Sistema de medição SI — história, propósito, papel na física
A história humana tem vários milhares de anos e, em vários estágios de seu desenvolvimento, quase todas as nações usaram alguns de seus sistemas convencionais de referência. Agora, o Sistema Internacional de Unidades (SI) tornou-se obrigatório para todos os países.
O sistema contém sete unidades básicas de medida: segundo — tempo, metro — comprimento, quilograma — massa, ampère — intensidade da corrente elétrica, kelvin — temperatura termodinâmica, candela — intensidade da luz e mol — quantidade de substância. Existem duas unidades adicionais: o radiano para um ângulo plano e o esterradiano para um ângulo sólido.
SI vem do francês Systeme Internationale e significa Sistema Internacional de Unidades.
Como o contador é determinado
No século XVII, com o desenvolvimento da ciência na Europa, os apelos à introdução de uma medida universal ou métrica católica começaram a ser ouvidos cada vez com mais frequência. Seria uma medida decimal baseada no evento natural e independente da decisão da autoridade. Tal medida substituiria os muitos sistemas de medidas então existentes.
O filósofo britânico John Wilkins propôs tomar o comprimento do pêndulo como uma unidade de comprimento, cujo meio período seria igual a um segundo. No entanto, dependendo do local de medição, o valor não era o mesmo. O astrônomo francês Jean Richet estabeleceu esse fato durante uma viagem à América do Sul (1671 — 1673).
Em 1790, o ministro Talleyrand propôs medir a longitude de referência colocando o pêndulo em uma latitude estritamente fixa entre Bordeaux e Grenoble - 45 ° de latitude norte. Como resultado, em 8 de maio de 1790, a Assembleia Nacional Francesa decidiu que o metro é o comprimento de um pêndulo com meio período a 45 ° de latitude igual a 1 s. De acordo com o SI de hoje, esse metro seria igual a 0,994 m. No entanto, essa definição não se coaduna com a comunidade científica.
Em 30 de março de 1791, a Academia Francesa de Ciências aceitou a proposta de definir um padrão de medição como parte do meridiano de Paris. A nova unidade seria um décimo de milionésimo da distância do equador ao Pólo Norte, ou seja, um décimo de milionésimo de um quarto da circunferência da Terra, medido ao longo do meridiano de Paris. Isso ficou conhecido como o "Medidor Verdadeiro e Definitivo".
Em 7 de abril de 1795, a Convenção Nacional aprovou uma lei introduzindo o sistema métrico na França e instruiu os comissários, incluindo Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Laplace e outros cientistas determinaram experimentalmente as unidades de comprimento e massa.
No período de 1792 a 1797, por decisão da convenção revolucionária, os cientistas franceses Delambre (1749-1822) e Mechen (1744-1804) mediram o mesmo arco do meridiano de Paris com um comprimento de 9 ° 40 'de Dunquerque a Barcelona em 6 anos, estabelecendo uma cadeia de 115 triângulos em toda a França e parte da Espanha.
No entanto, mais tarde descobriu-se que, devido a um cálculo incorreto da compressão polar da Terra, o padrão acabou sendo 0,2 mm mais curto. Assim, o comprimento do meridiano de 40.000 km é apenas aproximado. No entanto, o primeiro protótipo do medidor de latão padrão foi feito em 1795. É importante notar que a unidade de massa (o quilograma, cuja definição é baseada na massa de um decímetro cúbico de água) também está ligada à definição do metro.
A história da formação do sistema SI
Em 22 de junho de 1799, dois padrões de platina - o metro padrão e o quilograma padrão - foram fabricados na França. Esta data pode ser considerada o dia do início do desenvolvimento do atual sistema SI.
Em 1832, Gauss criou o chamado Sistema absoluto de unidades, tomando como três unidades básicas: a unidade de tempo é o segundo, a unidade de comprimento é o milímetro e a unidade de massa é o grama, porque usando essas unidades particulares, o cientista foi capaz de medir o valor absoluto do campo magnético da Terra (este sistema recebeu o nome SGS Gauss).
Na década de 1860, sob a influência de Maxwell e Thomson, foi formulada a exigência de que as unidades básicas e derivadas devem ser compatíveis entre si. Como resultado, o sistema CGS foi introduzido em 1874, com prefixos também distribuídos para denotar subconjuntos e múltiplos de unidades de micro a mega.
Em 1875, representantes de 17 países, incluindo Rússia, Estados Unidos, França, Alemanha, Itália, assinaram a Convenção Métrica, segundo a qual o Bureau Internacional de Medidas, o Comitê Internacional de Medidas foi estabelecido e uma convenção regular começou a funcionar. Conferência Geral de Pesos e Medidas (GCMW)… Ao mesmo tempo, iniciou-se o desenvolvimento de um padrão internacional para o quilograma e um padrão para o instrumento de medição.
Em 1889, na primeira conferência do GKMV, sistema ISSbaseado em metro, quilograma e segundo, como o CGS, no entanto, as unidades ISS pareciam mais aceitáveis devido à conveniência de uso prático. Unidades ópticas e elétricas serão introduzidas posteriormente.
Em 1948, por ordem do governo francês e da União Internacional de Física Teórica e Aplicada, a Nona Conferência Geral de Pesos e Medidas emitiu uma instrução ao Comitê Internacional de Pesos e Medidas para propor, a fim de unificar o sistema de unidades de medição, suas ideias para criar um único sistema de unidades de medida que pode ser aceito por todos os países — partes da Convenção Métrica.
Como resultado, as seguintes seis unidades foram propostas e adotadas no décimo GCMW em 1954: metro, quilograma, segundo, ampère, kelvin e candela. Em 1956, o sistema foi nomeado «Systeme International d'Unities» - o sistema internacional de unidades.
Em 1960, foi adotado um padrão, que pela primeira vez foi chamado de «Sistema Internacional de Unidades» e recebeu a abreviatura «SI» (SI).
As unidades básicas permaneceram as mesmas seis unidades: metro, quilograma, segundo, ampère, kelvin e candela, duas unidades adicionais (radiano e esterradiano) e vinte e sete derivadas mais importantes, sem especificar antecipadamente outras unidades derivadas que poderiam ser adicionadas por - tarde. (A abreviação em russo "SI" pode ser decifrada como "Sistema Internacional").
Todas essas seis unidades básicas, tanto unidades adicionais quanto vinte e sete unidades derivadas mais importantes, coincidiram completamente com as unidades básicas, adicionais e derivadas correspondentes adotadas na época nos padrões estaduais da URSS para unidades de medida para o ISS, MKSA, МКСГ e Sistemas MSS.
Em 1963 na URSS, segundo GOST 9867-61 «Sistema internacional de unidades», SI é aceito como preferencial para os campos da economia nacional, em ciência e tecnologia e para o ensino em instituições de ensino.
Em 1968, no décimo terceiro GKMV, a unidade "grau Kelvin" foi substituída por "kelvin", e a designação "K" também foi adotada. Além disso, foi adotada uma nova definição de segundo: um segundo é um intervalo de tempo igual a 9.192.631.770 períodos de radiação correspondentes à transição entre dois níveis hiperfinos do estado quântico fundamental do átomo de césio-133. Em 1997, seria adotado um esclarecimento de que esse intervalo de tempo se refere ao átomo de césio-133 em repouso a 0 K.
Em 1971, outra unidade básica «mol» foi adicionada a 14 GKMV - uma unidade para a quantidade de substância. Um mol é a quantidade de matéria em um sistema contendo tantos elementos estruturais quantos são os átomos de carbono-12 pesando 0,012 kg. Quando uma toupeira é usada, os elementos estruturais devem ser especificados e podem ser átomos, moléculas, íons, elétrons e outras partículas ou grupos especificados de partículas.
Em 1979, a 16ª CGPM adotou uma nova definição de candela. A candela é a intensidade luminosa em uma determinada direção de uma fonte que emite radiação monocromática com frequência de 540 × 1012 Hz, cuja intensidade luminosa nessa direção é 1/683 W/sr (watts por esterradiano).
Em 1983, uma nova definição foi dada ao contador de 17 GKMV.Um metro é o comprimento do caminho percorrido pela luz no vácuo em (1/299.792.458) segundos.
Em 2009, o Governo da Federação Russa aprovou o "Regulamento sobre unidades de medida permitidas para uso na Federação Russa" e, em 2015, foram feitas alterações para excluir o "período de validade" de algumas unidades fora do sistema.
As principais vantagens do sistema SI são as seguintes:
1. Unificação de unidades de grandezas físicas para diferentes tipos de medição.
O sistema SI permite que qualquer quantidade física encontrada em diferentes campos da tecnologia tenha uma unidade comum para eles, por exemplo, o joule para todos os tipos de trabalho e a quantidade de calor em vez das diferentes unidades atualmente usadas para essa quantidade (quilograma - força - medidor, erg, caloria, watt-hora, etc.).
2. A universalidade do sistema.
As unidades do SI cobrem todos os ramos da ciência, tecnologia e economia nacional, excluindo a necessidade do uso de outras unidades e geralmente representam um único sistema comum a todas as áreas de medição.
3. Conectividade (coerência) do sistema.
Em todas as equações físicas que definem as unidades de medida resultantes, o fator de proporcionalidade é sempre uma quantidade adimensional igual à unidade.
O sistema SI permite simplificar significativamente as operações de resolução de equações, realização de cálculos e elaboração de gráficos e nomogramas, uma vez que não há necessidade de usar um número significativo de fatores de conversão.
4. A harmonia e a coerência do sistema SI facilitam muito o estudo das leis físicas e o processo pedagógico no estudo das disciplinas científicas gerais e especiais, bem como a derivação de várias fórmulas.
5.Os princípios de construção do sistema SI fornecem uma oportunidade para formar novas unidades derivadas conforme necessário e, portanto, a lista de unidades desse sistema está aberta para expansão.
O propósito do sistema SI e seu papel na física
Até o momento, o sistema internacional de grandezas físicas SI foi aceito em todo o mundo e é mais usado do que outros sistemas, tanto em ciência e tecnologia quanto na vida cotidiana das pessoas - é uma versão moderna do sistema métrico.
A maioria dos países usa unidades SI em tecnologia, mesmo que usem unidades tradicionais para esses territórios na vida cotidiana. Nos Estados Unidos, por exemplo, as unidades usuais são definidas como unidades SI usando coeficientes fixos.
A quantidade Designação Nome russo Russo internacional Ângulo plano radiano glad rad Ângulo sólido esterradiano Quarta Quarta Temperatura em graus Celsius em Celsius OS OS Frequência hertz Hz Hz Força Newton Z n Energia joule J J Potência W W Pressão pascal Pa Pa Fluxo luminoso lumen lm lm Iluminação lux OK lx Pendente de carga elétrica CL ° C Diferença de potencial volt V V Resistência ohm Ohm R Capacidade elétrica farad F F Fluxo magnético Weber Wb Wb Indução magnética Tesla T T Indutância Henry Mr. H Condutividade elétrica Siemens Cm C Atividade de uma fonte radioativa becquerel Bq Bq Dose absorvida de radiação ionizante gray Gr Gy Dose efetiva de radiação ionizante sievert Sv Sv Atividade do catalisador roll cat cat
Uma descrição exaustivamente detalhada do sistema SI na forma oficial é dada no SI Booklet, publicado desde 1970, e seu suplemento; esses documentos são publicados no site oficial do Bureau Internacional de Pesos e Medidas. desde 1985esses documentos são emitidos em inglês e francês e são sempre traduzidos para vários idiomas ao redor do mundo, embora o idioma oficial do documento seja o francês.
A definição oficial precisa do sistema SI é a seguinte: "O Sistema Internacional de Unidades (SI) é um sistema de unidades baseado no Sistema Internacional de Unidades, juntamente com nomes e símbolos, e um conjunto de prefixos e seus nomes e símbolos juntamente com as regras para seu uso adotadas pela Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) «.
O sistema SI é definido por sete unidades básicas de grandezas físicas e suas derivadas, bem como seus prefixos.As abreviaturas padrão das designações de unidades e as regras para escrever derivadas são reguladas. Existem sete unidades básicas como antes: quilograma, metro, segundo, ampère, kelvin, mol, candela. As unidades básicas são independentes do tamanho e não podem ser derivadas de outras unidades.
Já as unidades derivadas podem ser obtidas a partir das básicas, realizando operações matemáticas como divisão ou multiplicação. Algumas das unidades resultantes, como "radiano", "lúmen", "pendente", têm nomes próprios.
Você pode usar um prefixo antes do nome da unidade, como milímetro — um milésimo de metro e quilômetro — mil metros. O prefixo significa que um deve ser dividido ou multiplicado por um inteiro que é uma potência específica de dez.