Справочник

Единицы физических величин (СИ). Международная система единиц

«Единицы физических величин» устанавливает обязательное применение в науке и технике единиц Международной системы единиц СИ. ГОСТ 8.417-81.

Международная система единицСИ (Le Système International d’Unités — SI) — совокупность единиц физических величин, основными единицами которой являются метр и килограмм. СИ появилась на смену метрической системы. Она была принята в октябре 1960 года на 11 генеральной конференции по мерам и весам. Некоторые последующие конференции внесли в СИ ряд изменений.

СИ является наиболее широко используемой системой единиц в мире, как в повседневной жизни, так и в науке и технике.

После обозначений единиц системы СИ и их производных точка не ставится, в отличие от обычных сокращений.

Единицы системы СИ

Таблица 1. Основные и дополнительные единицы СИ

Наименование величиныЕдиница
НаименованиеОбозначениеОпределение
русскоемежду-

народное

Основные единицы
ДлинаМетрмmМетр равен длине 1 660 763,73 длин волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 10 и 5d5 атома криптона-86
МассаКилограммкгkgКилограмм равен массе международного прототипа килограмма
ВремяСекундасsСекунда равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133
Сила электрического токаАмперАААмпер равен силе неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывал бы на участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2·10-7 Н
Термодинамическая температураКельвинКККельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды
Сила светаКанделакдсdКандела равна силе света, испускаемого с поверхности площадью 1/600 000 м2 полного излучателя в перпендикулярном направлении, при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины — при давлении 101 325 Па
Количество веществаМольмольmоlМоль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов (атомы, молекулы, ионы, электроны или другие частицы), сколько содержится атомов в углероде -12 массой 0,012 кг
Дополнительные единицы
Плоский уголРадианрадrаdРадиан равен углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу
Телесный уголСтерадиансрsrСтерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы
Некоторые производные единицы
Единицы пространства и времени
ПлощадьКвадратный метрм2m2Квадратный метр равен площади прямоугольника, каждая сторона которого равна 1м
Объем, вместимостьКубический метрм3m3Кубический метр равен объему прямоугольного параллелепипеда, каждое ребро которого равно 1 м
СкоростьМетр в секундум/сm/sМетр в секунду равен скорости прямолинейно и равномерно движущейся материальной точки, при которой эта точка за время 1 с перемещается на расстояние 1 м
УскорениеМетр на секунду в квадратем/с2m/s2Метр на секунду в квадрате равен ускорению прямолинейно и равноускоренно движущейся материальной точки, линейная скорость которой изменяется на 1 м/с в течение 1с
Угловая скоростьРадиан в секундурад/сrаd/sРадиан в секунду равен угловой скорости равномерно вращательного движения точки по окружности, при котором радиус-вектор этой точки описывает в течение 1с центральный угол, равный 1рад
ЧастотаГерцГцzГерц равен частоте, при которой в 1с завершается одно колебание или цикл
Единицы механических величин
СилаНьютонНNНьютон равен силе, сообщающей телу с постоянной массой 1 кг ускорение в 1 м/с2 в направлении действия силы
ПлотностьКилограмм

на кубический метр

кг/м3kg/m3Килограмм на кубический метр равен плотности однородного вещества, масса которого при объеме 1м3 равна 1 кг
Момент силыНьютон-метрН·мN·mНьютон-метр равен моменту силы, создаваемому силой 1Н относительно точки, расположенной на расстоянии 1 м от линии действия силы
Давление (меха- ническое напряжение)ПаскальПаРаПаскаль равен давлению (механическому напряжению), вызываемому силой 1Н, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м2 (Н/м2)
Работа (энергия)ДжоульДжJДжоуль равен работе, которую совершает постоянная сила в 1 Н на пути 1 м, пройденном телом под действием этой силы в направлении действия силы
МощностьВаттВтWВатт равен мощности, при которой за 1 с совершается работа 1 Дж

Производные единицы

Производные единицы могут быть выражены через основные с помощью математических операций умножения и деления. Некоторым из производных единиц, для удобства, присвоены собственные названия, такие единицы тоже можно использовать в математических выражениях для образования других производных единиц.

Математическое выражение для производной единицы измерения вытекает из физического закона, с помощью которого эта единица измерения определяется или определения физической величины, для которой она вводится. Например, скорость — это расстояние, которое тело проходит в единицу времени. Соответственно, единица измерения скорости — м/с (метр в секунду).

Таблица 2. Важнейшие производные единицы СИ для различных областей науки и техники

ВеличинаЕдиница
НаименованиеОбозначение
русскоемежду-

народное

ПлощадьКвадратный метрм2m2
Объем, вместимостьКубический метрм3m3
ЧастотаГерцГцz
Частота дискретных событий

(частота импульсов, ударов и т.п.)

Секунда в минус первой степенис-1s-1
Частота вращенияСекунда в минус первой степенис-1s-1
ПериодСекундасs
СкоростьМетр в секундум/сm/s
УскорениеМетр на секунду в квадратем/с2m/s2
Угловая скоростьРадиан в секундурад/сrаd/s
Угловое ускорениеРадиан на секунду в квадратерад/с2rаd/s2
Длина волныМетрмm
СилаНьютонНN
ВесНьютонНN
ПлотностьКилограмм на кубический метркг/м3kg/m3
Удельный объемКубический метр на килограммм3/кгm3/kg
Удельный весНьютон на кубический метрН/м3N/m3
Момент силы, момент лары силНьютон-метрН·мN·m
Момент инерции (динамический момент инерции)Килограмм-метр в квадратекг·м2kg·m2
Полярный момент инерции площади плоской фигурыМетр в четвертой степеним4m4
Момент сопротивления плоской фигуры отрезкаМетр в третьей степеним3m3
Давление, механическое напряжение, модуль

упругости

ПаскальПа

(Н/м2)

Ра
Градиент давленияПаскаль на метрПа/мРа/m
Количество движенияКилограмм-метр в секундукг·м/сkg·m/s
Момент количества движенияКилограмм-метр в квадрате в секундукг·м2kg·m2/s
Работа, энергияДжоульДжJ
МощностьВаттВтW
Продольная и поперечная силы в сечении брусаНьютонНN
Интенсивность распределения нагрузкиНьютон на метрН/мN/m
Напряжение, касательное напряжениеПаскальПаРа
Угловая деформация (деформация сдвига)Радианрадrаd
Модуль продольной упругости, модуль упругости при сдвигеПаскальПаРа
Изгибающий момент, вращающий (крутящий) моментНьютон-метрН·мN·m
Жесткость:

при растяжении, сжатии

Ньютон на метрН/мN/m
при кручении, изгибеНьютон-метр на радианН·м/радN·m/rаd
Электрическое напряжение, электрический потенциал,

разность электрических потенциалов, электродвижущая сила

ВольтВV
Электрическая емкостьФарадаФF
Электрическое сопротивлениеОмОм
Кинематическая вязкостьМетр квадратный в секундум2m2/s
Динамическая вязкостьПуазН·с/м2Н·s/m2
Ударная вязкостьДжоуль на метр квадратныйДж/м2J/m2

Единицы, которые не входят в систему СИ

Некоторые единицы измерения, не входящие в систему СИ, по решению Генеральной конференции по мерам и весам «допускаются для использования совместно с СИ».

Таблица 3. Единицы, не входящие в систему СИ

Единица измеренияМеждународное названиеОбозначениеВеличина в единицах СИ
русскоемеждународное
минутаminuteминmin60 с
часhourчh60 мин = 3600 с
суткиdayсутd24 ч = 86400 с
градусdegree°°(П/180) рад
угловая минутаminute(1/60)° = (П/10 800)
угловая секундаsecond(1/60)′ = (П/648 000)
литрlitre (liter)лl, L1 дм3
тоннаtonneтt1000 кг
неперneperНпNp
белbelБB
электронвольтelectronvoltэВeV10-19 Дж
атомная единица массыunified atomic mass unitа. е. м.u=1,49597870691-27 кг
астрономическая единицаastronomical unitа. е.ua1011 м
морская миляnautical mileмиля1852 м (точно)
узелknotуз1 морская миля в час = (1852/3600) м/с
арareаa102 м2
гектарhectareгаha104 м2
барbarбарbar105 Па
ангстремångströmÅÅ10-10 м
барнbarnбb10-28 м2

Таблица 4. Согласование единиц разных систем с СИ

ВеличинаЕдиница
обозначение русскоеобозначение международное
Сила, вес1 кгс9,8 Н ≈ 10Н
Момент силы1 кгс·м9,8 Н·м ≈ 10Н·м
Частота1 об/сек6,28 рад/с = 1с-1
1 об/мин0,105 рад/с =1мин-1
Удельная нагрузка1 кгс/см20,1 МПа = 105Па (1Па=1Н/м2)
1 кгс/мм210 МПа
Плоский угол0- градус0 = 1,745329· 10-2 рад
‘- минута‘ = 2,908882· 10-4 рад
«- секунда» = 4,848137· 10-6 рад
Атмосфера техническая1 атм =1кГ/см29,8· 104 Н/м2 = 0,1 МПа
Дюйм1″ = 25,4 мм1″ = 25,4 мм

Таблица 5. Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименований

МножительПриставкаОбозначениеМножительПриставкаОбозначение
русскоемеждународноерусскоемеждународное
1018эксаЭЕ10-1децидd
1015петаПР10-2сантисс
1012тераТТ10-3миллимm
109гигаГG10-6микромкµ
106мегаММ10-9нанонn
103килокк10-12пикопр
102гектогh10-15фемтофf
101декада10-18аттоаа

Примечание. Кратные и дольные единицы образуются путем умножения или деления на степень числа 10. Их наименование получается прибавлением указанных в таблице приставок к наименованиям основных или производных единиц, например, километр, миллиграмм, микрометр, наносекунда и т. п.

Таблица 6. Перевод градусной меры в радианную меру

(длина дуг окружности радиуса, равного 1; 1 рад = 57° 17′ 44″; 1° = 0,017453 рад)

УголДугаУголДугаУголДугаУголДуга
1″0,0000051′0,0002910,01745320°0,349066
2″0,0000102′0,0005820,03490730°0,523599
3″0,0000153′0,0008730,05236040°0,698132
4″0,0000194′0,0011640,06981350°0,872665
5″0,0000245′0,0014540,08726660°1,047198
6″0,0000296′0,0017450,10472090°1,570796
7″0,0000347′0,0020360,122173180°3,141593
8″0,0000398′0,0023270,139626270°4,712389
9″0,0000449′0,0026180,157080360°6,283185
10″0,00004910′0,00290910°0,174533

Примечание.

История системы СИ

Система СИ основана на метрической системе мер, которая была создана французскими учеными и впервые была широко внедрена после Великой Французской революции. До введения метрической системы, единицы измерения выбирались случайно и независимо друг от друга. Поэтому пересчет из одной единицы измерения в другую был сложным. К тому же в разных местах применялись разные единицы измерения, иногда с одинаковыми названиями. Метрическая система должна была стать удобной и единой системой мер и весов.

В 1799 г. были утверждены два эталона — для единицы измерения длины ( метр) и для единицы измерения веса ( килограмм).

В 1874 г. была введена система СГС, основанная на трех единицах измерения — сантиметр, грамм и секунда. Были также введены десятичные приставки от микро до мега.

В 1889 г. 1-ая Генеральная конференция по мерам и весам приняла систему мер, сходную с СГС, но основанную на метре, килограмме и секунде, т. к. эти единицы были признаны более удобными для практического использования.

В последующем были введены базовые единицы для измерения физических величин в области электричества и оптики.

В 1960 г.  XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла стандарт, который впервые получил название «Международная система единиц (СИ)».

В 1971 г. IV Генеральная конференция по мерам и весам внесла изменения в СИ, добавив, в частности, единицу измерения количества вещества ( моль).

В настоящее время СИ принята в качестве законной системы единиц измерения большинством стран мира и почти всегда используется в области науки (даже в тех странах, которые не приняли СИ).

Преимущества и недостатки системы СИ

Преимущества СИ:

  1. Система СИ является универсальной и охватывает все области измерений. С её появлением стало возможно отказаться от всех других систем единиц.
  2. Система является когерентной системой, в которой производные единицы всех величин получаются с помощью уравнений с числовыми коэффициентами, равными безразмерной единице (система является связанной и согласованной).
  3. Единицы в системе полностью унифицированы (например, вместо ряда единиц энергии и работы: килограм-сила-метр, эрг, калория, киловатт-час, электрон-вольт и др. – одна единица для измерения работы и всех видов энергии – джоуль).
  4. В системе есть четкие разграничение единиц массы и силы (кг и Н).

Недостатки СИ:

  1. Некоторые единицы имеют неудобный с практической точки зрения размер: единица давления Па – очень маленькая величина; единица электрической емкости Ф – очень большая величина.
  2. В системе неудобно измерять углы в радианах (градусы воспринимаются легче)
  3. Существует множество производных величин не имеющих, на данный момент, собственных названий.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *