Täna tundub ilmselge, et kilogramm suhkrut Venemaal ja Aafrikas on kilogramm suhkrut. Olete üllatunud, kui saate teada, et kõigest 200 aastat tagasi kaalus 1 puder isegi naaberprovintsides erinev alt. Meid on ühise nimetajani viinud rahvusvaheline SI-süsteem, mida enamik maailma riike täna kasutab. Kuid see ei olnud alati nii. Mõõteetalonide ja ühtse SI-süsteemi kasutuselevõtu ajaloost – artiklis hiljem.
Miks meil standardeid vaja on?
Tsivilisatsiooni areng on teadnud paljusid standardeid ja meetmete standardeid, mis on sajandite jooksul muutunud. Näiteks kaalumõõduks on Vana-Egiptuses kikkar, Vana-Roomas talent, Venemaal pood. Ja kõik need üksteist asendavad meetmed nõudsid, et inimkond leppiks kokku füüsiliste parameetrite ühistes ühikutes, mis oleksid kõigi jaoks võrreldavad ühe lepingulise ühikuga (standardiga).
Teaduse ja tehnika arenguga kasvas vajadus sellise ühtse standardisüsteemi järele. Kaubandus- ja majandustegevusest alates on see standardite süsteem muutunudvajadus kõigis muudes valdkondades – ehituses (joonised), tööstuses (näiteks sulamite ühtsus) ja isegi kultuuris (ajavahemikud).
Kuidas arvesti määrati
Peaaegu 17. sajandi lõpuni olid pikkusmõõdud erinevates riikides erinevad. Kuid nüüd on kätte jõudnud aeg, mil teaduse areng nõudis ühtainsat pikkusemõõtu – katoliku meetrit.
Esimese standardi pakkus välja Briti teadlane ja filosoof John Wilkins – võtta pikkuseühikuks pendli pikkus, mille pool perioodist võrdub ühe sekundiga. Kuid kiiresti sai selgeks, et see väärtus varieerub olenev alt mõõtmiskohast suuresti.
1790. aastal võttis Rahvusassamblee Prantsusmaal tollase ministri Talleyrandi ettepanekul vastu ühe meetri etaloni, 1791. aastal võttis Prantsuse Teaduste Akadeemia juba pikkuse etalonina vastu ühe kümnemiljoniku ekvaatori ja põhjapooluse vaheline kaugus, mõõdetuna mööda Pariisi meridiaani. Nõus, üsna raske.
Rahulikud katsed jätkusid
Kaasaegse SI-süsteemi prototüübiks oli Prantsusmaal meetermõõdustik, mille 1795. aastal pakkus rahvuskonvent välja selle aja juhtivate teadlaste poolt. Töötanud pikkuse ja massi etalonide väljatöötamisega Ch. Coulomb, J. Lagrange, P.-S. Laplace ja teised. Ettepanekuid oli mitu, kuid meridiaani mõõdeti siiski. Ja esimene meetri etalon valmistati messingist 1975. aastal.
Ja ometi tuleks 22. juunit 1799 pidada ühtse mõõdusüsteemi sünnipäevaks ja tänapäevase SI ühikusüsteemi prototüübiks. Just siis valmistati Prantsusmaal plaatinatmeetri ja kilogrammi esimesed normid.
Aastad mööduvad, ilmub Gaussi absoluutne ühikute süsteem (1832) ning Maxwelli ja Thomsoni mitme ühiku eesliited.
Ja 1875. aastal kirjutasid 17 osariiki arvestite konventsioonile alla. Sellega kinnitati Rahvusvaheline Mõõtmebüroo ja Rahvusvaheline Mõõtmekomitee ning tegevust alustas kaalude ja mõõtude peakonverents. Selle esimesel konverentsil 1889. aastal võeti kasutusele esimene ühtne meetermõõdustik, mis põhines meetril, kilogrammil ja teisel.
Võrdlusnäitajate ajalugu jätkub
Elektri ja optika areng teeb omad kohandused standardite kontseptsioonis. Teadus ei seisa paigal ja nõuab uusi mõõtühikuid.
1954. aastal võeti kümnendal kaalude ja mõõtude peakonverentsil kasutusele kuus ühikut – meeter, kilogramm, sekund, amper, kandela, kelvini kraad. 1960. aastal nimetati see süsteem Systeme International d'Unites ja 1960. aastal võeti vastu rahvusvahelise mõõtühikute süsteemi standard, lühendatult SI. Venekeelne "SI" tähistab rahvusvahelist süsteemi. See on SI mõõtesüsteem, mida tänapäeval kasutab kogu maailm. Erandiks olid USA, Nigeeria, Myanmar.
SI-süsteemi määratlemine
Tuleb kohe märkida, et see pole ainus standardite süsteem. Mõned rakendusfüüsika harud kasutavad muid ühikusüsteeme.
Tänapäeval on rahvusvaheline füüsikaliste suuruste süsteem SI maailmas enimkasutatav meetermõõdustik. Selle ametlik üksikasjalik kirjeldus on sätestatud"SI brošüür" (1970). Ametlik määratlus "Rahvusvaheline mõõtühikute süsteem SI on ühikute süsteem, mis põhineb rahvusvahelisel ühikute süsteemil koos nimede ja sümbolitega, samuti eesliidete komplektiga … koos rakendusreeglitega …".
Põhisüsteem
SI ühikute põhimõtted on järgmised:
- Määratletud on seitse füüsikaliste suuruste põhiühikut. SI-süsteemis ei saa neid tuletada muudest suurustest. Need on kilogramm (kaal), meeter (pikkus), sekund (aeg), amper (vool), kelvin (temperatuur), mool (aine kogus), kandela (valguse intensiivsus).
- Määratakse SI põhisüsteemi väärtustest tuletatud suurused, mis saadakse matemaatiliste tehtetega põhisuurustega.
- Määratletakse suuruste eesliited ja nende kasutamise reeglid. Prefiksid tähendavad, et ühik tuleb jagada/korrutada täisarvuga, mis on astme 10.
Tähendus elus ja teaduses
Nagu juba mainitud, kasutab enamik maailma riike SI-ühikuid. Isegi kui nad kasutavad tavaelus riigi traditsioonilisi ühikuid, määratakse need kindlaks SI-süsteemi teisendamise teel, kasutades fikseeritud koefitsiente.
Kõik SI-süsteemi põhiühikud on määratletud füüsiliste konstantide või nähtuste abil, mis on muutumatud ja mida saab suure täpsusega reprodutseerida kõikjal maailmas. Ainus erand on kilogramm, mille standard on seni ainsaks füüsiliseks prototüübiks.
MKS ühikute süsteem (meeter, kilogramm,teiseks) võimaldab lahendada mehaanika, termodünaamika ja teiste teoreetilise füüsika ja praktilise teaduse valdkondi.
Kuid mõnes tööstusharus (näiteks elektrodünaamikas) kaotab SI-süsteem teistele meetrilistele süsteemidele. Seetõttu on maailmas mitmeid meetermõõdustiku süsteeme, mille väärtused on mingil määral seotud põhistandarditega – kilogramm, meeter ja sekund.
SI ühikud
Põhiühikud (meenutagem – neid on seitse) ja nende tähistused on toodud tabelis, kuid need on meile kõigile hästi teada. Selles süsteemis kirjutatakse ühikute nimed väikese tähega ja pärast ühikute määramist punkti ei panda.
Tuletatud ühikuid (neid on 22) väljendatakse matemaatiliste arvutustega ja need tulenevad füüsikaseadustest. Näiteks kiirus on vahemaa, mille keha läbib ajaühikus – m/s. Mõnel tuletatud ühikul on oma nimed (radiaan, herts, newton, džaul) ja neid saab kirjutada erineval viisil.
On ühikuid, mis ei kuulu SI-süsteemi, kuid on lubatud koos kasutada. Need on heaks kiidetud kaalude ja mõõtude üldkonventsiooniga. Näiteks minut, tund, päev, liiter, sõlm, hektar.
Lubatud on kasutada ka logaritmiliste väärtuste ühikuid, aga ka suhtelisi. Näiteks protsent, oktaav, dekaad.
Lubatud on ka laialdaselt kasutatavate väärtuste kasutamine. Näiteks nädal, aasta, sajand.
Erinevate süsteemide väärtuste teisendamiseks on loodud konvektorid. Neid on palju, kuid nad kõik toetuvadühtsed meetrilised väärtused.
Rahvusvahelise SI-süsteemi eelised
Selle süsteemi universaalsus on ilmne. Kõik füüsikalised nähtused, kõik juhtimis- ja tehnoloogiaharud on kaetud ühtse suuruste süsteemiga. Ainult SI-süsteem annab ühikuid, mis on olulised ja hõlpsasti kasutatavad.
Süsteemile on omane paindlikkus, mis võimaldab kasutada süsteemiväliseid ühikuid ja arendusvõimalust - vajadusel saab SI väärtuste arvu suurendada. Ühikuid reguleeritakse vastav alt rahvusvahelistele lepingutele ja mõõtmistehnoloogiate arengutasemele.
Mõõtühikute ühendamine on muutnud selle süsteemi laialdaselt kasutuseks (rohkem kui 130 riigis) ja seda tunnustavad paljud mõjukad rahvusvahelised organisatsioonid (ÜRO, UNESCO, Rahvusvaheline Puhta ja Rakendusfüüsika Liit).
SI-süsteem suurendab disainerite ja teadlaste tootlikkust, lihtsustab ja hõlbustab haridusprotsessi ja rahvusvaheliste kontaktide loomist kõigis valdkondades.
Viimane füüsiline prototüüp
Kõik SI-süsteemi ühikud on määratletud füüsiliste konstantidega. Erandiks on kilogramm. Ainult sellel standardil on seni oma füüsiline prototüüp ja see paistab silma sihvaka mõõtühikute reaga.
Kilogrammi standard on silinder, mis on valmistatud 9 osa plaatina ja 1 osa iriidiumi sulamist. Selle mass vastab ühele liitrile veele selle suurima tihedusega (4 kraadi Celsiuse järgi, standardrõhk üle merepinna). 1889. aastal valmistati neid 80, millest 17 olidüle riikidele, kes kirjutasid alla meetrika konventsioonile.
Täna asub selle standardi originaal kolme suletud kapsli all Pariisi äärelinnas Sevresi linnas Rahvusvahelise Kaalude ja Mõõtude Büroo seifis. Igal aastal eemaldatakse see pidulikult ja lepitakse.
Kilogrammi standardi venekeelne versioon on ülevenemaalises metroloogia uurimisinstituudis. Mendelejev (Peterburi). Need on prototüübid 12 ja 26.
Teie iPhone puruneb massistandardi kadumise tõttu SI-süsteemis
Kogu inimkonna meetriline süsteem on tänapäeval ohus. Ja see juhtub seetõttu, et ainuke füüsiliselt olemasolev standard on kiire kaalukaotus.
Eksperimentaalselt on tõestatud, et iga sajandiga muutub kilogrammi standard 3 x 10−8 kilogrammi võrra kergemaks. Selle põhjuseks on aatomite eraldumine iga-aastaste uuringute käigus. Ilmselgelt toob selle väärtuse konstandi rikkumine tingimata kaasa kõigi teiste väärtuste muutumise.
Olukorra päästmiseks kutsutakse üles projekti Electronic Kilogram (National Institute of Standards and Technology, USA), mis näeb ette sellise võimsusega seadme loomise, mis suudab elektromagnetväljas tõsta 1 kilogrammi massi. Töö loomise kallal on veel pooleli.
Teine suund on 2250 x 281489633 süsiniku-12 aatomiga kuup. Selle kõrgus on 8,11 sentimeetrit ja see ei vähene aja jooksul. See projekt on samuti väljatöötamisel.
Huvitavaid fakte standardite kohta ja mitte ainult
Aeg on püsiv väärtus. sisseKõigis meie planeedi ajavööndites määratakse aeg UTC universaalaja suhtes. Huvitav on see, et sellel lühendil puudub dekodeerimine.
Meremehed kasutavad jätkuv alt ühikut "sõlm". Vähesed inimesed teavad, kuid sellel seadmel on pikk ajalugu. Laevade kiiruse mõõtmiseks kasutati varem samale kaugusele seotud sõlmedega palki. Kaasaegsed spidomeetrid on muutunud palju täiuslikumaks, kuid nimi on säilinud.
Ja ka mootorsõidukite hobujõudude mõõtmine põhineb reaalsel faktil. Aurumasina leiutaja James White demonstreeris sel viisil oma avastuse eeliseid. Alla 1 hobujõu arvutas ta välja koormuse massi, mida hobune minutis tõstab.
