Системы единиц измерений

С тех пор, как стали производиться измерения, большое значение приобрели выбор единиц и обеспечение сравнимости результатов измерений.

Числовые значения измеряемых величин зависят от того, какие используются единицы измерения. Применявшиеся первоначально единицы длины, например, определялись размерами частей тела человека (фут, дюйм, локоть, туаза, сажень, аршин...) и были индивидуальными и непостоянными. Произвольность выбора размеров единиц привела к появлению множества местных единиц. Так, в XVIII в. в Европе существовало до сотни различных футов, около полусотни различных миль, свыше 120 различных фунтов.

На развитии торговли, а затем и промышленности все больше сказывались неудобства, происходившие от множественности и произвольности единиц. Развитие науки обусловило возможность изыскивать явления, позволяющие привязать к ним и меры длины и массы, взять их у природы, сделать воспроизводимыми, т. е. проверенными повторными измерениями.

Так возникла метрическая система мер. За единицу длины была принята одна десятимиллионная часть четверти меридиана, проходящего через Париж. Она получила название «метр».

За единицу массы была принята масса одного кубического дециметра дистиллированной воды при температуре ее наибольшей плотности (+ 4°С). Она была названа «килограмм».

Были изготовлены платиноиридиевые прототипы метра в виде жезла иксобразной формы и килограмма в виде цилиндра, хранимых в Международном бюро мер и весов.

Тогда же были приняты десятичные соотношения между кратными и дольными единицами и принцип образования их наименований с помощью приставок. Это существенным образом облегчало пересчет значений из одних единиц в другие и позволило отказаться от применения независимых наименований для отдельных кратных и дольных единиц.

Первоначально в метрическую систему входили (под системой единиц понимаем совокупность единиц основных и производных величин) четыре величины: длина, масса, площадь и объем. С развитием науки и техники метрическая система мер стала дополняться единицами других величин, но выбор единиц производили вне связи с другими отраслями. Это привело к введению в практику различных единиц для одной и той же по своей физической природе величины. Примерами могут служить единицы давления и напряжения, работы и энергии. Единицы выбирались произвольно и по своему размеру, исходя из удобства методов измерений (например, измерение давления по высоте ртутного столба или столба иной жидкости).

Все это создавало также неудобства в применении единиц. Для ликвидации такого неудобства, т. е, множественности систем единиц, К. Гауссом в 1832 г. были сформулированы основные правила создания единиц:

1) выбираются основные физические величины;

2) устанавливаются единицы основных физических величии; Размеру каждой основной физической величины приписано числовое значение, равное единице. Выбор его является произвольным и определяется только удобством применения. Эти размеры, называемые единицами основных физических величин, закрепляются законодательным путем;

3) устанавливают единицы производных физических величин.
К. Гауссом была разработана система единиц, названная им абсолютной, с основными единицами — миллиметр, миллиграмм и секунда. Ученый В. Вебер распространил предложенный К. Гауссом метод образования производных единиц на электрические величины (электродвижущую силу, силу тока, сопротивление).

Метод, указанный Гауссом и Вебером, был в последующем применен для построения электростатической и электромагнитной систем СГС (сантиметр, грамм, секунда), принятых комиссией Британской ассоциации для развития наук. Число систем единиц продолжало увеличиваться и в результате было создано и внедрено в практику довольно много различных систем, основанных на метрических единицах, например в области механики:

сантиметр — грамм — секунда (СГС),

метр — тонна —секунда (МТС),

Метр — килограмм — секунда (МКС),

метр — килограмм-сила — секунда (МКГСС).

В области электродинамики:

сантиметр — грамм — секунда электростатическая (СГС Е),

сантиметр — грамм — секунда электромагнитная (СГС М)

сантиметр — грамм — секунда симметрическая или Гауссова (СГС).

Кроме этих, находили широкое применение и другие системы; МКСА, МКГСС, МКСГ и др.

Из приведенных примеров о развитии единиц очевидно, что в этом развитии не было общего, объединяющего принципа. Единицы зачастую подбирали для отдельно взятых групп величин. Это и приводило к большой пестроте единиц.

В России до декрета Совнаркома РСФСР от 14 сентября 1918 г. применялись русские меры, которые формировались на протяжении многих веков вместе с развитием Российского государства.

Замечательны слова Д. И. Менделеева «... из всех систем мер и веса только три: английская, французская (метрическая) и русская отличаются полною разработкой и выдерживают научную критику».

Примерами русских единиц могут служить такие, как мера длины аршин (1 аршин = 0,7112 м), разделенный на 16 вершков (1 вершок=44,45 мм), служивший образцовым средством в XIX в. Тем не менее российские меры стремились сделать сопряженными с английскими. В 1803 г. придворный механик Р. Гайнам изготовил образцовые аршины, взяв за основание английский фут (1 аршин = 28 английским дюймам), т. е. в России отчетливо прослеживалась идея единообразия мер и создания национальных эталонов.

С подписанием декрета Совнаркома РСФСР от 14 сентября 1918 г. вместо этих мер на всей территории страны была введена метрическая система мер, основанная на эталонах метра и килограмма.

И тем не менее по мере развития науки и техники возникали все новые и новые системы единиц, пока их обилие не стало тормозом научно-технического прогресса.

В 1960 г. XI Международная конференция по мерам и весам приняла Международную систему единиц физических величин, получившую у нас в стране сокращенное название СИ (от начальных букв SI в словах System Internationale).