Единицы физических величин и их размерности - Сена Л.А.
Скачать (прямая ссылка):
Не ставя перед собой задачи создания справочника по единицам, я все же включил довольно большой табличный материал, который может оказаться полезным при практической работе.
В какой мере мне удалось разрешить все те задачи, которые я поставил перед собой при написании этой книги, смогут судить читатели.
О всех замечаниях и недостатках прошу сообщить в Главную редакцию физико-математической литературы издательства «Наука» по адресу: Москва, В-71, Ленинский проспект, 15,
Глава I
Общие понятия о системах основных и производных единиц
§ 1.1. Физические величины и единицы их измерения
Повседневно нам приходится иметь дело со всевозможными измерениями. Измерения таких величин, как длина, площадь, объем, время, вес встречаются на каждом шагу и известны человеку с незапамятных времен. Без них невозможны были бы торговля, строительство зданий, раздел земли и т. п.
Особенно велико значение измерений в технике и научном исследовании. Такие науки, как математика, механика, физика, стали называться точными именно потому, что благодаря измерениям они получили воз-, можность устанавливать точные количественные соотношения, выражающие объективные законы природы.
Нередко результат измерений, произведенных в том или ином научном опыте, давал решающий ответ на принципиальный вопрос, поставленный наукой, позволял сделать выбор между двумя теориями, а подчас даже приводил к возникновению новой теории или даже новой отрасли науки. Так, измерение скорости распространения света в различных средах способствовало утверждению волновой теории света, попытка из? мерения скорости абсолютного движения земли привела к возникновению теории относительности, измерение распределения энергии в спектре абсолютно черного тела послужило причиной зарождения квантовой теории.
Ни одна отрасль техники, начиная от строительной механики и до сложных химических производств, от
10
общие понятия о системах единиц
[гл. i
радиотехники и до ядерной энергетики, не могла бы существовать без развернутой системы измерений, определяющей размеры и свойства выпускаемой продукции, устанавливающей условия контроля над механизмами и процессами.
Особенно возросла роль измерений в связи с развитием автоматического управления, так как автоматические системы и счетно-решающие устройства должны получать в качестве исходных данных информацию о различных величинах, определяющих ход регулируемого процесса: температуре, давлении газа, скорости потока жидкости и т. д.
Огромное разнообразие явлений, с которыми приходится встречаться в технике и научном исследовании, делает соответственно весьма широким и круг величин, подлежащих измерению. Напряжение в электрической сети, вязкость смазочного масла, упругость стали, показатель преломления стекла, мощность двигателя, сила света лампы, длина электромагнитной волны радиостанции, — вот лишь некоторые из бесчисленного множества величин, подвергающихся измерению в науке и технике.
Чрезвычайно разнообразны также и методы измерений. Простые мерительные линейки и сложные оптические приборы служат для измерения длины, магнитоэлектрические, электромагнитные и тепловые приборы измеряют напряжение и силу тока, манометры различных типов измеряют давление и т. д. Однако независимо от применяемого способа всякое измерение любой физической величины сводится к сравнению данной величины с другой подобной, принятой за единицу. Так, например, измеряя длину стола, мы сравниваем эту длину с длиной другого тела, принятой нами за единицу длины (например, метровой линейки); взвешивая кусок хлеба, узнаем, во сколько раз его вес больше или меньше веса другого тела — определенной единичной гири, «килограмма» или «грамма».
Измерить какую-либо величину — это значит, следовательно, найти отношение данной величины к соответствующей единице измерения. Это отношение и является, очевидно, мерой интересующей нас величины.
§ 1.1]
величины и единицы их измерения
11
Так как самое понятие «больше — меньше» примени* мо лишь к однородным величинам, очевидно, что и срав< нивать можно только однородные величины. Можно сравнивать высоту здания с расстоянием между городами, силу натяжения пружины с весом (т. е. силой тяжести) гири, но бессмысленно ставить вопрос о том, превышает ли скорость поезда длину карандаша, или объем стакана — вес чернильницы. Столь же нелепо, разумеется, пытаться измерить скорость единицей массы или площадь — единицей силы.
Для того чтобы измерение имело однозначный характер, необходимо, чтобы отношение двух однородных величин не зависело от того, какой единицей измерены эти величины. Подавляющее большинство физических величин удовлетворяет этому условию, которое обычно называют условием абсолютного значения относитель* ного количества. Это условие может быть соблюдено при наличии по крайней мере принципиальной возможности такого количественного сравнения двух однородных величин, в результате которого получается число, выражающее отношение этих величин.
Встречаются, однако, подчас такие свойства, которые не удается охарактеризовать величиной, удовлетворяющей указанному требованию. В этих случаях вводят некоторые условные числовые характеристики, которые уже нельзя рассматривать как единицы измерения. С развитием измерительной техники иногда возникает возможность замены таких условных характеристик настоящими единицами измерения. Так, например, для определения скорости ветра раньше служила условная шкала «силы ветра» Бофорта, которую затем заменили измерением скорости ветра в метрах в секунду. В настоящее время каждому баллу шкалы Бофорта приведен в соответствие определенный интервал скорости ветра. К числу таких условных величин относится и твердость материалов, для сравнения которой существуют различные шкалы, между которыми, кстати сказать, нет даже вполне однозначного соответствия. Хотя эти условные численные характеристики физических свойств и не являются единицами измерения, мы для
