Unités de mesure des grandeurs physiques du système d'unités. Système international d'unités SI

La physique. Sujet et tâches.

2. Grandeurs physiques et leur mesure. Système SI.

3. Mécanique. Problèmes de mécanique.

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5. Cinématique du point MT. Méthodes pour décrire le mouvement de MT.

6. Déménager. Chemin.

7. Vitesse. Accélération.

8. Accélération tangentielle et normale.

9. Cinématique du mouvement de rotation.

10. Loi d'inertie de Galilée. Systèmes de référence inertiels.

11. Transformations galiléennes. Loi d'addition des vitesses de Galilée. Invariance d'accélération. Le principe de relativité.

12. Force. Poids.

13. Deuxième loi. Impulsion. Le principe de l'action indépendante des forces.

14. Troisième loi de Newton.

15. Types d'interactions fondamentales. La loi de la gravitation universelle. La loi de coulomb. Force de Lorentz. Forces de Van der Waals. Forces en mécanique classique.

16. Système de points matériels (SMT).

17. Impulsion du système. Loi de conservation de la quantité de mouvement dans un système fermé.

18. Centre de masse. Équation de mouvement du SMT.

19. Équation du mouvement d'un corps de masse variable. Formule Tsiolkovski.

20. Travail des forces. Pouvoir.

21. Champ de forces potentiel. Énergie potentielle.

22. Énergie cinétique de MT dans un champ de force.

23. Énergie mécanique totale. Loi de conservation de l'énergie en mécanique.

24. Élan. Moment de pouvoir. Équation des moments.

25. Loi de conservation du moment cinétique.

26. Propre moment cinétique.

27. Moment d'inertie du CT par rapport à l'axe. Théorème de Hugens-Steiner.

28. Équation du mouvement d'un TT tournant autour d'un axe fixe.

29. Énergie cinétique d'un TT effectuant des mouvements de translation et de rotation.

30. La place du mouvement oscillatoire dans la nature et la technologie.

31. Vibrations harmoniques gratuites. Méthode de diagramme vectoriel.

32. Oscillateur harmonique. Pendules à ressort, physiques et mathématiques.

33. Lois dynamiques et statistiques en physique. Méthodes thermodynamiques et statistiques.

34. Propriétés des liquides et des gaz. Forces de masse et de surface. La loi de Pascal.

35. Loi d'Archimède. Natation tél.

36. Mouvement thermique. Paramètres macroscopiques. Modèle de gaz parfait. Pression du gaz du point de vue de la théorie de la cinétique moléculaire. La notion de température.

37. Équation d'état.

38. Lois expérimentales sur les gaz.

39. Équation de base de MKT.

40. Énergie cinétique moyenne du mouvement de translation des molécules.

41. Nombre de degrés de liberté. La loi de la répartition uniforme de l’énergie selon les degrés de liberté.

42. Énergie interne d'un gaz parfait.

43. Libre parcours du gaz.

44. Gaz parfait dans un champ de force. Formule barométrique. Loi de Boltzmann.

45. L'énergie interne d'un système est fonction de l'état.

46. ​​​​​​Travail et chaleur en fonction du processus.

47. La première loi de la thermodynamique.

48. Capacité thermique des gaz polyatomiques. Équation de Robert-Mayer.

49. Application de la première loi de la thermodynamique aux isoprocessus.

50 Vitesse du son dans le gaz.

51..Processus réversibles et irréversibles. Processus circulaires.

52. Moteurs thermiques.

53. Cycle de Carnot.

54. Deuxième loi de la thermodynamique.

55. Le concept d'entropie.

56. Les théorèmes de Carnot.

57. Entropie dans les processus réversibles et irréversibles. Loi de l'entropie croissante.

58. L'entropie comme mesure du désordre dans un système statistique.

59. Troisième loi de la thermodynamique.

60.Flux thermodynamiques.

61. Diffusion dans les gaz.

62. Viscosité.

63. Conductivité thermique.

64. Diffusion thermique.

65. Tension superficielle.

66. Mouillant et non mouillant.

67. Pression sous une surface liquide incurvée.

68. Phénomènes capillaires.

La physique. Sujet et tâches.

La physique est une science naturelle. Il est basé sur l'étude expérimentale des phénomènes naturels et sa tâche est de formuler les lois qui expliquent ces phénomènes. La physique se concentre sur l'étude de phénomènes fondamentaux et simples et sur la réponse à des questions simples : de quoi est faite la matière, comment les particules de matière interagissent entre elles, selon quelles règles et lois s'effectue le mouvement des particules, etc.

Le sujet de son étude est la matière (sous forme de matière et de champs) et les formes les plus générales de son mouvement, ainsi que les interactions fondamentales de la nature qui contrôlent le mouvement de la matière.

La physique est étroitement liée aux mathématiques : les mathématiques fournissent l’appareil avec lequel les lois physiques peuvent être formulées avec précision. Les théories physiques sont presque toujours formulées sous la forme d’équations mathématiques, faisant appel à des branches mathématiques plus complexes que celles habituelles dans d’autres sciences. À l’inverse, le développement de nombreux domaines des mathématiques a été stimulé par les besoins des sciences physiques.

La dimension d'une grandeur physique est déterminée par le système de grandeurs physiques utilisé, qui est un ensemble de grandeurs physiques interconnectées par des dépendances, et dans lequel plusieurs grandeurs sont sélectionnées comme grandeurs de base. Une unité de grandeur physique est une grandeur physique à laquelle, par accord, une valeur numérique égale à un est attribuée. Un système d'unités de grandeurs physiques est un ensemble d'unités de base et dérivées basées sur un certain système de grandeurs. afficher les grandeurs physiques et leurs unités adoptées dans le Système international d'unités (SI), basé sur le Système international d'unités.

Grandeurs physiques et leurs unités de mesure. Système SI.

Le Système international d'unités (SI) est un système d'unités basé sur le Système international d'unités, accompagné de noms et de symboles, ainsi que d'un ensemble de préfixes et de leurs noms et symboles, ainsi que des règles pour leur application, adoptés par la Conférence générale des poids et mesures (CGPM).

Dictionnaire international de métrologie
Le SI a été adopté par la XIe Conférence générale des poids et mesures (GCPM) en 1960, et plusieurs conférences ultérieures ont apporté un certain nombre de modifications au SI.
Le SI définit sept unités de base de grandeurs physiques et d'unités dérivées (en abrégé unités SI ou unités), ainsi qu'un ensemble de préfixes. Le SI établit également des abréviations standard pour les unités et des règles pour écrire les unités dérivées.
Unités de base : kilogramme, mètre, seconde, ampère, kelvin, taupe et candela. Dans le cadre du SI, ces unités sont considérées comme ayant des dimensions indépendantes, c’est-à-dire qu’aucune des unités de base ne peut être dérivée des autres.
Les unités dérivées sont obtenues à partir d'unités de base à l'aide d'opérations algébriques telles que la multiplication et la division. Certaines des unités dérivées du SI reçoivent leur propre nom, par exemple l'unité radian.
Les préfixes peuvent être utilisés avant les noms d'unités. Ils signifient qu'une unité doit être multipliée ou divisée par un certain nombre entier, une puissance de 10. Par exemple, le préfixe « kilo » signifie multiplié par 1000 (kilomètre = 1000 mètres). Les préfixes SI sont également appelés préfixes décimaux.

Mécanique. Problèmes de mécanique.

La mécanique est une branche de la physique qui étudie les lois du mouvement mécanique, ainsi que les raisons qui provoquent ou modifient le mouvement.

La tâche principale de la mécanique est de décrire le mouvement mécanique des corps, c'est-à-dire d'établir la loi (équation) du mouvement des corps à partir des caractéristiques qu'ils décrivent (coordonnées, déplacement, longueur du chemin parcouru, angle de rotation, vitesse, accélération, etc.). En d'autres termes, si en utilisant la loi (équation) du mouvement compilée, vous pouvez déterminer la position du corps à tout moment, alors le problème principal de la mécanique est considéré comme résolu. En fonction des grandeurs physiques choisies et des méthodes de résolution du problème principal de la mécanique, celui-ci est divisé en cinématique, dynamique et statique.

4. Mouvement mécanique. L'espace et le temps. Systèmes de coordonnées. Entrain de mesurer le temps. Système de référence. Vecteurs .

Mouvement mécanique appeler le changement de position des corps dans l'espace par rapport aux autres corps au fil du temps. Le mouvement mécanique est divisé en translation, rotation et oscillation.

Progressive est un mouvement dans lequel toute ligne droite tracée dans le corps se déplace parallèlement à elle-même. Rotation est un mouvement dans lequel tous les points du corps décrivent des cercles concentriques par rapport à un certain point appelé centre de rotation. Oscillatoire appelé mouvement dans lequel le corps effectue des mouvements périodiquement répétés autour d'une position moyenne, c'est-à-dire qu'il oscille.

Pour décrire le mouvement mécanique, le concept est introduit systèmes de référence .types de systèmes de référence peut être différent, par exemple, un référentiel fixe, un référentiel mobile, un référentiel inertiel, un référentiel non inertiel. Il comprend un corps de référence, un système de coordonnées et une horloge. Organisme de référence– c'est le corps auquel le système de coordonnées est « attaché ». système de coordonnées, qui est le point de référence (origine). Le système de coordonnées comporte 1, 2 ou 3 axes selon les conditions de conduite. La position d'un point sur une ligne (1 axe), un plan (2 axes) ou dans l'espace (3 axes) est déterminée respectivement par une, deux ou trois coordonnées. Pour déterminer la position du corps dans l'espace à tout moment, il est également nécessaire de fixer le début du décompte du temps. Différents systèmes de coordonnées sont connus : cartésiens, polaires, curvilignes, etc. En pratique, les systèmes de coordonnées cartésiennes et polaires sont le plus souvent utilisés. système de coordonnées cartésiennes- ce sont (par exemple, dans un cas bidimensionnel) deux rayons mutuellement perpendiculaires émanant d'un point, appelé origine, sur lesquels est appliquée une échelle (Fig. 2.1a). Système de coordonnées polaires– dans le cas bidimensionnel, il s’agit du rayon vecteur sortant de l’origine et de l’angle θ par lequel tourne le rayon vecteur (Fig. 2.1b). Des horloges sont nécessaires pour mesurer le temps.

La ligne décrite par un point matériel dans l’espace est appelée trajectoire. Pour le mouvement bidimensionnel sur le plan (x, y), ceci est fonction de y(x). La distance parcourue par un point matériel le long d'une trajectoire est appelée longueur du trajet(Fig. 2.2). Le vecteur reliant la position initiale d'un point matériel en mouvement r(t 1) à l'une de ses positions ultérieures r(t 2) est appelé en mouvement(Fig.2.2) :

.

Riz. 2.2. Longueur du chemin (mis en évidence par une ligne grasse) ; – vecteur de déplacement.

Chacune des coordonnées du corps dépend du temps x=x(t), y=y(t), z=z(t). Ces fonctions de changement de coordonnées en fonction du temps sont appelées loi cinématique du mouvement, par exemple, forx=x(t) (Fig. 2.3).

Figure 2.3. Un exemple de la loi cinématique du mouvement x=x(t).

Un segment à direction vectorielle pour lequel son début et sa fin sont indiqués. L'espace et le temps sont des concepts désignant les formes fondamentales d'existence de la matière. L'espace exprime l'ordre de coexistence des objets individuels. Le temps détermine l'ordre dans lequel les phénomènes changent.

En principe, on peut imaginer un grand nombre de systèmes d’unités différents, mais seuls quelques-uns sont largement utilisés. Partout dans le monde, le système métrique est utilisé pour les mesures scientifiques et techniques et dans la plupart des pays dans l'industrie et dans la vie quotidienne.

Unités de base.

Dans le système d'unités, pour chaque grandeur physique mesurée, il doit y avoir une unité de mesure correspondante. Ainsi, une unité de mesure distincte est nécessaire pour la longueur, la surface, le volume, la vitesse, etc., et chacune de ces unités peut être déterminée en choisissant l'une ou l'autre norme. Mais le système d'unités s'avère beaucoup plus pratique si seules quelques unités sont sélectionnées comme principales et que le reste est déterminé par les principales. Ainsi, si l'unité de longueur est un mètre dont l'étalon est stocké dans le Service métrologique de l'État, alors l'unité de surface peut être considérée comme un mètre carré, l'unité de volume est un mètre cube, l'unité de vitesse est un mètre par seconde, etc.

La commodité d'un tel système d'unités (en particulier pour les scientifiques et les ingénieurs, qui traitent des mesures beaucoup plus souvent que les autres) est que les relations mathématiques entre les unités de base et dérivées du système s'avèrent plus simples. Dans ce cas, une unité de vitesse est une unité de distance (longueur) par unité de temps, une unité d'accélération est une unité de changement de vitesse par unité de temps, une unité de force est une unité d'accélération par unité de masse , etc. En notation mathématique, cela ressemble à ceci : v = je/t, un = v/t, F = maman = ml/t 2. Les formules présentées montrent la « dimension » des quantités considérées, établissant des relations entre les unités. (Des formules similaires vous permettent de déterminer des unités pour des quantités telles que la pression ou le courant électrique.) De telles relations sont de nature générale et sont valables quelles que soient les unités (mètre, pied ou archine) dans lesquelles la longueur est mesurée et les unités choisies pour d'autres quantités.

En technologie, l'unité de base de mesure des grandeurs mécaniques n'est généralement pas considérée comme une unité de masse, mais comme une unité de force. Ainsi, si dans le système le plus couramment utilisé dans la recherche physique, un cylindre métallique est pris comme étalon de masse, alors dans un système technique, il est considéré comme un étalon de force qui équilibre la force de gravité agissant sur lui. Mais comme la force de gravité n'est pas la même en différents points de la surface de la Terre, la spécification de l'emplacement est nécessaire pour mettre en œuvre avec précision la norme. Historiquement, l'emplacement était au niveau de la mer, à une latitude de 45°. Actuellement, une telle norme est définie comme la force nécessaire pour donner au cylindre spécifié une certaine accélération. Certes, en technologie, les mesures ne sont généralement pas effectuées avec une précision telle qu'il faut tenir compte des variations de la gravité (si l'on ne parle pas de l'étalonnage des instruments de mesure).

Il existe une grande confusion autour des concepts de masse, de force et de poids. Le fait est qu’il existe des unités de ces trois quantités qui portent les mêmes noms. La masse est une caractéristique inertielle d'un corps, montrant à quel point il est difficile de le sortir d'un état de repos ou d'un mouvement uniforme et linéaire par une force externe. Une unité de force est une force qui, agissant sur une unité de masse, modifie sa vitesse d'une unité de vitesse par unité de temps.

Tous les corps s'attirent. Ainsi, tout corps proche de la Terre est attiré par elle. En d’autres termes, la Terre crée la force de gravité agissant sur le corps. Cette force s’appelle son poids. La force de poids, comme indiqué ci-dessus, n'est pas la même en différents points de la surface de la Terre et à différentes altitudes au-dessus du niveau de la mer en raison des différences d'attraction gravitationnelle et de manifestation de la rotation de la Terre. Cependant, la masse totale d’une quantité donnée de substance reste inchangée ; c'est la même chose dans l'espace interstellaire et en tout point de la Terre.

Des expériences précises ont montré que la force de gravité agissant sur différents corps (c'est-à-dire leur poids) est proportionnelle à leur masse. Par conséquent, les masses peuvent être comparées sur des échelles, et les masses qui s'avèrent identiques à un endroit seront les mêmes à tout autre endroit (si la comparaison est effectuée dans le vide pour exclure l'influence de l'air déplacé). Si un certain corps est pesé sur une balance à ressort, équilibrant la force de gravité avec la force d'un ressort étendu, les résultats de la mesure du poids dépendront de l'endroit où les mesures sont prises. Les balances à ressort doivent donc être ajustées à chaque nouvel emplacement afin qu'elles indiquent correctement la masse. La simplicité de la procédure de pesée elle-même est la raison pour laquelle la force de gravité agissant sur la masse étalon a été adoptée comme unité de mesure indépendante dans la technologie. CHALEUR.

Système métrique d'unités.

Le système métrique est le nom général du système décimal international d'unités dont les unités de base sont le mètre et le kilogramme. Même s’il existe quelques différences dans les détails, les éléments du système sont les mêmes partout dans le monde.

Histoire.

Le système métrique est né des règlements adoptés par l'Assemblée nationale française en 1791 et 1795 définissant le mètre comme un dix millionième de la partie du méridien terrestre allant du pôle Nord à l'équateur.

Par décret du 4 juillet 1837, le système métrique est déclaré obligatoire pour toutes les transactions commerciales en France. Il a progressivement remplacé les systèmes locaux et nationaux dans d’autres pays européens et a été légalement reconnu comme acceptable au Royaume-Uni et aux États-Unis. Un accord signé le 20 mai 1875 par dix-sept pays crée une organisation internationale destinée à préserver et améliorer le système métrique.

Il est clair qu'en définissant le mètre comme un dix millionième d'un quart du méridien terrestre, les créateurs du système métrique ont cherché à obtenir l'invariance et la reproductibilité précise du système. Ils ont pris le gramme comme unité de masse, le définissant comme la masse d’un millionième de mètre cube d’eau à sa densité maximale. Comme il ne serait pas très pratique d'effectuer des mesures géodésiques d'un quart du méridien terrestre à chaque vente d'un mètre de tissu ou d'équilibrer un panier de pommes de terre au marché avec la quantité d'eau appropriée, des étalons métalliques ont été créés pour reproduire ces définitions idéales avec une extrême précision.

Il est vite devenu évident que les étalons de longueur des métaux pouvaient être comparés entre eux, introduisant beaucoup moins d'erreurs que lorsqu'on comparait un étalon de ce type avec un quart du méridien terrestre. De plus, il est devenu clair que la précision de la comparaison des étalons de masse métallique entre eux est bien supérieure à la précision de la comparaison d'un tel étalon avec la masse du volume d'eau correspondant.

À cet égard, la Commission internationale du mètre a décidé en 1872 d'accepter le mètre « d'archives » stocké à Paris « tel quel » comme norme de longueur. De même, les membres de la Commission ont accepté le kilogramme d'archives platine-iridium comme étalon de masse, « considérant que la relation simple établie par les créateurs du système métrique entre l'unité de poids et l'unité de volume est représentée par le kilogramme existant. avec une précision suffisante pour les applications ordinaires dans l'industrie et le commerce, et les sciences exactes n'ont pas besoin d'une simple relation numérique de ce genre, mais d'une définition extrêmement parfaite de cette relation. En 1875, de nombreux pays du monde ont signé un accord sur les compteurs, et cet accord a établi une procédure de coordination des normes métrologiques pour la communauté scientifique mondiale par l'intermédiaire du Bureau international des poids et mesures et de la Conférence générale des poids et mesures.

La nouvelle organisation internationale a immédiatement commencé à élaborer des normes internationales de longueur et de masse et à en transmettre des copies à tous les pays participants.

Normes de longueur et de masse, prototypes internationaux.

Les prototypes internationaux des étalons de longueur et de masse - le mètre et le kilogramme - ont été déposés au Bureau international des poids et mesures, situé à Sèvres, en banlieue parisienne. L'étalon du mètre était une règle en alliage de platine contenant 10 % d'iridium, dont la section transversale avait une forme spéciale en X pour augmenter la rigidité à la flexion avec un volume minimum de métal. Dans la rainure d'une telle règle, il y avait une surface plane longitudinale, et le mètre était défini comme la distance entre les centres de deux coups appliqués sur la règle à ses extrémités, à une température standard de 0°C. La masse d'un cylindre fabriqué à partir du même platine a été pris comme prototype international de l'alliage d'iridium kilogramme, le même que le mètre étalon, avec une hauteur et un diamètre d'environ 3,9 cm. Le poids de cette masse étalon est égal à 1 kg au niveau de la mer. latitude 45°, est parfois appelée kilogramme-force. Ainsi, il peut être utilisé soit comme étalon de masse pour un système absolu d'unités, soit comme étalon de force pour un système technique d'unités dans lequel l'une des unités de base est l'unité de force.

Les prototypes internationaux ont été sélectionnés parmi un grand lot de standards identiques produits simultanément. D'autres étalons de ce lot ont été transférés à tous les pays participants sous forme de prototypes nationaux (étalons primaires d'État), qui sont périodiquement renvoyés au Bureau international pour comparaison avec les étalons internationaux. Les comparaisons effectuées à plusieurs reprises depuis lors montrent qu'elles ne montrent pas d'écarts (par rapport aux normes internationales) au-delà des limites de la précision des mesures.

Système international SI.

Le système métrique a été très favorablement accueilli par les scientifiques du XIXe siècle. en partie parce qu'il a été proposé comme système international d'unités, en partie parce que ses unités étaient théoriquement supposées être reproductibles de manière indépendante, et aussi en raison de sa simplicité. Les scientifiques ont commencé à développer de nouvelles unités pour les différentes grandeurs physiques qu'ils traitaient, sur la base des lois élémentaires de la physique et en reliant ces unités aux unités métriques de longueur et de masse. Ces derniers ont de plus en plus conquis divers pays européens, dans lesquels de nombreuses unités indépendantes pour différentes quantités étaient auparavant utilisées.

Bien que tous les pays qui ont adopté le système d'unités métriques aient presque les mêmes normes pour les unités métriques, diverses divergences dans les unités dérivées sont apparues entre les différents pays et les différentes disciplines. Dans le domaine de l’électricité et du magnétisme, deux systèmes distincts d’unités dérivées ont émergé : électrostatique, basé sur la force avec laquelle deux charges électriques agissent l’une sur l’autre, et électromagnétique, basé sur la force d’interaction entre deux hypothétiques pôles magnétiques.

La situation est devenue encore plus compliquée avec l’avènement du soi-disant système. unités électriques pratiques introduites au milieu du 19e siècle. par la British Association for the Advancement of Science pour répondre aux exigences de la technologie télégraphique filaire en développement rapide. De telles unités pratiques ne coïncident pas avec les unités des deux systèmes mentionnés ci-dessus, mais ne diffèrent des unités du système électromagnétique que par des facteurs égaux à des puissances entières de dix.

Ainsi, pour des grandeurs électriques courantes telles que la tension, le courant et la résistance, il existait plusieurs options d'unités de mesure acceptées, et chaque scientifique, ingénieur et enseignant devait décider lui-même laquelle de ces options lui convenait le mieux. En lien avec le développement de l'électrotechnique dans la seconde moitié du XIXe et la première moitié du XXe siècle. Les unités pratiques ont été de plus en plus utilisées et ont fini par dominer le domaine.

Éliminer une telle confusion au début du 20e siècle. une proposition a été avancée pour combiner les unités électriques pratiques avec les unités mécaniques correspondantes basées sur des unités métriques de longueur et de masse, et construire une sorte de système cohérent. En 1960, la XIe Conférence générale des poids et mesures adoptait un Système international d'unités (SI) unifié, définissait les unités de base de ce système et prescrivait l'utilisation de certaines unités dérivées, « sans préjudice d'autres qui pourraient être ajoutées à l'avenir ». .» Ainsi, pour la première fois dans l’histoire, un système international cohérent d’unités a été adopté par un accord international. Il est désormais accepté comme système juridique d’unités de mesure par la plupart des pays du monde.

Le Système international d'unités (SI) est un système harmonisé qui fournit une et une seule unité de mesure pour toute grandeur physique, telle que la longueur, le temps ou la force. Certaines unités reçoivent des noms spéciaux, par exemple l'unité de pression pascal, tandis que les noms d'autres sont dérivés des noms des unités dont elles sont dérivées, par exemple l'unité de vitesse - mètre par seconde. Les unités de base, ainsi que deux unités géométriques supplémentaires, sont présentées dans le tableau. 1. Les unités dérivées pour lesquelles des noms spéciaux sont adoptés sont indiquées dans le tableau. 2. Parmi toutes les unités mécaniques dérivées, les plus importantes sont l’unité de force newton, l’unité d’énergie le joule et l’unité de puissance le watt. Newton est défini comme la force qui confère une accélération d'un mètre par seconde au carré à une masse d'un kilogramme. Un joule est égal au travail effectué lorsque le point d'application d'une force égale à un Newton se déplace d'une distance d'un mètre dans la direction de la force. Un watt est la puissance à laquelle un joule de travail est effectué en une seconde. Les unités électriques et autres unités dérivées seront discutées ci-dessous. Les définitions officielles des unités majeures et mineures sont les suivantes.

Un mètre est la longueur du trajet parcouru par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 de seconde. Cette définition a été adoptée en octobre 1983.

Un kilogramme est égal à la masse du prototype international du kilogramme.

Une seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes d'oscillations de rayonnement correspondant à des transitions entre deux niveaux de la structure hyperfine de l'état fondamental de l'atome de césium 133.

Kelvin est égal à 1/273,16 de la température thermodynamique du point triple de l'eau.

Une mole est égale à la quantité d'une substance contenant le même nombre d'éléments structurels que d'atomes de l'isotope du carbone 12 pesant 0,012 kg.

Un radian est un angle plan entre deux rayons d'un cercle dont la longueur de l'arc entre eux est égale au rayon.

Le stéradian est égal à l'angle solide dont le sommet est au centre de la sphère, découpant sur sa surface une aire égale à l'aire d'un carré de côté égal au rayon de la sphère.

Pour former des multiples et sous-multiples décimaux, un certain nombre de préfixes et de facteurs sont prescrits, indiqués dans le tableau. 3.

Ainsi, un kilomètre (km) équivaut à 1 000 m et un millimètre équivaut à 0,001 m (ces préfixes s'appliquent à toutes les unités, telles que les kilowatts, les milliampères, etc.)

Il était initialement prévu que l'une des unités de base soit le gramme, et cela se reflétait dans les noms des unités de masse, mais aujourd'hui, l'unité de base est le kilogramme. Au lieu du nom mégagramme, le mot « ton » est utilisé. Dans les disciplines de la physique, comme la mesure de la longueur d'onde de la lumière visible ou infrarouge, le millionième de mètre (micromètre) est souvent utilisé. En spectroscopie, les longueurs d'onde sont souvent exprimées en angströms (Å) ; Un angström est égal à un dixième de nanomètre, soit 10 à 10 m. Pour les rayonnements de longueur d'onde plus courte, tels que les rayons X, dans les publications scientifiques, il est permis d'utiliser un picomètre et une unité x (1 unité x = 10–13 m). Un volume égal à 1 000 centimètres cubes (un décimètre cube) est appelé un litre (L).

Masse, durée et temps.

Toutes les unités SI de base, à l'exception du kilogramme, sont actuellement définies en termes de constantes physiques ou de phénomènes considérés comme immuables et reproductibles avec une grande précision. Quant au kilogramme, il n'a pas encore été trouvé de moyen de le mettre en œuvre avec le degré de reproductibilité atteint dans les procédures de comparaison de divers étalons de masse avec le prototype international du kilogramme. Une telle comparaison peut être faite en pesant sur une balance à ressort dont l'erreur ne dépasse pas 1H 10 –8. Les normes d'unités multiples et sous-multiples pour un kilogramme sont établies par pesée combinée sur des balances.

Puisque le mètre est défini en termes de vitesse de la lumière, il peut être reproduit indépendamment dans n’importe quel laboratoire bien équipé. Ainsi, grâce à la méthode d'interférence, les mesures de longueur de ligne et d'extrémité, utilisées dans les ateliers et les laboratoires, peuvent être vérifiées par comparaison directe avec la longueur d'onde de la lumière. L'erreur avec de telles méthodes dans des conditions optimales ne dépasse pas un milliardième (1H 10 –9). Avec le développement de la technologie laser, ces mesures sont devenues très simplifiées et leur portée s'est considérablement élargie.

De même, le second, selon sa définition moderne, peut être réalisé de manière indépendante dans un laboratoire compétent dans une installation à faisceau atomique. Les atomes du faisceau sont excités par un oscillateur haute fréquence réglé sur la fréquence atomique, et un circuit électronique mesure le temps en comptant les périodes d'oscillation dans le circuit oscillateur. De telles mesures peuvent être effectuées avec une précision de l'ordre de 1H 10 -12 - bien supérieure à ce qui était possible avec les définitions précédentes de la seconde, basées sur la rotation de la Terre et sa révolution autour du Soleil. Le temps et sa réciproque, la fréquence, sont uniques en ce sens que leurs normes peuvent être transmises par radio. Grâce à cela, toute personne disposant de l'équipement de réception radio approprié peut recevoir des signaux d'heure exacte et de fréquence de référence, dont la précision ne diffère presque pas de celles transmises par voie hertzienne.

Mécanique.

Température et chaleur.

Les unités mécaniques ne permettent pas de résoudre tous les problèmes scientifiques et techniques sans impliquer d'autres relations. Bien que le travail effectué lors du déplacement d'une masse contre l'action d'une force et l'énergie cinétique d'une certaine masse soient de nature équivalente à l'énergie thermique d'une substance, il est plus pratique de considérer la température et la chaleur comme des quantités distinctes qui ne sont pas liées. dépendent des mécaniques.

Échelle de température thermodynamique.

L'unité de température thermodynamique Kelvin (K), appelée kelvin, est déterminée par le point triple de l'eau, c'est-à-dire la température à laquelle l'eau est en équilibre avec la glace et la vapeur. Cette température est estimée à 273,16 K, ce qui détermine l'échelle de température thermodynamique. Cette échelle, proposée par Kelvin, est basée sur la deuxième loi de la thermodynamique. S'il existe deux réservoirs thermiques à température constante et un moteur thermique réversible transférant la chaleur de l'un à l'autre selon le cycle de Carnot, alors le rapport des températures thermodynamiques des deux réservoirs est donné par T 2 /T 1 = –Q 2 Q 1 où Q 2 et Q 1 – la quantité de chaleur transférée à chacun des réservoirs (le signe moins indique que la chaleur est extraite de l'un des réservoirs). Ainsi, si la température du réservoir le plus chaud est de 273,16 K et que la chaleur qui en est extraite est deux fois plus élevée que la chaleur transférée à l'autre réservoir, alors la température du deuxième réservoir est de 136,58 K. Si la température du deuxième réservoir est de 0 K, alors aucune chaleur ne sera transférée, puisque toute l'énergie du gaz a été convertie en énergie mécanique dans la section d'expansion adiabatique du cycle. Cette température est appelée zéro absolu. La température thermodynamique couramment utilisée dans la recherche scientifique coïncide avec la température incluse dans l'équation d'état d'un gaz parfait. PV = RT, Où P.- pression, V– le volume et R.– constante de gaz. L’équation montre que pour un gaz parfait, le produit du volume et de la pression est proportionnel à la température. Cette loi n’est exactement satisfaite pour aucun des gaz réels. Mais si l’on corrige les forces virales, alors la dilatation des gaz permet de reproduire l’échelle thermodynamique des températures.

Échelle de température internationale.

Conformément à la définition exposée ci-dessus, la température peut être mesurée avec une très grande précision (jusqu'à environ 0,003 K près du point triple) par thermométrie à gaz. Un thermomètre à résistance en platine et un réservoir de gaz sont placés dans une chambre isolée thermiquement. Lorsque la chambre est chauffée, la résistance électrique du thermomètre augmente et la pression du gaz dans le réservoir augmente (conformément à l'équation d'état), et lorsqu'elle est refroidie, l'image opposée est observée. En mesurant simultanément la résistance et la pression, vous pouvez calibrer le thermomètre par la pression du gaz, qui est proportionnelle à la température. Le thermomètre est ensuite placé dans un thermostat dans lequel l'eau liquide peut être maintenue en équilibre avec ses phases solide et vapeur. En mesurant sa résistance électrique à cette température, on obtient une échelle thermodynamique, puisque la température du point triple se voit attribuer une valeur égale à 273,16 K.

Il existe deux échelles de température internationales : Kelvin (K) et Celsius (C). La température sur l'échelle Celsius est obtenue à partir de la température sur l'échelle Kelvin en soustrayant 273,15 K de cette dernière.

Des mesures précises de température à l'aide de la thermométrie à gaz nécessitent beaucoup de travail et de temps. C’est pourquoi l’échelle internationale pratique de température (IPTS) a été introduite en 1968. Grâce à cette échelle, des thermomètres de différents types peuvent être calibrés en laboratoire. Cette échelle a été établie à l'aide d'un thermomètre à résistance de platine, d'un thermocouple et d'un pyromètre à rayonnement, utilisés dans les intervalles de température entre certaines paires de points de référence constants (repères de température). Le MPTS était censé correspondre à l'échelle thermodynamique avec la plus grande précision possible, mais, comme il s'est avéré plus tard, ses écarts étaient très importants.

Échelle de température Fahrenheit.

L'échelle de température Fahrenheit, qui est largement utilisée en combinaison avec le système technique britannique d'unités, ainsi que dans des mesures non scientifiques dans de nombreux pays, est généralement déterminée par deux points de référence constants : la température de fonte de la glace (32° F). et le point d'ébullition de l'eau (212° F) à pression normale (atmosphérique). Par conséquent, pour obtenir la température Celsius à partir de la température Fahrenheit, vous devez soustraire 32 de cette dernière et multiplier le résultat par 5/9.

Unités de chaleur.

La chaleur étant une forme d’énergie, elle peut être mesurée en joules, et cette unité métrique a été adoptée par un accord international. Mais comme la quantité de chaleur était autrefois déterminée par le changement de température d'une certaine quantité d'eau, une unité appelée calorie s'est répandue et est égale à la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la température d'un gramme d'eau de 1°C. En raison du fait que la capacité calorifique de l'eau dépend de la température, j'ai dû clarifier la valeur calorique. Au moins deux calories différentes sont apparues : « thermochimique » (4,1840 J) et « vapeur » (4,1868 J). La « calorie » utilisée en diététique est en réalité une kilocalorie (1000 calories). La calorie n’est pas une unité SI et est tombée en désuétude dans la plupart des domaines scientifiques et technologiques.

Électricité et magnétisme.

Toutes les unités de mesure électriques et magnétiques communément acceptées sont basées sur le système métrique. Conformément aux définitions modernes des unités électriques et magnétiques, ce sont toutes des unités dérivées, dérivées de certaines formules physiques à partir des unités métriques de longueur, de masse et de temps. Puisque la plupart des grandeurs électriques et magnétiques ne sont pas si faciles à mesurer à l’aide des étalons mentionnés, il s’est avéré plus pratique d’établir, par des expériences appropriées, des étalons dérivés pour certaines des grandeurs indiquées, et d’en mesurer d’autres en utilisant de tels étalons.

Les unités SI.

Vous trouverez ci-dessous une liste des unités électriques et magnétiques SI.

L'ampère, unité de courant électrique, est l'une des six unités de base du SI. L'ampère est la force d'un courant constant qui, lorsqu'il traverse deux conducteurs droits parallèles de longueur infinie avec une section transversale circulaire négligeable, situés dans le vide à une distance de 1 m l'un de l'autre, provoquerait sur chaque section du conducteur de 1 m de long une force d'interaction égale à 2H 10 - 7 N.

Volt, unité de différence de potentiel et de force électromotrice. Volt est la tension électrique dans une section d'un circuit électrique avec un courant continu de 1 A et une consommation électrique de 1 W.

Coulomb, unité de quantité d'électricité (charge électrique). Coulomb - la quantité d'électricité traversant la section transversale d'un conducteur à un courant constant de 1 A en 1 s.

Farad, une unité de capacité électrique. Farad est la capacité d'un condensateur sur les armatures duquel, chargé à 1 C, apparaît une tension électrique de 1 V.

Henry, unité d'inductance. Henry est égal à l'inductance du circuit dans lequel une force électromotrice auto-inductive de 1 V se produit lorsque le courant dans ce circuit change uniformément de 1 A en 1 s.

Unité Weber de flux magnétique. Weber est un flux magnétique, lorsqu'il diminue jusqu'à zéro, une charge électrique égale à 1 C circule dans le circuit qui lui est connecté, qui a une résistance de 1 Ohm.

Tesla, une unité d'induction magnétique. Tesla est l'induction magnétique d'un champ magnétique uniforme, dans lequel le flux magnétique traversant une surface plane de 1 m2, perpendiculaire aux lignes d'induction, est égal à 1 Wb.

Normes pratiques.

Lumière et illumination.

Les unités d’intensité lumineuse et d’éclairement ne peuvent pas être déterminées uniquement sur la base d’unités mécaniques. On peut exprimer le flux d'énergie d'une onde lumineuse en W/m2, et l'intensité de l'onde lumineuse en V/m, comme dans le cas des ondes radio. Mais la perception de l'éclairage est un phénomène psychophysique dans lequel non seulement l'intensité de la source lumineuse est importante, mais aussi la sensibilité de l'œil humain à la répartition spectrale de cette intensité.

Par accord international, l'unité d'intensité lumineuse est la candela (anciennement appelée bougie), égale à l'intensité lumineuse dans une direction donnée d'une source émettant un rayonnement monochromatique de fréquence 540H 10 12 Hz ( je= 555 nm), dont la force énergétique du rayonnement lumineux dans cette direction est de 1/683 W/sr. Cela correspond à peu près à l’intensité lumineuse d’une bougie spermaceti, qui servait autrefois d’étalon.

Si l'intensité lumineuse de la source est d'un candela dans toutes les directions, alors le flux lumineux total est de 4 p lumens. Ainsi, si cette source est située au centre d'une sphère de rayon 1 m, alors l'éclairement de la surface interne de la sphère est égal à un lumen par mètre carré, soit une suite.

Rayons X et gamma, radioactivité.

Les rayons X (R) sont une unité obsolète de dose d'exposition aux rayons X, gamma et photoniques, égale à la quantité de rayonnement qui, en tenant compte du rayonnement électronique secondaire, forme des ions dans 0,001 293 g d'air qui portent une charge égal à une unité de la taxe SGH de chaque panneau. L'unité SI de dose de rayonnement absorbée est le gray, égal à 1 J/kg. La norme pour la dose de rayonnement absorbée est une configuration avec des chambres d'ionisation qui mesurent l'ionisation produite par le rayonnement.

1. La notion de grandeur. Propriétés de base des quantités homogènes.

2. Mesure de la quantité. Valeur numérique de la quantité.

3. Longueur, superficie, masse, temps.

4. Dépendances entre quantités.

4.1. Notion de grandeur

La quantité est l'un des concepts mathématiques de base apparus dans l'Antiquité et, au cours d'un long processus de développement, a subi un certain nombre de généralisations. La longueur, la surface, le volume, la masse, la vitesse et bien d’autres sont autant de grandeurs.

Valeur - c'est une propriété particulière des objets ou phénomènes réels. Par exemple, la propriété des objets « d'avoir une extension » est appelée « longueur ». Une quantité est considérée comme une généralisation des propriétés de certains objets et comme une caractéristique individuelle de la propriété d'un objet particulier. Les valeurs peuvent être quantifiées sur la base d'une comparaison.

Par exemple, la notion longueur se produit:

lorsqu'il désigne les propriétés d'une classe d'objets (« de nombreux objets autour de nous ont une longueur ») ;

lors de la désignation d'une propriété d'un objet spécifique de cette classe (« cette table a une longueur ») ;

lors de la comparaison d'objets par cette propriété (« la longueur de la table est supérieure à la longueur du bureau »).

Quantités homogènes – quantités qui expriment la même propriété d’objets d’une certaine classe.

Grandeurs hétérogènes exprimer diverses propriétés d'objets (un objet peut avoir une masse, un volume, etc.).

Propriétés des quantités homogènes :

1. Des quantités homogènes peuvent être comparer.

Pour toutes valeurs a et b, une seule des relations est valable : UN < b, UN > b, UN = b.

Par exemple, la masse d’un livre est supérieure à la masse d’un crayon et la longueur du crayon est inférieure à la longueur de la pièce.

2. Des quantités homogènes peuvent être ajouter et soustraire. Par addition et soustraction, on obtient une quantité du même type.

Les quantités qui peuvent être ajoutées sont appelées additifnym. Par exemple, vous pouvez ajouter les longueurs des objets. Le résultat est la longueur. Il existe des grandeurs qui ne sont pas additives, par exemple la température. Lorsque de l'eau de températures différentes provenant de deux récipients est combinée, on obtient un mélange dont la température ne peut pas être déterminée en additionnant les valeurs.

Nous ne considérerons que les quantités additives.

Laisser être: UN– la longueur du tissu, b– la longueur du morceau qui a été coupé, puis : ( UN - b) est la longueur de la pièce restante.

3. La taille peut être multiplier par un nombre réel. Le résultat est une quantité de même nature.

Exemple : « Versez 6 verres d’eau dans un bocal. »

Si le volume d'eau dans un verre est V, alors le volume d'eau dans le pot est de 6V .

4. Quantités homogènes partager. Le résultat est un nombre réel non négatif, on l’appelle attitudequantités

Exemple : « Combien de rubans de longueur b peut-on obtenir à partir d'un ruban de longueur a ? » ( X = UN : b)

5. La taille peut être mesure.

4.2. Mesure de quantité

En comparant directement les quantités, nous pouvons établir leur égalité ou leur inégalité. Par exemple, en comparant les bandes par longueur par superposition ou application, vous pouvez déterminer si elles sont égales ou non :

Si les extrémités coïncident, alors les bandes sont de même longueur ;

Si les extrémités gauches correspondent et que l'extrémité droite de la bande inférieure dépasse, sa longueur est plus grande.

Pour obtenir un résultat de comparaison plus précis, les valeurs sont mesurées.

La mesure consiste à comparer une valeur donnée avec une certainedeuxième quantité prise comme unité.

Lorsque vous mesurez la masse d'une pastèque sur une balance, comparez-la avec la masse d'un poids.

Lorsque vous mesurez la longueur de la pièce par étapes, comparez-la avec la longueur de la marche.

Le processus de comparaison dépend du type de grandeur : la longueur est mesurée à l'aide d'une règle, la masse - à l'aide d'une balance. Quel que soit ce procédé, le résultat de la mesure est un certain nombre, dépendant de l'unité de valeur choisie.

Objectif de la mesure – obtenir une caractéristique numérique d'une grandeur donnée avec l'unité sélectionnée.

Si la quantité a est donnée et que l'unité de la quantité e est choisie, alors en reEn mesurant la quantité a, ils trouvent un tel réelnombre x tel que a = x e. Ce nombre x est appelé la valeur numériquediminution de la valeur de a pour une unité de valeur e.

1) La masse du melon est de 3 kg.

3kg = 3∙1 kg, où 3 est la valeur numérique de la masse d'un melon avec une unité de masse de 1 kg.

2) La longueur du segment est de 10 cm.

10 cm = 10 1 cm, où 10 est la valeur numérique de la longueur du segment avec une unité de longueur de 1 cm.

Les quantités déterminées par une valeur numérique sont appelées scalaire(longueur, volume, masse, etc.). Il y a aussi quantités vectorielles, qui sont déterminés par une valeur numérique et une direction (vitesse, force, etc.).

La mesure permet de réduire la comparaison des quantités à la comparaison des nombres, et les actions avec des quantités à des actions sur les nombres.

1. Si les valeurs UN Et b mesuré en utilisant une unité de grandeur e, alors les relations entre les quantités UN Et b seront les mêmes que les relations entre leurs valeurs numériques (et vice versa) :

Laisser UN= c'est,b= n e, Alors un=b<= > m = n,

un >b < = > t > p,

UN< b < = > T< п.

Exemple : « La masse d'une pastèque est de 5 kg. Poids du melon 3 kg. La masse d'une pastèque est supérieure à la masse d'un melon, car... 5 > 3".

2. Si les valeurs UN Et b mesuré en utilisant une unité de grandeur e, puis trouver la valeur numérique de la somme (UN+ b), il suffit d'ajouter les valeurs numériques des quantités UN Et b.

Laisser une = t e,b=p e, s=ke, Alors un +b=c< = > t+p= k.

Par exemple, pour déterminer la masse de pommes de terre achetées versées dans deux sacs, il n'est pas nécessaire de les verser ensemble et de les peser, il suffit d'additionner les valeurs numériques de la masse de chaque sac.

3. Si les valeurs UN Et b sont tels que b = x un, Où X - nombre réel positif, et la quantité UN mesuré en utilisant une unité de grandeur e, puis trouver la valeur numérique de la quantité b pour l'unité e, un nombre suffisant X multiplier par la valeur numérique de la quantité UN.

Laisser UN= c'est,b= x une, Alors b=(x t) e.

Exemple : « La longueur de la bande bleue est de 2 pouces. Le jaune est 3 fois plus long. Quelle est la longueur de la bande jaune ?

2dm 3 = (2 1dm) 3 = (2 3) 1dm = 6 1dm = 6dm.

Les enfants d’âge préscolaire se familiarisent d’abord avec la mesure de quantités à l’aide de mesures conventionnelles. Au cours de l'activité pratique, ils réalisent la relation entre une grandeur et sa valeur numérique, ainsi que la valeur numérique d'une grandeur à partir de l'unité de mesure choisie.

« Mesurez par étapes la longueur du chemin allant de la maison à l'arbre, et maintenant de l'arbre à la clôture. Quelle est la longueur du chemin entier ?

(Les enfants ajoutent des quantités en utilisant leurs valeurs numériques.)

Quelle est la longueur du chemin mesurée par les pas de Masha ? (5 pas de Masha.)

Quelle est la longueur du même chemin, mesurée par les pas de Kolya ? (4 pas Kolya.)

Pourquoi avons-nous mesuré la longueur de la même piste et obtenu des résultats différents ?

(La longueur du chemin est mesurée en différents pas. Les pas de Kolya sont plus longs, donc il y en a moins).

Les valeurs numériques des longueurs de route diffèrent en raison de l'utilisation de différentes unités de mesure.

La nécessité de mesurer des quantités est apparue dans les activités pratiques de l'homme au cours de son développement. Le résultat de la mesure est exprimé sous forme de nombre et permet de mieux comprendre l'essence de la notion de nombre. Le processus de mesure lui-même apprend aux enfants à penser logiquement, développe des compétences pratiques et enrichit l'activité cognitive. En mesurant, les enfants peuvent obtenir non seulement des nombres naturels, mais également des fractions.

Les mesures sont basées sur la comparaison de propriétés identiques d'objets matériels. Pour les propriétés pour lesquelles des méthodes physiques sont utilisées à des fins de comparaison quantitative, la métrologie a établi un seul concept généralisé : une grandeur physique. Quantité physique- une propriété qualitativement commune à de nombreux objets physiques, mais quantitativement individuelle pour chaque objet, par exemple la longueur, la masse, la conductivité électrique et la capacité thermique des corps, la pression du gaz dans un récipient, etc. Mais l'odeur n'est pas une grandeur physique, puisque elle s'établit à partir de sensations subjectives.

Une mesure de comparaison quantitative de propriétés identiques d'objets est unité de quantité physique - une grandeur physique à laquelle, par accord, une valeur numérique égale à 1 est attribuée aux unités de grandeurs physiques se voient attribuer une désignation symbolique complète et abrégée - dimension. Par exemple, masse - kilogramme (kg), temps - seconde (s), longueur - mètre (m), force - Newton (N).

La valeur d'une grandeur physique est l'évaluation d'une grandeur physique sous la forme d'un certain nombre d'unités acceptées pour elle caractérise l'individualité quantitative des objets. Par exemple, le diamètre du trou est de 0,5 mm, le rayon du globe est de 6378 km, la vitesse du coureur est de 8 m/s, la vitesse de la lumière est de 3 10 5 m/s.

En mesurant s'appelle trouver la valeur d'une grandeur physique à l'aide de moyens techniques spéciaux. Par exemple, mesurer le diamètre de l'arbre avec un pied à coulisse ou un micromètre, la température du liquide avec un thermomètre, la pression du gaz avec un manomètre ou un vacuomètre. Valeur de la grandeur physique x^, obtenu lors de la mesure est déterminé par la formule x^ = ai, Où UN- valeur numérique (taille) d'une grandeur physique ; et est une unité de quantité physique.

Étant donné que les valeurs des grandeurs physiques sont trouvées expérimentalement, elles contiennent une erreur de mesure. À cet égard, une distinction est faite entre les valeurs vraies et réelles des grandeurs physiques. Véritable signification - la valeur d'une grandeur physique qui reflète idéalement la propriété correspondante d'un objet en termes qualitatifs et quantitatifs. C'est la limite à laquelle la valeur d'une grandeur physique se rapproche avec une précision de mesure croissante.

Valeur réelle - une valeur d'une quantité physique trouvée expérimentalement qui est si proche de la vraie valeur qu'elle peut être utilisée à la place dans un certain but. Cette valeur varie en fonction de la précision de mesure requise. Dans les mesures techniques, la valeur d'une grandeur physique trouvée avec une erreur acceptable est acceptée comme valeur réelle.

Erreur de mesure est l'écart du résultat de la mesure par rapport à la valeur réelle de la valeur mesurée. Erreur absolue appelé l'erreur de mesure exprimée en unités de la valeur mesurée : Oh = x^-x, Où X- la vraie valeur de la grandeur mesurée. Erreur relative - le rapport de l'erreur de mesure absolue à la valeur vraie d'une grandeur physique : 6=Hache/x. L'erreur relative peut également être exprimée en pourcentage.

La valeur réelle de la mesure restant inconnue, on ne peut en pratique trouver qu’une estimation approximative de l’erreur de mesure. Dans ce cas, au lieu de la valeur réelle, on prend la valeur réelle d'une grandeur physique, obtenue en mesurant la même grandeur avec une plus grande précision. Par exemple, l'erreur lors de la mesure des dimensions linéaires avec un pied à coulisse est de ±0,1 mm, et avec un micromètre - ± 0,004 mm.

La précision de la mesure peut être exprimée quantitativement comme l’inverse du module d’erreur relatif. Par exemple, si l'erreur de mesure est de ±0,01, alors la précision de la mesure est de 100.

Selon leur objectif et leurs exigences, on distingue les types de normes suivants.

Étalon primaire – assure la reproduction et le stockage d'une unité de quantité physique avec la plus grande précision du pays (par rapport à d'autres normes de même quantité). Les étalons primaires sont des systèmes de mesure uniques créés en tenant compte des dernières avancées scientifiques et technologiques et garantissant l'uniformité des mesures dans le pays.

Norme spéciale - assure la reproduction d'une unité de quantité physique dans des conditions particulières dans lesquelles le transfert direct de la taille de l'unité à partir de l'étalon primaire avec la précision requise n'est pas possible, et sert d'étalon primaire pour ces conditions.

La norme primaire ou spéciale, officiellement approuvée comme source pour le pays, est appelée norme d'État. Les normes d'État sont approuvées par le Gosstandart et pour chacune d'elles, une norme d'État est approuvée. Les normes d'État sont créées, stockées et appliquées par les instituts scientifiques métrologiques centraux du pays.

Étalon secondaire – stocke les dimensions d'une unité d'une grandeur physique obtenues par comparaison avec l'étalon primaire de la grandeur physique correspondante. Les normes secondaires font référence aux moyens subordonnés de stockage des unités et de transfert de leurs tailles pendant les travaux de vérification et garantissent la sécurité et la moindre usure des normes primaires de l'État.

Selon leur objectif métrologique, les étalons secondaires sont divisés en étalons de copie, étalons de comparaison, étalons témoins et étalons de travail.

Copie de référence – conçu pour transmettre la taille d'une unité de quantité physique comme norme de travail pour un grand volume de travaux de vérification. Il s’agit d’une copie de l’étalon primaire de l’État à des fins métrologiques uniquement, mais il ne s’agit pas toujours d’une copie physique.

Norme de comparaison – utilisé pour comparer des normes qui, pour une raison ou une autre, ne peuvent pas être directement comparées entre elles.

Témoin standard – conçu pour vérifier la sécurité et l'immuabilité de la norme de l'État et la remplacer en cas de dommage ou de perte. Étant donné que la plupart des étalons d'État sont créés sur la base de l'utilisation des phénomènes physiques les plus stables et sont donc indestructibles, seul l'étalon du kilogramme dispose actuellement d'un étalon témoin.

Norme de travail – utilisé pour transmettre la taille d’une unité de quantité physique à l’aide d’un instrument de mesure fonctionnel. Il s'agit du type de normes le plus couramment utilisé pour les travaux de vérification par les services métrologiques territoriaux et départementaux. Les normes de travail sont divisées en catégories qui déterminent l'ordre de leur subordination conformément au schéma de vérification.

Normes des unités SI de base.

Unité de temps standard. L’unité de temps – la seconde – a longtemps été définie comme 1/86 400 du jour solaire moyen. Plus tard, on a découvert que la rotation de la Terre autour de son axe se produisait de manière inégale. Ensuite, la définition de l'unité de temps était basée sur la période de rotation de la Terre autour du Soleil - l'année tropicale, c'est-à-dire l'intervalle de temps entre deux équinoxes de printemps qui se succèdent. La taille d’une seconde a été définie comme 1/31556925,9747 d’une année tropicale. Cela a permis d'augmenter la précision de la détermination de l'unité de temps de près de 1 000 fois. Cependant, en 1967, la 13e Conférence générale des poids et mesures a adopté une nouvelle définition de la seconde comme l'intervalle de temps pendant lequel se produisent 9192631770 oscillations, correspondant à la fréquence de résonance de la transition énergétique entre les niveaux de la structure hyperfine de l'état fondamental. de l'atome de césium 133 en l'absence de perturbation par des champs extérieurs. Cette définition est implémentée à l'aide de références de fréquence du césium.

En 1972, la transition vers le système de temps universel coordonné est effectuée. Depuis 1997, le contrôle primaire d'État et le système de vérification d'État pour les instruments de mesure du temps et de la fréquence sont déterminés par les règles de la normalisation interétatique PMG18-96 « Schéma de vérification interétatique des instruments de mesure du temps et de la fréquence ».

L'étalon primaire d'État d'une unité de temps, constitué d'un ensemble d'instruments de mesure, assure la reproduction des unités de temps avec un écart type du résultat de mesure ne dépassant pas 1 * 10 -14 pendant trois mois.

Unité standard de longueur. En 1889, le mètre a été adopté comme étant égal à la distance entre deux lignes marquées sur une tige métallique de section transversale en forme de X. Bien que les étalons internationaux et nationaux soient constitués d'un alliage de platine et d'iridium, qui se distingue par une dureté importante et une grande résistance à l'oxydation, il n'était pas tout à fait certain que la longueur de l'étalon ne changerait pas avec le temps. De plus, l'erreur dans la comparaison des lignes mètres platine-iridium entre eux est de + 1,1 * 10 -7 m (+0,11 microns), et comme les lignes ont une largeur significative, la précision de cette comparaison ne peut pas être augmentée de manière significative.

Après avoir étudié les raies spectrales d'un certain nombre d'éléments, il a été constaté que la raie orange de l'isotope du krypton-86 offre la plus grande précision dans la reproduction d'une unité de longueur. En 1960, la 11e Conférence générale des poids et mesures a adopté l'expression de la taille du mètre dans ces longueurs d'onde comme sa valeur la plus précise.

Le kryptonmètre a permis d'augmenter la précision de reproduction d'une unité de longueur d'un ordre de grandeur. Cependant, des recherches plus poussées ont permis d'obtenir un étalon de mesure plus précis basé sur la longueur d'onde dans le vide du rayonnement monochromatique généré par un laser stabilisé. Le développement de nouveaux complexes de référence pour reproduire le mètre a conduit à la définition du mètre comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299792458 de seconde. Cette définition du compteur a été inscrite dans la loi en 1985.

Le nouveau complexe étalon de reproduction du compteur, en plus d'augmenter la précision de la mesure dans les cas nécessaires, permet également de contrôler la constance de l'étalon platine-iridium, qui est désormais devenu un étalon secondaire utilisé pour transmettre la taille du unité comme norme de travail.

Unité standard de masse. Lors de l'établissement du système métrique de mesures, la masse d'un décimètre cube d'eau pure à la température de sa plus haute densité (4 0 C) a été prise comme unité de temps.

Durant cette période, des déterminations précises de la masse d'un volume d'eau connu étaient effectuées en pesant successivement dans l'air et dans l'eau un cylindre de bronze vide, dont les dimensions étaient soigneusement déterminées.

Sur la base de ces pesées, le premier prototype du kilogramme était un poids cylindrique en platine d'une hauteur de 39 mm égale à son diamètre. Comme le prototype du compteur, il a été transféré aux Archives nationales de France pour y être stocké. Au XIXe siècle, plusieurs mesures minutieuses de la masse d'un décimètre cube d'eau pure à une température de 4 0 C ont été répétées. Il a été constaté que cette masse était légèrement (environ 0,028 g) inférieure au prototype du kilogramme des Archives. Afin de ne pas modifier la valeur de l'unité de masse d'origine lors de pesées ultérieures plus précises, la Commission internationale sur les prototypes du système métrique en 1872. il a été décidé de prendre la masse du prototype du kilogramme des Archives comme unité de masse.

Dans la production d'étalons en kilogrammes de platine-iridium, le prototype international a été considéré comme celui dont la masse différait le moins de la masse du prototype en kilogrammes d'Archive.

En raison de l'adoption du prototype conventionnel de l'unité de masse, le litre s'est avéré différent du décimètre cube. La valeur de cet écart (1l=1,000028 dm 3) correspond à la différence entre la masse du prototype international d'un kilogramme et la masse d'un décimètre cube d'eau. En 1964, la 12e Conférence générale des poids et mesures décide d'assimiler le volume de 1 litre à 1 dm 3.

Il convient de noter qu'à l'époque où le système de mesures métrique a été établi, il n'y avait pas de distinction claire entre les concepts de masse et de poids, c'est pourquoi le prototype international du kilogramme était considéré comme la norme de l'unité de poids. Cependant, déjà avec l'approbation du prototype international du kilogramme lors de la 1ère Conférence générale des poids et mesures en 1889, le kilogramme a été approuvé comme prototype de la masse.

Une distinction claire entre le kilogramme comme unité de masse et le kilogramme comme unité de force a été établie dans les décisions de la 3e Conférence générale des poids et mesures (1901).

L'étalon primaire de l'État et le schéma de vérification des moyens de modification de masse sont déterminés par GOST 8.021 - 84. La norme de l'État se compose d'un ensemble de mesures et d'instruments de mesure :

· prototype national du kilogramme - copie n° 12 du prototype international du kilogramme, qui est un poids en alliage platine-iridium et est destiné à transmettre la taille d'une unité de masse au poids R1 ;

· prototype national du kilogramme - copie n°26 du prototype international du kilogramme, qui est un poids en alliage platine-iridium et destiné à vérifier l'invariance de la taille d'une unité de masse, reproduit par le national prototype du kilogramme - exemplaire n°12, et remplaçant ce dernier lors de ses comparaisons au Bureau international des mesures et balances ;

· des poids R1 et un jeu de poids en alliage platine-iridium et conçus pour transférer la taille d'une unité de masse aux étalons - copies ;

· échelles standards.

La valeur de masse nominale reproduite par la norme est de 1 kg. L'étalon primaire de l'État garantit la reproduction d'une unité de masse avec un écart type du résultat de la mesure par rapport au prototype international du kilogramme ne dépassant pas 2 * 10 -3 mg.

Les balances standard, utilisées pour comparer l'étalon de masse, avec une plage de pesée de 2*10 -3 ... 1 kg ont un écart type du résultat d'observation sur les balances de 5 * 10 -4 ... 3 * 10 -2 mg.