Единицы физических величин и их размерности - Сена Л.А.
Скачать (прямая ссылка):
В эпоху Великой Французской революции специальная комиссия в составе крупнейших французских ученых конца XVIII в. (Борда, Кондорсе, Лаплас и Монж), созданная в мае 1790 г. по постановлению Национального собрания, предложила принять в качестве единицы длины одну десятимиллионную долю четверти земного меридиана. 30 марта 1791 г. предложение комиссии было утверждено, и она приступила к определению принятой единицы. В результате работы комиссии в 1799 г. во Франции был введен «Metre vrai et difinitif» («метр подлинный и окончательный»), послуживший основой метрической системы. Прототипом метра явилась специально изготовленная линейка — платиновый стержень, хранящийся в настоящее время в Национальном архиве Франции («архивный метр»).
*) В дальнейшем все условные обозначения систем и названий единиц будем давать в русской транскрипции. Международные обозначения приведены в соответствующих таблицах в конце книги.
§-1.5!
выбор основных единиц
35
Одновременно с метром была введена единица веса—« килограмм, определенная вначале как вес кубического дециметра воды при 4° С. Подобно тому как для сохранения метра была изготовлена образцовая линейка, так и для сохранения килограмма была изготовлена образцовая гиря — прототип килограмма.
В качестве единицы времени была узаконена секун* да, определенная как 1/86 400 средних солнечных суток.
Повышение точности измерений, связанное с развитием измерительной техники, позволило, однако, обнаружить, что между выбранными единицами и изготовленными для них прототипами существует хотя и небольшое, но вполне измеримое расхождение. Исключение составила лишь секунда, которая благодаря высокой точности астрономических Рис. 1. измерений оставалась практически неизменной и требовала лишь уточнения самой формули* ровки.
В связи с этим встал вопрос о том, изготовить ли ho« вые прототипы или примириться с имеющимся расхо-ждением и принять в качестве законных единиц меры, определяемые существующими прототипами.
Помимо того, что изменение последних само по себе представило бы огромные затруднения и неудобства, не было бы гарантии, что новое уточнение не потребует их нового изменения. Поэтому ученые пришли к мысли о необходимости зафиксировать прототипы как основные законные эталоны единиц измерений.
Таким образом, были установлены следующие единицы, которые и были приняты в качестве основных:
единица длины — метр (м), определяемая как расстояние между осями штрихов, нанесенных на пла-тино-иридиевой линейке при 0° С. Сплав платины и иридия был выбран как обладающий очень малым коэффициентом теплового расширения, а форма поперечного сечения линейки (рис. 1) отвечала требованию возможно меньшего прогиба;
единица массы — килограмм (или килограмм-масса) (кг) — масса платино-иридиевой гири;
36
общие понятия o системах единиц [гл. i
единица силы — килограмм-сила (кгс) *) — вес той же гири в месте ее хранения в Международной палате мер и весов в Севре (вблизи Парижа);
единица времени — секунда, определяемая, как и ранее, как 1/86 400 часть средних солнечных суток. В астрономии и смежных с ней областях принималась звездная секунда, определяемая как 1/86 400 часть звездных суток. Так как благодаря движению Земли вокруг Солнца за один год проходит звездных суток на единицу больше, чем солнечных, то звездная секунда составляла 0,99726957 солнечной секунды.
На основе перечисленных единиц и их дольных десятичных частей были построены следующие системы:
система СГС; в качестве основных единиц были приняты единица длины — сантиметр (см), равный одной сотой метра, единица массы — грамм (г), равный одной тысячной килограмма, и единица времени — секунда (сек);
система техническая (МКГСС); в качестве основных единиц были приняты единица длины — метр (м) ; единица силы — килограмм-сила (кгс, кг *, кГ), единица времени — секунда (сек).
Система МКГСС включила в себя только геометрические и механические единицы, система же СГС распространялась и на электрические и магнитные измерения. При этом произошло разделение системы на две самостоятельные системы, в одной из которых за основу принимались электростатические, а в другой — электромагнитные взаимодействия. Соответственно первая получила название электростатической системы (СГСЭ), а вторая — электромагнитной (СГСМ). Однако единицы как той, так и другой оказались мало удобными для практики, вследствие чего были установлены вспомогательные практические единицы для измерения величин, связанных с процессом прохождения тока (силы тока, разности потенциалов и электродвижущей силы, сопротивления, работы, мощности и т. п.).
*) Применяются также обозначения кГ и кг*. Для этой единицы предлагается ряд других названий — килограв, килопауид и т. п., но ни одно из них не получило сколько-нибудь широкого распространения.
s 15]
выбор основных единиц
37
Вначале эти единицы не образовывали стройной системы и даже не могли быть применены для решения электростатических и электромагнитных задач. В 1902 г, итальянский инженер Джорджи предложил таким образом расширить систему практических единиц, чтобы ее можно было сделать столь же универсальной, как и система СГС, т. е. охватывающей все измерения в области механики, электричества и электромагнетизма. Однако, поскольку в эту систему следовало включить уже распространенные практические единицы, то сохранение последних оказалось возможным лишь при условии введения по крайней мере одной дополнительной универсальной постоянной, что равносильно включению одной из этих единиц в число основных. В качестве таковой предлагалось принять единицу одной из следующих величин: количество электричества, сила тока, разность потенциалов, сопротивление, электроемкость, индуктивность, магнитный поток, магнитная проницаемость *).
