Единица измерения

редактировать
Определенная величина величины, определенной и принятой в соответствии с соглашением или законом, которая используется в качестве стандарта для измерения того же вид величины

Бывший офис мер и весов в Seven Sisters, Лондон Единицы измерения, Палаццо делла Раджионе, Падуя

A единица измерения - это определенная величина величины, определенная и принятая конвенцией или законом, которая используется в качестве стандарта для измерения того же вида величины. Любая другая величина такого рода может быть выражена как кратное единице измерения. Например, длина - это физическая величина. метр - это единица длины, которая представляет определенную заранее заданную длину. Когда мы говорим 10 метров (или 10 м), мы на самом деле имеем в виду 10-кратную заранее заданную длину, называемую «метром». Измерение - это процесс определения того, насколько велика или мала физическая величина по сравнению с базовой эталонной величиной того же типа.

Определение, согласование и практическое использование единиц измерения играли решающую роль в человеческих усилиях с раннего возраста до наших дней. Множество систем единиц было очень распространено. Теперь существует глобальный стандарт, Международная система единиц (СИ), современная форма метрической системы.

В торговле меры и вес часто используются подлежат государственному регулированию, чтобы гарантировать справедливость и прозрачность. Перед Международным бюро мер и весов (BIPM) возложена задача обеспечить всемирное единообразие измерений и их прослеживаемость к Международной системе единиц (СИ).

Метрология - это наука о разработке общепринятых на национальном и международном уровнях единиц измерения.

В физике и метрологии единицы - это стандарты для измерения физических величин, которые требуют четких определений, чтобы быть полезными. Воспроизводимость экспериментальных результатов является центральным элементом научного метода. Этому способствует стандартная система единиц. Научные системы единиц являются уточнением концепции мер и весов, исторически разработанной для коммерческих целей.

Наука, медицина и инженерия часто используют большие и меньшие единицы измерения, чем те, которые используются в повседневной жизни. Разумный выбор единиц измерения может помочь исследователям в решении проблем (см., Например, анализ измерений ).

В социальных науках нет стандартных единиц измерения, а теория и практика измерения изучаются в психометрии и теории совместных измерений..

Содержание

  • 1 История
  • 2 Системы единиц
    • 2.1 Традиционные системы
    • 2.2 Метрические системы
    • 2.3 Естественные системы
    • 2.4 Правовой контроль за весами и мерами
    • 2.5 Неформальное сравнение знакомым понятиям
  • 3 Базовые и производные единицы
  • 4 Расчеты с единицами измерения
    • 4.1 Единицы как измерения
    • 4.2 Выражение физической величины через другую единицу
  • 5 Реальные последствия
  • 6 См. Также
  • 7 Примечания
  • 8 Внешние ссылки

История

Единица измерения - это стандартизированная величина физического свойства, используемая как коэффициент для выражения встречающиеся количества этого свойства. Единицы измерения были одними из первых инструментов, изобретенных людьми. Первобытные общества нуждались в элементарных мерах для решения многих задач: строительства жилищ подходящего размера и формы, пошива одежды или обмена продуктов питания или сырья.

Самые ранние известные унифицированные системы измерения, похоже, были созданы где-то в 4-м и 3-м тысячелетиях до нашей эры среди древних народов Месопотамии, Египет и долина Инда, а также, возможно, Элам в Персии.

Меры и весы упоминаются в Библии (Левит 19: 35–36). Это заповедь - быть честным и принимать справедливые меры.

В Великой хартии вольностей 1215 г. (Великая хартия) с печатью короля Иоанна, поставленной перед ним баронами Англии, король Иоанн согласился с пунктом 35 «Во всем нашем королевстве будет одна мера вина, одна мера эля и одна мера кукурузы, а именно лондонская кварта; - и одна ширина крашеных, красновато-коричневых и кольчужных тканей, а именно, на два элла ниже кромки.... "

Начиная с 21 века, во всем мире используются системы с несколькими единицами измерения, такие как Обычная система США, Британская обычная система и Международная система. Однако Соединенные Штаты - единственная промышленно развитая страна, которая еще не полностью перешла на метрическую систему. Систематические усилия по разработке универсально приемлемой системы единиц относятся к 1790 году, когда Национальное собрание Франции поручило Французской академии наук разработать такую ​​систему единиц. Эта система была предшественницей метрической системы, которая была быстро разработана во Франции, но не получила всеобщего признания до 1875 года, когда 17 стран подписали Договор о метрической конвенции. После подписания этого договора была учреждена Генеральная конференция мер и весов (CGPM). CGPM произвела текущую систему СИ, которая была принята в 1954 году на 10-й конференции мер и весов. В настоящее время Соединенные Штаты представляют собой общество с двумя системами, которое использует как систему СИ, так и обычную систему США.

Системы единиц

Использование единой единицы измерения для некоторой величины имеет очевидные недостатки. Например, непрактично использовать одну и ту же единицу для расстояния между двумя городами и длины иглы. Таким образом, исторически они развивались бы независимо. Один из способов облегчить чтение больших чисел или мелких дробей - это использовать префиксы единиц .

Однако в какой-то момент времени может возникнуть необходимость связать две единицы, и, следовательно, необходимость выбрать одну единицу в качестве определение другого или наоборот. Например, дюйм можно определить как ячменное зерно. Система измерения - это совокупность единиц измерения и правил, связывающих их друг с другом.

По мере развития науки возникла необходимость связать системы измерения различных величин, таких как длина, вес и объем. Попытки связать различные традиционные системы друг с другом выявили множество несоответствий и привели к разработке новых единиц и систем.

Система единиц измерения варьируется от страны к стране, и некоторые из различных систем единиц: система единиц CGS, система единиц FPS, MKS система единиц и система единиц СИ. Среди различных систем единиц, используемых в мире, наиболее широко используемой и признанной на международном уровне является Международная система единиц или система единиц СИ. В этой системе единиц СИ существует семь основных единиц СИ и три дополнительных единицы. Основными единицами СИ являются метр, килограмм, секунда, кельвин, ампер, кандела и моль, а тремя дополнительными единицами СИ являются радиан, стерадиан и беккерель. Все другие единицы СИ могут быть производными от этих основных единиц.

Современные системы измерения включают метрическую систему, британскую систему и общепринятые единицы измерения в Соединенных Штатах.

Традиционные системы

Исторически многие из используемых систем измерения до некоторой степени основывались на размерах человеческого тела. В результате единицы измерения могут варьироваться не только от места к месту, но и от человека к человеку.

Метрическая система

Метрическая система единиц эволюционировала с момента принятия исходной метрической системы во Франции в 1791 году. Текущий международный стандарт метрики Система - это Международная система единиц (сокращенно SI). Важной особенностью современных систем является стандартизация. Каждая единица имеет общепризнанный размер.

Пример метрики в 1860 году, когда Тоскана стала частью современной Италии (например, одна «либбра» = 339,54 грамма)

И имперские единицы, и Стандартные единицы измерения США происходят от более ранних единиц английских единиц. Имперские единицы в основном использовались в Британском Содружестве и бывшей Британской Империи. Традиционные единицы США по-прежнему являются основной системой измерения, используемой в Соединенных Штатах за пределами науки, медицины, многих секторов промышленности, а также некоторых правительственных и военных, и несмотря на то, что Конгресс официально разрешил метрическую систему измерения 28 июля. 1866. Были предприняты некоторые шаги в направлении метрики США, в частности, переопределение основных американских и имперских единиц, чтобы они происходили именно из единиц СИ. Поскольку в соответствии с соглашением 1959 года о международных ярдах и фунтах США и имперский дюйм теперь определены как точно 0,0254 м, а американский и имперский эвердупуа фунт теперь определяется как точно 453,59237 g.

Естественные системы

В то время как вышеупомянутые системы единиц измерения основаны на произвольных значениях единиц, формализованных как стандарты, некоторые значения единиц естественным образом встречаются в науке. Основанные на них системы единиц называются натуральными единицами. Подобно натуральным единицам, атомные единицы (а.е.) представляют собой удобную систему единиц измерения, используемую в атомной физике.

Также большое количество необычных и могут встречаться нестандартные блоки. Сюда могут входить солнечная масса (2 × 10 кг), мегатонна (энергия, выделяемая при взрыве одного миллиона тонн тринитротолуола, тротил) и электронвольт.

Законодательный контроль за мерами и весами

Чтобы уменьшить количество случаев мошенничества в розничной торговле, многие национальные законодательные акты содержат стандартные определения весов и мер, которые могут использоваться (отсюда «законодательная мера "), и они проверены сотрудниками по правовым вопросам.

Неформальное сравнение со знакомыми концепциями

В неформальных условиях количество может быть описано как кратное количеству знакомая сущность, которую легче контекстуализировать, чем значение в формальной системе единиц. Например, публикация может описывать область в чужой стране как количество, кратное площади региона, местного для читателей. Склонность к частому использованию определенных концепций может привести к появлению слабо определенных «систем» единиц.

Базовые и производные единицы

Для большинства величин единица измерения необходима для передачи значений этих физических величин. количество. Например, передать кому-либо конкретную длину без использования какой-либо единицы измерения невозможно, потому что длина не может быть описана без ссылки, используемой для понимания данного значения.

Но не для всех количеств требуется собственная единица измерения. Используя законы физики, единицы величин могут быть выражены как комбинации единиц других величин. Таким образом, требуется только небольшой набор единиц. Эти единицы принимаются как базовые, а другие - как производные. Таким образом, основные единицы - это единицы величин, которые не зависят от других величин, и они представляют собой единицы длины, массы, времени, электрического тока, температуры, силы света и количества вещества. Производные единицы - это единицы величин, производные от основных величин, а некоторые производные единицы - это единицы скорости, работы, ускорения, энергии, давления и т. Д.

Различные системы единиц основаны на разных выбор набора связанных единиц, включая основные и производные единицы.

Вычисления с единицами измерения

Единицы измерения

Любое значение физической величины выражается как сравнение с единицей этой величины. Например, значение физической величины Z выражается как произведение единицы [Z] и числового коэффициента:

Z = n × [Z] = n [Z]. {\ displaystyle Z = n \ times [Z] = n [Z].}Z = n \ times [Z] = n [Z]. Например, пусть Z {\ displaystyle Z}Z будет «2 свечи», тогда Z = 2 [Z] = 2 {\ displaystyle Z = 2 [Z] = 2}{\ displaystyle Z = 2 [Z] = 2} подсвечник.

Знак умножения обычно опускается, как и между переменными. в научном представлении формул. Условные обозначения, используемые для выражения количеств, называются исчислением количеств. В формулах единицу [Z] можно трактовать так, как если бы она была определенной величиной некоего физического измерения : см. анализ размеров для получения дополнительной информации об этой обработке.

Единицы можно складывать или вычитать, только если они одного типа; однако единицы всегда можно умножить или разделить, как объяснял Джордж Гамов. Пусть Z 1 {\ displaystyle Z_ {1}}Z_ {1} будет «2 подсвечника», а Z 2 {\ displaystyle Z_ {2}}Z_ {2} «3 таксиста», затем

«2 свечи» умножить на «3 таксиста» = [Z 1] [Z 2] = 6 {\ displaystyle = [Z_ {1}] [Z_ {2}] = 6}{\ displaystyle = [Z_ {1}] [Z_ {2}] = 6} подсвечник × {\ displaystyle \ times}\ times cabdriver.

Следует проводить различие между единицами измерения и эталоном. Единица фиксирована по своему определению и не зависит от физических условий, таких как температура. Напротив, стандарт - это физическая реализация единицы, которая реализует эту единицу только при определенных физических условиях. Например, метр - это единица измерения, а металлический стержень - стандарт. Один метр имеет одинаковую длину независимо от температуры, но металлический стержень будет иметь длину ровно один метр только при определенной температуре.

Есть определенные правила, которые необходимо использовать при работе с единицами:

  • Рассматривайте единицы алгебраически. Добавляйте только похожие термины. Когда единица делится сама по себе, это деление дает единицу без единицы. Когда две разные единицы умножаются или делятся, результатом является новая единица, называемая комбинацией единиц. Например, в системе СИ единица измерения скорости - метры в секунду (м / с). См. анализ размеров. Единицу можно умножить на себя, образуя единицу с показателем (например, м / с). Проще говоря, единицы подчиняются законам индексов. (См. Возведение в степень.)
  • Некоторые единицы имеют особые названия, однако их следует рассматривать как их эквиваленты. Например, один ньютон (Н) эквивалентен 1 кг · м / с. Таким образом, величина может иметь несколько обозначений единиц, например: единица измерения для поверхностного натяжения может обозначаться либо как Н / м (ньютон на метр), либо как кг / с (килограмм на секунду в квадрате).

Выражение физической величины в терминах другая единица

Преобразование единиц включает сравнение различных стандартных физических величин, либо одной физической величины, либо физической величины и комбинации других физических величин.

Начиная с:

Z = ni × [Z] я {\ displaystyle Z = n_ {i} \ times [Z] _ {i}}Z = n_ {i} \ times [Z] _ {i }

заменить исходную единицу [Z] i {\ displaystyle [Z] _ {i }}[Z] _ {i} с его значением в терминах желаемой единицы [Z] j {\ displaystyle [Z] _ {j}}[Z] _ {j} , например, if [Z] я = cij × [Z] j {\ displaystyle [Z] _ {i} = c_ {ij} \ times [Z] _ {j}}[Z] _ {i} = c_ {ij} \ times [Z] _ {j} , тогда:

Z = ni × ( cij × [ Z] j) = (ni × cij) × [Z] j {\ displaystyle Z = n_ {i} \ times (c_ {ij} \ times [Z] _ {j}) = (n_ {i} \ times c_ {ij}) \ times [Z] _ {j}}Z = n_ {i} \ times (c_ {ij} \ times [Z] _ {j}) = (n_ {i} \ times c_ {ij}) \ times [Z] _ {j}

Теперь ni {\ displaystyle n_ {i}}n_ {i} и cij {\ displaystyle c_ {ij}}c_ {ij} - оба числовые значения, поэтому просто вычислите их произведение.

Или, что математически одно и то же, умножьте Z на единицу, произведение все равно будет Z:

Z = ni × [Z] i × (cij × [Z] j / [Z] i) {\ displaystyle Z = n_ {i} \ times [Z] _ {i} \ times (c_ {ij} \ times [Z] _ {j} / [Z] _ {i})}Z = n_ {i} \ times [Z] _ {i} \ times (c_ {ij} \ times [Z] _ {j } / [Z] _ {i})

Для Например, у вас есть выражение для физического значения Z, включающее футы в секунду ([Z] i {\ displaystyle [Z] _ {i}}[Z] _ {i} ), и вы хотите, чтобы оно выражалось в единица миль в час ([Z] j {\ displaystyle [Z] _ {j}}[Z] _ {j} ):

  1. Найдите факты, связывающие исходную единицу с желаемой единицей:
    1 миля = 5280 футов и 1 час = 3600 секунд
  2. Затем используйте приведенные выше уравнения для построения дроби, имеющей значение единицы и содержащей такие единицы измерения, которые при умножении на исходное физическое значение отменяют исходные единицы:
    1 = 1 миль 5280 футов и 1 = 3600 с 1 час {\ displaystyle 1 = {\ frac {1 \, \ mathrm {mi}} {5280 \, \ mathrm {ft}}} \ quad \ mathrm {and} \ quad 1 = {\ frac {3600 \, \ mathrm {s}} {1 \, \ mathrm {h}}}}1 = {\ frac {1 \, \ mathrm {mi}} {5280 \, \ mathrm {ft}}} \ quad \ mathrm {and} \ quad 1 = {\ frac {3600 \, \ mathrm {s}} {1 \, \ mathrm {h}}}
  3. Последний, умножьте исходное выражение физического значения на дробь, называемую коэффициентом преобразования , чтобы получить то же физическое значение, выраженное в другой единице. Примечание: поскольку допустимые коэффициенты преобразования - безразмерные и имеют числовое значение один, умножение любой физической величины на такой коэффициент преобразования (который равен 1) не изменяет эту физическую величину.
    52,8 футы = 52,8 футы 1 миля 5280 футов 3600 с 1 час = 52,8 × 3600 5280 миль / ч = 36 миль / ч {\ displaystyle 52,8 \, {\ frac {\ mathrm {ft}} {\ mathrm {s }}} = 52,8 \, {\ frac {\ mathrm {ft}} {\ mathrm {s}}} {\ frac {1 \, \ mathrm {mi}} {5280 \, \ mathrm {ft}}} { \ frac {3600 \, \ mathrm {s}} {1 \, \ mathrm {h}}} = {\ frac {52.8 \ times 3600} {5280}} \, \ mathrm {mi / h} = 36 \, \ mathrm {mi / h}}52,8 \, {\ frac {\ mathrm {ft}} {\ mathrm {s}}} = 52,8 \, {\ frac {\ mathrm {ft}} {\ mathrm {s}}} {\ frac {1 \, \ mathrm {mi}} {5280 \, \ mathrm {ft}}} {\ frac {3600 \, \ mathrm {s}} {1 \, \ mathrm {h}}} = {\ frac {52.8 \ times 3600} {5280}} \, \ mathrm {mi / h} = 36 \, \ mathrm {mi / h}

Или, например, с использованием метрической системы, у вас есть значение экономии топлива в литрах на 100 километров, и вы хотите, чтобы оно выражалось в микролитрах на метр:

9 л 100 км = 9 л 100 км 1000000 мкл 1 л 1 км 1000 м = 9 × 1000000 100 × 1000 мкл / м = 90 мкл / м {\ displaystyle \ mathrm {\ frac {9 \, {\ rm {L}}} {100 \, {\ rm {km}}}} = \ mathrm {\ frac {9 \, {\ rm {L}}} {100 \, {\ rm {km}}}} \ mathrm {\ frac {1000000 \, {\ rm {\ mu L}}} {1 \, {\ rm {L}}}} \ mathrm {\ frac {1 \, {\ rm {km}}} {1000 \, {\ rm {m}}}} = {\ frac {9 \ times 1000000} {100 \ times 1000}} \, \ mathrm {\ mu L / m} = 90 \, \ mathrm {\ mu L / m}}{\ displaystyle \ mathrm {\ frac {9 \, {\ rm {L}}} {100 \, {\ rm {km}}}} = \ mathrm {\ frac {9 \, {\ rm {L}}} {100 \, {\ rm {km}}}} \ mathrm {\ frac {1000000 \, {\ rm {\ mu L}}} {1 \, {\ rm {L}}}} \ mathrm {\ frac {1 \, {\ rm {km}}} {1000 \, {\ rm {m}}}} = {\ frac {9 \ times 1000000} {100 \ times 1000}} \, \ mathrm {\ mu L / m} = 90 \, \ mathrm {\ mu L / m}}

Реальные последствия

Один пример Важность согласованных единиц заключается в отказе NASA Mars Climate Orbiter, который был случайно уничтожен во время миссии на Марс в сентябре 1999 года вместо того, чтобы выйти на орбиту из-за недопонимания относительно ценности силы: разные компьютерные программы использовали разные единицы измерения (ньютон против фунт-сила ). Было потрачено много усилий, времени и денег.

15 апреля 1999 г. Korean Air грузовой рейс 6316 из Шанхай в Сеул погиб из-за того, что экипаж запутал инструкции вышки (в метрах) и показания высотомера (в футах). Три экипажа и пять человек на земле погибли. Тридцать семь человек получили ранения.

В 1983 году у Боинга 767 (который благодаря своим навыкам планеринга благополучно приземлился и стал известен как Планер Гимли ) в полете закончилось топливо. из-за двух ошибок при подсчете количества топлива для первого самолета Air Canada, который использовал метрические измерения. Эта авария была результатом как путаницы из-за одновременного использования метрических и британских мер, так и путаницы в измерениях массы и объема.

Планируя свое путешествие через Атлантический океан в 1480-е годы, Колумб ошибочно предположил, что миля, указанная в арабской оценке, составляет 56⅔ миль для размера градус был таким же, как на самом деле гораздо более короткая итальянская миля - 1480 метров. Его оценка размера градуса и окружности Земли была, таким образом, на 25% меньше.

См. Также

Примечания

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с to Единицы измерения.
Исторические
Legal
Метрическая информация
Последняя правка сделана 2021-06-20 11:25:30
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте