Единица измерения — это определенная величина величины , определенная и принятая соглашением или законом, которая используется в качестве эталона для измерения одного и того же вида величины . [1] Любая другая величина такого рода может быть выражена кратной единице измерения. [2]
Например, длина — это физическая величина . Метр (обозначение м ) — это единица длины, обозначающая определенную заранее заданную длину. Например, когда речь идет о «10 метрах» (или 10 м), на самом деле имеется в виду 10-кратная определенная заранее определенная длина, называемая «метр».
Определение, согласование и практическое использование единиц измерения сыграли решающую роль в человеческой деятельности с раннего возраста до настоящего времени. Раньше было очень распространено множество систем единиц . Сейчас существует глобальный стандарт — Международная система единиц (СИ), современная форма метрической системы .
В торговле меры веса и меры часто являются предметом государственного регулирования в целях обеспечения справедливости и прозрачности. Перед Международным бюро мер и весов (BIPM) стоит задача обеспечить единообразие измерений во всем мире и их соответствие Международной системе единиц (СИ).
Метрология – это наука о разработке национальных и международных единиц измерения.
В физике и метрологии единицы представляют собой стандарты измерения физических величин, которым для использования необходимы четкие определения. Воспроизводимость экспериментальных результатов занимает центральное место в научном методе . Стандартная система единиц облегчает это. Научные системы единиц представляют собой усовершенствованную концепцию мер и весов, исторически разработанную для коммерческих целей. [3]
В науке , медицине и технике часто используются 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 социальных науках не существует стандартных единиц измерения, а теория и практика измерений изучаются в психометрии и теории совместного измерения .
Единица измерения — это стандартизированное количество физического свойства, используемое в качестве фактора для выражения встречающихся количеств этого свойства. Единицы измерения были одними из первых инструментов, изобретенных человеком. Первобытным обществам требовались элементарные меры для решения многих задач: строительства жилищ подходящего размера и формы, изготовления одежды или обмена продуктов питания или сырья.
Самые ранние известные единые системы измерения, по-видимому, были созданы где-то в 4-м и 3-м тысячелетиях до нашей эры среди древних народов Месопотамии , Египта и долины Инда , а также, возможно, также Элама в Персии .
Меры и веса упоминаются в Библии (Левит 19:35–36). Это заповедь быть честным и применять справедливые меры.
В Великой хартии вольностей 1215 года (Великой хартии) с печатью короля Джона , представленной ему баронами Англии, король Джон согласился в статье 35: «Во всем нашем королевстве должна быть одна мера вина и одна мера вина». эля и одну меру кукурузы, а именно лондонскую кварту, и одну ширину крашеной, красновато-коричневой ткани и кольчуги, а именно, на два локтя ниже кромки...»
Начиная с 21 века, во всем мире используются системы из нескольких единиц измерения, такие как обычная система Соединенных Штатов, имперская система и международная система. Однако Соединенные Штаты — единственная промышленно развитая страна, которая еще, по крайней мере, в основном не перешла на метрическую систему. Систематические усилия по разработке универсально приемлемой системы единиц начались в 1790 году, когда Национальное собрание Франции поручило Французской академии наук разработать такую систему единиц. Эта система была предшественником 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 мер и весов (ГКМВ). ГКМВ разработала действующую СИ, которая была принята в 1954 году на 10-й Конференции мер и весов. В настоящее время Соединенные Штаты представляют собой общество с двойной системой, в котором используются как СИ, так и обычная система США. [4] [5]
Использование единой единицы измерения некоторых величин имеет очевидные недостатки. Например, непрактично использовать одну и ту же единицу измерения расстояния между двумя городами и длины иглы. Таким образом, исторически они развивались независимо. Один из способов облегчить чтение больших чисел или мелких дробей — использовать префиксы единиц измерения .
Однако в какой-то момент времени может возникнуть необходимость связать эти две единицы и, следовательно, необходимость выбрать одну единицу как определяющую другую или наоборот. Например, дюйм можно определить как ячменное зерно . Система измерения – это совокупность единиц измерения и правил, связывающих их друг с другом.
По мере развития науки возникла необходимость соотнести системы измерения разных величин, как длины, веса и объема. Попытка связать различные традиционные системы друг с другом выявила множество несоответствий и привела 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 получены из этих базовых единиц. [6] [7] : 132
Системы измерения в современном использовании включают метрическую систему , имперскую систему и обычные единицы Соединенных Штатов .
Исторически многие из использовавшихся систем измерения в той или иной степени основывались на размерах человеческого тела. К таким единицам, которые можно назвать антропными единицами , относятся локоть , основанный на длине предплечья; темп , зависящий от длины шага; и нога и рука . В результате единицы измерения могут различаться не только от места к месту, но и от человека к человеку. Единицы, не основанные на человеческом теле, могут быть основаны на сельском хозяйстве, как в случае с фарлонгом и акром , оба основаны на количестве земли, которую может обработать упряжка 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.
И имперские единицы , и обычные единицы США произошли от более ранних английских единиц . Имперские единицы в основном использовались в Британском Содружестве и бывшей Британской Империи . Обычные единицы измерения США по-прежнему являются основной системой измерения, используемой в Соединенных Штатах за пределами науки, медицины, многих секторов промышленности, а также некоторых государственных и военных структур, несмотря на то, что 28 июля 1866 года Конгресс официально утвердил метрическую систему измерения. [8] Некоторые были предприняты шаги в направлении метрической системы США , в частности, было дано новое определение основных американских и имперских единиц, которые должны быть получены именно из единиц СИ. Со времени международного соглашения о ярдах и фунтах 1959 года американский и имперский дюйм теперь определяются как именно0,0254 м , а американский и имперский фунт эвердюпуа теперь определяется точно0,453 592 37 кг . [9]
В то время как вышеупомянутые системы единиц основаны на произвольных значениях единиц, формализованных в виде стандартов, естественные единицы в физике основаны на физических принципах или выбраны для облегчения работы с физическими уравнениями. Например, атомные единицы (а.е.) были разработаны для упрощения волнового уравнения в атомной физике . [10]
В науках можно встретить некоторые необычные и нестандартные единицы . Они могут включать солнечную массу (2 × 10 30 кг ), мегатонна (энергия, выделяющаяся при взрыве одного миллиона тонн тринитротолуола , тротила) и электронвольт .
Чтобы снизить уровень мошенничества в розничной торговле, во многих национальных законах есть стандартные определения весов и мер, которые можно использовать (отсюда и « законодательная мера »), и они проверяются юристами. [ нужна цитата ]
В неформальной обстановке количество может быть описано как кратное значению знакомого объекта, что может быть легче контекстуализировать, чем значение в формальной системе единиц. Например, публикация может описывать территорию в чужой стране как число, кратное площади местного региона для читательской аудитории. Склонность к частому использованию определенных понятий может привести к появлению слабо определенных «систем» единиц. [11] [12]
Для большинства величин необходима единица измерения, чтобы передать значения этой физической величины. Например, невозможно передать кому-либо определенную длину без использования какой-либо единицы измерения, поскольку длину нельзя описать без ссылки, используемой для понимания данного значения.
Но не все величины требуют собственной единицы измерения. Используя физические законы, единицы величин можно выразить как комбинации единиц других величин. Таким образом, требуется лишь небольшой набор единиц. Эти единицы принимаются в качестве базовых , а остальные единицы являются производными . Таким образом, базовые единицы — это единицы величин, которые не зависят от других величин, и это единицы длины, массы, времени, электрического тока, температуры, силы света и количества вещества. Производные единицы — это единицы величин, которые являются производными от базовых величин, а некоторые из производных единиц — это единицы скорости, работы, ускорения, энергии, давления и т. д. [6]
Различные системы единиц основаны на различном выборе набора связанных единиц, включая фундаментальные и производные единицы.
Согласно ISO 80000-1 , [13] любое значение или величина физической величины выражается как сравнение 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 и – единица измерения. И наоборот, числовое значение, выраженное в произвольной единице, можно получить как:
Единицы можно добавлять или вычитать только в том случае, если они одного типа; однако единицы всегда можно умножать или делить, как объяснял Георгий Гамов . Пусть будет «2 метра» и «3 секунды», тогда
К юнитам применяются определенные правила:
Преобразование единиц — это преобразование единицы измерения, в которой выражается количество , обычно с помощью мультипликативного коэффициента перевода, который изменяет единицу измерения без изменения количества. Это также часто широко понимается как замена величины соответствующей величиной, описывающей 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 степени 10.Одним из примеров важности согласованных единиц измерения является провал Марсианского климатического орбитального аппарата НАСА , который был случайно уничтожен во время полета на Марс в сентябре 1999 года вместо того, чтобы выйти на орбиту из-за недопонимания о значении сил: разные компьютерные программы использовали разные единицы измерения. измерение ( ньютон против силы фунта ). Значительное количество сил, времени и денег было потрачено впустую. [14] [15]
15 апреля 1999 года грузовой рейс 6316 Korean Air из Шанхая в Сеул был потерян из-за того, что экипаж перепутал инструкции на вышке (в метрах) и показания высотомера (в футах). Три члена экипажа и пять человек на земле погибли. Тридцать семь получили ранения. [16] [17]
В 1983 году у Боинга 767 (который благодаря навыкам планирования пилота благополучно приземлился и стал известен как планер Гимли ) закончилось топливо в середине полета из-за двух ошибок в расчете запаса топлива первого самолета Air Canada , который использовал метрические измерения. [18] Эта авария стала результатом как путаницы из-за одновременного использования метрических и имперских мер, так и путаницы мер массы и объема.
Планируя свое путешествие через Атлантический океан в 1480-х годах, Колумб ошибочно предположил, что миля , указанная в арабской оценке в 56⅔ миль для размера градуса, была такой же, как на самом деле гораздо более короткая итальянская миля в 1480 метров. Таким образом, его оценка размера градуса и окружности Земли была примерно на 25% занижена. [19] : 1 : 17
Вчера компания Air Canada заявила, что в ее самолете Boeing 767 на прошлой неделе в полете закончилось топливо из-за двух ошибок при расчете запаса топлива для первого самолета авиакомпании, использующего метрические измерения.
После того, как оба двигателя потеряли мощность, пилоты совершили то, что сейчас считается первой успешной аварийной
посадкой
коммерческого реактивного лайнера.
Исторический
Юридический
Метрическая информация
![{\displaystyle Z=\{Z\}\times [Z].}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b1ba3fe570547427bb5e9779f0ab0866daeebc62)
![{\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/bf28e7d7e801cf6241c0e49e7150ec413aa3dbb5)
![{\displaystyle 2\,\mathrm {метры} \times 3\,\mathrm {секунды} =\{Z\}\{W\}\times [Z][W]=6\,\mathrm {метры} \ раз \mathrm {секунды} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/eaad7f2e07c031f027c9064fad5a78e0b6fd7fe5)