Ой... Javascript не найден.

Увы, в вашем браузере отключен или не поддерживается JavaScript.

К сожалению, без JavaScript этот сайт работать не сможет. Проверьте настройки браузера, может быть JavaScript выключен случайно?

Метрическая система (Международная система СИ)

Метрическая система мер (Международная система СИ)

Жителям США или другой страны, где метрическая система не используется, иногда трудно понять, как остальной мир живёт в и ориентируется в ней. Но на самом деле система СИ гораздо проще всех традиционных национальных систем измерений.

Принципы построения метрической системы очень просты.

Устройство международной системы единиц СИ

Метрическая система была разработана во Франции в 18 ом веке. Новая система была призвана заменить хаотический набор различных единиц измерения, которые тогда использовались, единым общим стандартом с простыми десятичными коэффициентами.

Стандартная единица длины была определена как одна десятимиллионная часть расстояния от северного полюса Земли до экватора. Получившееся значение назвали метром . Определение метра позднее несколько раз уточнялось. Современное и наиболее точное определение метра звучит так: "расстояние, которое проходит свет в вакууме за 1/299792458 секунды". Стандарты для остальных измерений были установлены аналогичным образом.

Метрическая система или Международная система единиц (СИ) основана на семи базовых единицах для семи базовых измерений, независимых друг от друга. Вот эти измерения и единицы: длина (метр), масса (килограмм), время (секунда), электрический ток (ампер), термодинамическая температура (кельвин), количество вещества (моль) и интенсивность излучения (кандела). Все остальные единицы выводятся на основе базовых.

Все единицы конкретного измерения строятся на основе базовой единицы путём добавления универсальных метрических префиксов . Таблица метрических префиксов приведена ниже.

Метрические префиксы

Метрические префиксы просты и очень удобны. Не обязательно понимать природу единицы, чтобы пересчитать значение из, например, кило-единиц в мега-единицы. Все метрические префиксы - это степени 10. Наиболее часто используемые префиксы выделены в таблице.

Кстати, на странице Дроби и проценты Вы можете легко пересчитать значение из одного метрического префикса в другой.

Даже в странах, где используется метрическая система, большинство людей знают лишь наиболее употребительные префиксы, такие как "кило", "милли", "мега". Эти префиксы выделены в таблице. Остальные префиксы используются, в основном, в науке.

На фасаде Министерства Юстиции в Париже под одним из окон в мраморе вырезана горизонтальная линия и надпись «метр». Такая миниатюрная деталь едва заметна на фоне величественного здания Министерства и площади Вандома, но эта линия – единственная из оставшихся в городе «эталонов метра», которые были расположены по всему городу более 200 лет назад в попытке представить народу новую универсальную систему мер – метрическую.

Мы часто принимаем систему мер как должное и даже не задумываемся, какая история лежит за её созданием. Метрическая система, которую изобрели во Франции, является официальной по всему миру, за исключением трёх государств: США, Либерии и Мьянмы, хотя и в этих странах её используют в некоторых сферах вроде международной торговли.

Можете себе представить, каким был бы наш мир, если система мер была везде своя, наподобие привычной нам ситуации с валютами? А ведь всё так и было до французской революции, разгоревшейся в конце 18 века: тогда единицы мер и весов были разными не только между отдельными государствами, но даже в пределах одной страны. Почти в каждой французской провинции существовали свои единицы мер и веса, несопоставимые с единицами, применяемыми их соседями.

Революция принесла ветер перемен и в эту сферу: в период с 1789 по 1799 активисты стремились перевернуть не только правительственный режим, но и основательно изменить социум, изменив традиционные устои и привычки. К примеру, с целью ограничить влияние церкви на общественную жизнь, революционеры представили новый Республиканский календарь в 1793 году: он состоял из десятичасовых дней, один час равнялся 100 минутам, одна минута – 100 секундам. Этот календарь полностью соответствовал стремлению нового правительства ввести десятичную систему во Франции. Такой подход к исчислению времени так и не прижился, но людям пришла по вкусу десятичная система мер, которая базировалась на метрах и килограммах.

Над разработкой новой системы мер трудились первые научные умы Республики. Учёные намеревались изобрести систему, которая подчинялась бы логике, а не местным традициям или пожеланиям властей. Тогда они приняли решение основываться на том, что дала нам природа – эталонный метр должен был равняться одной десятимиллионной расстояния от Северного полюса до экватора. Это расстояние измерили по Парижскому меридиану, который проходил через здание Парижской обсерватории и делил его на две равные части.

В 1792 году учёные Жан-Батист Жозеф Деламбр и Пьер Мешен отправились вдоль меридиана: целью первого был город Дюнкерк на севере Франции, второй последовал на юг в Барселону. Используя новейшее оборудование и математический процесс триангуляции (метод построения геодезической сети в виде треугольников, в которых измерены их углы и некоторые из сторон) они рассчитывали измерить дугу меридиана между двумя городами, находившимися на уровне моря. Затем с помощью метода экстраполяции (метод научного исследования, состоящий в распространении выводов, полученных из наблюдения над одной частью явления, на другую его часть) они собирались рассчитать расстояние между полюсом и экватором. По первичной задумке на все замеры и создание новой универсальной системы мер учёные планировали потратить год, но в итоге процесс растянулся на целые семь лет.

Астрономы столкнулись с тем, что в те неспокойные времена люди часто воспринимали их с большой осторожностью и даже враждой. Кроме того, без поддержки местного населения, учёных часто не допускали к работе; бывали случаи, когда они получали травмы, забираясь на высочайшие точки в округе вроде куполов церквей.

С вершины купола Пантеона Деламбр производил измерения на территории Парижа. Изначально король Людовик XV возводил здание Пантеона для церкви, но республиканцы оборудовали его под центральную геодезическую станцию города. Сегодня Пантеон служит мавзолеем для героев Революции: Вольтера, Рене Декарта, Виктора Гюго и др. В те времена здание тоже выполняло функции музея – там хранились все старые эталоны мер и весов, которые присылали жители всей Франции в ожидании новой совершенной системы.

К сожалению, несмотря на все усилия учёных, потраченные на разработку достойной замены старым единицам измерения, никто не хотел использовать новую систему. Люди отказывались забыть привычные способы измерения, которые часто были тесно связаны с местными традициями, ритуалами и бытом. Например, эль – единица измерения ткани – как правило равнялась размеру ткацких станков, а размер пахотной земли исчислялся исключительно в днях, которые нужно было потратить на её обработку.

Парижские власти были настолько возмущены отказом жителей использовать новую систему мер, что часто отправляли полицию на местные рынки, чтобы те силой вводили её в оборот. В итоге в 1812 Наполеон забросил политику введения метрической системы – её всё ещё преподавали в школах, но людям позволялось использовать привычные единицы мер до 1840, когда политика была возобновлена.

Франции потребовалась почти сотня лет, чтобы полностью перейти на метрическую систему. Это наконец удалось, но не благодаря настойчивости правительства: Франция быстро двигалась в направлении индустриальной революции. Кроме того, было необходимо усовершенствовать карты местности в военных целях – этот процесс требовал точности, что не было возможным без универсальной системы мер. Франция уверенно выходила на международный рынок: в 1851 году в Париже состоялась первая Международная ярмарка, на которой участники мероприятия делились своими достижениями в сфере науки и промышленности. Метрическая система была просто необходима, чтобы избежать путаницы. Возведение Эйфелевой башни высотой 324 метра было приурочено к Международной ярмарке в Париже в 1889 году – тогда она стала самым высоким рукотворным строением в мире.

В 1875 году было учреждено Международное бюро мер и весов, штаб-квартира которого расположена в тихом предместье Парижа – в городе Севр. Бюро поддерживает международные стандарты и единство семи мер: метр, килограмм, секунда, ампер, Кельвин, Моль и Кандела. Там хранится эталон метра из платины, с которого раньше тщательно изготавливали копии-эталоны и рассылали в другие страны в качестве образца. В 1960 году Генеральная конференция мер и весов приняла определение метра на основе длины световой волны – таким образом сделав эталон ещё ближе к природе.

В штаб-квартире Бюро находится также и эталон килограмма: он размещён в подземном хранилище под тремя стеклянными колпаками. Эталон выполнен в виде цилиндра из сплава платины и иридиума, в ноябре 2018 стандарт будет пересмотрен и переопределён с помощью квантовой постоянной Планка. Резолюция о ревизии Международной системы единиц была принята ещё в 2011 году, однако ввиду некоторых технических особенностей процедуры, её проведение не представлялось возможным до недавнего времени.

Определение единиц мер и весов – очень трудоёмкий процесс, который сопровождается различными сложностями: от нюансов проведения экспериментов до финансирования. Метрическая система лежит в основе прогресса во многих сферах: в науке, экономике, медицине и пр., она жизненно важна для дальнейших исследований, глобализации и совершенствования нашего понимания вселенной.

Несмотря на то, что в континентальной Европе давно принята метрическая, десятичная система мер и весов, мы постоянно сталкиваемся с английскими и американскими единицами измерения длинны, площади, объёма и веса. Наиболее распространённые среди них - дюйм, фут, ярд, миля, акр, фунт, пинта, баррель.

Многие, я уверен, видели на бутылках с различными жидкостями таинственную надпись fl. oz. В Англии и США существует и множество других, менее известных у нас единиц измерения.

Чаще всего мы пользуемся этими единицами измерения, когда говорим о таких распространённых вещах как размер шины автомобиля, экрана телевизора. Размер как правило уже указан в дюймах прямо в названии модели. Так же обстоит дело и с диаметром металлических и пластмассовых труб, размером гаечных ключей и самих болтов и гаек. Пробег американских автомобилей указывают в милях. Называя стоимость нефти, говорят: "цена за баррель", а вес золота часто называют в унциях. В некоторых кулинарных книгах также можно встретить указание веса в фунтах, а объёма в унциях или квартах.

А что означает надпись lb или lbs в американских магазинах? Об этом читайте внизу страницы.

И ещё одно маленькое замечание: не старайтесь все это запомнить, для того и придуманы справочники, чтобы не перегружать память рутиной. Так что заглядывайте!

Остаётся только пожелать Вам семь футов под килем и перейти непосредственно к таблице!

Слово фунт - pound происходит от латинского libra pondo . Первое слово libra означает "весы" - собственно прибор для измерения веса и астрологический знак, так как созвездие внешне напоминает весы. Второе - pondo - просто вес. Соответственно все сочетание libra pondo означает "фунт веса" (или, если хотите, "весовой фунт"). В современном английском языке "libra pondo" видоизменилось и сократилось до "pound", но аббревиатура осталась от латинского libra - lb .

Часто в магазинах англоязычных стран можно увидеть сокращение lbs для обозначения фунтов, что, строго говоря, является ошибкой, т.к. согласно международной конвенции фунт является единицей измерения, а сокращения для единиц измерения в английском языке не имеют множественного числа, также, кстати, как и в русском. Мы ведь не пишем КГы или КМы .

Универсальная мера

Оригинальное предложение высказывал в свое время профессор Краков­ского университета С. Пудловский. Его идея заключалась в том, что в качестве единой меры надо принять ту длину маятника, который совершает полный раз­мах за одну секунду. Это предложение было опубликовано в книге «Универ­сальная мера», изданной в г. Вильно в 1675 г. его учеником Т. Буратини. Он же предложил и назвать метром единицу длины.

Несколько раньше, в 1673 г. голландский ученый Х. Гюйгенс издал блестящую работу «Маятниковые часы», где разработал теорию колебаний, описал конструкции маятниковых часов. На основе этой работы Гюйгенс пред­ложил свою универсальную меру длины, которую он назвал часовым футом , а по величине часовой фут равнялся 1/3 длины секундного маятника. «Эта мера не только может быть определена везде в мире, но и на все будущие века может быть всегда восстановлена», – с гордостью писал Гюйгенс.

Однако было одно обстоятельство, которое смущало ученых. Период колебания маятника при одной и той же его длине был разным в зависимости от географической широты, т. е. мера, строго говоря, не была универсальной.

Идею Гюйгенса пропагандировал французский геодезист Ш. Кондамин, предложивший положить в основу системы измерений единицу длины, соот­ветствующую длине маятника, совершающего один размах в секунду на экваторе.

Французский астроном и математик Г. Мутон также поддерживал идею о секундном маятнике, но только в качестве контрольного аппарата, а в основу универсальной системы мер Г. Мутон предлагал положить принцип связи единицы измерения с размерами Земли, т. е. принять в качестве единицы длины часть длины дуги меридиана. Этот ученый предложил также измеренную часть поделить на десятые, сотые и тысячные доли, т. е. использовать деся­тичный принцип.

Метрическая система мер

Проекты реформы систем мер появлялись в разных странах, но особенно острым этот вопрос был во Франции по перечисленным выше причинам. По­степенно вырисовывалась идея создания системы мер, отвечающей определен­ным требованиям:

– система мер должна быть единой и общей;

– единицы измерения должны иметь строго определенные размеры;

– должны существовать эталоны единиц измерения, неизменные во времени;

– для каждой величины должна существовать только одна единица;

– единицы различных величин должны быть связаны друг с другом удобным образом;

– единицы должны иметь дольные и кратные значения.

8 мая 1790 г. Национальное собрание Франции приняло декрет о реформе системы мер и поручило Парижской академии наук выполнить необходимые работы, руководствуясь указанными выше требованиями.

Было образованно несколько комиссий. Одна из них, руководимая академиком Лагранжем, рекомендовала десятичное подразделение кратных и дольных значений единиц.

Другая комиссия, в которую входили ученые Лаплас, Монж, Борда и Кондорс, предлагали принять в качестве единицы длины одну сорокамиллионную часть земного меридиана, хотя подавляющая часть специалистов, знающих суть дела, думала, что выбор будет в пользу секундного маятника.

Решающим фактором здесь было то, что был выбран устойчивый базис – размеры Земли, правильность и неизменность ее формы в виде шара.

Член комиссии Ш. Борда – геодезист и гидравлик – предложил назвать единицу длины метром, в 1792 г. он определил длину секундного маятника в Париже.

26 марта 1791 г. Национальное собрание Франции утвердило предложение Парижской академии, была образована временная комиссия по практическому воплощению декрета о реформе мер.

7 апреля 1795 г. Национальный конвент Франции принял закон о новых мерах и весах. Было принято, что метр – одна десятимиллионная часть четверти земного меридиана, проходящего через Париж. но при этом особо подчеркивалось то, что вводимая единица длины по названию и величине не совпадала ни с одной из существовавших в то время французских единиц длины. Поэтому исключается возможный в дальнейшем довод о том, что Франция «проталкивает» свою сис­тему мер в качестве международной.

Взамен временных комиссий были назначены комиссары, которым было поручено проводить работы по экспериментальному определению единиц длины и массы. В число комиссаров входили знаменитые ученые Бертолле, Борда, Бриссон, Кулон, Деламбр, Гаюи, Лагранж, Лаплас, Мешен, Монж и др.

Деламбр и Мешен возобновили работы по измерениям длины дуги мери­диана между Дюнкерком и Барселоной, соответствующей 9°40′ сферы (в даль­нейшем эта дуга была расширена от Шетландских островов до Алжира).

Эти работы были завершены к осени 1798 г. Были изготовлены из пла­тины эталоны метра и килограмма. Эталон метра представлял собой платино­вый брусок длиной в 1 метр и сечением 25 × 4 мм, т. е. это была концевая мера, и 22 июня 1799 г. произошла торжественная передача прототипов метра и кило­грамма в Архив Франции, и с тех пор они именуются архивными . Но надо сказать, что даже во Франции метрическая система утвердилась не сразу, очень сказывались традиции и инертность мышления. Ставший императором Франции Наполеон метрическую систему, мягко говоря, недолюбливал. Он считал: «Нет ничего более противоречащего складу ума, памяти и соображению, чем то, что предлагают эти ученые. Абстракциям и пустым надеждам принесено в жертву благо теперешних поколений, ибо чтобы заставить старую нацию принять новые единицы мер и весов, надо переделать все административные правила, все расчеты промышленности. Такая работа устрашает разум». В 1812 г. указом Наполеона метрическая система во Франции была отменена и только с 1840 г. она была снова восстановлена.

Постепенно метрическую систему приняли и ввели у себя Бельгия, Голландия, Испания, Португалия, Италия, ряд республик Южной Америки. Инициаторами внедрения метрической системы в России были, конечно, ученые, инженеры, исследователи, но немалую роль сыграли портные, белошвейки и модистки – к тому времени парижская мода завоевала высшее общество, а там, в основном работали приехавшие из-за границы мастера со своими метрами. Именно от них и пошли существующие до сих пор узкие полоски клеенчатой материи – «сантиметры», которыми пользуются до сих пор.

На Парижской выставке 1867 г. был создан Международный комитет мер, весов и монет, который составил доклад о пользе метрической системы. Однако, решающее влияние на весь дальнейший ход событий оказал доклад, составленный в 1869 г. академиками Струве О. В., Вильдом Г. И. и Якоби Б. С., направленный от имени Петербургской академии наук в Парижскую академию. В докладе приводились доводы о необходимости введения международной системы мер и весов на основе метрической системы.

Предложение было поддержано Парижской академией, и правительство Франции обратилось ко всем заинтересованным государствам с просьбой прислать ученых в состав Международной метрической комиссии для решения практических задач. К тому времени выяснилось, что форма Земли – не шар, а трехмерный сфероид (средний радиус экватора составляет 6 378 245 метров, разница между наибольшим и наименьшим радиусами составляет 213 метров, а разность среднего радиуса экватора и полярной полуоси составляет 21 382 метра). Кроме того, повторные измерения дуги Парижского меридиана дали значение метра несколько меньшим по сравнению со значением, полученным Деламбром и Мешеном. К тому же, всегда остается вероятность того, что при создании более совершенных измерительных средств и появлении новых методов измерения результаты измерений будут меняться. Поэтому комиссия приняла важное решение: «Новый прототип меры длины должен быть по величине равным Архивному метру», т. е. должен быть искусственным эталоном.

Международная комиссия приняла еще и следующие решения.

1) Новый прототип метра должен быть штриховой мерой, он должен быть изготовлен из сплава платины (90 %) и иридия (10 %) и иметь Х-образную форму сечения.

2) С целью придания метрической системе международного характера и обеспечения единообразия мер следует изготовить и распределить эталоны между заинтересованными странами.

3) Один эталон, наиболее близкий по величине к Архивному принять в качестве международного.

4) Поручить практические работы по созданию эталонов французской секции комиссии, поскольку архивные прототипы находятся в Париже.

5) Назначить постоянный международный комитет из 12 членов для руководства работами.

6) Учредить Международное бюро мер и весов как нейтральное научное учреждение с месторасположением во Франции.

В соответствии с решением комиссии были проведены практические мероприятия и в 1875 г. была созвана международная конференция в Париже, на последнем заседании которой 20 мая 1875 г. была подписана Конвенция метра. Ее подписали 17 стран: Австро-Венгрия, Аргентина, Бельгия, Бразилия, Венесуэла, Германия, Дания, Испания, Италия, Франция, Перу, Португалия, Россия, США, Турция, Швейцария, Швеция и Норвегия (как одна страна). Еще три страны (Великобритания, Голландия, Греция), хоть и участвовали в работе конференции, Конвенцию не подписали из-за несогласия по функциям Международного бюро.

Для Международного бюро мер и весов был отведен Бретельский павильон, находящийся в парке Сен-Клу в пригороде Парижа – Севре, вскоре вблизи этого павильона был построен лабораторный корпус с оборудованием. Деятельность Бюро осуществляется за счет средств, перечисляемых странами – членами Конвенции пропорционально численности их населения. За счет этих средств в Англии были заказаны эталоны метра и килограмма (36 и 43 соответственно), которые были изготовлены в 1889 г.

Эталоны метра

Эталон метра представлял собой платиново-иридиевый стержень Х-образного сечения длинной 1020 мм. На нейтральной плоскости при 0 °C было нанесено по три штриха с каждой стороны, расстояние между средними штрихами составляло 1 метр (рис. 1.1). Эталоны были пронумерованы и сличены с Архивным метром. Наиболее близким к Архивному оказался прототип № 6, он и был утвержден в качестве международного прототипа. Таким образом, эталон метра стал искусственным и представлял собой штриховую меру.

К эталону № 6 было добавлено еще четыре эталона-свидетеля, и они были оставлены в Международном бюро. Остальные эталоны были распределены по жребию между странами, подписавшими Конвенцию. России достались эталоны № 11 и № 28, причем № 28 был ближе к международному прототипу, поэтому он стал национальным эталоном России.

Декретом СНК РСФСР от 11 сентября 1918 г. прототип № 28 был утвержден в качестве государственного первичного эталона метра. В 1925 г. Совнарком СССР принял постановление о признании Метрической конвенции 1875 г. как имеющей силу для СССР.

В 1957 – 1958 г.г. на эталон № 6 была нанесена шкала с дециметровыми делениями, первый дециметр был разделен на 10 сантиметров, а первый сантиметр – на 10 миллиметров. После нанесения штрихов этот эталон был заново аттестован в Международном бюро мер и весов.

Погрешность передачи единицы длины от эталона к измерительным средствам составляла 0,1 – 0,2 мкм, что с развитием техники становится явно недостаточным, поэтому с целью уменьшения погрешности передачи и получения естественного неразрушаемого эталона был создан новый эталон метра.

Еще в 1829 г. французский физик Бабине Ж. предложил в качестве единицы длины принять длину определенной линии в спектре. Однако практическое воплощение этой идеи произошло только тогда, когда американский физик А. Майкельсон изобрел интерферометр. Вместе с химиком Морли Э. Бабине Ж. опубликовал работу «О методе использования длины волны света натрия в качестве естественного и практического эталона длины», затем он перешел к исследованиям изотопов: ртути – зеленая и кадмия – красная линии.

В 1927 г. было принято, что 1 м равняется 1553164,13 длины волны красной линии кадмия-114, это значение было допущено в качестве стандарта наряду со старым прототипом метра.

В дальнейшем работы были продолжены: в США исследовался спектр ртути, СССР – кадмия, в ФРГ и во Франции – криптона.

В 1960 г. XI генеральная конференция по мерам и весам приняла в ка-честве эталона единицы длины метр, выраженный в длинах световых волн, а конкретно – инертного газа Kr-86. Таким образом, эталон метра снова стал естественным.

Метр – длина, равная 1650763,73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р 10 и 5d 5 атома криптона-86. Старое определение метра отменяется, но прототипы метра остаются и хранятся в прежних условиях.

В соответствии с этим решением в СССР был установлен Государственный первичный эталон (ГОСТ 8.020-75), в состав которого входили следующие компоненты (рис. 1.2):

1) источник первичного эталонного излучения криптона-86;

2) эталонный интерферометр, применяемый для исследования источников первичного эталонного излучения;

Точность воспроизведения и передачи метра в световых единицах составляет 1∙10 -8 м.

В 1983 г. XVII генеральная конференция по мерам и весам приняла новое определение метра: 1 метр – это единица длины, равная пути, проходимому светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды, т. е. эталон метра остается естественным .

Состав эталона метра:

1) источник первичного эталонного излучения – высокостабилизированный по частоте гелий-неоновый лазер;

2) эталонный интерферометр, применяемый для исследования источников первичного и вторичных эталонных измерений;

3) эталонный интерферометр, применяемый для измерения длины штриховых и концевых мер (вторичных эталонов).

Новейшая книга фактов. Том 3 [Физика, химия и техника. История и археология. Разное] Кондрашов Анатолий Павлович

Когда в России введена метрическая система мер?

Метрической, или десятичной, системой мер называют совокупность единиц физических величин, в основу которой положена единица длины – метр. Эта система разработана во Франции в период революции 1789–1794 годов. По предложению комиссии из крупнейших французских ученых за единицу длины – метр – была принята одна десятимиллионная часть четверти длины Парижского меридиана. Это решение было обусловлено стремлением положить в основу метрической системы мер легко воспроизводимую «естественную» единицу длины, связанную с практически неизменным объектом природы. Декрет о введении метрической системы мер во Франции был принят 7 апреля 1795 года. В 1799 году изготовили и утвердили платиновый прототип метра. Размеры, наименования и определения других единиц метрической системы мер были выбраны так, чтобы она не носила национального характера и могла применяться во всех странах. Подлинно международный характер метрическая система мер приобрела в 1875 году, когда 17 стран, в том числе Россия, подписали Метрическую конвенцию для обеспечения международного единства и усовершенствования метрической системы. Метрическая система мер была допущена к применению в России (в необязательном порядке) законом от 4 июня 1899 года, проект которого разработал Д. И. Менделеев. Введена она в качестве обязательной декретом СНК РСФСР от 14 сентября 1918 года, а для СССР – постановлением СНК СССР от 21 июля 1925 года.