Единица измерения

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Поиск источников:  «Единица измерения»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( июнь 2019 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Бывший офис мер и весов в Seven Sisters, Лондон

Единицы измерения, Палаццо делла Раджионе , Падуя

Единицей измерения является определенной величиной из величины , определенной и принятой конвенции или законом, который используется в качестве стандарта для измерения одного и того же рода количестве. ^[1] Любая другая величина такого рода может быть выражена как кратное единице измерения. ^[2] Например, длина - это физическая величина . метр- единица длины, представляющая определенную заранее заданную длину. Когда мы говорим 10 метров (или 10 м), мы на самом деле имеем в виду 10-кратную заранее заданную длину, называемую «метром». Измерение - это процесс определения того, насколько велика или мала физическая величина по сравнению с базовой эталонной величиной того же типа. ^[3]

Определение, согласование и практическое использование единиц измерения играли решающую роль в человеческих усилиях с раннего возраста до наших дней. Раньше было очень распространено множество систем единиц . Теперь существует глобальный стандарт, Международная система единиц (СИ), современная форма метрической системы .

В торговле меры и веса часто являются предметом государственного регулирования для обеспечения справедливости и прозрачности. Международное бюро мер и весов (МБМВ) поставлена задача обеспечения во всем мире единства измерений и их прослеживаемость к Международной системе единиц (СИ).

Метрология - это наука о разработке общепринятых на национальном и международном уровнях единиц измерения.

В физике и метрологии единицы - это стандарты для измерения физических величин, которым нужны четкие определения, чтобы быть полезными. Воспроизводимость экспериментальных результатов занимает центральное место в научном методе . Этому способствует стандартная система единиц. Научные системы единиц - это усовершенствованная концепция мер и весов, исторически разработанная для коммерческих целей. ^[4]

В науке , медицине и технике часто используются большие и меньшие единицы измерения, чем в повседневной жизни. Обоснованный выбор единиц измерения может помочь исследователям в решении проблем (см., Например, анализ размерностей ).

В социальных науках нет стандартных единиц измерения, а теория и практика измерения изучаются в психометрии и теории совместных измерений .

История

Единица измерения - это стандартизированная величина физического свойства, используемая в качестве фактора для выражения встречающихся количеств этого свойства. Единицы измерения были одними из первых инструментов, изобретенных людьми. Первобытные общества нуждались в элементарных мерах для решения многих задач: строительства жилищ подходящего размера и формы, изготовления одежды или обмена продуктов питания или сырья.

Самые ранние известные унифицированные системы измерения, похоже, были созданы где-то в 4-м и 3-м тысячелетиях до нашей эры у древних народов Месопотамии , Египта и долины Инда , а также, возможно, также у Элама в Персии .

Гири и меры упоминаются в Библии (Левит 19: 35–36). Это заповедь - быть честным и принимать справедливые меры.

В Великой хартии вольностей 1215 года (Великая хартия) с печатью короля Иоанна , поставленной перед ним английскими баронами, король Иоанн согласился в пункте 35: « Во всем нашем королевстве будет одна мера вина и одна мера вина». эля и одну меру кукурузы, а именно лондонскую кварту; и одну ширину крашеной, рыжеватой ткани и кольчуги, а именно, два элля ниже кромки ... "

Начиная с 21 века, во всем мире используются множественные системы единиц, такие как Обычная система Соединенных Штатов, Британская Обычная система и Международная система. Однако Соединенные Штаты - единственная промышленно развитая страна, которая еще, по крайней мере, в основном не перешла на метрическую систему. Систематические усилия по разработке универсально приемлемой системы единиц относятся к 1790 году, когда Национальное собрание Франции поручило Французской академии наук разработать такую ​​систему единиц. Эта система была предшественницей метрической системы, которая была быстро разработана во Франции, но не получила всеобщего признания до 1875 года, когда 17 стран подписали Договор о метрической конвенции. После подписания этого договора Генеральная конференция мер и весов(CGPM) была создана. CGPM произвела текущую систему СИ, которая была принята в 1954 году на 10-й конференции мер и весов. В настоящее время Соединенные Штаты представляют собой общество с двойной системой, которое использует как систему SI, так и обычную систему США. ^{[5] [6]}

Системы единиц

Использование единой единицы измерения некоторой величины имеет очевидные недостатки. Например, непрактично использовать одну и ту же единицу для расстояния между двумя городами и длины иглы. Таким образом, исторически они развивались независимо. Один из способов облегчить чтение больших чисел или мелких дробей - использовать префиксы единиц .

Однако в какой-то момент может возникнуть необходимость связать две единицы, и, следовательно, необходимость выбрать одну единицу в качестве определяющей другой или наоборот. Например, дюйм можно определить как ячменное зерно . Система измерения - это совокупность единиц измерения и правил, связывающих их друг с другом.

По мере развития науки возникла необходимость связать системы измерения различных величин, таких как длина, вес и объем. Попытки связать различные традиционные системы друг с другом выявили множество несоответствий и привели к разработке новых единиц и систем.

Система единиц варьируется от страны к стране и некоторые из другой системы единиц СГС система единиц , система FPS единиц , система МКС единиц и система единиц СИ . Среди различных систем единиц, используемых в мире, наиболее широко используемой и признанной на международном уровне является Международная система единиц или система единиц СИ. В этой системе единиц СИ существует семь основных единиц СИ и три дополнительных единицы. Основные единицы СИ - метр, килограмм, секунда, кельвин, ампер, кандела и моль, а тремя дополнительными единицами СИ являются радиан, стерадиан и беккерель. Все остальные единицы СИ могут быть производными от этих основных единиц.^[7]

Современные системы измерения включают метрическую систему , имперскую систему и общепринятые единицы измерения США .

Традиционные системы

Исторически многие из используемых систем измерения до некоторой степени основывались на размерах человеческого тела. В результате единицы измерения могут варьироваться не только от места к месту, но и от человека к человеку.

Метрические системы

Метрическая система единиц эволюционировала с момента принятия исходной метрической системы во Франции в 1791 году. Текущая международная стандартная метрическая система - это Международная система единиц (сокращенно СИ). Важная особенность современных систем - стандартизация . Каждая единица имеет общепризнанный размер.

И имперские единицы, и обычные единицы США произошли от более ранних английских единиц . Имперские единицы в основном использовались в Британском Содружестве наций и бывшей Британской империи . Обычные единицы США по- прежнему являются основной системой измерения , используемой в Соединенных Штатах за пределами науки, медицины, многих отраслей промышленности, а также некоторые правительства и военных, и , несмотря на то , Конгресса правомочно метрическую меру на 28 июля 1866. ^[8] Некоторые были предприняты шаги в сторону метрики США , в частности, переопределение основных американских и имперских единиц, чтобы они происходили именно от единиц СИ. Так как международный двор и фунт соглашением 1959 года США и имперский дюйм теперь определяется как 0,0254  м , а фунт США и имперский экирдупуа теперь определяется как453,592 37  г . ^[9]

Природные системы

В то время как вышеупомянутые системы единиц измерения основаны на произвольных величинах единиц, формализованных как стандарты, некоторые единицы величин естественным образом встречаются в науке. Системы единиц, основанные на них, называются естественными единицами . Подобно натуральным единицам, атомные единицы (а.е.) представляют собой удобную систему единиц измерения, используемую в атомной физике .

Также можно встретить множество необычных и нестандартных единиц . Сюда может входить масса Солнца (2 × 10 ³⁰  кг ), мегатонну (энергия, выделяемая при взрыве одного миллиона тонн тринитротолуола , тротил) и электронвольт .

Правовой контроль мер и весов

Чтобы уменьшить количество случаев мошенничества в розничной торговле, во многих национальных законах есть стандартные определения весов и мер, которые могут использоваться (отсюда « статутная мера »), и они проверяются сотрудниками по правовым вопросам. ^{[ необходима цитата ]}

Неформальное сравнение со знакомыми концепциями

В неформальной обстановке количество может быть описано как кратное количеству знакомого объекта, что может быть проще контекстуализировать, чем значение в формальной системе единиц. Например, публикация может описывать область в чужой стране как количество, кратное площади региона, местного для читателей. Склонность к частому использованию определенных концепций может привести к появлению слабо определенных «систем» единиц. ^{[10] [11]}

Базовые и производные единицы

Для большинства величин необходима единица для передачи значений этой физической величины. Например, передать кому-либо конкретную длину без использования какой-либо единицы измерения невозможно, потому что длина не может быть описана без ссылки, используемой для понимания данного значения.

Но не для всех количеств требуется собственная единица измерения. Используя законы физики, единицы величин могут быть выражены как комбинации единиц других величин. Таким образом, требуется только небольшой набор единиц. Эти единицы принимаются как базовые, а другие - как производные . Таким образом, базовые единицы - это единицы величин, которые не зависят от других величин, и это единицы длины, массы, времени, электрического тока, температуры, силы света и количества вещества. Производные единицы - это единицы величин, производных от основных величин, а некоторые из производных единиц - это единицы скорости, работы, ускорения, энергии, давления и т. Д. ^[7]

Различные системы единиц основаны на различном выборе набора связанных единиц, включая основные и производные единицы.

Расчеты с единицами измерения

Единицы измерения

Любое значение физической величины выражается в сравнении с единицей этой величины. Например, значение физической величины Z выражается как произведение единицы [Z] и числового коэффициента:

${\ displaystyle Z = n \ times [Z] = n [Z].}$Например, пусть будет «2 свечи», затем подсвечник.${\ displaystyle Z}$${\ Displaystyle Z = 2 [Z] = 2}$

Знак умножения обычно опускается, как и между переменными в научных обозначениях формул. Условное обозначение, используемое для выражения количеств, называется количественным исчислением . В формулах единицу [Z] можно трактовать так, как если бы она была определенной величиной некоего физического измерения : см. Анализ размеров для получения дополнительной информации об этой обработке.

Единицы можно добавлять или вычитать только в том случае, если они одного типа; однако единицы всегда можно умножить или разделить, как объяснил Георгий Гамов . Пусть будет «2 подсвечника» и «3 таксиста», тогда${\ displaystyle Z_ {1}}$${\ displaystyle Z_ {2}}$

«2 подсвечника» умножить на «3 таксиста» подсвечник .${\ displaystyle = [Z_ {1}] [Z_ {2}] = 6}$${\ displaystyle \ times}$

Следует различать единицы измерения и стандарты. Единица фиксирована по своему определению и не зависит от физических условий, таких как температура. Напротив, стандарт - это физическая реализация единицы, которая реализует эту единицу только при определенных физических условиях. Например, метр - это единица измерения, а металлический стержень - это стандарт. Один метр имеет одинаковую длину независимо от температуры, но металлический стержень будет иметь длину ровно один метр только при определенной температуре.

При работе с юнитами необходимо соблюдать определенные правила:

• Рассматривайте единицы алгебраически. Добавляйте только похожие термины. Когда единица делится сама по себе, в результате деления получается единица без единицы. Когда две разные единицы умножаются или делятся, результатом является новая единица, называемая комбинацией единиц. Например, в системе СИ единица измерения скорости - метры в секунду (м / с). См. Анализ размеров . Единицу можно умножить на себя, образуя единицу с показателем степени (например, м ² / с ² ). Проще говоря, единицы подчиняются законам индексов. (См. Возведение в степень .)
• У некоторых единиц есть особые названия, однако с ними следует обращаться как с их эквивалентами. Например, один ньютон (Н) эквивалентен 1 кг · м / с ² . Таким образом, величина может иметь несколько обозначений единиц, например: единица измерения поверхностного натяжения может обозначаться либо как Н / м (ньютон на метр), либо как кг / с ² (килограмм на секунду в квадрате).

Выражение физической стоимости в другой единице

Преобразование единиц включает сравнение различных стандартных физических величин либо одной физической величины, либо физической величины и комбинации других физических величин.

Начиная с:

${\ Displaystyle Z = п_ {я} \ раз [Z] _ {я}}$

замените исходную единицу ее значением с точки зрения желаемой единицы , например, если , то:${\displaystyle [Z]_{i}}$${\displaystyle [Z]_{j}}$${\displaystyle [Z]_{i}=c_{ij}\times [Z]_{j}}$

${\displaystyle Z=n_{i}\times (c_{ij}\times [Z]_{j})=(n_{i}\times c_{ij})\times [Z]_{j}}$

Теперь и являются числовыми значениями, поэтому просто вычислите их произведение.${\displaystyle n_{i}}$${\displaystyle c_{ij}}$

Или, что математически одно и то же, умножьте Z на единицу, и произведение все равно будет Z :

${\displaystyle Z=n_{i}\times [Z]_{i}\times (c_{ij}\times [Z]_{j}/[Z]_{i})}$

Например, у вас есть выражение для физического значения Z, включающее футы в секунду ( ), и вы хотите, чтобы оно выражалось в единицах миль в час ( ):${\displaystyle [Z]_{i}}$${\displaystyle [Z]_{j}}$

Или, в качестве примера, используя метрическую систему, у вас есть значение экономии топлива в литрах на 100 километров, и вы хотите его в единицах микролитров на метр :

${\displaystyle \mathrm {\frac {9\,{\rm {L}}}{100\,{\rm {km}}}} =\mathrm {\frac {9\,{\rm {L}}}{100\,{\rm {km}}}} \mathrm {\frac {1000000\,{\rm {\mu L}}}{1\,{\rm {L}}}} \mathrm {\frac {1\,{\rm {km}}}{1000\,{\rm {m}}}} ={\frac {9\times 1000000}{100\times 1000}}\,\mathrm {\mu L/m} =90\,\mathrm {\mu L/m} }$

Последствия для реального мира

Одним из примеров важности согласованных единиц является отказ Марсианского климатического орбитального аппарата НАСА , который был случайно уничтожен во время миссии на Марс в сентябре 1999 года вместо того, чтобы выйти на орбиту из-за недопонимания ценности сил: разные компьютерные программы использовали разные единицы измерения измерение ( ньютон против фунта силы ). Было потрачено много сил, времени и денег. ^{[12] [13]}

15 апреля 1999 года грузовой рейс 6316 Korean Air из Шанхая в Сеул был потерян из-за того, что экипаж запутал инструкции на вышке (в метрах) и показания высотомера (в футах). Три члена экипажа и пять человек на земле погибли. Тридцать семь человек получили ранения. ^{[14] [15]}

В 1983 году у Boeing 767 (который благодаря своим пилотажным навыкам планеринга благополучно приземлился и стал известен как планер Гимли ) закончилось топливо в середине полета из-за двух ошибок при расчете количества топлива для первого самолета Air Canada. метрические измерения. ^[16] Эта авария была результатом как путаницы из-за одновременного использования метрических и британских мер, так и смешения мер массы и объема.

Планируя свое путешествие через Атлантический океан в 1480-х годах, Колумб ошибочно предположил, что миля, указанная в арабской оценке в 56⅔ миль для размера градуса, была такой же, как на самом деле гораздо более короткая итальянская миля в 1480 метров. Поэтому его оценка размера градуса и окружности Земли была примерно на 25% меньше. ^[17]

Смотрите также

• Единицы GNU
• Список юмористических единиц измерения
• Список устаревших единиц измерения
• Список необычных единиц измерения
• Измерьте слова
• Метрические единицы
• Уравнение числового значения
• Шотландские подразделения
• Маятник секунд
• Пробел (знаки препинания) # Символы единиц и цифры
• Система измерения
• Единый код единиц измерения
• Обычные единицы США
• Расчетная единица
• Единицы информации

Примечания

внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме единиц измерения .

• Роулетт, Расс (2005) Словарь единиц измерения - Расс Роулетт и Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл
• Справочник NIST 44 , Технические характеристики, допуски и другие технические требования к устройствам для взвешивания и измерения
• Официальный сайт SI
• Структура количественной системы - Библиотека количественной системы и калькулятор для преобразования единиц и прогнозов количеств
• Список единиц с выбранными коэффициентами пересчета

Исторический

• «Арифметические правила преобразования между римскими [т. Е. Османскими] и египетскими измерениями» - это рукопись 1642 года на арабском языке, в которой говорится об единицах измерения.
• «Меры и весы»  . Новая международная энциклопедия . 1905 г.

Юридический

• Ирландия - Закон о метрологии 1996 г.
• Текст Правил о единицах измерения 1995 г., действующих на сегодняшний день (включая любые поправки) на территории Соединенного Королевства, взят с сайта legal.gov.uk .

Метрическая информация

• BIPM (официальный сайт)
• Единый код единиц измерения (UCUM)