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 величины Единица
Наименование Обозначение Определение
русское между-

народное

Основные единицы
Длина Метр м m Метр равен длине 1 660 763,73 длин волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 10 и 5d5 атома криптона-86
Масса Килограмм кг kg Килограмм равен массе международного прототипа килограмма
Время Секунда с s Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133
Сила электрического тока Ампер А А Ампер 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 температура Кельвин К К Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды
Сила света Кандела кд сd Кандела 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 вещества Моль моль mоl Моль 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 угол Радиан рад rаd Радиан равен углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу
Телесный угол Стерадиан ср sr Стерадиан 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
Площадь Квадратный метр м2 m2 Квадратный метр равен площади прямоугольника, каждая сторона которого равна 1м
Объем, вместимость Кубический метр м3 m3 Кубический метр равен объему прямоугольного параллелепипеда, каждое ребро которого равно 1 м
Скорость Метр в секунду м/с m/s Метр в секунду равен скорости прямолинейно и равномерно движущейся материальной точки, при которой эта точка за время 1 с перемещается на расстояние 1 м
Ускорение Метр на секунду в квадрате м/с2 m/s2 Метр на секунду в квадрате равен ускорению прямолинейно и равноускоренно движущейся материальной точки, линейная скорость которой изменяется на 1 м/с в течение 1с
Угловая скорость Радиан в секунду рад/с rаd/s Радиан 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
Частота Герц Гц z Герц равен частоте, при которой в 1с завершается одно колебание или цикл
Единицы механических величин
Сила Ньютон Н N Ньютон равен силе, сообщающей телу с постоянной массой 1 кг ускорение в 1 м/с2 в направлении действия силы
Плотность Килограмм

на кубический метр

кг/м3 kg/m3 Килограмм на кубический метр равен плотности однородного вещества, масса которого при объеме 1м3 равна 1 кг
Момент силы Ньютон-метр Н·м N·m Ньютон-метр равен моменту силы, создаваемому силой 1Н относительно точки, расположенной на расстоянии 1 м от линии действия силы
Давление (меха- ническое напряжение) Паскаль Па Ра Паскаль равен давлению (механическому напряжению), вызываемому силой 1Н, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м2 (Н/м2)
Работа (энергия) Джоуль Дж J Джоуль равен работе, которую совершает постоянная сила в 1 Н на пути 1 м, пройденном телом под действием этой силы в направлении действия силы
Мощность Ватт Вт W Ватт 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

Величина Единица
Наименование Обозначение
русское между-

народное

Площадь Квадратный метр м2 m2
Объем, вместимость Кубический метр м3 m3
Частота Герц Гц z
Частота дискретных событий

(частота импульсов, ударов и т.п.)

Секунда в минус первой степени с-1 s-1
Частота вращения Секунда в минус первой степени с-1 s-1
Период Секунда с s
Скорость Метр в секунду м/с m/s
Ускорение Метр на секунду в квадрате м/с2 m/s2
Угловая скорость Радиан в секунду рад/с rаd/s
Угловое ускорение Радиан на секунду в квадрате рад/с2 rаd/s2
Длина волны Метр м m
Сила Ньютон Н N
Вес Ньютон Н N
Плотность Килограмм на кубический метр кг/м3 kg/m3
Удельный объем Кубический метр на килограмм м3/кг m3/kg
Удельный вес Ньютон на кубический метр Н/м3 N/m3
Момент силы, момент лары сил Ньютон-метр Н·м N·m
Момент инерции (динамический момент инерции) Килограмм-метр в квадрате кг·м2 kg·m2
Полярный момент инерции площади плоской фигуры Метр в четвертой степени м4 m4
Момент сопротивления плоской фигуры отрезка Метр в третьей степени м3 m3
Давление, механическое напряжение, модуль

упругости

Паскаль Па

(Н/м2)

Ра
Градиент давления Паскаль на метр Па/м Ра/m
Количество движения Килограмм-метр в секунду кг·м/с kg·m/s
Момент количества движения Килограмм-метр в квадрате в секунду кг·м2 kg·m2/s
Работа, энергия Джоуль Дж J
Мощность Ватт Вт W
Продольная и поперечная силы в сечении бруса Ньютон Н N
Интенсивность распределения нагрузки Ньютон на метр Н/м N/m
Напряжение, касательное напряжение Паскаль Па Ра
Угловая деформация (деформация сдвига) Радиан рад rаd
Модуль продольной упругости, модуль упругости при сдвиге Паскаль Па Ра
Изгибающий момент, вращающий (крутящий) момент Ньютон-метр Н·м N·m
Жесткость:

при растяжении, сжатии

Ньютон на метр Н/м N/m
при кручении, изгибе Ньютон-метр на радиан Н·м/рад N·m/rаd
Электрическое напряжение, электрический потенциал,

разность электрических потенциалов, электродвижущая сила

Вольт В V
Электрическая емкость Фарада Ф F
Электрическое сопротивление Ом Ом
Кинематическая вязкость Метр квадратный в секунду м2 m2/s
Динамическая вязкость Пуаз Н·с/м2 Н·s/m2
Ударная вязкость Джоуль на метр квадратный Дж/м2 J/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 измерения Международное название Обозначение Величина в единицах СИ
русское международное
минута minute мин min 60 с
час hour ч h 60 мин = 3600 с
сутки day сут d 24 ч = 86400 с
градус degree ° ° (П/180) рад
угловая минута minute (1/60)° = (П/10 800)
угловая секунда second (1/60)′ = (П/648 000)
литр litre (liter) л l, L 1 дм3
тонна tonne т t 1000 кг
непер neper Нп Np
бел bel Б B
электронвольт electronvolt эВ eV 10-19 Дж
атомная единица массы unified atomic mass unit а. е. м. u =1,49597870691-27 кг
астрономическая единица astronomical unit а. е. ua 1011 м
морская миля nautical mile миля 1852 м (точно)
узел knot уз 1 морская миля в час = (1852/3600) м/с
ар are а a 102 м2
гектар hectare га ha 104 м2
бар bar бар bar 105 Па
ангстрем ångström Å Å 10-10 м
барн barn б b 10-28 м2

Таблица 4. Согласование единиц разных систем с СИ

Величина Единица
обозначение русское обозначение международное
Сила, вес 1 кгс 9,8 Н ≈ 10Н
Момент силы 1 кгс·м 9,8 Н·м ≈ 10Н·м
Частота 1 об/сек 6,28 рад/с = 1с-1
1 об/мин 0,105 рад/с =1мин-1
Удельная нагрузка 1 кгс/см2 0,1 МПа = 105Па (1Па=1Н/м2)
1 кгс/мм2 10 МПа
Плоский угол 0- градус 0 = 1,745329· 10-2 рад
‘- минута ‘ = 2,908882· 10-4 рад
«- секунда » = 4,848137· 10-6 рад
Атмосфера техническая 1 атм =1кГ/см2 9,8· 104 Н/м2 = 0,1 МПа
Дюйм 1″ = 25,4 мм 1″ = 25,4 мм

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

Множитель Приставка Обозначение Множитель Приставка Обозначение
русское международное русское международное
1018 экса Э Е 10-1 деци д d
1015 пета П Р 10-2 санти с с
1012 тера Т Т 10-3 милли м m
109 гига Г G 10-6 микро мк µ
106 мега М М 10-9 нано н n
103 кило к к 10-12 пико п р
102 гекто г h 10-15 фемто ф f
101 дека да 10-18 атто а а

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)

Угол Дуга Угол Дуга Угол Дуга Угол Дуга
1″ 0,000005 1′ 0,000291 0,017453 20° 0,349066
2″ 0,000010 2′ 0,000582 0,034907 30° 0,523599
3″ 0,000015 3′ 0,000873 0,052360 40° 0,698132
4″ 0,000019 4′ 0,001164 0,069813 50° 0,872665
5″ 0,000024 5′ 0,001454 0,087266 60° 1,047198
6″ 0,000029 6′ 0,001745 0,104720 90° 1,570796
7″ 0,000034 7′ 0,002036 0,122173 180° 3,141593
8″ 0,000039 8′ 0,002327 0,139626 270° 4,712389
9″ 0,000044 9′ 0,002618 0,157080 360° 6,283185
10″ 0,000049 10′ 0,002909 10° 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 *