Единица измерения , или единица измерения , — это определенная величина величины , определенная и принятая соглашением или законом, которая используется в качестве стандарта для измерения того же вида величины . [1] Любая другая величина этого вида может быть выражена как кратное единице измерения. [ 2 ]
Например, длина — это физическая величина . Метр (символ м) — это единица длины, которая представляет определенную предопределенную длину. Например, когда говорят «10 метров» (или 10 м), на самом деле имеется в виду 10 раз определенной предопределенной длины, называемой «метром».
Определение, соглашение и практическое использование единиц измерения играли решающую роль в человеческой деятельности с ранних времен и до настоящего времени. Множество систем единиц были очень распространены. Теперь существует всемирный стандарт, Международная система единиц (СИ), современная форма метрической системы .
В торговле меры и веса часто являются предметом государственного регулирования, чтобы обеспечить справедливость и прозрачность. Международное бюро мер и весов (BIPM) призвано обеспечивать всемирное единообразие измерений и их прослеживаемость к Международной системе единиц (СИ).
Метрология — это наука о разработке общепризнанных на национальном и международном уровне единиц измерения.
В физике и метрологии единицы являются стандартами для измерения физических величин, которые требуют четких определений, чтобы быть полезными. Воспроизводимость экспериментальных результатов является центральной для научного метода . Стандартная система единиц облегчает это. Научные системы единиц являются уточнением концепции весов и мер, исторически разработанной для коммерческих целей. [3]
Наука , медицина и инженерия часто используют большие и меньшие единицы измерения, чем те, которые используются в повседневной жизни. Разумный выбор единиц измерения может помочь исследователям в решении проблем (см., например, анализ размерностей ).
В общественных науках не существует стандартных единиц измерения.
Единица измерения — это стандартизированное количество физического свойства, используемое в качестве фактора для выражения встречающихся количеств этого свойства. Единицы измерения были одними из самых ранних инструментов, изобретенных людьми. Первобытным обществам требовались элементарные меры для многих задач: строительства жилищ соответствующего размера и формы, пошива одежды или обмена продуктами питания или сырьем.
Самые ранние известные единые системы измерений, по-видимому, были созданы где-то в IV и III тысячелетиях до нашей эры среди древних народов Месопотамии , Египта и долины Инда , а также , возможно, Элама в Персии .
Меры и веса упоминаются в Библии (Левит 19:35–36). Это заповедь быть честным и иметь справедливые меры.
В Великой хартии вольностей 1215 года (Великой хартии) с печатью короля Иоанна , представленной ему баронами Англии, король Иоанн в пункте 35 согласился: «Во всем нашем королевстве должна быть одна мера вина, одна мера эля и одна мера зерна, а именно, лондонская кварта; и одна ширина крашеных, красновато-коричневых и кольчужных тканей, а именно, два локтя ниже кромки...»
Начиная с XXI века в мире в основном используется Международная система. Существуют и другие системы единиц, которые используются во многих местах, такие как Обычная система США и Имперская система. Соединенные Штаты являются единственной промышленно развитой страной, которая еще не перешла по крайней мере в основном на метрическую систему. [4] Систематические усилия по разработке универсально приемлемой системы единиц восходят к 1790 году, когда Национальное собрание Франции поручило Французской академии наук разработать такую систему единиц. Эта система была предшественницей метрической системы, которая была быстро разработана во Франции, но не получила всеобщего признания до 1875 года, когда 17 стран подписали Договор о Метрической конвенции. После подписания этого договора была создана Генеральная конференция по мерам и весам (CGPM). CGPM разработала текущую систему СИ, которая была принята в 1954 году на 10-й Конференции по мерам и весам. В настоящее время Соединенные Штаты являются обществом с двойной системой, которое использует как СИ, так и Обычная система США. [5] [6]
Использование единой единицы измерения для некоторых величин имеет очевидные недостатки. Например, непрактично использовать одну и ту же единицу для расстояния между двумя городами и длины иглы. Таким образом, исторически они развивались независимо. Один из способов сделать большие числа или малые дроби более удобными для чтения — использовать префиксы единиц .
Однако в какой-то момент времени может возникнуть необходимость связать две единицы, и, следовательно, необходимость выбрать одну единицу для определения другой или наоборот. Например, дюйм может быть определен в терминах ячменного зерна . Система измерения — это совокупность единиц измерения и правил, связывающих их друг с другом.
По мере развития науки возникла необходимость связать системы измерения различных величин, таких как длина, вес и объем. Попытки связать различные традиционные системы между собой выявили множество несоответствий и привели к разработке новых единиц и систем.
Системы единиц различаются от страны к стране. Некоторые из различных систем включают системы сантиметр-грамм-секунда , фут-фунт-секунда , метр-килограмм-секунда и Международную систему единиц , СИ. Среди различных систем единиц, используемых в мире, наиболее широко используемой и признанной на международном уровне является СИ. Базовыми единицами СИ являются секунда, метр, килограмм, ампер, кельвин, моль и кандела; все остальные единицы СИ являются производными от этих базовых единиц. [7] [8] : 132
Современные системы измерений включают метрическую систему , имперскую систему и общепринятые единицы США .
Исторически многие из систем измерения, которые использовались, в некоторой степени основывались на размерах человеческого тела. Такие единицы, которые можно назвать антропными единицами , включают локоть , основанный на длине предплечья; шаг , основанный на длине шага; и ступню и кисть . [9] : 25 В результате единицы измерения могли различаться не только от места к месту, но и от человека к человеку. Единицы, не основанные на человеческом теле, могли основываться на сельском хозяйстве, как в случае с фарлонгом и акром , обе основанные на количестве земли, которое может быть обработано командой волов .
Метрические системы единиц развивались с момента принятия первоначальной метрической системы во Франции в 1791 году. Текущая международная стандартная метрическая система — это Международная система единиц (сокращенно СИ). Важной особенностью современных систем является стандартизация . Каждая единица имеет общепризнанный размер.
Как имперские единицы , так и общепринятые единицы США происходят от более ранних английских единиц . Имперские единицы в основном использовались в Британском Содружестве и бывшей Британской империи . Американские общепринятые единицы по-прежнему являются основной системой измерений, используемой в Соединенных Штатах за пределами науки, медицины, многих секторов промышленности, а также некоторых правительственных и военных учреждений, и несмотря на то, что Конгресс юридически разрешил метрическую меру 28 июля 1866 года. [10] Были сделаны некоторые шаги в направлении метрической системы США, в частности, переопределение основных единиц США и имперской системы для их точного выведения из единиц СИ. После международного соглашения о ярдах и фунтах 1959 года дюйм США и имперский дюйм теперь определяются как точно0,0254 м , а американский и имперский фунт эвердьюпойс теперь определяется как0,453 592 37 кг . [11]
В то время как указанные выше системы единиц основаны на произвольных единицах, формализованных как стандарты, естественные единицы в физике основаны на физическом принципе или выбираются для того, чтобы облегчить работу с физическими уравнениями. Например, атомные единицы (а.е.) были разработаны для упрощения волнового уравнения в атомной физике . [12]
В науке могут встречаться некоторые необычные и нестандартные единицы . К ним относятся масса Солнца (2 × 10 30 кг ), мегатонна (энергия, выделяемая при взрыве миллиона тонн тринитротолуола , ТНТ) и электронвольт .
Чтобы сократить случаи мошенничества в розничной торговле, во многих национальных законах предусмотрены стандартные определения мер и весов, которые могут использоваться (отсюда и « уставная мера »), и они проверяются юристами. [ необходима ссылка ]
В неформальной обстановке количество может быть описано как кратное количеству знакомой сущности, что может быть проще для контекстуализации, чем значение в формальной системе единиц. Например, публикация может описывать территорию в чужой стране как число, кратное площади региона, локального для читателей. Склонность к частому использованию определенных концепций может привести к появлению нечетко определенных «систем» единиц. [13] [14]
Для большинства величин единица необходима для передачи значений этой физической величины. Например, передать кому-то определенную длину без использования какой-либо единицы невозможно, поскольку длина не может быть описана без ссылки, используемой для придания смысла данному значению.
Но не все величины требуют собственной единицы. Используя физические законы, единицы величин могут быть выражены как комбинации единиц других величин. Таким образом, требуется только небольшой набор единиц. Эти единицы принимаются в качестве основных единиц , а другие единицы являются производными единицами . Таким образом, основные единицы являются единицами величин, которые не зависят от других величин, и они являются единицами длины, массы, времени, электрического тока, температуры, силы света и количества вещества. Производные единицы являются единицами величин, которые являются производными от основных величин, и некоторые из производных единиц являются единицами скорости, работы, ускорения, энергии, давления и т. д. [7]
Различные системы единиц основаны на различном выборе набора взаимосвязанных единиц, включая основные и производные единицы.
Согласно ISO 80000-1 , [15] любое значение или величина физической величины выражается в сравнении с единицей этой величины. Значение физической величины Z выражается как произведение числового значения { Z } (чистого числа) и единицы [ Z ]:
Например, пусть будет "2 метра"; тогда - числовое значение, а - единица измерения. Наоборот, числовое значение, выраженное в произвольной единице, можно получить как:
Единицы можно складывать или вычитать только если они одного типа; однако, единицы всегда можно умножать или делить, как объяснял Георгий Гамов . Пусть будет "2 метра" и "3 секунды", тогда
Существуют определенные правила, применимые к подразделениям:
Перевод единиц измерения — это перевод единицы измерения, в которой выражено количество , обычно через мультипликативный коэффициент перевода, который изменяет единицу измерения, не изменяя количество. Это также часто вольно подразумевает замену количества соответствующим количеством, которое описывает то же физическое свойство.
Преобразование единиц измерения в метрической системе, такой как СИ , часто проще , чем в других, из-за согласованности системы и ее метрических префиксов , которые действуют как множители степеней числа 10.Одним из примеров важности согласованных единиц является провал космического аппарата NASA Mars Climate Orbiter , который был случайно уничтожен во время миссии на Марс в сентябре 1999 года (вместо выхода на орбиту) из-за недопонимания относительно величины сил: разные компьютерные программы использовали разные единицы измерения ( ньютон против фунта силы ). Значительное количество усилий, времени и денег было потрачено впустую. [16] [17]
15 апреля 1999 года грузовой рейс Korean Air 6316 из Шанхая в Сеул был потерян из-за того, что экипаж перепутал инструкции вышки (в метрах) и показания высотомера (в футах). Три члена экипажа и пять человек на земле погибли. Тридцать семь получили ранения. [18] [19]
В 1983 году у Boeing 767 (который благодаря навыкам планирующего пилота благополучно приземлился и стал известен как « Планер Гимли» ) в середине полета закончилось топливо из-за двух ошибок при расчете запаса топлива первого самолета Air Canada , использовавшего метрическую систему мер. [20] Эта катастрофа стала результатом как путаницы из-за одновременного использования метрических и имперских мер, так и путаницы в мерах массы и объема.
Планируя свое путешествие через Атлантический океан в 1480-х годах, Колумб ошибочно предположил, что миля, указанная в арабской оценке в 56+2/3 мили для размера градуса были такими же, как на самом деле гораздо более короткая итальянская миля в 1480 метров. Его оценка размера градуса и окружности Земли была, таким образом, примерно на 25% меньше. [21] : 1 : 17
авиакомпания Air Canada заявила, что у ее самолета Boeing 767 закончилось топливо в середине полета на прошлой неделе из-за двух ошибок в расчете запаса топлива первого самолета авиакомпании, использовавшего метрическую систему мер. После того, как оба двигателя вышли из строя, пилоты совершили то, что сейчас считается первой успешной аварийной
посадкой коммерческого реактивного лайнера с
мертвой тягой .
Исторический
Юридический
Метрическая информация
![{\displaystyle Z=\{Z\}\times [Z]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/def9bab2222172f53c7a8becf5e4185293817ff6)
![{\displaystyle [Z]=\mathrm {метр} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f6a8ec250d9a5d8cc852b7f4f0942e1753dbffd7)
![{\displaystyle \{Z\}=Z/[Z]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3f34ded144b10ed1870ed60970d3e48a6a968381)
![{\displaystyle 2\,\mathrm {метры} \times 3\,\mathrm {секунды} =\{Z\}\{W\}\times [Z][W]=6\,\mathrm {метры} \times \mathrm {секунды} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/eaad7f2e07c031f027c9064fad5a78e0b6fd7fe5)