Единица измерения - Unit of measurement

Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален Найдите источники: "Единица измерения"  – Новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR (Июнь 2019) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Бывший офис мер и весов в Семь сестер, Лондон

Меры измерения, Палаццо делла Раджионе, Падуя

А единица измерения это определенный величина из количество, определенный и принятый конвенцией или законом, который используется в качестве стандарта для измерения одного и того же вида величины.^[1] Любая другая величина такого рода может быть выражена как кратное единице измерения.^[2]Например, длина это физическое количество. В метр - единица длины, которая представляет определенную заранее заданную длину. Когда мы говорим 10 метров (или 10 м), мы на самом деле имеем в виду, что в 10 раз больше определенной заранее определенной длины, называемой «метр». Измерение - это процесс определения того, насколько велика или мала физическая величина по сравнению с базовой эталонной величиной того же типа. .

Определение, согласование и практическое использование единиц измерения играли решающую роль в человеческих усилиях с раннего возраста до наших дней. Множество системы единиц раньше было очень распространено. Теперь существует глобальный стандарт Международная система единиц (SI), современная форма метрическая система.

В торговле, веса и меры часто является предметом государственного регулирования для обеспечения справедливости и прозрачности. В Международное бюро мер и весов (BIPM) ставит задачу обеспечить всемирное единообразие измерений и их прослеживаемость к Международной системе единиц (СИ).

Метрология это наука о разработке общепринятых на национальном и международном уровнях единиц измерения.

В физика и метрологии, единицы являются эталоном для измерение физических величин, которые требуют четких определений, чтобы быть полезными. Воспроизводимость экспериментальных результатов занимает центральное место в научный метод. Этому способствует стандартная система единиц. Научные системы единиц - это уточнение концепции мер и весов, исторически разработанной для коммерческих целей.^[3]

Наука, лекарство, и инженерное дело часто используют большие и меньшие единицы измерения, чем те, которые используются в повседневной жизни. Разумный выбор единиц измерения может помочь исследователям в решение проблем (см., например, размерный анализ ).

в социальные науки, нет стандартных единиц измерения, а теория и практика измерения изучаются в психометрия и теория совместного измерения.

История

Единица измерения - это стандартизированная количество физического свойства, используемого в качестве фактора для выражения встречающихся количеств этого свойства. Единицы измерения были одними из первых инструментов, изобретенных людьми. Первобытные общества нуждались в элементарных мерах для решения многих задач: строительства жилищ подходящего размера и формы, пошива одежды или обмена продуктов питания или сырья.

Самые ранние известные унифицированные системы измерения, похоже, были созданы когда-то в 4-й и 3-е тысячелетие до нашей эры. среди древних народов Месопотамия, Египет и Долина Инда, и, возможно, также Элам в Персия также.

Веса и меры указаны в Библия (Левит 19: 35–36). Это заповедь - быть честным и принимать справедливые меры.

в Magna Carta 1215 г. (Великая хартия) с печатью Король Джон, поставленный перед ним баронами Англии, король Иоанн согласился в пункте 35: «Во всем нашем королевстве должна быть одна мера вина, одна мера эля и одна мера кукурузы, а именно лондонская кварта; - и одна ширина крашеных, красновато-коричневых тканей и кольчуги, а именно, на два угла ниже кромки ... "

Начиная с 21 века, во всем мире используются системы с несколькими единицами измерения, такие как Обычная система Соединенных Штатов, Британская Обычная система и Международная система. Однако Соединенные Штаты - единственная промышленно развитая страна, которая еще не полностью перешла на метрическую систему. Систематические усилия по разработке универсально приемлемой системы единиц относятся 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 Генеральная конференция мер и весов (CGPM) была создана. CGPM произвела текущую систему 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, которое использует как систему SI, так и обычную систему США.^[4]

Системы единиц

Использование единой единицы измерения некоторой величины имеет очевидные недостатки. Например, непрактично использовать одну и ту же единицу для расстояния между двумя городами и длины иглы. Таким образом, исторически они развивались бы независимо. Один из способов облегчить чтение больших чисел или мелких дробей - это использовать префиксы единиц измерения.

Однако в какой-то момент 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.

В качестве наука В дальнейшем возникла необходимость связать системы измерения различных величин, таких как длина, вес и объем. Попытки связать различные традиционные системы друг с другом выявили множество несоответствий и привели к разработке новых единиц и систем.

Система единиц варьируется от страны к стране, и некоторые из различных систем единиц измерения Система единиц CGS, Система единиц FPS, Система единиц МКС и Система единиц СИ. Среди различных систем единиц измерения, используемых в мире, наиболее широко используемой и признанной на международном уровне является Международная система единиц, или система единиц СИ. В этой системе единиц СИ существует семь Базовые единицы СИ и три дополнительных блока. Основными единицами СИ являются метр, килограмм, секунда, кельвин, ампер, кандела и моль, а тремя дополнительными единицами СИ являются радиан, стерадиан и беккерель. Все другие единицы СИ могут быть получены из этих базовых единиц.^[5]

Современные системы измерения включают метрическая система, то имперская система, и Обычные единицы США.

Традиционные системы

Исторически многие из используемых систем измерения до некоторой степени основывались на размерах человеческого тела. В результате единицы измерения могут варьироваться не только от места к месту, но и от человека к человеку.

Метрические системы

Метрические системы единиц имеют развивалась с момента принятия оригинальной метрической системы в Франция в 1791 году. Действующая международная стандартная метрическая система - это Международная система единиц (сокращенно SI). Важной особенностью современных систем является стандартизация. Каждая единица имеет общепризнанный размер.

Пример метрика в 1860 году, когда Тоскана стала частью современной Италии (например, одна «либбра» = 339,54 грамма)

Оба имперские единицы и Обычные единицы США происходят из более раннего Английские единицы. Имперские единицы в основном использовались в Британское Содружество и бывший британская империя. Традиционные единицы США по-прежнему являются основной системой измерения, используемой в Соединенные Штаты за пределами науки, медицины, многих секторов промышленности, а также некоторых государственных и военных, и несмотря на то, что Конгресс законодательно утвердил метрическую меру 28 июля 1866 г.^[6] Некоторые шаги навстречу нам метрика были сделаны, в частности, переопределение основных американских и британских единиц измерения, чтобы они происходили именно от единиц СИ. Поскольку международный двор и фунт соглашение 1959 года США и имперский дюйм теперь определяется как точно 0.0254 м, а американский и имперский авнирдупойский фунт теперь определяется как 453.59237 грамм.^[7]

Природные системы

В то время как вышеупомянутые системы единиц измерения основаны на произвольных величинах единиц, формализованных как стандарты, некоторые единицы величин естественным образом встречаются в науке. Системы единиц на их основе называются натуральные единицы. Подобно натуральным единицам, атомные единицы (au) - удобный система единиц измерений, используемых в атомная физика.

Также большое количество необычные и нестандартные агрегаты могут встретиться. Они могут включать солнечная масса (2×10³⁰ кг), мегатонна (энергия, выделяемая при взрыве одного миллиона тонн тринитротолуол, TNT) и электронвольт.

Правовой контроль мер и весов

Чтобы снизить уровень мошенничества в розничной торговле, многие национальные уставы имеют стандартные определения весов и мер, которые можно использовать (отсюда "статутная мера "), и они проверены юристами.^{[нужна цитата ]}

Неформальное сравнение со знакомыми концепциями

В неформальной обстановке количество может быть описано как кратное количеству знакомого объекта, что может быть легче контекстуализировать, чем значение в формальной системе единиц. Например, публикация может описывать область в чужой стране как количество, кратное площади региона, местного для читателей. Склонность к частому использованию определенных концепций может привести к появлению слабо определенных «систем» единиц.^[8][9]

Базовые и производные единицы

Для большинства величин необходима единица для передачи значений этой физической величины. Например, передать кому-либо конкретную длину без использования какой-либо единицы измерения невозможно, потому что длина не может быть описана без ссылки, используемой для понимания данного значения.

Но не для всех количеств требуется собственная единица измерения. Используя законы физики, единицы величин могут быть выражены как комбинации единиц других величин. Таким образом, требуется только небольшой набор единиц. Эти единицы принимаются за базовые единицы а остальные единицы производные единицы. Таким образом, основные единицы - это единицы величин, которые не зависят от других величин, и они представляют собой единицы длины, массы, времени, электрического тока, температуры, силы света и количества вещества. Производные единицы - это единицы величин, производных от основных величин, а некоторые производные единицы - это единицы скорости, работы, ускорения, энергии, давления и т. Д.^[5]

Различные системы единиц основаны на разном выборе набора связанных единиц, включая основные и производные единицы.

Расчеты с единицами измерения

Единицы измерения

Любое значение физическое количество выражается как сравнение с единицей этого количества. Например, значение физической величины Z выражается как произведение единицы [Z] и числового коэффициента:

${displaystyle Z = n imes [Z] = n [Z].}$ Например, пусть ${displaystyle Z}$ быть "2 подсвечника", то ${displaystyle Z = 2 [Z] = 2}$ подсвечник.

Знак умножения обычно опускается, как и между переменными в научных обозначениях формул. Условные обозначения, используемые для выражения количества, называются количественное исчисление. В формулах единицу [Z] можно трактовать так, как если бы она была определенной величиной некоего физического измерение: видеть размерный анализ для получения дополнительной информации об этом лечении.

Единицы можно добавлять или вычитать только в том случае, если они одного типа; однако единицы всегда можно умножить или разделить, как Георгий Гамов привык объяснять. Позволять ${displaystyle Z_ {1}}$ быть «2 подсвечника» и ${displaystyle Z_ {2}}$ «3 таксиста», затем

«2 подсвечника» умножить на «3 таксиста» ${displaystyle = [Z_ {1}] [Z_ {2}] = 6}$ подсвечник ${displaystyle imes}$ таксист.

Следует различать единицы измерения и стандарты. Единица фиксирована по своему определению и не зависит от физических условий, таких как температура. Напротив, стандарт - это физическая реализация единицы, которая реализует эту единицу только при определенных физических условиях. Например, метр - это единица измерения, а металлический стержень - это стандарт. Один метр имеет одинаковую длину независимо от температуры, но металлический стержень будет иметь длину ровно один метр только при определенной температуре.

При работе с юнитами необходимо соблюдать определенные правила:

• Рассматривайте единицы алгебраически. Добавляйте только похожие термины. Когда единица делится сама по себе, это деление дает единицу без единицы. Когда две разные единицы умножаются или делятся, результатом является новая единица, называемая комбинацией единиц. Например, в системе СИ единица измерения скорости - метры в секунду (м / с). Видеть размерный анализ. Единицу можно умножить на себя, образуя единицу с показателем (например, m²/ с²). Проще говоря, единицы подчиняются законам индексов. (Видеть Возведение в степень.)
• У некоторых единиц есть особые названия, однако их следует рассматривать как их эквиваленты. Например, один ньютон (Н) эквивалентен 1 кг · м / с.². Таким образом, количество может иметь несколько обозначений единиц, например: единица измерения поверхностное натяжение может обозначаться как Н / м (ньютон на метр) или кг / с² (килограмм на секунду в квадрате).

Выражение физической стоимости в другой единице

Преобразование единиц включает сравнение различных стандартных физических величин либо одной физической величины, либо физической величины и комбинации других физических величин.

Начиная с:

${displaystyle Z = n_ {i} imes [Z] _ {i}}$

заменить оригинальный блок ${displaystyle [Z] _ {i}}$ со смыслом в терминах желаемой единицы ${displaystyle [Z] _ {j}}$, например если ${displaystyle [Z] _ {i} = c_ {ij} imes [Z] _ {j}}$, тогда:

${displaystyle Z = n_ {i} imes (c_ {ij} imes [Z] _ {j}) = (n_ {i} imes c_ {ij}) imes [Z] _ {j}}$

Сейчас же ${displaystyle n_ {i}}$ и ${displaystyle c_ {ij}}$ оба являются числовыми значениями, поэтому просто рассчитайте их произведение.

Или, что математически одно и то же, умножить Z по единству продукт по-прежнему Z:

${displaystyle Z = n_ {i} imes [Z] _ {i} imes (c_ {ij} imes [Z] _ {j} / [Z] _ {i})}$

Например, у вас есть выражение для физической стоимости Z с участием подразделения футов в секунду (${displaystyle [Z] _ {i}}$) и вы хотите это с точки зрения единицы миль в час (${displaystyle [Z] _ {j}}$):

Или, например, в метрической системе у вас есть значение экономии топлива в единицах литров на 100 километров а вы хотите это с точки зрения единицы микролитров на метр:

${displaystyle mathrm {frac {9, {m {L}}} {100, {m {km}}}} = mathrm {frac {9, {m {L}}}} {100, {m {km}}} } mathrm {frac {1000000, {m {mu L}}} {1, {m {L}}}} mathrm {frac {1, {m {km}}} {1000, {m {m}}}} = {frac {9 imes 1000000} {100 imes 1000}}, mathrm {mu L / m} = 90, mathrm {mu L / m}}$

Последствия для реального мира

Одним из примеров важности согласованных единиц является отказ НАСА Марсианский климатический орбитальный аппарат, который был случайно уничтожен во время миссии на Марс в сентябре 1999 года вместо выхода на орбиту из-за недопонимания значения сил: разные компьютерные программы использовали разные единицы измерения (ньютон против фунт силы ). Было потрачено много сил, времени и денег.^[10][11]

15 апреля 1999 г. Korean Air груз рейс 6316 из Шанхай к Сеул погиб из-за того, что экипаж запутал инструкции башни (в метрах) и показания высотомера (в футах). Три экипажа и пять человек на земле погибли. Тридцать семь человек получили ранения.^[12][13]

В 1983 году самолет Боинг 767 (который благодаря своим пилотажным навыкам планеризма благополучно приземлился и стал известен как Гимли Планер ) закончилось топливо в середине полета из-за двух ошибок при расчете количества топлива Эйр Канада первый самолет, использующий метрические измерения.^[14] Эта авария была результатом как путаницы из-за одновременного использования метрических и британских мер, так и путаницы в измерениях массы и объема.

Планируя свое путешествие через Атлантический океан в 1480-х годах, Колумбус ошибочно предположил, что миля упоминается в арабской оценке 56⅔ миль для размера степень была такой же, как на самом деле намного более короткая итальянская миля - 1480 метров. Поэтому его оценка размера градуса и окружности Земли была примерно на 25% меньше.^[15]

Смотрите также

• Единицы GNU
• Список юмористических единиц измерения
• Список устаревших единиц измерения
• Список необычных единиц измерения
• Метрические единицы
• Уравнение числового значения
• Шотландские подразделения
• Маятник секунд
• Пробел (знаки препинания) # Символы единиц и цифры
• Система измерения
• Единый код единиц измерения
• Обычные единицы США
• Расчетная единица
• Единицы информации

Примечания

внешняя ссылка

• Роулетт, Расс (2005) Словарь единиц измерения - Расс Роулетт и Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл
• Справочник NIST 44, Спецификации, допуски и другие технические требования к весоизмерительным приборам
• Официальный сайт SI
• Структура количественной системы - Библиотека количественной системы и калькулятор для преобразования единиц измерения и прогнозов количества
• Список единиц с выбранными коэффициентами пересчета

Исторический

• «Арифметические условные обозначения для преобразования римских [т. Е. Османских] измерений в египетские» это рукопись 1642 года на арабском языке, в которой указаны единицы измерения.
• «Меры и весы». Новая международная энциклопедия. 1905.

Юридический

• Ирландия - Закон о метрологии 1996 г.
• Текст Положения о единицах измерения 1995 г. в силе на сегодняшний день (включая любые поправки) в Соединенном Королевстве, с законодательство.gov.uk.

Метрическая информация

• BIPM (официальный сайт)
• Единый код единиц измерения (UCUM)