Физические величины как объект измерений

Объектом измерений являются физические величины, кото­рые принято делить на основные и производные.

Основные величины не зависимы друг от друга, но они могут служить основой для установления связей с другими физиче­скими величинами, которые называют производными от них. Вспомним уже упомянутую формулу Эйнштейна, в которую входит основная единица — масса, а энергия — это производ­ная единица, зависимость между которой и другими единицами определяет данная формула. Основным величинам соответст­вуют основные единицы измерений, а производным — произ­водные единицы измерений.

Совокупность основных и производных единиц называется системой единиц физических величин.

Первой системой единиц считается метрическая система, где, как уже отмечено выше, за основную единицу длины был принят метр, за единицу веса* — вес 1 см³ химически чистой воды при температуре около +4°С — грамм (позже — кило­грамм). В 1799 г. были изготовлены первые прототипы (эталоны) метра и килограмма. Кроме этих двух единиц метри­ческая система в своем первоначальном варианте включала еще и единицы площади (ар — площадь квадрата со стороной 10 м), объема (стер, равный объему куба с ребром 10 м), вместимости (литр, равный объему куба с ребром 0,1 м).

* В то время не делали различий между понятиями «вес» и «масса».

Таким образом, в метрической системе еще не было четкого подразделения единиц величин на основные и производные.

Понятие системы единиц как совокупности основных и про­изводных впервые предложено немецким ученым К.Ф. Гауссом в 1832 г. В качестве основных в этой системе были приняты: единица длины — миллиметр, единица массы — миллиграмм, единица времени — секунда. Эту системы единиц назвали абсо­лютной.

В 1881 г. была принята система единиц физических величин СГС, основными единицами которой были: сантиметр — еди­ница длины, грамм — единица массы, секунда — единица вре­мени. Производными единицами системы считались единица силы — килограмм-сила и единица работы — эрг. Неудобство системы СГС состояло в трудностях пересчета многих единиц в другие системы для определения их соотношения.

В начале XX в. итальянский ученый Джорджи предложил еще одну систему единиц, получившую название МКСА (в рус­ской транскрипции) и довольно широко распространившуюся в мире. Основные единицы этой системы; метр, килограмм, се­кунда, ампер (единица силы тока), а производные: единица си­лы — ньютон, единица энергии — джоуль, единица мощности — ватт.

Были и другие предложения, что указывает на стремление к единству измерений в международном аспекте. В то же время да­же сейчас некоторые страны не отошли от исторически сложив­шихся у них единиц измерения. Известно, что Великобритания, США, Канада основной единицей массы считают фунт, причем его размер в системе «британских имперских мер» и «старых вин­честерских мер» различен.

Наиболее широко распространена во всем мире Междуна­родная система единиц СИ. Рассмотрим ее сущность.