Система СИ в физике

История единиц измерения

До рубежа XVIII - XIX вв. в каждой стране бытовали собственные, плохосовместимые друг с другом единицы измерения. Так, для измерения расстояний в Англии применялись мили, во Франции лье, в России версты и т.д. Толчком к унификации стала Великая Французская революция, давшая возможность радикально отказаться от устаревших способов измерений и внедрить систему, построенную на основе физических законов, а не традиций.

Ряд постановлений, которые были приняты Национальным собранием Франции в 1790-х гг., сформировал метрическую систему. В ней за основу были приняты метр и грамм. В XIX в. многие страны законодательно одобрили ее, что позволило ученым и инженерам лучше понимать друг друга на международном уровне, упростило коммерческие расчеты.

К середине XX в. международное научное сообщество накопило множество пожеланий и уточнений к метрической системе. В 1960 г. XI Генеральной конференцией по мерам и весам была принята Международная система СИ (фр. Le Système International d’Unités, SI), закрепленная затем стандартами в большинстве стран мира.

Особенности системы СИ

В СИ физические величины измеряются в единицах, производных от трех фундаментальных характеристик - времени (секунда), длины (метр) и массы (килограмм). Например, метр в секунду - единица измерения скорости. Некоторым производным единицам присвоены собственные наименования:

• ньютон - сила, способная придать телу массой в 1 кг ускорение $1 м/с^2$;
• джоуль - работа, совершаемая при перемещении тела массой 1 кг на расстояние 1 м;
• ватт - мощность, совершающая работу в один джоуль за одну секунду и т.д.

Не все измерения можно произвести, опираясь на время, расстояние и массу, поэтому в СИ приняты и другие константы:

• для измерения количества вещества используется моль - количеству вещества, в составе которого содержится столько же элементов (атомов, молекул), сколько атомов насчитывается в образце из углерода (изотоп 12) массой 0,012 кг;
• температура измеряется в кельвинах; за точку отсчета на шкале принят абсолютный ноль - температура, ниже которой в природе существовать не может (-273,16 градуса по шкале Цельсия);
• сила электрического тока измеряется в амперах;
• сила света измеряется в канделах.

Перечисленные единицы - секунда, метр, килограмм, моль, кельвин, ампер, кандела - являются основными в СИ. Сочетая их с помощью математических вычислений, можно вывести производные единицы измерений для таких величин, как сила, энергия, давление, мощность, электрический заряд, магнитная индукция и т.д.

Кратные и дольные единицы измерения

Часто в научных и инженерных расчетах необходимо выразить очень большие или очень маленькие величины. Для этого в СИ приняты приставки, заимствованные из греческого языка:

• экса (Э) $10^{18}$
• пета (П) $10^{15}$
• тера (Т) $10^{12}$
• гига (Г) $10^9$
• мега (М) $10^6$
• кило (к) $10^3$
• гекто (г) $10^2$
• дека (да) $10^1$
• деци (д) $10^{-1}$
• санти (с) $10^{-2}$
• милли (м) $10^{-3}$
• микро (мк) $10^{-6}$
• нано (н) $10^{-9}$
• пико (п) $10^{-12}$
• фемто (ф) $10^{-15}$
• атто (а) $10^{-18}$

Приставки при написании могут быть сокращены (сокращения приведены в списке в скобках), например, "давление в 1 ГПа" (гектопаскаль).