Бірліктерді табии жйесі

Бірліктерді табии жйесі – негізгі бірліктер ретінде іргелі физикалы тратылар абылданан (мысалы, гравитациялы траты – G, вакуумдаы жары жылдамдыы – с, Планк тратысы – , Больцман тратысы – k, Авогадро саны – NА, электрон заряды – е, электронны тынышты массасы – me, т.б.) жйе. Бірліктерді табии жйесіні негізгі бірліктеріні шамасы табиат былыстарына байланысты аныталады; бл оны – лшем бірліктерін тадау практикалы лшеу талабынан туатын баса жйелерден згешелігі. Бірліктерді табии жйесіні алашы нсасын 1906 жылы неміс физигі Макс Планк сынан. Планк негізгі бірліктерге , с, G, k сияты бірліктерді алды. Бл бірліктер жйесі жер жадайына туелсіз рі аламны барлы уаытына жне кез келген блігіне жарамды болып есептеледі. Кейін Планкті жйесінен баса да табии жйелер (мысалы, Льюисті, Хартриді, Поль Диракты, таыда баса жйелері) растырылды. Бірліктерді табии жйесінде зынды, масса жне уаыт сияты лшем бірліктеріні шамасы те аз болса (мысалы, Планк жйесіндегі зынды 4,0310-35метр, масса 5,4210-8 килограмм жне уаыт 1,3410-43 секунд), керісінше, температураны лшем бірлігі те лкен шама (3,631032К) болады. Мны стіне бл жйені лшем бірліктеріні бірліктерді халыаралы жйесіні (СИ) негізгі лшем бірліктеріне араанда айталау длдігі бірнеше есе тмен. Сондытан бірліктерді табии жйесі практикалы лшем жргізуде ке олданыс тапан жо. Дегенмен, бл жйені теориялы физикада пайдалану кейбір физикалы тедеулерді арапайым трге келтіруге ммкіндік береді. Бірліктерді халыаралы жйесі (SІ;CИ) лшем мен салма жніндегі 11-Бас конференцияда (1960) абылданан физикалы шамалар бірліктеріні жйесі. Кейін ол лшем мен салма жніндегі 12 – 18-Бас конференцияларда длдене тсті. Оны КСРО-да олдану 1963 жылдан (ГОСТ 9867 – 61) басталды, ал 1982 жылдан ол міндетті трде олданыла бастады. Бірліктерді халыаралы жйесіні артышылыы – оны ылым мен техниканы барлы саласын амтитын мбебаптыы жне пропорционалды коэффициенттері болмайтын тедеулер негізінде рылатын туынды бірліктеріні бір-бірімен йлесімділігі. Сондытан есептеу кезінде егер барлы шамаларды мнін бірліктерді халыаралы жйесіні бірліктері арылы рнектейтін болса, онда формулаа бірлік тадауа туелді емес коэффициeнттерді ендіруді ажеті болмайды. Берілген кестеде бірліктерді халыаралы жйесіні негізгі, осымша жне кейбір туынды бірліктеріні аталуы мен белгіленуі келтірілген. Алашы ш негізгі бірлік (метр, килограмм, секунд) механикалы табиаты бар барлы шамаларды йлесімді туынды бірліктерін растыруа ммкіндік береді. Ал алан трт негізгі бірлік (ампер, кельвин, кандела, моль) механикалы табиаты болмайтын шамаларды йлесімді туынды бірліктерін растыру шін осылан (мысалы, ампер – электрлік жне магниттік, кельвин – жылулы, кандела – жары, моль – молекулалы физика мен химия саласындаы шамалар шін). Онды еселік бірліктер мен лестік бірліктерді аталуы арнаулы осымша жалауларды кмегімен растырылады.[3]

Физикалы шама - бл сапа трысынан бірнеше физикалы нысана, санды трыдан рбір физикалы нысана жеке болатын физикалы нысанны (физикалы жйені, кбылысты немесе дерісті) сипаттамасы.

Физикалы шаманы лшеу дегеніміз - оны лшем бірлігі ретінде алынан біргекті баса бір шамамен салыстыру.

Физикалы шамаларды арнайы аспаптарды кмегімен лшейді. Е карапайым лшеу ралдарыны бірі - сызыш. Оны кмегімен ашытыты жне денелерді сызыты млшерін: зындыын, енін, биіктігін елшейді.

X физикалы шамасын математикалы дістерді кемегімен баса физикалы шамалар арылы А, В, С тріндс рнектеуге болады:

 

Х=kAaBbCg (1)

 

мндаы, - тепе-тедік коэффициенті, ()дреже крсеткіштері.

(1) тедеуде крсетілген формулалар бір физикалы шамалар арылы баса физикалы шамаларды сипаттайтын физикалы шама арасындаы тедеу деп аталады. Мндай тедеулердегі тепе-тедік коэффициентті сирек жадайларда 1 -ге те болады. Бл коэффициентті мні, бірліктерді тадауынан туелді болмайды, тек ана тедеуге кіретін шамаларды байланысына арай аныталады.

рбір шаманы жуйесіне негізгі шамалар саны бден натылы жне оны минимума тйістіруге тырысатын болуы керек. Негізгі шамалар кез келіен трде бола алады, біра жйені тжірибелік олдану шін ыайлы болуы маызды. деттегідей, негізгі шамалар ретінде дниені материалды асиеттерін сипаттайтын: зындыты, массаларды уаытты, кшті, температураны, затты санын жне таы баса шамаларды тадалады. рбір негізгі шамаа негізгі физикалы шаманы лішемі деп аталатын латынша немесе грек ліпбиіні бас ріп тріндегі нышан берілген. Мысалы, зынды лшемі - L, масса - М, уаыт - Т, то кші - I жне таы басалар.

 

лшемні ымы туынды шама шін де жргізіледі.

Негізгі шамалар бір-біріне туелді емес, біра олар туынды деп аталатын баса физикалы шамалармен байланыс орнату шін негіз ретінде ызмет етеді.

Туынды физикалы шамалы лшемін тепе-тедік коэффициенті жне негізгі шамаларды нышандарыны ртрлі дрежелері мен осы жйеде абылданан физикалы шамалармен байланысып жасалан рнекті дрежелі бір мшені формасындаы рнек деп атайды. Бір мшеге кіретін негізгі шамаларды нышандарыны дрежелерін блшектерден алады, о жне теріс аралатын шаманы байланысы негізгі болып табылады. Шаманы туындысыны байланысы жйені баса шамалары арылы шама туындысыны анытау тедеуімен рнектеледі. Шама туындысыны лшемі оларды лшемдеріні орнына анытайтын тедеуіне алмастыру жолымен аныталады. Ол шін (2) формула трінде крсете алатын байланысты тедеуіні арапайым трі олданылады. Мысалы, егер жылдамдытар V шін анытайтын V s / t тедеу болса, мндаы уаыт t пысытау жолды зындыы s болып табылса, онда жылдамдыты лшемі формула L / Т бойынша аныталады.

Шама днекерлік тедеулерді формасы бірлік лшемдеріне туелді болмайды. лшем бл асиетпен шамаларды баасыны барлы баса абылдауларынан айырмашылыы болады.

Шамаларды лшемін dim-ні нышанымен: белгі ояды. Жылдамдыты лшемі бізді жадайда:

 

Dim V = L Т -1 (2)

 

сияты бейнеленеді.

Мысалы, осы трдегі кез келген шама лшеміні (зынды, масса, уаыт) LМТ-ты шамалары жйесінде мына формуламен орнектеледі:

 

Dim х = Ll Мm Тt (3)

 

мндаы, L, М, Т - зынды, масса жне уаыт ретінде негізгі абылданан шамаларды нышандары осы жадайда:l, m, t оларды шамасыны туындысыны х лшсмдік крсеткіштері.

Мысалы, тедеуге араанда лшем шамаларды арасындаы байланыс, орта мінездемеден астам болып табылады, йткені ол ыли бір лшемді кшті жне кинетикалы энергияны ртрлі табиат шамаларын иемдене алады.

лшемдерді ке трде олдану:

- бір жйеден басасына бірлік ауыстыруа;

- есептеу формулаларыны дрыстыы тексеруге;

- шама туынды лшемдеріні згеруі негізгі шамалар лшемдеріні згеруін баалауа ммкіндік береді.

Физикалы шама мні - абылданан бірлікпен физикалы шама лшемін санды трде рнектеу.

Физикалы шаманы наты мні — тжірибелік жолмен алынан жне шынайы мнге те жаындатылан, лшеу барысында шынайы мн орнына олданылатын физикалы шама мні.

Физикалы шаманы лшем бірлігі - бл шартты трде санды мні бірге те деп алынан белгіленген млшердегі физикалы шама.

лшем бірліктері кейбір нрселерді санды трде рнектеу ажет боланда, мысалы, сусымалы жне сйы заттарды санын, ашыты, процесс сипаттамаларын рнектеу шін пайда бола бастады. Кпем, зынды, масса лшемдері пайда болды.

Алашында лшем бірліктер оларды жаырту шін млшермен байланысты болды. лшенетін шаманы лшем кпемі млшермен жаыртылан шама кпеміне те болады. йткені бір бірлік лшенетін шаманы лкен жне кіші млшерін лшеу шін олайсыз болды, зара еселі жне блшектік атынасты бірнеше бірліктер олданылды, сонымен атар бл атынастарды ртрлі коэффициенттері де олданылды.

ылым мен техниканы дамуына байланысты шамаларды бірліктеріні лшемін жасауда олданылатын физикалы нысандарды асиеттері тратылы пен жаыртушылы талаптарына сай келмеді. Бл бірліктерді табии лшемдерінен бас тартуа алып келді. Метрикалы лшемдерді жасауа кшті, зынды пен массаны бірлігі - метр мен килограммны затты эталондары жасалды (мысалы, зындыты бірлігіні табии дл лшемі - Жер меридианы блшегіні зындыы).

Ары арай, ылымны дамуы мен лшем длдігіне деген талантарды артуына байланысты адамны олымен жасалан эталондар масса мен зынды бірлігіні жоары длдікпен саталуы мен кшірілуін амтамасыз ете алмайтыны аныталды. Физикалы шамалар бірлігіні тура жне сенімді жаыртылуы мен саталуы шін олдануа болатын физикалы былыстарды зерттеу басталды. Монохроматты жары толыныны зындыын олдана отырып зындыты лшеу ммкіндігі аныталды, ол длдікті он есе арттырды. Біра кейінірек мндай длдік те жеткіліксіз болды жне жоары длдікке жету шін зерттеулер жргізілді.

Сонымен, шама лшем бірліктеріні дамуын бірнеше кезедерге блуге болады.

Бірінші кезеде шаманы лшем бірлігін еркінше тадалан табии немесе антроломорфты шамамен байланыстыран. лшенетін шама бірлігіні млшері жаыртылатын шама млшеріне теестірілген.

Екінші кезе табиатпен жаыртылан шама бірлігінен бас гартумен жне жасайды, заттай эталондара (метрге, килограмма) тумен сипатталады.

шінші кезеде физикалы шамалар бірліктеріні дамуы аныталды. Шама бірліктеріні жасанды эталондары ылым мен техника талаптарына сай жаыра, сатала жне беріле амтамасыз ете алмайтыны аныталды. Физикалы константалар мен жоары траты былыстарды олдану физикалы шама бірліктерін жаырту длдігін арттыруа ммкіндік берді. азір метр млшері вакуумдаы жары жылдамдыы арылы аныталады. Мндай тсіл бізді физикалы шамаларды «табии» бірлігіне жаындатты.

Жекелеген физикалы шамалар бойынша бір кезенен келесі кезеге ауысу лі де орын алуда.

Апайда масса бірлігі екінші кезеде алан. Масса бірлігі ретінде алашында суды текше дециметріні массасы алынан, казіргі кезге дейін масса бірлігі килограммны жасанды эталондарымен - 1889 жылы дайындалан платина-иридийлі гирлермен аныталады. Килограммды анытау баса бірліктермен байланыссыз, бл бірлік туелсіз болып алады.

Жоарыда айтыландай, алашында физикалы шамаларды бірліктері бір-бірімен байланыссыз ерікті тадалды. Мысалы «шынта» I Генрихті скилетр зындыымен сйкес келді, кп елдерде кеінен олданылатын зынды бірлігі «фут» - лы Карлды табан зындыына те болды.

р мемлекетте жне тіпті р алада зіндік бірліктер жасалды. Ф.Энгельс атапткендей, сол Уаытта Германияны рамына кптеген са мемлекеттер кіргендіктен елде жздеген лшемдер мен шамалар болан. Бір бірліктерді баса бірліктерге аудару те крделі болды жне лшеу нтижелеріні кателігіні артуына келіп сотырды. Одан баса, ртрлі ебек салалары з бірліктерін жасады. Осыны барлыы ылым мен техниканы дамуын тежеді.

1872 жылы метрикалы жйені эталондары жніндегі Халыаралы комиссия шартты материалды эталондар негізіндегі масса жне зынды бірліктеріне кшу туралы шешім абылдады.

1875 жылы 17 мемлекет (соны ішінде Ресей) Метрикалы конвенияа ол ойан дилломатиялы конференция тті. Ол бойынша:

- метр мен килограммны халыаралы эталондары абылданды;

- лшемдер мен шамаларды Халыаралы бюросы крылды;

- лшемдер мен шамаларды Халыаралы комитеті крылды;

- лшемдер мен шамалар бойынша Бас конференцияны алты жылда бір рет шаыру бекітілді.

Платина мен иридий оспасынан метр мен килограммны лгілері жасалды.

1889 жылы Парижде лшемдер мен шамалар бойынша I Бас конференция ткізіліп, онда дайындалан лгілерден метр мен килограммны халыаралы эталондары бекітіліп, олар лшемдер мен шамаларды Халыаралы бюросына сатауа берілді. алан дайындалан метр мен килограмм лгілері жеребе бойынша Метрикалы конвенцияа ол ойан мемлекеттерге таратылды. Ресей екі эталонды метр (№ 11 и № 28) жне екі эталонды килограмма (№ 12 и № 26) ие болды. № 28 Мстр жне № 12 килограмм Ресейді мемлекеттік эталондары ретінде бекітілді. Сйтіп, 1899 жылы халыаралы метрикалы лшемдерді бекітілуі аяталды.

Ол уаытта Ресейде метрикалы лшемдерді ендіру туралы сра шешілмеген еді, метрикалы лшемдер тек факультативті трыда ана абылданды. Олар Кеес декретінде 1918 жылы 14 ыркйектен бастап ана міндетті ретінде енгізілген. Метрикалы лшемдерге толы кшу 1927 жылы аяталды.

нерксіп пен сауданы ажеттіліктерін анааттандыру шін физикалы шамалар бірліктеріні ауымды жйесін ру ажт болды.

Алаш рет физикалы шамалар бірліктеріні жйесі деген ымды 1832 жылы неміс алымы Карл Гаусс (1777 - 1855) енгізді. Ол бірнеше туелсіз кез келген шамаларды тадап алуды сынды. Осы шамаларды бірліктері негізгі деп аталды. Одан кейін, шамалар арасындаы зады байланыстарды олдана отырып, баса шамалар бірліктерін шыарды, оларды туынды бірліктер деп атады. Осы негізгі жне туынды бірліктерді жиынтыы физикады шамалар бірліктеріні жйесі болып табылады.

Алашында МКС (метр-килограмм-секунд) бірліктер жйесі рылды, ол негізгі ш бірлік зынды, масса жне уаыта негіздепді. Кейінірек - СГС жйесі, ол да негізгі бірліктер: зынды, масса жне уаыт - сантиметр, грамм, секунд негізінде жне МТС жйесі (метр - тонна - секунд). Кейбір аралыта техникалы бірліктер жйесі - МКГКС олданылды, ол зынды, кш, уаыт бірліктері негізінде (метр - килограмм - кш - секунд).

Физикалы шамаларды лшем бірліктер жйесі атарыны болуы, жйеден тыс бірліктерді кптігі, бір жйеден екінші жйеге ауысу кезеіндегі ыайсызды ылым мен техниканы барлы салаларын анааттандыратын, халыаралы дрежеде абылданатын бірыай мбебап бірліктер жйесін руды ажет етті.

1948 жылы лшемдер мен шамалар бойынша IX Бас конференцияда бірыай тжірибелік бірліктер жйесі сынылды, онда негізгі бірліктер болып метр, килограмм, секунд жне электрлік шамаларды бір бірлігі алынды.

X Бас конференияда (1954 жылы) жаа жйені негізгі бірліктері: зынды - метр, масса - килограмм, уаыт - секунд, ток кші - ампер, термодинамикалы темлература - кельвин, жары кші - кандепа абылданды.

X Бас конферениядан кейін лшемдер мен шамаларды Халыаралы комитеті жаа жйені туынды бірліктеріні тізімін дайындапб Бл жйені Халыаралы бірліктер жйесі деп атауды сынды.

XІ Бас конферения 1960 жылы лшемдер мен шамалар бойынша жаа жйені наты абылдады. оан «Халыаралы бірліктер жйесі» деген атау берді, ысартылан трде: «SI» - «СИ».

1963 жылы КСРО-да ГОСТ 9867-61 «Халыаралы бірліктер жйесі» енгізілді, осыан орай СИ бірлікгерін олдану бекітілді.

1978 жылы СЭВ сгандарттау бойынша Комиссиясыны 43 отырысында СТ СЭВ 1052-78 «Метрология. Физикалы шамалар бірліктері» бекітілді, ол Мемстандартты 6 суірдегі 1979 жылы №113 аулысы бойынша КСРО мемлекеттік стандарты ретінде енгізіліп, алдымен келісім-ыты атынастар мен халы шаруашылыында 1 атардан 1980 жылы бастап олданыла бастады. СТ СЭВ 1052-78 стандарты СЭВ мемлекет-мшелерінде олданылатын физикалы шамалар бірліктерін, мемлекеттер арасындаы келісім - ыты атынастардаы жне СЭВ органдарында олданылатын бірліктерді бекітті. Кейін ГОСТ 8.417-81 «ГСИ. Физикалы шамалар бірліктері» енгізілді, ол ылымны, техниканы жне экономиканы барлы салаларын амтыды.

Жаа жйені артышылытарына оны мбебаптыы (барлы лшемдер саласын амтиды), келісімділік (барлы туынды бірліктер бірыай ереже бойынша жасалан) жне ылым мен техниканы даму дрежесіне орай жаа туынды бірліктерді жасау ммкіндіктері жатты.

лшем бірліктеріні халыаралы жйесі (СИ) — лшемдерді халыаралы алпы, метрикалы жйесіні заманауи нсасы. СИ кндепікті , мірмен атар ылым жне техникада лемдегі е кп пайдаланатын бірліктер жйесі болып табылады. азіргі кезде лемні кп елдерінде СИ зады трдегі бірліктер жйесі ретінде абылданан жне тіпті кндепікті мірде дстрлі бірліктерді олданатын елдерді зі осы жйе бірліктерін ылымда рашан пайдаланады. Осы аздаан елдер (мысалы, АШ) дстрлі бірліктерді зін СИ бірліктеріне ауыстыран.

СИ бойынша зындыты негізгі бірлігі метр (1 м), уаыт-секунд (1 с), масса - килограмм (1 кг), электр тоыны кшіамер (1 А), термодинамикалы темлература - кельвин (1 К), жары кші - кандепла (1 кд) жне зат млшері - моль (1 моль) болып табылады.

Метр 1/299792458 секунд аралыында вакуумде тетін жары жолыны зындыына те.

299792458м/свакуумдаы постулатталан жылдамдыы, дл, ателіксіз траты.

Секунд- цезий-133 атомыны алыпты жадайыны те жа рылымыны екі дегейіні арасындаы ауысыма сйкес 9192631770 сулелену кезеі жзеге асатын аралы.

Килограмм килограмны халыаралы эталон - платина- иридий гірді массасына те.

Ампер згермейтін то кшіне те, ол то бір-бірінен 1 м аралыта вакуум ішінде орналасан, зындыы шексіз жне клдене имасыны ауданы те аз болатын екі параллель тік ткізгіш арылы ткенде, ткізгішті рбір 1 м зындыы бойында 2 • 10-7 ньютона те зара рекеттесу кшін тудырады.

Анытамаа сйкес ампер лшемі килограмм мен метр эталондарына сйенсді. Біра ампер де метр сияты негізгі бірлік болып табылады.