วันนี้ดูเหมือนว่าน้ำตาลหนึ่งกิโลกรัมในรัสเซียและแอฟริกาจะเป็นน้ำตาลหนึ่งกิโลกรัม คุณจะแปลกใจเมื่อรู้ว่าเมื่อ 200 ปีที่แล้ว สุนัข 1 ตัวมีน้ำหนักไม่เท่ากันแม้ในจังหวัดใกล้เคียง เราถูกนำมาเป็นตัวหารร่วมโดยระบบ SI สากล ซึ่งประเทศส่วนใหญ่ในโลกดำเนินการอยู่ในปัจจุบัน แต่มันก็ไม่เป็นเช่นนั้นเสมอไป เกี่ยวกับประวัติการแนะนำมาตรฐานการวัดและระบบ SI แบบรวม - ในบทความต่อไป
ทำไมเราต้องมีมาตรฐาน
การพัฒนาของอารยธรรมได้รู้จักมาตรฐานและมาตรฐานของมาตรการมากมายที่เปลี่ยนแปลงไปตลอดหลายศตวรรษที่ผ่านมา ตัวอย่างเช่นการวัดน้ำหนักในอียิปต์โบราณคือ kikkar ในกรุงโรมโบราณมีพรสวรรค์ในรัสเซียเป็นพุด และมาตรการทั้งหมดเหล่านี้ แทนที่กันและกัน มนุษยชาติจำเป็นต้องเห็นด้วยกับหน่วยทั่วไปของพารามิเตอร์ทางกายภาพที่สามารถเทียบเคียงได้กับหน่วยสัญญาเดียว (มาตรฐาน) สำหรับทุกคน
ด้วยการพัฒนาความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ความต้องการระบบมาตรฐานที่เป็นหนึ่งเดียวจึงเพิ่มขึ้นเท่านั้น เริ่มต้นจากกิจกรรมการค้าและเศรษฐกิจ ระบบมาตรฐานนี้ได้กลายเป็นความจำเป็นในด้านอื่น ๆ ทั้งหมด - การก่อสร้าง (ภาพวาด) อุตสาหกรรม (เช่น ความสามัคคีของโลหะผสม) และแม้กระทั่งวัฒนธรรม (ช่วงเวลา)
วัดเมตรอย่างไร
เกือบถึงปลายศตวรรษที่ 17 การวัดความยาวในแต่ละประเทศแตกต่างกัน แต่ตอนนี้ถึงเวลาแล้วที่การพัฒนาวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องมีการวัดความยาวเพียงอย่างเดียว - เครื่องวัดคาทอลิก
มาตรฐานแรกเสนอโดยนักวิทยาศาสตร์และปราชญ์ชาวอังกฤษ จอห์น วิลกินส์ - ให้ใช้ความยาวของลูกตุ้ม ซึ่งครึ่งหนึ่งของระยะเวลาเท่ากับหนึ่งวินาที เป็นหน่วยของความยาว แต่เห็นได้ชัดว่าค่านี้แตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับสถานที่วัด
ในปี ค.ศ. 1790 สมัชชาแห่งชาติในฝรั่งเศสตามคำแนะนำของรัฐมนตรีในสมัยนั้น Talleyrand ได้นำมาตรฐานหนึ่งมาตราฐานของมาตรวัดมาใช้ ในปี ค.ศ. 1791 French Academy of Sciences ได้ยอมรับเป็นมาตรฐานความยาวหนึ่งในสิบล้านของ ระยะห่างระหว่างเส้นศูนย์สูตรกับขั้วโลกเหนือ วัดตามเส้นเมอริเดียนของปารีส เห็นด้วย ค่อนข้างยาก
พยายามสงบต่อไป
ต้นแบบของระบบ SI สมัยใหม่คือระบบเมตริกในฝรั่งเศส ซึ่งเสนอโดยอนุสัญญาแห่งชาติในปี ค.ศ. 1795 เพื่อพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำในสมัยนั้น ทำงานเกี่ยวกับการพัฒนามาตรฐานความยาวและมวล Ch. Coulomb, J. Lagrange, P.-S. ลาปลาซและอื่น ๆ มีข้อเสนอหลายอย่าง แต่เส้นเมอริเดียนยังคงวัดอยู่ และมาตราฐานเมตรแรกทำด้วยทองเหลืองในปี พ.ศ. 2518
และในวันที่ 22 มิถุนายน พ.ศ. 2342 ควรถือเป็นวันเกิดของระบบการวัดแบบครบวงจรและต้นแบบของระบบ SI ที่ทันสมัยของหน่วย ตอนนั้นเองที่ฝรั่งเศสทำแพลตตินั่มมาตราฐานแรกของเมตรและกิโลกรัม
หลายปีผ่านไป ระบบสัมบูรณ์แบบเกาส์เซียนของหน่วย (1832) และส่วนนำหน้าของแมกซ์เวลล์และทอมสันหลายหน่วยปรากฏขึ้น
และในปี พ.ศ. 2418 17 รัฐได้ลงนามในอนุสัญญามิเตอร์ อนุมัติสำนักงานมาตรการระหว่างประเทศและคณะกรรมการมาตรการระหว่างประเทศ และการประชุมใหญ่ว่าด้วยน้ำหนักและมาตรการได้เริ่มกิจกรรม ในการประชุมครั้งแรกในปี พ.ศ. 2432 ได้มีการนำระบบเมตริกแบบครบวงจรระบบแรกมาใช้ โดยอิงตามมิเตอร์ กิโลกรัม วินาที
ประวัติศาสตร์ของการวัดประสิทธิภาพยังคงดำเนินต่อไป
การพัฒนาไฟฟ้าและออปติกทำให้การปรับเปลี่ยนแนวคิดของมาตรฐานเอง วิทยาศาสตร์ไม่หยุดนิ่งและต้องการหน่วยวัดใหม่
ในปี ค.ศ. 1954 ที่การประชุมใหญ่สามัญครั้งที่ 10 เรื่องตุ้มน้ำหนักและหน่วยวัด มีการใช้หน่วยหกหน่วย ได้แก่ เมตร, กิโลกรัม, วินาที, แอมแปร์, แคนเดลา, องศาเคลวิน ในปีพ.ศ. 2503 ระบบนี้มีชื่อว่า Systeme International d'Unites และในปีพ.ศ. 2503 ได้มีการนำมาตรฐานระบบสากลของหน่วย (International System of Units) มาใช้โดยย่อว่า SI ภาษารัสเซีย "SI" ย่อมาจาก International System นี่คือระบบการวัด SI ที่คนทั้งโลกใช้ในปัจจุบัน ข้อยกเว้นคือ สหรัฐอเมริกา ไนจีเรีย เมียนมาร์
การกำหนดระบบ SI
ควรสังเกตทันทีว่านี่ไม่ใช่ระบบมาตรฐานเพียงระบบเดียว ฟิสิกส์ประยุกต์บางสาขาใช้ระบบหน่วยอื่น
วันนี้ระบบสากลของปริมาณทางกายภาพ SI เป็นระบบเมตริกที่ใช้มากที่สุดในโลก คำอธิบายโดยละเอียดอย่างเป็นทางการถูกกำหนดไว้ใน"โบรชัวร์ SI" (1970) คำจำกัดความอย่างเป็นทางการ "ระบบสากลของหน่วย SI เป็นระบบของหน่วยตามระบบสากลของหน่วย พร้อมด้วยชื่อและสัญลักษณ์ ตลอดจนชุดคำนำหน้า … พร้อมกฎการใช้งาน …"
ระบบพื้นฐาน
หลักการของหน่วย SI มีดังนี้:
- มีการกำหนดปริมาณทางกายภาพเจ็ดหน่วยพื้นฐาน ในระบบ SI ไม่สามารถหาได้จากปริมาณอื่น ได้แก่ กิโลกรัม (น้ำหนัก) เมตร (ความยาว) วินาที (เวลา) แอมแปร์ (กระแส) เคลวิน (อุณหภูมิ) โมล (ปริมาณสาร) แคนเดลา (ความเข้มแสง)
- ปริมาณที่ได้มาจากค่าของระบบ SI พื้นฐานจะถูกกำหนด ซึ่งได้มาจากการดำเนินการทางคณิตศาสตร์กับปริมาณพื้นฐาน
- มีการกำหนดคำนำหน้าปริมาณและกฎการใช้งาน คำนำหน้าหมายความว่าหน่วยจะต้องหาร / คูณด้วยจำนวนเต็มซึ่งเป็นกำลัง 10
ความหมายในชีวิตและวิทยาศาสตร์
ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ประเทศส่วนใหญ่ในโลกใช้หน่วย SI แม้ว่าในชีวิตปกติจะใช้หน่วยดั้งเดิมสำหรับประเทศ แต่ถูกกำหนดโดยการแปลงเป็นระบบ SI โดยใช้สัมประสิทธิ์คงที่
หน่วยพื้นฐานทั้งหมดของระบบ SI ถูกกำหนดโดยค่าคงที่ทางกายภาพหรือปรากฏการณ์ที่ไม่แปรผันและสามารถทำซ้ำได้ทุกที่ในโลกด้วยความแม่นยำสูง ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือกิโลกรัม ซึ่งเป็นมาตรฐานที่ยังคงเป็นต้นแบบทางกายภาพเพียงตัวเดียว
ระบบหน่วย MKS (เมตร, กิโลกรัม,ประการที่สอง) ให้คุณแก้ปัญหาเกี่ยวกับกลศาสตร์ อุณหพลศาสตร์ และสาขาอื่นๆ ของฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและวิทยาศาสตร์เชิงปฏิบัติ
แต่ในบางอุตสาหกรรม (เช่น ในอิเล็กโทรไดนามิกส์) ระบบ SI จะสูญเสียระบบเมตริกอื่นๆ นั่นคือเหตุผลที่ว่าทำไมโลกจึงมีระบบเมตริกหลายระบบ ซึ่งค่านิยมนั้นเชื่อมโยงกับมาตรฐานหลักในระดับหนึ่ง เช่น กิโลกรัม เมตร และวินาที
หน่วยSI
หน่วยพื้นฐาน (จำได้ - มีเจ็ดหน่วย) และการกำหนดชื่อของพวกเขาถูกนำเสนอในตาราง แต่พวกเราทุกคนรู้จักกันดี ชื่อของหน่วยในระบบนี้เขียนด้วยอักษรตัวพิมพ์เล็ก และหลังจากกำหนดหน่วยแล้ว จะไม่ใส่จุด
หน่วยที่ได้รับ (มี 22 หน่วย) แสดงผ่านการคำนวณทางคณิตศาสตร์และปฏิบัติตามกฎทางกายภาพ ตัวอย่างเช่น ความเร็วคือระยะทางที่ร่างกายเดินทางต่อหน่วยเวลา - m / s หน่วยที่ได้รับมาบางหน่วยมีชื่อเป็นของตัวเอง (เรเดียน เฮิรตซ์ นิวตัน จูล) และสามารถเขียนได้หลายวิธี
มีหน่วยที่ไม่รวมอยู่ในระบบ SI แต่อนุญาตให้ใช้ร่วมกันได้ พวกเขาได้รับการอนุมัติโดยอนุสัญญาทั่วไปว่าด้วยน้ำหนักและมาตรการ ตัวอย่างเช่น นาที ชั่วโมง วัน ลิตร นอต เฮกตาร์
อนุญาตให้ใช้หน่วยของค่าลอการิทึมเช่นเดียวกับหน่วยที่สัมพันธ์กัน ตัวอย่างเช่น เปอร์เซ็นต์ อ็อกเทฟ ทศวรรษ
อนุญาตให้ใช้ค่าที่ใช้กันอย่างแพร่หลายได้เช่นกัน เช่น สัปดาห์ ปี ศตวรรษ
มีคอนเวคเตอร์ที่ออกแบบมาเพื่อแปลงค่าจากระบบต่างๆ มีเยอะแต่ก็พึ่งได้ค่าเมตริกสม่ำเสมอ
ข้อดีของระบบ SI สากล
ความเป็นสากลของระบบนี้ชัดเจน ปรากฏการณ์ทางกายภาพทั้งหมด ทุกสาขาของการจัดการและเทคโนโลยีถูกครอบคลุมโดยระบบปริมาณเดียว เฉพาะระบบ SI เท่านั้นที่ให้หน่วยที่สำคัญและใช้งานง่าย
ระบบมีอยู่ในความยืดหยุ่นซึ่งช่วยให้สามารถใช้หน่วยนอกระบบและความเป็นไปได้ในการพัฒนา - หากจำเป็นจำนวนค่า SI จะเพิ่มขึ้น หน่วยอาจมีการปรับตามข้อตกลงระหว่างประเทศและระดับการพัฒนาเทคโนโลยีการวัด
การรวมหน่วยทำให้ระบบนี้ใช้กันอย่างแพร่หลาย (ในกว่า 130 ประเทศ) และได้รับการยอมรับจากองค์กรระหว่างประเทศที่มีอิทธิพลมากมาย (UN, UNESCO, International Union of Pure and Applied Physics)
ระบบ SI เพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของนักออกแบบและนักวิทยาศาสตร์ ลดความซับซ้อนและอำนวยความสะดวกในกระบวนการศึกษาและการปฏิบัติของการติดต่อระหว่างประเทศในทุกพื้นที่
ต้นแบบกายภาพสุดท้าย
ทุกหน่วยในระบบ SI ถูกกำหนดโดยค่าคงที่ทางกายภาพ ข้อยกเว้นคือกิโลกรัม จนถึงขณะนี้ มีเพียงมาตรฐานนี้เท่านั้นที่มีต้นแบบทางกายภาพของตัวเอง และสิ่งนี้มีความโดดเด่นในหน่วยการวัดที่บางเฉียบ
มาตรฐานกิโลกรัมคือกระบอกที่ทำจากโลหะผสมของแพลตตินัม 9 ส่วนและอิริเดียม 1 ส่วน มวลของมันสอดคล้องกับน้ำหนึ่งลิตรที่ความหนาแน่นสูงสุด (4 องศาเซลเซียส ความดันมาตรฐานเหนือระดับน้ำทะเล) ในปี พ.ศ. 2432 มีการสร้าง 80 องค์ โดย 17 องค์เป็นโอนไปยังประเทศที่ลงนามในอนุสัญญาเมตริก
วันนี้ ต้นฉบับของมาตรฐานนี้ภายใต้สามแคปซูลปิดผนึกตั้งอยู่ในเมือง Sevres ในเขตชานเมืองของกรุงปารีสในที่ปลอดภัยของสำนักงานชั่งน้ำหนักและมาตรการระหว่างประเทศ ทุกปีจะถูกลบออกและคืนดีกันอย่างเคร่งขรึม
มาตรฐานกิโลกรัมของรัสเซียอยู่ในสถาบันวิจัยมาตรวิทยา All-Russian Mendeleev (เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก) นี่คือต้นแบบ 12 และ 26.
iPhone ของคุณจะพังเนื่องจากการสูญเสียมาตรฐานมวลในระบบ SI
ปัจจุบันระบบเมตริกของมนุษยชาติกำลังถูกคุกคาม และสิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะเพียงมาตรฐานที่มีอยู่ทางกายภาพเท่านั้นคือ "การลดน้ำหนัก" อย่างรวดเร็ว
การทดลองพิสูจน์แล้วว่าทุกศตวรรษมาตรฐานกิโลกรัมจะเบาลง 3 x 10−8 กิโลกรัม นี่เป็นเพราะการแยกอะตอมระหว่างการสำรวจประจำปี เห็นได้ชัดว่าการละเมิดค่าคงที่ของค่านี้จำเป็นต้องทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในค่าอื่นๆ ทั้งหมด
โครงการกิโลกรัมอิเล็คทรอนิคส์ (สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติสหรัฐอเมริกา) ได้รับการเรียกร้องให้กอบกู้สถานการณ์ ซึ่งจัดให้มีการสร้างอุปกรณ์ของพลังงานดังกล่าวที่สามารถยกมวล 1 กิโลกรัมในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า งานสร้างสรรค์ยังคงดำเนินการอยู่
อีกด้านเป็นลูกบาศก์ของอะตอมคาร์บอน 12 ขนาด 2250 x 281489633 ความสูงของมันจะอยู่ที่ 8.11 เซนติเมตร และจะไม่ลดลงเมื่อเวลาผ่านไป โครงการนี้ยังอยู่ระหว่างการพัฒนา
ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับมาตรฐานและไม่เพียงแต่
เวลาเป็นค่าคงที่ ในในเขตเวลาทั้งหมดในโลกของเรา เวลาจะถูกกำหนดโดยสัมพันธ์กับเวลาสากล UTC น่าสนใจ ตัวย่อนี้ไม่มีการถอดรหัส
กะลาสียังคงใช้หน่วย "ปม" ไม่กี่คนที่รู้ แต่หน่วยนี้มีประวัติอันยาวนาน ในการวัดความเร็วของเรือ ก่อนหน้านี้ใช้ท่อนซุงที่มีนอตผูกในระยะทางเดียวกัน มาตรวัดความเร็วสมัยใหม่สมบูรณ์แบบมากขึ้น แต่ชื่อยังคงเดิม
และการวัดแรงม้าของยานยนต์ก็ขึ้นอยู่กับความเป็นจริงด้วย James White ผู้ประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำได้แสดงให้เห็นถึงประโยชน์ของการค้นพบของเขาในลักษณะนี้ ต่ำกว่า 1 แรงม้า เขาคำนวณมวลของน้ำหนักบรรทุกที่ม้าจะยกต่อนาที