Sistem pengukuran SI — sejarah, tujuan, peran dalam fisika
Sejarah manusia berumur beberapa ribu tahun, dan pada berbagai tahap perkembangannya hampir setiap bangsa telah menggunakan beberapa sistem rujukan konvensionalnya. Sekarang Sistem Satuan Internasional (SI) telah menjadi wajib bagi semua negara.
Sistem ini berisi tujuh satuan dasar pengukuran: detik — waktu, meter — panjang, kilogram — massa, ampere — kekuatan arus listrik, kelvin — suhu termodinamika, kandela — intensitas cahaya, dan mol — jumlah zat. Ada dua satuan tambahan: radian untuk sudut datar dan steradian untuk sudut padat.
SI berasal dari bahasa Prancis Systeme Internationale dan singkatan dari International System of Units.
Bagaimana penghitung ditentukan
Pada abad ke-17, seiring berkembangnya ilmu pengetahuan di Eropa, seruan untuk memperkenalkan ukuran universal atau meteran Katolik mulai semakin sering terdengar. Itu akan menjadi ukuran desimal berdasarkan peristiwa alam dan terlepas dari keputusan orang yang berwenang. Tindakan seperti itu akan menggantikan banyak sistem tindakan yang berbeda yang ada saat itu.
Filsuf Inggris John Wilkins mengusulkan untuk menganggap panjang pendulum sebagai satuan panjang, yang setengah periodenya sama dengan satu detik. Namun, tergantung pada lokasi pengukuran, nilainya tidak sama. Astronom Prancis Jean Richet menetapkan fakta ini selama perjalanan ke Amerika Selatan (1671-1673).
Pada tahun 1790, Menteri Talleyrand mengusulkan untuk mengukur garis bujur referensi dengan menempatkan pendulum pada garis lintang yang tetap antara Bordeaux dan Grenoble - 45 ° garis lintang utara. Akibatnya, pada 8 Mei 1790, Majelis Nasional Prancis memutuskan bahwa meteran adalah panjang pendulum dengan periode setengah pada garis lintang 45 ° sama dengan 1 detik. Menurut SI saat ini, meter ini akan sama dengan 0,994 m Namun, definisi ini tidak sesuai dengan komunitas ilmiah.
Pada tanggal 30 Maret 1791, French Academy of Sciences menerima usulan untuk menetapkan standar pengukuran sebagai bagian dari meridian Paris. Satuan baru itu harus sepersepuluh juta jarak dari khatulistiwa ke Kutub Utara, yaitu sepersepuluh juta dari seperempat lingkar bumi, diukur sepanjang meridian Paris. Ini dikenal sebagai "Meter Benar dan Definitif".
Pada tanggal 7 April 1795, Konvensi Nasional mengeluarkan undang-undang yang memperkenalkan sistem metrik di Prancis dan menginstruksikan para komisaris, termasuk Ch. O. Coulomb, J.L. Lagrange, P.-S. Laplace dan ilmuwan lain secara eksperimental menentukan satuan panjang dan massa.
Pada periode 1792 hingga 1797, dengan keputusan konvensi revolusioner, ilmuwan Prancis Delambre (1749-1822) dan Mechen (1744-1804) mengukur busur yang sama dari meridian Paris dengan panjang 9 ° 40 'dari Dunkirk ke Barcelona dalam 6 tahun tahun, meletakkan rantai 115 segitiga melintasi Prancis dan sebagian Spanyol.
Namun, belakangan ternyata karena perhitungan kompresi kutub bumi yang salah, standarnya ternyata lebih pendek 0,2 mm. Jadi, panjang meridian 40.000 km hanyalah perkiraan. Namun, prototipe pertama meteran kuningan standar dibuat pada tahun 1795. Perlu dicatat bahwa satuan massa (kilogram, yang definisinya didasarkan pada massa satu desimeter kubik air) juga terkait dengan definisi meteran kuningan. meter.
Sejarah pembentukan sistem SI
Pada tanggal 22 Juni 1799, dua standar platina—meteran standar dan kilogram standar—dibuat di Prancis. Tanggal ini dapat dianggap sebagai hari dimulainya pengembangan sistem SI saat ini.
Pada tahun 1832, Gauss menciptakan apa yang disebut Sistem satuan absolut, dengan mengambil tiga satuan dasar: satuan waktu adalah sekon, satuan panjang adalah milimeter, dan satuan massa adalah gram, karena dengan menggunakan satuan khusus ini, ilmuwan dapat mengukur nilai absolut dari medan magnet Bumi (sistem ini mendapat namanya SGS Gauss).
Pada tahun 1860-an, di bawah pengaruh Maxwell dan Thomson, persyaratan bahwa satuan dasar dan turunan harus kompatibel satu sama lain dirumuskan. Akibatnya, sistem CGS diperkenalkan pada tahun 1874, dengan prefiks juga didistribusikan untuk menunjukkan himpunan bagian dan kelipatan unit dari mikro ke mega.
Pada tahun 1875, perwakilan dari 17 negara, termasuk Rusia, Amerika Serikat, Prancis, Jerman, Italia, menandatangani Konvensi Metrik, yang dengannya Biro Pengukuran Internasional, Komite Pengukuran Internasional didirikan dan konvensi reguler mulai berfungsi. Konferensi Umum tentang Berat dan Ukuran (GCMW)… Pada saat yang sama, pekerjaan dimulai pada pengembangan standar internasional untuk kilogram dan standar alat ukur.
Pada tahun 1889 pada konferensi pertama GKMV, sistem ISSberdasarkan meter, kilogram dan detik, seperti CGS, namun, unit ISS tampaknya lebih dapat diterima karena kemudahan penggunaan praktis. Optik dan unit listrik akan diperkenalkan nanti.
Pada tahun 1948, atas perintah pemerintah Prancis dan International Union of Theoretical and Applied Physics, Konferensi Umum Kesembilan tentang Berat dan Ukuran mengeluarkan instruksi kepada Komite Internasional tentang Berat dan Ukuran untuk mengusulkan, guna menyatukan sistem satuan pengukuran, idenya untuk membuat sistem satuan pengukuran tunggal yang dapat diterima oleh semua negara — pihak Konvensi Metrik.
Akibatnya, enam unit berikut diusulkan dan diadopsi pada GCMW kesepuluh pada tahun 1954: meter, kilogram, detik, ampere, kelvin, dan candela. Pada tahun 1956, sistem itu dinamai «Systeme International d'Unities» - sistem satuan internasional.
Pada tahun 1960, sebuah standar diadopsi, yang untuk pertama kalinya disebut «Sistem Satuan Internasional» dan diberi singkatan «SI» (SI).
Satuan dasar tetap sama enam satuan: meter, kilogram, sekon, ampere, kelvin, dan kandela, dua satuan tambahan (radian dan steradian) dan dua puluh tujuh turunan terpenting, tanpa menentukan terlebih dahulu satuan turunan lain yang dapat ditambahkan oleh - terlambat. (Singkatan dalam bahasa Rusia "SI" dapat diartikan sebagai "Sistem Internasional").
Keenam satuan dasar ini, baik satuan tambahan maupun dua puluh tujuh satuan turunan terpenting, sepenuhnya bertepatan dengan satuan dasar, tambahan, dan turunan yang sesuai yang diadopsi pada waktu itu dalam standar negara Uni Soviet untuk satuan pengukuran untuk ISS, MKSA, МКСГ dan sistem MSS.
Pada tahun 1963 di Uni Soviet, menurut GOST 9867-61 «Sistem Satuan Internasional», SI diterima sebagai pilihan untuk bidang ekonomi nasional, dalam ilmu pengetahuan dan teknologi, dan untuk pengajaran di lembaga pendidikan.
Pada tahun 1968, pada GKMV ketiga belas, satuan "derajat Kelvin" diganti dengan "kelvin", dan penunjukan "K" juga diadopsi. Selain itu, definisi baru detik diadopsi: satu detik adalah interval waktu yang sama dengan 9.192.631.770 periode radiasi yang sesuai dengan transisi antara dua tingkat sangat halus dari keadaan kuantum dasar atom cesium-133. Pada tahun 1997, sebuah klarifikasi diadopsi bahwa interval waktu ini mengacu pada atom cesium-133 yang diam pada 0 K.
Pada tahun 1971, satuan dasar lain «mol» ditambahkan ke 14 GKMV - satuan untuk jumlah zat. Satu mol adalah jumlah materi dalam suatu sistem yang mengandung elemen struktur sebanyak jumlah atom dalam karbon-12 dengan berat 0,012 kg. Ketika mol digunakan, elemen struktural harus ditentukan dan dapat berupa atom, molekul, ion, elektron, dan partikel lain atau kelompok partikel tertentu.
Pada tahun 1979, CGPM ke-16 mengadopsi definisi baru candela. Candela adalah intensitas cahaya dalam arah tertentu dari suatu sumber yang memancarkan radiasi monokromatik dengan frekuensi 540 × 1012 Hz, yang intensitas cahayanya pada arah tersebut adalah 1/683 W / sr (watt per steradian).
Pada tahun 1983, definisi baru diberikan kepada konter 17 GKMV.Satu meter adalah panjang lintasan yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa dalam waktu (1/299.792.458) detik.
Pada tahun 2009, Pemerintah Federasi Rusia menyetujui "Peraturan tentang Unit Pengukuran yang Diizinkan untuk Digunakan di Federasi Rusia", dan pada tahun 2015, amandemen dibuat untuk mengecualikan "masa berlaku" beberapa unit non-sistem.
Keuntungan utama dari sistem SI adalah sebagai berikut:
1. Penyatuan satuan besaran fisik untuk berbagai jenis pengukuran.
Sistem SI memungkinkan besaran fisik apa pun yang ditemukan di berbagai bidang teknologi memiliki satu satuan umum untuknya, misalnya, joule untuk semua jenis pekerjaan dan jumlah panas alih-alih satuan berbeda yang saat ini digunakan untuk besaran ini (kilogram - gaya - meter, erg, kalori, watt-jam, dll.).
2. Universalitas sistem.
Satuan SI mencakup semua cabang ilmu pengetahuan, teknologi, dan ekonomi nasional, tidak termasuk kebutuhan penggunaan satuan lain dan umumnya merupakan sistem tunggal yang umum untuk semua bidang pengukuran.
3. Konektivitas (koherensi) sistem.
Dalam semua persamaan fisika yang menentukan satuan pengukuran yang dihasilkan, faktor proporsionalitas selalu berupa besaran tak berdimensi yang sama dengan satu.
Sistem SI memungkinkan untuk secara signifikan menyederhanakan operasi penyelesaian persamaan, melakukan perhitungan dan menyusun grafik dan nomogram, karena tidak perlu menggunakan sejumlah besar faktor konversi.
4. Keharmonisan dan koherensi sistem SI sangat memudahkan kajian hukum-hukum fisika dan proses pedagogis dalam kajian disiplin ilmu umum dan khusus, serta derivasi berbagai rumus.
5.Prinsip-prinsip konstruksi sistem SI memberikan peluang untuk membentuk satuan turunan baru sesuai kebutuhan, dan oleh karena itu daftar satuan sistem ini terbuka untuk perluasan lebih lanjut.
Tujuan sistem SI dan perannya dalam fisika
Hingga saat ini, sistem internasional besaran fisik SI telah diterima di seluruh dunia dan digunakan lebih dari sistem lain baik dalam sains dan teknologi maupun dalam kehidupan sehari-hari masyarakat - ini adalah versi modern dari sistem metrik.
Sebagian besar negara menggunakan satuan SI dalam teknologi, meskipun mereka menggunakan satuan tradisional untuk wilayah tersebut dalam kehidupan sehari-hari. Di Amerika Serikat, misalnya, satuan umum didefinisikan sebagai satuan SI menggunakan koefisien tetap.
Kuantitas Penunjukan nama Rusia Rusia internasional Sudut datar radian senang rad Sudut padat steradian Rab Rab Suhu dalam derajat Celcius dalam Celcius OS OS Frekuensi hertz Hz Hz Gaya Newton Z n Energi joule J J Daya watt W W Tekanan pascal Pa Pa Luminous flux lumen lm lm Iluminasi lux OK lx Liontin muatan listrik CL°C Beda potensial volt V V Tahanan ohm Ohm R Kapasitas listrik farad F F Fluks magnet Weber Wb Wb Induksi magnet Tesla T T Induktansi Henry Mr. H Konduktivitas listrik Siemens Cm C Aktivitas sumber radioaktif becquerel Bq Bq Dosis serap radiasi pengion abu-abu Gr Gy Dosis efektif sievert radiasi pengion Sv Sv Aktivitas katalis gulungan kucing kucing
Uraian lengkap tentang sistem SI dalam bentuk resmi diberikan dalam Buku SI, yang diterbitkan sejak tahun 1970, dan suplemennya; dokumen-dokumen ini dipublikasikan di situs web resmi Biro Berat dan Ukuran Internasional. Sejak 1985dokumen-dokumen ini diterbitkan dalam bahasa Inggris dan Prancis dan selalu diterjemahkan ke dalam beberapa bahasa di seluruh dunia, meskipun bahasa resmi dokumen tersebut adalah bahasa Prancis.
Definisi resmi yang tepat dari sistem SI adalah sebagai berikut: "Sistem Satuan Internasional (SI) adalah sistem satuan yang didasarkan pada Sistem Satuan Internasional, bersama dengan nama dan simbol, dan sekumpulan prefiks serta nama dan simbolnya bersama dengan aturan penggunaannya yang diadopsi oleh General Conference on Weights and Measures (CGPM) «.
Sistem SI didefinisikan oleh tujuh satuan dasar besaran fisik dan turunannya, serta prefiksnya Singkatan standar penunjukan satuan dan aturan penulisan turunannya diatur. Ada tujuh satuan dasar seperti sebelumnya: kilogram, meter, detik, ampere, kelvin, mol, candela. Satuan dasar tidak bergantung pada ukuran dan tidak dapat diturunkan dari satuan lain.
Adapun satuan turunan dapat diperoleh berdasarkan satuan dasar, dengan melakukan operasi matematika seperti pembagian atau perkalian. Beberapa satuan yang dihasilkan, seperti "radian", "lumen", "liontin", memiliki namanya sendiri.
Anda dapat menggunakan awalan sebelum nama satuan, seperti milimeter — seperseribu meter dan kilometer — seribu meter. Awalan berarti bahwa satu harus dibagi atau dikalikan dengan bilangan bulat yang merupakan pangkat sepuluh tertentu.