2015-10-13
6856
Применяемая в настоящий момент Международная система единиц СИ (Systeme International d`Unitas - SI) утверждена в 1960 г. ХI Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ). На территории нашей страны система единиц СИ действует с 1 января 1982 г. в соответствии с ГОСТ 8.417- 2000 ГСИ. Единицы величин. По этой системе предусмотрено семь основных единиц и две дополнительные (табл.1).
- L - длина. Единица измерения – метр - длина пути, которую проходит свет в вакууме за 1/299 792 458 секунды;
- M - масса. Единица измерения – килограмм – масса, равная массе международного прототипа килограмма;
- T – время. Единица измерения – секунда – продолжительность 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущений со стороны внешних полей;
- I – сила электрического тока. Единица измерения – ампер – сила, неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 m один от другого, создает на каждом участке проводника длиной 1 m силу взаимодействия равную 2×10-7 Н;
|
|
|
- q – термодинамическая температура. Единица измерения – кельвин (градус Кельвина до 1967 г.) – 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды;
- N – количество вещества. Единица измерения – моль– количество вещества системы, содержащее столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде ~ 12 массой 0,012 кг (при применении понятия моля структурные элементы должны быть специфицированы и могут быть атомами, молекулами, ионами и другими частицами);
- J – сила света. Единица измерения – кандела – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540×1012 Hz, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 W/sr (Вт/ср2).
Таблица 1
Основные и дополнительные единицы системы SI
| Величина | Единица | |||
| Наименование | Размер-ность | Наимено-вание | Обозначение | |
| русское | международное | |||
| Основные | ||||
| Длина | L | метр | м | m |
| Масса | М | кило-грамм | кг | kg |
| Время | Т | секунда | с | s |
| Сила электрического тока | I | ампер | А | F |
| Термодинамическая температура | q | кельвин | К | R |
| Количество вещества | N | моль | моль | mol |
| Сила света | J | кандела | кд | cd |
| Дополнительные | ||||
| Плоский угол | - | радиан | рад | rad |
| Телесный угол | - | стерадиан | ср | cr |
Сложность приведенных формулировок отражает развитие современной науки, позволяющей представить основные единицы, с одной стороны, как достоверные и точные, а с другой, как объяснимые и понятные для всех стран мира. Именно это и делает рассматриваемую систему подлинно международной.
|
|
|
В системе СИ в 1960 г. введены две дополнительные единицы для измерения плоского и телесного углов – радиан и стерадиан, соответственно.
Плоский угол. Единица измерения – радиан – угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.
Телесный угол. Единица измерения – стерадиан – телесный угол с вершиной в центре сферы, вырезающий на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.
Все остальные физические величины могут быть получены как производные основных. Например единица измерения силы – ньютон – это производная единица, образованная основными единицами – килограммом, метром и секундой. Используя второй закон Ньютона: (
), находим размерность единицы измерения силы:
.
Производные единицы системы СИ, имеющие специальные наименования, также могут быть использованы для образования других производных единиц. Например паскаль – эта производная единица образована производными единицами – ньютоном и метром квадратным.
Единицы, не входящие в принятую систему носят название внесистемных и делятся на четыре вида:
- допускаемые наравне с единицами СИ (тонна, минута, градус, секунда, литр и т.д.);
- допускаемые к применению в специальных областях (в астрономии – парсек, световой год; в оптике – диоптрия; в физике – электрон-вольт и т.д.);
- временно допускаемые к применению наравне с единицами СИ (миля, карат и т. д.), но подлежащие изъятию из обращения;
- изъятые из употребления (миллиметр ртутного столба, лошадиная сила и т.д.).
Применение первой группы внесистемных единиц допускается в силу их удобства и распространенности в конкретных жизненных ситуациях (прошедшие проверку временем), например: тонна, атомная единица массы, час, градус и д.р. Вторую и третью группы составляют специфичные, традиционные для конкретной области своего применения, единицы (табл. 2).
Таблица 2
Внесистемные единицы физических величин
| Наименование величины | Единица | ||
| Наименование | Обозначение | Соотношение с единицей СИ | |
| Масса | тонна | т | 103 кг |
| атомная единица массы | а.е.м. | 1,66057×10-27 кг (приблизительно) | |
| Время | минута | мин | 60 с |
| час | ч | 3600 с | |
| сутки | сут | 86400 с | |
| Плоский угол | градус | …о | (π/180) рад =1,745329….10-2 рад |
| минута | …¢ | (π/10800)рад = 2,908882...10-4 рад | |
| секунда | …² | (π/648000) рад = 4,8848137….10-6 рад | |
| град | град | (π/200) рад | |
| Объем | литр | л | 10-3 м3 |
| Длина | Астрономическая единица | а.е. | 1,45598·10-11 м (приблизительно) |
| световой год | св.год | 9,4605·10-15 м (приблизительно) | |
| парсек | пк | 3,0857·10-16 м (приблизительно) | |
| Оптическая сила | диоптрия | дптр | 1 м-1 |
| Площадь | гектар | га | 104 м3 |
| Энергия | электрон-вольт | эВ | 1,60219·10-19 Дж (приблизительно) |
| Полная мощность | вольт-ампер | В×А | - |
| Реактивная мощность | вар | вар | - |
Для удобства применения единиц физических величин СИ приняты приставки для образования десятичных кратных и дольных (меньших) единиц, множители и приставки которых приведены в табл. 3.
Таблица 3
Множители и приставки для образования десятичных
кратных и дольных единиц и их наименования
| Кратность физической величины | Приставка | Кратность физической величины | Приставка |
| 1015 | пета | 10-2 | санти |
| 1012 | тера | 10-3 | милли |
| 109 | гига | 10-6 | микро |
| 106 | мега | 10-9 | нано |
| 103 | кило | 10-12 | пико |
| 102 | гекто | 10-15 | фемто |
Кратная единица – это единица физической величины, в целое число раз превышающая, а дольная – в целое число раз уменьшающая системную или внесистемную единицу.
Шкалы
В теории измерений принято, в основном, различать четыре типа шкал: наименований, порядка, интервалов и отношений (рис. 4).
|
|
|
Шкала физической величины - упорядоченная совокупность значений физической величины, служащая исходной основой для измерения данной величины. Она может быть представлена в общем случае совокупностью условных знаков, выстроенных определенным образом; при этом определенные знаки означают начало и конец шкалы, а интервалы между знаками характеризуют принятую градацию шкалы (цена деления, ширина спектра) и могут иметь цветовое и цифровое оформление.
Шкала наименований - это своего рода качественная, а не количественная шкала, она, не содержит нуля и единиц измерений. Примером может служить атлас цветов (шкала цветов). Процесс измерения заключается в визуальном сравнении окрашенного предмета с образцами цветов (эталонными образцами цветов).
| Шкала наименований Основана на приписывании объекту знаков с целью их идентификации | Шкала порядка Предлагает упорядочение объектов относительного определенного свойства | Шкала интервалов Вначале устанавливают единицу физической величины и откладывают разность | Шкала отношений Интервальная шкала с естественным нулевым началом | ||||||||||||
|
|
|
| ||||||||||||
| 
| 
|
|
| |||||||||||
|
| ||||||||||||||
| 
|
| |||||||||||||
| |||||||||||||||
|  ОЦЕНИВАНИЕ
| Измерение
|
Поскольку каждый цвет имеет немало вариантов, такое сравнение под силу опытному эксперту, который обладает не только практическим опытом, но и соответствующими особыми характеристиками зрительных возможностей. При оценивании по шкале наименований объекту приписывают цифру или знак только с целью их идентификации или для нумерации классов. Такое приписывание цифр выполняет на практике ту же функцию, что и наименование.
|
|
|
Шкала порядка характеризует упорядочение объектов относительно какого-то определенного свойства, то есть расположение объектов в порядке убывания или возрастания данного свойства. Например шкала землятресений, шкала твердости физических тел и т.п. Полученный при этом упорядоченный ряд называют ранжированным рядом, а саму процедуру ранжированием.
По шкале порядка сравниваются между собой однородные объекты, у которых значение интересующих свойств неизвестны. Поэтому ранжированный ряд может дать ответ на вопросы типа - «Что больше (меньше)?» или, «Что лучше (хуже)?». Более подробную информацию (на сколько больше или меньше, во сколько раз хуже или лучше), шкала порядка дать не может. Очевидно, что назвать процедуру оценивания свойств объекта по шкале порядка измерением можно только с большой натяжкой. Результаты, полученные по шкале порядка, не могут подвергаться никаким арифметическим действиям.
Шкала интервалов. На шкале интервалов откладывается разность значений физической величины. Примерами шкал интервалов являются шкалы температур. На температурной шкале Цельсия за начало отсчета разности температур принята температура таяния льда. С ней сравниваются все другие температуры. Для удобства пользования шкалой интервал между температурой таяния льда и температурой кипения воды разделен на 100 равных интервалов – градусов. Шкала Цельсия распространяется как в сторону положительных, так и в сторонуотрицательных интервалов. Когда говорят, что температура воздуха равна 25 °С, это означает, что она на 25 °С выше температуры, принятой за нулевую отметку шкалы (выше нуля). На температурной шкале Фаренгейта тот же интервал разбит на 180 градусов. Следовательно, градус Фаренгейта по размеру меньше, чем градус Цельсия. Кроме того, начало отсчета интервалов на шкале Фаренгейта сдвинуто на 32 градуса в сторону низких температур, температура таяния льда по шкале Фаренгейта составляет 32 °F.
Деление шкалы интервалов на равные части-градации устанавливает единицу физической величины, что позволяет не только выразить результат измерения в числовой мере, но и оценить погрешность измерения.
Результаты измерений по шкале интервалов можно складывать друг с другом и вычитать друг из друга, то есть определять, насколько одно значение физической величины больше или меньше другого. Определить по шкале интервалов, во сколько раз одно значение величины больше или меньше другого, невозможно, поскольку на шкале не определено начало отсчета физической величины. Но в тоже время это может быть сделано в отношении интервалов (разностей). Так, разность температур 25 градусов в 5 раз больше разности температур 5 градусов.
Шкала отношений представляет собой интервальную шкалу с естественным нулевым началом, например температурная шкала Кельвина, шкала длины или шкала массы. Шкала отношений является самой совершенной и наиболее информативной. Результаты измерений по шкале отношений можно складывать между собой, вычитать, перемножать и делить.
Шкалы наименований и порядка называют неметрическими (концептуальными), а шкалы интервалов и отношений метрическими (материальными).
Практически шкалы измерений реализуются через стандартизацию как самих шкал единиц измерений, так, в необходимых случаях, способов и условий их однозначного воспроизведения.
