Системы измерения физических величин

Физика – количественная наука. Полученные экспериментально количественные зависимости позволяют использовать для своей обработки математические методы и строить теоретические, то есть математические модели изучаемых явлений.

Физический эксперимент опирается на измерения, то есть сравнение характеристик исследуемых явлений с определенными эталонами. С этой целью физика развила совокупность физических единиц и измерительных приборов. Отдельные физические единицы объединяются в системы физических единиц.

Всякая система единиц состоит из некоторого числа основных единиц, выбираемых независимо друг от друга, и совокупности производных единиц. Последние образуются из основных (и других производных) единиц с помощью подходящим образом выбранных соотношений, выражающих определенные физические законы и связывающих между собой данную физическую величину, для которой устанавливается единица, с другими величинами, единицы которых уже определены. Каждое такое соотношение, используемое для установления той или иной производной единицы, мы будем называть определяющим соотношением для данной единицы.

Впервые методику построения системы физических единиц предложил немецкий математик Карл Гаусс в 1832 г. В системе единиц Гаусса основными единицами являются единица длины – сантиметр (см), единица массы – грамм (г), единица времени – секунда (с). Все остальные единицы определяются через основные единицы через математические формулы. Например, единица скорости

определяется как такая скорость, при которой тело за время t = 1 с проходит путь l = 1 см. Размерность физической величины записывается в квадратных скобках. Размерность скорости , или:

.

Некоторые физические величины имеют собственное название. Единицей силы в системе Гаусса является дина. Единица силы определяется на основе 2-го закона Ньютона:

.

Дина – это такая сила, под действием которой тело массой 1 г приобретает ускорение 1 м/c². Размерность дины .

По названию основных единиц систему единиц, предложенную Гауссом, называют СГС (сантиметр-грамм-секунда).

В системе СГС при определении производных единиц коэффициенты пропорциональности в физических формулах применяются равными 1. Такая система единиц называется абсолютной. Например, второй закон Ньютона формулируется следующим образом: ускорение, приобретаемое телом под действием силы, прямо пропорционально величине силы и обратно пропорционально массе тела. При математической записи закона необходимо писать коэффициент пропорциональности:

.

Коэффициенту k можно приписать любое значение. В частности, коэффициент k может иметь размерность. Выбором значения и размерности коэффициента k определяется значение и размерность производной единицы (в данном случае силы).

В международной системе единиц СИ (SI – The system international of units) основных единиц шесть:

метр – единица измерения длины (м);

секунда – единица измерения времени (с);

килограмм – единица измерения массы (кг);

кельвин – единица измерения температуры (К);

моль – единица измерения количества вещества (моль);

ампер – единица измерения силы тока (А);

кандела – единица измерения силы света (кд).

Эта система не является абсолютной.

Основой измерения длины как в системе СИ, так и в системе СГС является метр. Поэтому обе системы называются метрическими. Метрическими являются любые системы единиц, в которых длина измеряется в метрах или других единицах, кратных метру. Существуют не метрические системы единиц. Например, в некоторых англоязычных странах в качестве единицы длины используют ярд (0,91м), фут(0,35м), дюйм (2,54см).

На современном этапе развития науки стандартом является Международная система СИ, но большинство теоретиков по-прежнему предпочитает пользоваться Гауссовой системой единиц.