Международная десятичная система измерений, в основу которой положено использование таких единиц, как килограмм и метр, называется метрической . Разнообразные варианты метрической системы разрабатывались и использовались в течение последних двухсот лет, а различия между ними состояли в основном в выборе основных, базовых единиц. На данный момент практически повсеместно применяется так называемая Международная система единиц (СИ ). Те элементы, которые в ней используются, идентичны во всем мире, хотя в отдельных деталях и есть различия. Международная система единиц очень широко и активно используется во всем мире, причем как в повседневной жизни, так и в научных исследованиях.

На данный момент Метрическая система мер используется в большинстве стран мира. Есть, однако, несколько крупных государств, в которых по сей день применяется основанная на таких единицах, как фунт, фут и секунда – английская система мер. К ним относятся Великобритания, США и Канада. Однако эти страны также уже приняли несколько законодательных мер, направленных на переход к Метрической системе мер .

Сама она зародилась в средине XVIII столетия во Франции. Именно тогда учеными было принято решение о том, что следует создать систему мер , основу которой будут составлять взятые из природы единицы. Суть такого подхода состояла в том, что таковые постоянно остаются неизменными, и поэтому стабильной будет и вся система в целом.

Меры длины

• 1 километр (км) = 1000 метрам (м)
• 1 метр (м) = 10 дециметрам (дм) = 100 сантиметрам (см)
• 1 дециметр (дм) = 10 сантиметрам (см)
• 1 сантиметр (см) = 10 миллиметрам (мм)

Меры площади

• 1 кв. километр (км 2) = 1 000 000 кв. метрам (м 2)
• 1 кв. метр (м 2) = 100 кв. дециметрам (дм 2) = 10 000 кв. сантиметрам (см 2)
• 1 гектар (га) = 100 арам (а) = 10 000 кв. метрам (м 2)
• 1 ар (а) = 100 кв. метрам (м 2)

Меры объёма

• 1 куб. метр (м 3) = 1000 куб. дециметрам (дм 3) = 1 000 000 куб. сантиметрам (см 3)
• 1 куб. дециметр (дм 3) = 1000 куб. сантиметрам (см 3)
• 1 литр (л) = 1 куб. дециметру (дм 3)
• 1 гектолитр (гл) = 100 литрам (л)

Меры веса

• 1 тонна (т) = 1000 килограммам (кг)
• 1 центнер (ц) = 100 килограммам (кг)
• 1 килограмм (кг) = 1000 граммам (г)
• 1 грамм (г) = 1000 миллиграммам (мг)

Метрическая система мер

Необходимо отметить, что метрическая система мера получила признание далеко не сразу. Что касается России, то в нашей стране ее разрешили к использованию после того, как она подписала Метрическую конвенцию . При этом эта система мер в течение длительного времени использовалась параллельно с национальной, в основу которой были положены такие единицы, как фунт, сажень и ведро.

Некоторые старые русские меры

Меры длины

• 1 верста = 500 саженям = 1500 аршинам = 3500 футам = 1066,8 м
• 1 сажень = 3 аршинам = 48 вершкам = 7 футам = 84 дюймам = 2,1336 м
• 1 аршин = 16 вершкам = 71,12 см
• 1 вершок = 4,450 см
• 1 фут = 12 дюймам = 0,3048 м
• 1 дюйм = 2,540 см
• 1 морская миля = 1852,2 м

Меры веса

• 1 пуд = 40 фунтам = 16,380 кг
• 1 фунт = 0,40951 кг

Главное отличие Метрической системы мер от тех, которые применялись ранее, состоит в том, что в ней используется упорядоченный набор единиц измерения. Это означает, что любая физическая величина характеризуется некоей главной единицей, а все единицы дольные и кратные образуются по единому стандарту, а именно – с применением десятичных приставок.

Введение этой системы мер ликвидирует то неудобство, к которому ранее приводило обилие различных единиц измерения, имеющих достаточно сложные правила преобразований между собой. Таковые в метрической системе очень просты и сводятся к тому, что исходная величина умножается или делится на степень 10.

Назад

История создания метрической системы

Как известно, метрическая система зародилась во Франции в конце XVIII столетия. Многообразие мер и весов, стандарты которых порой значительно отличались в разных регионах страны, зачастую приводило к путанице и конфликтам. Таким образом, остро назрела необходимость реформировать действующую систему измерений или же разработать новую, взяв за основу простой и универсальный стандарт. В 1790 году на обсуждение в Национальное собрание был представлен проект небезызвестного князя Талейрана, впоследствии ставшего министром иностранных дел Франции. В качестве эталона длины деятель предложил принять длину секундного маятника на широте 45°.

К слову, идея с маятником была на тот момент уже не нова. Еще в XVII веке ученые делали попытки определить универсальные измерители на основе реальных предметов, сохранявших постоянную величину. Одно их таких исследований принадлежало голландскому ученому Христиану Гюйгенсу, проводившему опыты с секундным маятником и доказавшему, что его длина зависит от широты места, где проводился эксперимент. Еще за столетие до Талейрана на основании собственных опытов Гюйгенс предложил в качестве всемирного эталона длины применить 1/3 длину маятника с периодом колебаний 1 секунда, что приблизительно составляло 8 см.

И все же, предложение вычислить эталон длины на показаниях секундного маятника не нашло поддержки в Академии наук, а в основу будущей реформы легли идеи астронома Мутона, который рассчитывал единицу длины от дуги земного меридиана. Ему же принадлежало предложение создать новую систему измерений на десятичной основе.

В своем проекте Талейран подробно изложил порядок определения и введения единого стандарта длины. Во-первых, предполагалось со всех уголков страны собрать всевозможные меры и привезти в Париж. Во-вторых, Национальному собранию предстояло связаться с Британским парламентом с предложением создания международной комиссии из ведущих ученых обеих стран. После проведения эксперимента Французская академия наук должна была установить точное соотношение между новой единицей длины и мерами, которые ранее применялись в различных уголках страны. Копии эталонов и сравнительные таблицы со старыми мерами необходимо было разослать во все регионы Франции. Данный регламент был одобрен Национальным собранием, а 22 августа 1790 года его утвердил король Людовик XVI.

Работы по определению метра начались в 1792 году. Руководителями экспедиции, которой было поручено измерить дугу меридиана между Барселоной и Дюнкерком, были назначены французские ученые Мешен и Деламбр. Работа французских ученых была рассчитана на несколько лет. Однако в 1793 году Академия наук, проводившая реформу, была упразднена, что вызвало серьезную задержку и без того непростого трудоемкого исследования. Было принято решение не ждать окончательных результатов по измерению дуги меридиана и рассчитать дину метра на основе уже имеющихся данных. Так в 1795 году был определен временный метр как 1/10000000 часть парижского меридиана между экватором и северным полюсом. Работы по уточнению метра были завершены к осени 1798 года. Новый метр оказался короче на 0,486 линии или 0,04 французского дюйма. Именно это значение легло в основу нового эталона, узаконенного 10 декабря 1799 года.

Одним из основных положений метрической системы является зависимость всех мер от единого линейного стандарта (метра). Так, например, при определении основной единицы веса — — было решено взять за основу кубический сантиметр чистой воды.

К концу XIX века почти во всей Европе, за исключением Греции и Англии, была принята метрическая система. Быстрому распространению этой уникальной системы мер, которой мы пользуемся и поныне, способствовали простота, единство и точность. Несмотря на все преимущества метрической системы Россия на рубеже XIX - XX столетий так и не решилась присоединиться к большинству европейских стран, уже тогда сломав вековые привычки народа и отказавшись от использования традиционной русской системы мер. Впрочем, «Положение о весах и мерах» от 4 июня 1899 года официально допускало применение килограмма наряду с русским фунтом. Окончательный же измерений завершился лишь к началу 1930-х годов.

Ой... Javascript не найден.

Увы, в вашем браузере отключен или не поддерживается JavaScript.

К сожалению, без JavaScript этот сайт работать не сможет. Проверьте настройки браузера, может быть JavaScript выключен случайно?

Метрическая система (Международная система СИ)

Метрическая система мер (Международная система СИ)

Жителям США или другой страны, где метрическая система не используется, иногда трудно понять, как остальной мир живёт в и ориентируется в ней. Но на самом деле система СИ гораздо проще всех традиционных национальных систем измерений.

Принципы построения метрической системы очень просты.

Устройство международной системы единиц СИ

Метрическая система была разработана во Франции в 18 ом веке. Новая система была призвана заменить хаотический набор различных единиц измерения, которые тогда использовались, единым общим стандартом с простыми десятичными коэффициентами.

Стандартная единица длины была определена как одна десятимиллионная часть расстояния от северного полюса Земли до экватора. Получившееся значение назвали метром . Определение метра позднее несколько раз уточнялось. Современное и наиболее точное определение метра звучит так: "расстояние, которое проходит свет в вакууме за 1/299792458 секунды". Стандарты для остальных измерений были установлены аналогичным образом.

Метрическая система или Международная система единиц (СИ) основана на семи базовых единицах для семи базовых измерений, независимых друг от друга. Вот эти измерения и единицы: длина (метр), масса (килограмм), время (секунда), электрический ток (ампер), термодинамическая температура (кельвин), количество вещества (моль) и интенсивность излучения (кандела). Все остальные единицы выводятся на основе базовых.

Все единицы конкретного измерения строятся на основе базовой единицы путём добавления универсальных метрических префиксов . Таблица метрических префиксов приведена ниже.

Метрические префиксы

Метрические префиксы просты и очень удобны. Не обязательно понимать природу единицы, чтобы пересчитать значение из, например, кило-единиц в мега-единицы. Все метрические префиксы - это степени 10. Наиболее часто используемые префиксы выделены в таблице.

Кстати, на странице Дроби и проценты Вы можете легко пересчитать значение из одного метрического префикса в другой.

Даже в странах, где используется метрическая система, большинство людей знают лишь наиболее употребительные префиксы, такие как "кило", "милли", "мега". Эти префиксы выделены в таблице. Остальные префиксы используются, в основном, в науке.

Универсальная мера

Оригинальное предложение высказывал в свое время профессор Краков­ского университета С. Пудловский. Его идея заключалась в том, что в качестве единой меры надо принять ту длину маятника, который совершает полный раз­мах за одну секунду. Это предложение было опубликовано в книге «Универ­сальная мера», изданной в г. Вильно в 1675 г. его учеником Т. Буратини. Он же предложил и назвать метром единицу длины.

Несколько раньше, в 1673 г. голландский ученый Х. Гюйгенс издал блестящую работу «Маятниковые часы», где разработал теорию колебаний, описал конструкции маятниковых часов. На основе этой работы Гюйгенс пред­ложил свою универсальную меру длины, которую он назвал часовым футом , а по величине часовой фут равнялся 1/3 длины секундного маятника. «Эта мера не только может быть определена везде в мире, но и на все будущие века может быть всегда восстановлена», – с гордостью писал Гюйгенс.

Однако было одно обстоятельство, которое смущало ученых. Период колебания маятника при одной и той же его длине был разным в зависимости от географической широты, т. е. мера, строго говоря, не была универсальной.

Идею Гюйгенса пропагандировал французский геодезист Ш. Кондамин, предложивший положить в основу системы измерений единицу длины, соот­ветствующую длине маятника, совершающего один размах в секунду на экваторе.

Французский астроном и математик Г. Мутон также поддерживал идею о секундном маятнике, но только в качестве контрольного аппарата, а в основу универсальной системы мер Г. Мутон предлагал положить принцип связи единицы измерения с размерами Земли, т. е. принять в качестве единицы длины часть длины дуги меридиана. Этот ученый предложил также измеренную часть поделить на десятые, сотые и тысячные доли, т. е. использовать деся­тичный принцип.

Метрическая система мер

Проекты реформы систем мер появлялись в разных странах, но особенно острым этот вопрос был во Франции по перечисленным выше причинам. По­степенно вырисовывалась идея создания системы мер, отвечающей определен­ным требованиям:

– система мер должна быть единой и общей;

– единицы измерения должны иметь строго определенные размеры;

– должны существовать эталоны единиц измерения, неизменные во времени;

– для каждой величины должна существовать только одна единица;

– единицы различных величин должны быть связаны друг с другом удобным образом;

– единицы должны иметь дольные и кратные значения.

8 мая 1790 г. Национальное собрание Франции приняло декрет о реформе системы мер и поручило Парижской академии наук выполнить необходимые работы, руководствуясь указанными выше требованиями.

Было образованно несколько комиссий. Одна из них, руководимая академиком Лагранжем, рекомендовала десятичное подразделение кратных и дольных значений единиц.

Другая комиссия, в которую входили ученые Лаплас, Монж, Борда и Кондорс, предлагали принять в качестве единицы длины одну сорокамиллионную часть земного меридиана, хотя подавляющая часть специалистов, знающих суть дела, думала, что выбор будет в пользу секундного маятника.

Решающим фактором здесь было то, что был выбран устойчивый базис – размеры Земли, правильность и неизменность ее формы в виде шара.

Член комиссии Ш. Борда – геодезист и гидравлик – предложил назвать единицу длины метром, в 1792 г. он определил длину секундного маятника в Париже.

26 марта 1791 г. Национальное собрание Франции утвердило предложение Парижской академии, была образована временная комиссия по практическому воплощению декрета о реформе мер.

7 апреля 1795 г. Национальный конвент Франции принял закон о новых мерах и весах. Было принято, что метр – одна десятимиллионная часть четверти земного меридиана, проходящего через Париж. но при этом особо подчеркивалось то, что вводимая единица длины по названию и величине не совпадала ни с одной из существовавших в то время французских единиц длины. Поэтому исключается возможный в дальнейшем довод о том, что Франция «проталкивает» свою сис­тему мер в качестве международной.

Взамен временных комиссий были назначены комиссары, которым было поручено проводить работы по экспериментальному определению единиц длины и массы. В число комиссаров входили знаменитые ученые Бертолле, Борда, Бриссон, Кулон, Деламбр, Гаюи, Лагранж, Лаплас, Мешен, Монж и др.

Деламбр и Мешен возобновили работы по измерениям длины дуги мери­диана между Дюнкерком и Барселоной, соответствующей 9°40′ сферы (в даль­нейшем эта дуга была расширена от Шетландских островов до Алжира).

Эти работы были завершены к осени 1798 г. Были изготовлены из пла­тины эталоны метра и килограмма. Эталон метра представлял собой платино­вый брусок длиной в 1 метр и сечением 25 × 4 мм, т. е. это была концевая мера, и 22 июня 1799 г. произошла торжественная передача прототипов метра и кило­грамма в Архив Франции, и с тех пор они именуются архивными . Но надо сказать, что даже во Франции метрическая система утвердилась не сразу, очень сказывались традиции и инертность мышления. Ставший императором Франции Наполеон метрическую систему, мягко говоря, недолюбливал. Он считал: «Нет ничего более противоречащего складу ума, памяти и соображению, чем то, что предлагают эти ученые. Абстракциям и пустым надеждам принесено в жертву благо теперешних поколений, ибо чтобы заставить старую нацию принять новые единицы мер и весов, надо переделать все административные правила, все расчеты промышленности. Такая работа устрашает разум». В 1812 г. указом Наполеона метрическая система во Франции была отменена и только с 1840 г. она была снова восстановлена.

Постепенно метрическую систему приняли и ввели у себя Бельгия, Голландия, Испания, Португалия, Италия, ряд республик Южной Америки. Инициаторами внедрения метрической системы в России были, конечно, ученые, инженеры, исследователи, но немалую роль сыграли портные, белошвейки и модистки – к тому времени парижская мода завоевала высшее общество, а там, в основном работали приехавшие из-за границы мастера со своими метрами. Именно от них и пошли существующие до сих пор узкие полоски клеенчатой материи – «сантиметры», которыми пользуются до сих пор.

На Парижской выставке 1867 г. был создан Международный комитет мер, весов и монет, который составил доклад о пользе метрической системы. Однако, решающее влияние на весь дальнейший ход событий оказал доклад, составленный в 1869 г. академиками Струве О. В., Вильдом Г. И. и Якоби Б. С., направленный от имени Петербургской академии наук в Парижскую академию. В докладе приводились доводы о необходимости введения международной системы мер и весов на основе метрической системы.

Предложение было поддержано Парижской академией, и правительство Франции обратилось ко всем заинтересованным государствам с просьбой прислать ученых в состав Международной метрической комиссии для решения практических задач. К тому времени выяснилось, что форма Земли – не шар, а трехмерный сфероид (средний радиус экватора составляет 6 378 245 метров, разница между наибольшим и наименьшим радиусами составляет 213 метров, а разность среднего радиуса экватора и полярной полуоси составляет 21 382 метра). Кроме того, повторные измерения дуги Парижского меридиана дали значение метра несколько меньшим по сравнению со значением, полученным Деламбром и Мешеном. К тому же, всегда остается вероятность того, что при создании более совершенных измерительных средств и появлении новых методов измерения результаты измерений будут меняться. Поэтому комиссия приняла важное решение: «Новый прототип меры длины должен быть по величине равным Архивному метру», т. е. должен быть искусственным эталоном.

Международная комиссия приняла еще и следующие решения.

1) Новый прототип метра должен быть штриховой мерой, он должен быть изготовлен из сплава платины (90 %) и иридия (10 %) и иметь Х-образную форму сечения.

2) С целью придания метрической системе международного характера и обеспечения единообразия мер следует изготовить и распределить эталоны между заинтересованными странами.

3) Один эталон, наиболее близкий по величине к Архивному принять в качестве международного.

4) Поручить практические работы по созданию эталонов французской секции комиссии, поскольку архивные прототипы находятся в Париже.

5) Назначить постоянный международный комитет из 12 членов для руководства работами.

6) Учредить Международное бюро мер и весов как нейтральное научное учреждение с месторасположением во Франции.

В соответствии с решением комиссии были проведены практические мероприятия и в 1875 г. была созвана международная конференция в Париже, на последнем заседании которой 20 мая 1875 г. была подписана Конвенция метра. Ее подписали 17 стран: Австро-Венгрия, Аргентина, Бельгия, Бразилия, Венесуэла, Германия, Дания, Испания, Италия, Франция, Перу, Португалия, Россия, США, Турция, Швейцария, Швеция и Норвегия (как одна страна). Еще три страны (Великобритания, Голландия, Греция), хоть и участвовали в работе конференции, Конвенцию не подписали из-за несогласия по функциям Международного бюро.

Для Международного бюро мер и весов был отведен Бретельский павильон, находящийся в парке Сен-Клу в пригороде Парижа – Севре, вскоре вблизи этого павильона был построен лабораторный корпус с оборудованием. Деятельность Бюро осуществляется за счет средств, перечисляемых странами – членами Конвенции пропорционально численности их населения. За счет этих средств в Англии были заказаны эталоны метра и килограмма (36 и 43 соответственно), которые были изготовлены в 1889 г.

Эталоны метра

Эталон метра представлял собой платиново-иридиевый стержень Х-образного сечения длинной 1020 мм. На нейтральной плоскости при 0 °C было нанесено по три штриха с каждой стороны, расстояние между средними штрихами составляло 1 метр (рис. 1.1). Эталоны были пронумерованы и сличены с Архивным метром. Наиболее близким к Архивному оказался прототип № 6, он и был утвержден в качестве международного прототипа. Таким образом, эталон метра стал искусственным и представлял собой штриховую меру.

К эталону № 6 было добавлено еще четыре эталона-свидетеля, и они были оставлены в Международном бюро. Остальные эталоны были распределены по жребию между странами, подписавшими Конвенцию. России достались эталоны № 11 и № 28, причем № 28 был ближе к международному прототипу, поэтому он стал национальным эталоном России.

Декретом СНК РСФСР от 11 сентября 1918 г. прототип № 28 был утвержден в качестве государственного первичного эталона метра. В 1925 г. Совнарком СССР принял постановление о признании Метрической конвенции 1875 г. как имеющей силу для СССР.

В 1957 – 1958 г.г. на эталон № 6 была нанесена шкала с дециметровыми делениями, первый дециметр был разделен на 10 сантиметров, а первый сантиметр – на 10 миллиметров. После нанесения штрихов этот эталон был заново аттестован в Международном бюро мер и весов.

Погрешность передачи единицы длины от эталона к измерительным средствам составляла 0,1 – 0,2 мкм, что с развитием техники становится явно недостаточным, поэтому с целью уменьшения погрешности передачи и получения естественного неразрушаемого эталона был создан новый эталон метра.

Еще в 1829 г. французский физик Бабине Ж. предложил в качестве единицы длины принять длину определенной линии в спектре. Однако практическое воплощение этой идеи произошло только тогда, когда американский физик А. Майкельсон изобрел интерферометр. Вместе с химиком Морли Э. Бабине Ж. опубликовал работу «О методе использования длины волны света натрия в качестве естественного и практического эталона длины», затем он перешел к исследованиям изотопов: ртути – зеленая и кадмия – красная линии.

В 1927 г. было принято, что 1 м равняется 1553164,13 длины волны красной линии кадмия-114, это значение было допущено в качестве стандарта наряду со старым прототипом метра.

В дальнейшем работы были продолжены: в США исследовался спектр ртути, СССР – кадмия, в ФРГ и во Франции – криптона.

В 1960 г. XI генеральная конференция по мерам и весам приняла в ка-честве эталона единицы длины метр, выраженный в длинах световых волн, а конкретно – инертного газа Kr-86. Таким образом, эталон метра снова стал естественным.

Метр – длина, равная 1650763,73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р 10 и 5d 5 атома криптона-86. Старое определение метра отменяется, но прототипы метра остаются и хранятся в прежних условиях.

В соответствии с этим решением в СССР был установлен Государственный первичный эталон (ГОСТ 8.020-75), в состав которого входили следующие компоненты (рис. 1.2):

1) источник первичного эталонного излучения криптона-86;

2) эталонный интерферометр, применяемый для исследования источников первичного эталонного излучения;

Точность воспроизведения и передачи метра в световых единицах составляет 1∙10 -8 м.

В 1983 г. XVII генеральная конференция по мерам и весам приняла новое определение метра: 1 метр – это единица длины, равная пути, проходимому светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды, т. е. эталон метра остается естественным .

Состав эталона метра:

1) источник первичного эталонного излучения – высокостабилизированный по частоте гелий-неоновый лазер;

2) эталонный интерферометр, применяемый для исследования источников первичного и вторичных эталонных измерений;

3) эталонный интерферометр, применяемый для измерения длины штриховых и концевых мер (вторичных эталонов).

Метрическая система мер , десятичная система мер, совокупность единиц физических величин, в основу которой положена единица длины - метр . Первоначально в Метрической системе мер, кроме метра, входили единицы: площади - квадратный метр, объема - кубический метр и массы - килограмм (масса 1 дм 3 воды при 4 °С), а также литр (для вместимости), ар (для площади земельных участков) и тонна (1000 кг). Важной отличительной особенностью Метрической системы мер являлся способ образования кратных единиц и дольных единиц , находящихся в десятичных соотношениях; для образования наименований производных единиц были приняты приставки: кило , гекто , дека , деци , санти и милли .

Метрическая система мер была разработана во Франции в эпоху Великой французской революции. По предложению комиссии из крупнейших французских ученых (Ж. Борда, Ж. Кондорсе, П. Лаплас, Г. Монж и др.) за единицу длины - метр - была принята десятимиллионная часть 1/4 длины парижского географического меридиана. Это решение было обусловлено стремлением положить в основу Метрическая система мер легко воспроизводимую "естественную" единицу длины, связанную с каким-либо практически неизменным объектом природы. Декрет о введении Метрическая система мер во Франции был принят 7 апреля 1795 года. В 1799 году был изготовлен и утвержден платиновый прототип метра. Размеры, наименования и определения других единиц Метрической системы мер были выбраны так, чтобы она не носила национального характера и могла быть принята всеми странами. Подлинно международный характер Метрическая система мер приобрела в 1875 году, когда 17 стран, в том числе Россия, подписали Метрическую конвенцию для обеспечения международного единства и усовершенствования метрической системы. Метрическая система мер была допущена к применению в России (в необязательном порядке) законом от 4 июня 1899 года, проект которого был разработан Д. И. Менделеевым, и введена в качестве обязательной декретом СНК РСФСР от 14 сентября 1918 года, а для СССР - постановлением СНК СССР от 21 июля 1925 года.

На основе Метрическая система мер возник целый ряд частных, охватывающих лишь отдельные разделы физики или отрасли техники, систем единиц и отдельных внесистемных единиц . Развитие науки и техники, а также международных связей привело к созданию на основе Метрическая система мер единой, охватывающей все области измерений, системы единиц - Международной системы единиц (СИ), которая уже принята в качестве обязательной или предпочтительной многими странами.