Les étalons-témoins - sont utilisés pour comparer des étalons qui, pour une raison ou une autre, ne peuvent pas être directement comparés entre eux ;

Étalons de travail - reproduisez l'unité à partir d'étalons secondaires et servent à transférer la taille à l'étalon d'une catégorie inférieure. Les normes secondaires sont créées, approuvées, stockées et appliquées par les ministères et les départements.

Unité standard - un instrument ou un ensemble d'instruments de mesure assurant le stockage et la reproduction d'une unité afin de transférer sa taille aux instruments de mesure de niveau inférieur selon le schéma de vérification, fabriqué selon une spécification particulière et officiellement approuvé de la manière prescrite en tant que norme .

La reproduction des unités, en fonction des exigences techniques et économiques, se fait par deux façons:

- centralisé- en utilisant une norme nationale uniforme pour l'ensemble du pays ou un groupe de pays. Toutes les unités de base et la plupart des dérivés sont reproduits de manière centralisée ;

- décentralisé- applicable aux unités dérivées, dont la taille ne peut être traduite par comparaison directe avec la norme et fournissent la précision requise.

La norme établit une procédure en plusieurs étapes pour transférer les dimensions d'une unité d'une quantité physique de l'étalon de l'État à tous les moyens de travail de mesurer une quantité physique donnée à l'aide d'étalons secondaires et de moyens exemplaires de mesure de divers débits du plus haut au plus bas. et des moyens exemplaires aux travailleurs.

Le transfert de taille est effectué par diverses méthodes de vérification, principalement par des méthodes de mesure connues. Le transfert de la taille par étapes s'accompagne d'une perte de précision, cependant, le multi-étage vous permet de sauvegarder les normes et de transférer la taille de l'unité à tous les instruments de mesure en fonctionnement.