Бүгін Ресей мен Африкада бір келі қант бір келі қант болатыны анық сияқты. Осыдан небары 200 жыл бұрын көрші провинцияларда 1 пудтың салмағы басқаша болғанын білгенде таң қаласыз. Бізді бүгінде дүние жүзінің көптеген елдері жұмыс істейтін халықаралық SI жүйесі ортақ бірлікке әкелді. Бірақ әрқашан олай болған жоқ. Өлшеу стандарттары мен бірыңғай SI жүйесін енгізу тарихы туралы - кейінірек мақалада.
Стандарттар не үшін қажет?
Өркениеттің дамуы ғасырлар бойы өзгерген көптеген стандарттар мен шаралар стандарттарын біледі. Мысалы, Ежелгі Египетте салмақ өлшемі – киккар, Ежелгі Римде – талант, Ресейде – пуд. Және осы шаралардың барлығы бірін-бірі алмастыра отырып, адамзаттан барлығы үшін бір шарттық бірлікпен (стандарт) салыстыруға болатын физикалық параметрлердің ортақ бірліктерін келісуін талап етті.
Ғылыми-техникалық прогрестің дамуымен стандарттардың мұндай біртұтас жүйесіне деген қажеттілік тек арта түсті. Сауда-экономикалық қызмет саласынан бастап бұл стандарттар жүйесі қалыптастыбарлық басқа салалардағы қажеттілік - құрылыс (сызбалар), өнеркәсіптік (мысалы, қорытпалардың бірлігі) және тіпті мәдени (уақыт аралықтары).
Есептегіш қалай анықталды
17 ғасырдың соңына дейін дерлік ұзындық өлшемдері әртүрлі елдерде әртүрлі болды. Бірақ қазір ғылымның дамуы бір ғана ұзындық өлшемін - католик метрін қажет ететін уақыт келді.
Бірінші эталонды ағылшын ғалымы және философы Джон Уилкинс ұсынған – жарты периоды бір секундқа тең маятниктің ұзындығын ұзындық бірлігі ретінде алу. Бірақ бұл мән өлшеу орнына байланысты айтарлықтай өзгеретіні тез белгілі болды.
1790 жылы Францияның Ұлттық жиналысы сол кездегі министр Таллейранның ұсынысы бойынша есептегіштің бір эталонын қабылдады, 1791 жылы Франция ғылым академиясы ұзындықтың он миллионнан бір бөлігін эталон ретінде қабылдады. Париж меридианы бойынша өлшенген экватор мен Солтүстік полюс арасындағы қашықтық. Келісемін, өте қиын.
Тыныштық әрекеттері жалғасты
Қазіргі SI жүйесінің прототипі Франциядағы метрикалық жүйе болды, оны 1795 жылы Ұлттық конвенцияда сол кездегі жетекші ғалымдар әзірлеуге ұсынған. Ұзындық пен масса эталондарын әзірлеуде жұмыс істеді Ч. Кулон, Дж. Лагранж, П.-С. Лаплас және т.б. Бірнеше ұсыныстар болды, бірақ меридиан әлі де өлшенді. Ал бірінші метр эталоны 1975 жылы жезден жасалған.
Сонымен бірге 1799 жылдың 22 маусымын өлшемдердің біртұтас жүйесінің және қазіргі SI бірлік жүйесінің прототипінің туған күні деп санау керек. Дәл сол кезде Францияда платина жасалдыметр мен килограмның бірінші эталондары.
Жылдар өтеді, Гаусс абсолютті бірлік жүйесі (1832) және Максвелл мен Томсонның бірнеше бірліктеріне арналған префикстер пайда болады.
Ал 1875 жылы 17 мемлекет метрлік конвенцияға қол қойды. Онда Халықаралық өлшем бюросы мен Халықаралық шаралар комитеті бекітіліп, Салмақ пен өлшем жөніндегі бас конференция өз қызметін бастады. 1889 жылғы бірінші конференциясында метр, килограмм, секундқа негізделген бірінші бірыңғай метрикалық жүйе қабылданды.
Бағдарламалар тарихы жалғасуда
Электр және оптиканың дамуы стандарттар тұжырымдамасына өзіндік түзетулер енгізеді. Ғылым бір орында тұрмайды және жаңа өлшем бірліктерін қажет етеді.
1954 жылы Салмақтар мен өлшемдер жөніндегі оныншы Бас конференцияда алты бірлік қабылданды - метр, килограмм, секунд, ампер, кандела, Кельвин дәрежесі. 1960 жылы бұл жүйе Systeme International d'Unites деп аталды, ал 1960 жылы SI ретінде қысқартылған Халықаралық бірліктер жүйесінің стандарты қабылданды. Орыс тіліндегі «SI» халықаралық жүйені білдіреді. Бұл бүгінде бүкіл әлем қолданатын SI өлшеу жүйесі. Ерекшеліктер АҚШ, Нигерия, Мьянма болды.
SI жүйесін анықтау
Бірден айта кету керек, бұл стандарттардың жалғыз жүйесі емес. Қолданбалы физиканың кейбір салаларында бірліктердің басқа жүйелері қолданылады.
Бүгінгі күні SI физикалық шамалардың халықаралық жүйесі әлемдегі ең көп қолданылатын метрикалық жүйе болып табылады. Оның ресми толық сипаттамасы тармағында көрсетілген«SI брошюрасы» (1970). Ресми анықтама "Халықаралық бірлік жүйесі SI - атаулары мен таңбаларымен, сондай-ақ префикстер жиынтығымен бірге … қолдану ережелері бар … халықаралық бірліктер жүйесіне негізделген бірліктер жүйесі …".
Негізгі жүйе
SI бірліктерінің принциптері келесідей:
- Физикалық шамалардың жеті негізгі бірлігі анықталған. SI жүйесінде оларды басқа шамалардан шығаруға болмайды. Бұл килограмм (салмақ), метр (ұзындығы), секунд (уақыт), ампер (ток), келвин (температура), моль (зат мөлшері), кандела (жарық қарқындылығы).
- Негізгі SI жүйесінің мәндерінен туынды шамалар анықталады, олар негізгі шамалармен математикалық амалдар арқылы алынады.
- Мөлшердің префикстері және оларды пайдалану ережелері анықталған. Префикстер бірлікті бүтін санға бөлу/көбейту керектігін білдіреді, яғни 10 дәрежесі.
Өмірдегі және ғылымдағы мән
Жоғарыда айтылғандай, әлемнің көптеген елдері SI бірліктерін пайдаланады. Тіпті қарапайым өмірде олар ел үшін дәстүрлі бірліктерді пайдаланса да, олар бекітілген коэффициенттерді пайдаланып SI жүйесіне көшу арқылы анықталады.
SI жүйесінің барлық негізгі бірліктері өзгермейтін және әлемнің кез келген жерінде жоғары дәлдікпен ойнатылатын физикалық тұрақтылар немесе құбылыстар арқылы анықталады. Жалғыз ерекшелік - килограмм, оның стандарты әзірге жалғыз физикалық прототип болып қала береді.
MKS бірлік жүйесі (метр, килограмм,екінші) механиканың, термодинамиканың және теориялық физиканың және практикалық ғылымның басқа салаларының мәселелерін шешуге мүмкіндік береді.
Бірақ кейбір салаларда (мысалы, электродинамикада) SI жүйесі басқа метрикалық жүйелерден жеңіледі. Сондықтан әлемде бірнеше метрикалық жүйелер бар, олардың мәндері белгілі бір дәрежеде негізгі стандарттармен - килограмм, метр және секундпен байланысты.
SI бірліктері
Негізгі бірліктер (еске түсіру - олардың жетеуі бар) және олардың белгілеулері кестеде берілген, бірақ олар бәрімізге жақсы таныс. Бұл жүйедегі бірлік атаулары кіші әріппен жазылады және бірліктерді белгілегеннен кейін нүкте қойылмайды.
Туынды бірліктер (олардың 22-сі бар) математикалық есептеулер арқылы өрнектеледі және физикалық заңдардан туындайды. Мысалы, жылдамдық дегеніміз дененің уақыт бірлігінде жүріп өткен жолы – м/с. Кейбір туынды бірліктердің өз атаулары бар (радиан, герц, Ньютон, Джоуль) және оларды әртүрлі тәсілдермен жазуға болады.
SI жүйесіне кірмейтін, бірақ бірге пайдалануға рұқсат етілген бірліктер бар. Олар өлшемдер мен салмақтар туралы жалпы конвенциямен бекітілген. Мысалы, минут, сағат, күн, литр, түйін, гектар.
Сонымен қатар логарифмдік мәндердің бірліктерін, сондай-ақ салыстырмалы шамаларды пайдалануға рұқсат етіледі. Мысалы, пайыз, октава, онжылдық.
Кеңінен қолданылатын мәндерді пайдалануға да рұқсат етіледі. Мысалы, апта, жыл, ғасыр.
Әртүрлі жүйелердегі мәндерді түрлендіруге арналған конвекторлар бар. Олардың саны өте көп, бірақ бәрі де сүйенедібіркелкі метрикалық мәндер.
Халықаралық SI жүйесінің артықшылықтары
Бұл жүйенің әмбебаптығы анық. Барлық физикалық құбылыстар, басқару мен технологияның барлық салалары біртұтас шамалар жүйесімен қамтылған. Тек SI жүйесі маңызды және пайдалану оңай бірліктерді береді.
Жүйе икемділікке тән, бұл жүйеден тыс блоктарды пайдалануға мүмкіндік береді және дамыту мүмкіндігі - қажет болған жағдайда SI мәндерінің санын көбейтуге болады. Бірліктер халықаралық келісімдерге және өлшеу технологияларының даму деңгейіне сәйкес түзетуге жатады.
Бірліктерді біріктіру бұл жүйені кеңінен қолдануға мүмкіндік берді (130-дан астам елде) және көптеген ықпалды халықаралық ұйымдар (БҰҰ, ЮНЕСКО, Халықаралық таза және қолданбалы физика одағы) мойындады.
SI жүйесі дизайнерлер мен ғалымдардың өнімділігін арттырады, оқу үдерісі мен барлық салалардағы халықаралық байланыстар тәжірибесін жеңілдетеді және жеңілдетеді.
Соңғы физикалық прототип
SI жүйесіндегі барлық бірлік физикалық тұрақтылармен анықталады. Ерекшелік - килограмм. Әзірге тек осы стандарттың өзінің физикалық прототипі бар және ол өлшем бірліктерінің жіңішке сызығында ерекшеленеді.
Килограммдық стандарт - бұл 9 бөлік платина және 1 иридий қорытпасынан жасалған цилиндр. Оның массасы ең жоғары тығыздықтағы бір литр суға сәйкес келеді (4 градус Цельсий, теңіз деңгейінен стандартты қысым). 1889 жылы оның 80-і жасалды, оның 17-сі болдыметрикалық конвенцияға қол қойған елдерге жіберілді.
Бүгінгі күні осы стандарттың үш мөрленген капсуладағы түпнұсқасы Париждің шетіндегі Севр қаласында Халықаралық өлшемдер мен өлшемдер бюросының сейфінде орналасқан. Жыл сайын ол салтанатты түрде жойылып, татуластырылады.
Килограмм эталонының орысша нұсқасы Бүкілресейлік метрология ғылыми-зерттеу институтында бар. Менделеев (Санкт-Петербург). Бұл №12 және №26 прототиптер.
IPhone SI жүйесіндегі массалық стандарттың жоғалуына байланысты бұзылады
Бүгінде адамзаттың бүкіл метрикалық жүйесі қауіп төніп тұр. Және бұл физикалық тұрғыдан бар жалғыз стандарт тез «артық салмақтан арылу» болғандықтан орын алады.
Әр ғасыр сайын килограммдық стандарт 3 x 10−8 килограмға жеңіл болатыны тәжірибе жүзінде дәлелденген. Бұл жыл сайынғы зерттеулер кезінде атомдардың ажырауымен байланысты. Бұл мәннің тұрақты мәнін бұзу міндетті түрде барлық басқа мәндердің өзгеруіне әкеп соғатыны анық.
Электрондық килограмм жобасы (Ұлттық стандарттар және технологиялар институты, АҚШ) электромагниттік өрісте 1 килограмм массаны көтере алатын осындай қуатты құрылғыны құруды көздейтін жағдайды сақтауға шақырылған. Жасау бойынша жұмыс әлі жалғасуда.
Басқа бағыт – 2250 x 281489633 көміртегі-12 атомынан тұратын текше. Оның биіктігі 8,11 сантиметр болады және уақыт өте келе азаймайды. Бұл жоба да әзірленуде.
Стандарттар туралы қызықты деректер, тек қана емес
Уақыт – тұрақты мән. жылыБіздің планетамыздың барлық уақыт белдеуінде уақыт UTC әмбебап уақытына қатысты анықталады. Бір қызығы, бұл аббревиатураның декодтауы жоқ.
Теңізшілер «түйін» бірлігін пайдалануды жалғастыруда. Аз адамдар біледі, бірақ бұл бөлімшенің ұзақ тарихы бар. Кемелердің жылдамдығын өлшеу үшін бұрын бірдей қашықтықта түйіндері байланған бөрене пайдаланылған. Заманауи спидометрлер әлдеқайда жетілдірілді, бірақ аты сақталды.
Ал автокөліктің ат күшін өлшеу де нақты фактіге негізделген. Бу машинасының өнертапқышы Джеймс Уайт өзінің ашқан жаңалығының пайдасын осылай көрсетті. 1 ат күшінен төмен ол аттың минутына көтеретін жүктің массасын есептеді.
