Метрическая система и Международная система единиц (СИ)
В этой статье мы поговорим о метрической системе и ее истории. Мы увидим как и почему она начиналась и как постепенно превратилась в то, что мы имеем сегодня. Мы также рассмотрим систему СИ, которая была разработана на основе метрической системы мер.
Для наших предков, которые жили в полном опасностей мире, возможность измерять различные величины в естественной среде обитания позволяла приблизиться к пониманию сущности явлений природы, познанию окружающей их среды и получению возможности хоть как-то влиять на то, что их окружало. Именно поэтому люди старались изобретать и улучшать различные системы измерений. На заре развития человечества иметь систему измерений было не менее важно, чем сейчас. Выполнять различные измерения необходимо было при постройке жилья, шитье одежды разных размеров, приготовлении пищи и, конечно, без измерения не могли обойтись торговля и обмен! Многие считают, что создание и принятие Международной системы единиц СИ является самым серьезным достижением не только науки и техники, но и вообще развития человечества.
Ранние системы измерений
В ранних системах мер и системах счисления люди использовали для измерения и сравнения традиционные объекты. Например, считается, что десятичная система появилась в связи с тем, что у нас по десять пальцев на руках и ногах. Наши руки всегда с нами — поэтому с древних времен люди использовали (да и сейчас используют) пальцы для счета. И все же мы не всегда использовали для счета систему с основанием 10, да и метрическая система является относительно новым изобретением. В каждом регионе появлялись свои системы единиц и, хотя у этих систем есть много общего, большинство систем все же настолько разные, что перевод единиц измерения из одной системы в другую всегда был проблемой. Эта проблема становилась все более серьезной по мере развития торговли между разными народами.
Точность первых систем мер и весов напрямую зависела от размеров предметов, которые окружали людей, разрабатывавших эти системы. Понятно, что измерения были неточными, так как «измерительные устройства» не имели точных размеров. Например, в качестве меры длины обычно использовались части тела; масса и объем измерялись с помощью объема и массы семян и других небольших предметов, размеры которых были более-менее одинаковы. Ниже мы подробнее рассмотрим такие единицы.
Меры длины
Локоть и ладонь
В Древнем Египте длина вначале измерялась просто локтями, а позже царскими локтями. Длина локтя определялась как отрезок от локтевого изгиба до конца вытянутого среднего пальца. Таким образом, царский локоть определялся как локоть царствующего фараона. Был создан образцовый локоть, который был доступен широкой публике, чтобы все могли изготовлять свои меры длины. Это, конечно, была произвольная единица, которая изменялась, когда новая царствующая особа занимала престол. В Древнем Вавилоне использовалась похожая система, но с небольшими отличиями.
Локоть делили на более мелкие единицы: ладонь, рука, зерец (фут), and теб (палец), которые были представлены соответственно шириной ладони, руки (с большим пальцем), ступни и пальца. В это же время решили договориться о том, сколько пальцев в ладони (4), в руке (5) и локте (28 в Египте и 30 в Вавилоне). Это было удобнее и точнее, чем каждый раз измерять соотношения.
Меры массы и веса
Меры веса также основывались на параметрах различных предметов. В качестве мер веса выступали семена, зерна, бобы и аналогичные предметы. Классическим примером единицы массы, которая используется до сих пор, является карат. Сейчас каратами измеряют массу драгоценных камней и жемчуга, а когда-то в качестве карата определили вес семян рожкового дерева, иначе называемого кэроб. Дерево культивируется в Средиземноморье, а семена его отличаются постоянством массы, поэтому их удобно было использовать в качестве меры веса и массы. В разных местах в качестве мелких единиц веса использовались разные семена, а бóльшие единицы обычно были кратны более мелким единицам. Археологи часто находят подобные большие меры веса, обычно изготовленные из камня. Они состояли из 60, 100 и иного количества мелких единиц. Поскольку единый стандарт по количеству мелких единиц, а также по их весу отсутствовал, это приводило к конфликтам, когда встречались продавцы и покупатели, которые жили в разных местах.
Меры объема
Первоначально объем также измеряли с помощью небольших предметов. Например, объем горшка или кувшина определяли, наполняя него доверху небольшими предметами относительно стандартного объема — вроде семян. Однако отсутствие стандартизации приводило к тем же проблемам при измерении объема, что и при измерении массы.
Эволюция различных систем мер
Древнегреческая система мер была основана на древнеегипетской и вавилонской, а римляне создавали свою систему на основе древнегреческой. Затем огнем и мечом и, конечно, в результате торговли эти системы распространялись по всей Европе. Следует отметить, что здесь мы говорим только о самых распространенных системах. А ведь было множество других систем мер и весов, потому что обмен и торговля были необходимы абсолютно всем. Если же в данной местности отсутствовала письменность или не было принято записывать результаты обмена, то мы можем только догадываться о том, как эти люди измеряли объем и вес.
Существует множество региональных вариантов систем мер и вес. Связано это с их независимым развитием и влиянием на них других систем в результате торговли и завоевания. Различные системы были не только в разных странах, но часто и в пределах одной страны, где в каждом торговом городе они были свои, потому что местные правители не желали унификации, чтобы сохранить свою власть. По мере развития путешествий, торговли, промышленности и науки многие страны стремились к унификации систем мер и весов, по крайней мере, на территориях своих стран.
Уже в XIII в., а возможно и ранее, ученые и философы обсуждали создание единой системы измерений. Однако только в после Французской революции и последующей колонизации различных регионов мира Францией и другими европейскими странами, в которых уже были свои системы мер и весов, была разработана новая система, принятая в большинстве стран мира. Этой новой системой была десятичная метрическая система. Она была основана на основании 10, то есть для любой физической величины в ней существовала одна основная единица, а все остальные единицы можно было образовывать стандартным образом с помощью десятичных приставок. Каждую такую дробную или кратную единицу можно было разделить на десять меньших единиц, а эти меньшие единицы, в свою очередь, можно было разделить на 10 еще меньших единиц и так далее.
Как мы знаем, большинство ранних систем измерения не было основано на основании 10. Удобство системы с основанием 10 заключается в том, что такое же основание имеет привычная нам система счисления, что позволяет быстро и удобно по простым и привычным правилам осуществлять перевод из меньших единиц в большие и наоборот. Многие ученые считают, что выбор десяти в качестве основания системы счисления произволен и связан только с тем, что у нас десять пальцев и если бы у нас было иное количество пальцев, то мы бы наверняка пользовались другой системой счисления.
Метрическая система
На заре развития метрической системы в качестве мер длины и веса использовались изготовленные человеком прототипы, как и в предыдущих системах. Метрическая система прошла эволюцию от системы, основанной на вещественных эталонах и зависимости от их точности к системе, основанной на естественных явлениях и фундаментальных физических постоянных. Например, единица времени секунда была определена вначале как часть тропического 1900 года. Недостатком такого определения была невозможность экспериментальной проверки этой константы в последующие годы. Поэтому секунду переопределили как определенное число периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния радиоактивного атома цезия-133, находящегося в покое при 0 K. Единица расстояния, метр, была связана с длиной волны линии спектра излучения изотопа криптона-86, однако позже метр был переопределен как расстояние, которое проходит свет в вакууме за промежуток времени, равный 1/299 792 458 секунды.
На основе метрической системы была создана Международная система единиц (СИ). Следует отметить, что традиционно метрическая система включает единицы массы, длины и времени, однако в системе СИ количество базовых единиц расширено до семи. Мы обсудим их ниже.
Международная система единиц (СИ)
Международная система единиц (СИ) имеет семь основных единиц для измерения основных величин (массы, времени, длины, силы света, количества вещества, силы электрического тока, термодинамической температуры). Это килограмм (кг) для измерения массы, секунда (с) для измерения времени, метр (м) для измерения расстояния, кандела (кд) для измерения силы света, моль (сокращение моль) для измерения количества вещества, ампер (A) для измерения силы электрического тока, and кельвин (K) для измерения температуры.
В настоящее время только килограмм все еще имеет изготовленный человеком эталон, в то время как остальные единицы основаны на универсальных физических постоянных или на естественных явлениях. Это удобно, потому что физические постоянные или естественные явления, на которых основаны единицы измерения, легко проверить в любое время; к тому же нет опасности утраты или повреждения эталонов. Также нет необходимости в создании копий эталонов, чтобы обеспечить их доступность в разных точках планеты. Это позволяет избавиться от ошибок, связанных с точностью изготовления копий физических объектов, и, таким образом, обеспечивает бóльшую точность.
Десятичные приставки
Для формирования кратных и дольных единиц, отличающихся от базовых единиц системы СИ в определенное целое число раз, являющееся степенью десяти, в ней используются приставки, присоединяемые к названию базовой единицы. Ниже приводится список всех используемых в настоящее время приставок и десятичные множители, которые они обозначают:
| Приставка | Символ | Численное значение; запятыми здесь разделяются группы разрядов, а десятичный разделитель — точка. | Экспоненциальная запись |
|---|---|---|---|
| йотта | Й | 1 000 000 000 000 000 000 000 000 | 10 24 |
| зетта | З | 1 000 000 000 000 000 000 000 | 10 21 |
| экса | Э | 1 000 000 000 000 000 000 | 10 18 |
| пета | П | 1 000 000 000 000 000 | 10 15 |
| тера | Т | 1 000 000 000 000 | 10 12 |
| гига | Г | 1 000 000 000 | 10 9 |
| мега | М | 1 000 000 | 10 6 |
| кило | к | 1 000 | 10 3 |
| гекто | г | 100 | 10 2 |
| дека | да | 10 | 10 1 |
| без приставки | 1 | 10 0 | |
| деци | д | 0,1 | 10 -1 |
| санти | с | 0,01 | 10 -2 |
| милли | м | 0,001 | 10 -3 |
| микро | мк | 0,000001 | 10 -6 |
| нано | н | 0,000000001 | 10 -9 |
| пико | п | 0,000000000001 | 10 -12 |
| фемто | ф | 0,000000000000001 | 10 -15 |
| атто | а | 0,000000000000000001 | 10 -18 |
| зепто | з | 0,000000000000000000001 | 10 -21 |
| йокто | и | 0,000000000000000000000001 | 10 -24 |
Например, 5 гигаметров равно 5 000 000 000 метров, в то время как 3 микроканделы равны 0,000003 канделы. Интересно отметить, что, несмотря на наличие приставки в единице килограмм, она является базовой единицей СИ. Поэтому указанные выше приставки применяются с граммом, как будто он является базовой единицей.
На момент написания этой статьи остались только три страны, которые не приняли систему СИ: США, Либерия и Мьянма. В Канаде и Великобритании традиционные единицы все еще широко используются, несмотря на то, что система СИ в этих странах является официальной системой единиц. Достаточно зайти в магазин и увидеть ценники за фунт товара (так ведь дешевле получается!), или попытаться купить стройматериалы, измеряемые в метрах и килограммах. Не выйдет! Не говоря уже об упаковке товаров, где все подписано в граммах, килограммах и литрах, но не в целых, а переведенных из фунтов, унций, пинт и кварт. Место для молока в холодильниках тоже рассчитывается на полгаллона или галлон, а не на литровую молочную упаковку.
Меньше, чем нано
Атомы в квантовом состоянии «запутанности». Информация о состоянии атома А телепортируется атому В, расположенному в трех футах.
Фото Николь Реджер Фуллер с официального сайта Национального научного фонда (NSF)
Миниатюризация наноэлектроники достигла таких масштабов, что на поведении битов информации начинает сказываться эффект квантовых взаимодействий. Ученые давно мечтают обратить этот «недостаток» в преимущество, использовав для построения компьютеров не электроны, а их спины, или магнитные моменты.
Квантовые компьютеры будут, естественно, использовать квантовые биты информации, или кубиты (qubits). Кубиты с их возможностью суперпозиции позволят резко увеличить объем параллельных вычислений, осуществляемых сегодня в основном дорогими и громоздкими суперкомпьютерами. Считается, что квантовый компьютер легко справится с задачами, решение которых невозможно с помощью классических электронных компьютеров в силу того, что вычисления займут чуть ли не бесконечное время.
Расчеты показывают, что для продуктивной работы квантовых компьютеров необходим как минимум миллион кубитов, которые должны быть связаны друг с другом в функциональное целое. Подобная связь с легкой руки Эрвина Шредингера получила название «энтенглмент» (еntanglement), что весьма коряво переводится на русский язык как «спутанность». Этот квантовый эффект означает одинаковость свойств разных элементов, в данном случае – спинов. По аналогии со сходством длин волн световых квантов в лазерном луче немецкий энтенглмент все чаще называют привычным словом «когерентность».
Юной аспирантке Стефании Симмонс из Оксфорда удалось получить миллиард кубитов, причем в кремнии, с которым уже много десятилетий работает вся электронная промышленность. Кубиты были получены путем «внедрения» в кремний десятка миллиардов атомов фосфора, после чего с помощью радиоволн или микроволнового излучения изменили магнитную ориентацию, или спин ядер элемента и одного из его электронов. Подобранные режимы облучения позволили связать воедино – осуществить энтенглмент – указанную пару спинов, в результате чего возникло множество двукубитовых систем. Естественно, что для осуществления этой квантовой «операции» кремний был охлажден до трех градусов Кельвина (минус 270 градусов по Цельсию).
Успех получения квантовой «связки» был подтвержден считыванием микроволнового сигнала, испускаемого кремниевым кристаллом. Можно добавить, что до сих пор рекордом было получение дюжины кубитов┘ Кремний был, конечно же, не промышленный, а высоко чистый из атомов изотопа-28 (атомы изотопа с массой 29 были удалены, поскольку они намагничиваются, что нарушает квантовый эффект когерентности кубитов).
Не удалось пока оксфордцам связать многочисленные кубиты в единое целое, поскольку те «отказываются» перескакивать – в отличие от электронов – с места на место. Однако Симмонс и ее коллеги твердо знают исходное состояние спина, с которым имеют дело. Этого до сих пор тоже никому не удавалось.
Авторы удивительного достижения полагают, что первый действительно работающий квантовый компьютер возможно построить лет через пять. И дело не только в решении выше указанных теоретических проблем, но также и чисто технологических. Все помнят, что Левша подковал блоху, однако как-то забывается, что для столь уникальной микроскопической операции необходимы были наногвоздики. Нечто подобное теперь требуется и от технологов, которые должны разработать методы наложения на кремниевый чип наноэлектродов, концы которых доходили бы до каждого кубита.
Задача пока кажется трудноосуществимой, но не будем забывать, что первый кремниевый транзистор был сделан всего лишь в 1948 году, и был он размером с ноготь мизинца. Его создатели дожили до внедрения в нашу жизнь первых чипов, но вряд ли могли надеяться на создание всего того, что сегодня является для нас привычным и само собой разумеющимся.
Комментарии для элемента не найдены.
какие дольные единицы вы знаете? меньше микро- и нано- ?
Большинство приставок образовано от греческих слов. Дека происходит от слова deca или deka (δέκα) — «десять» , гекто — от hekaton (ἑκατόν) — «сто» , кило — от chiloi (χίλιοι) — «тысяча» , мега — от megas (μέγας), т. е. «большой» , гига — это gigantos (γίγας) — «гигантский» , а тера — teratos (τέρας), что означает «чудовищный» . Пета (πέντε) и экса (ἕξ) соответствуют пяти и шести разрядам по тысяче и переводятся, соответственно, как «пять» и «шесть» . Дольные микро (от micros, μικρός) и нано (от nanos, νᾶνος) переводятся как «малый» и «карлик» . От одного слова ὀκτώ (októ), означающего «восемь» , образованы приставки йотта (10008) и йокто (1/10008).
Как «тысяча» переводится и приставка милли, восходящая к латинскому mille. Латинские корни имеют также приставки санти — от centum («сто» ) и деци — от decimus («десятый») , зетта — от septem («семь») . Зепто («семь» ) происходит от латинского слова septem или от французского sept.
Приставка атто образована от датского atten («восемнадцать») . Фемто восходит к датскому (норвежскому) femten или к древнеисландскому fimmtān и означает «пятнадцать» .
Приставка пико происходит либо от испанского pico («клюв» или «маленькое количество») , либо от итальянского piccolo, т. е. «маленький» .
konenko_blog
1. Попробуем найти определения понятий самих приставок мини-, микро-, нано-.
2. Сравнить свойства реальных объектов с приставками и без них.
Приставки мини- нет в системе СИ, её, возможно, заменяет приставка мили-
Словарь Ожегова
1. нескл., ср. Юбка, платье, пальто минимальной длины. Носить м. Мода на м.
2. неизм. Максимально короткий (о юбке, платье, пальто) или очень маленький. Юбка м. М.-транзистор. М.-автомобиль. М.-компьютер. М.-ЭВМ. М.-футбол(футбол с малым числом участников на небольших площадках).
Википедия
«Мини» — приставка, означающая обычно небольшой размер, миниатюрность (Википедия)
Словарь синонимов
• маленький
• махонький
• малюсенький
• крошечный
• крохотный
• миниатюрный
• микроскопический
• капельный
• чуточный
• мелкий
• игрушечный
Русский орфографический словарь
мини-. — как первая часть сложных слов пишется с последующим существительным через дефис
Толковый словарь Дмитриева
1. В начале сложных слов мини- означает «маленький по размеру, количеству».
Мини-бар. | Мини-ансамбль. | Мини-бюджет.
Толковый словарь Даля
МИНИАТУРНАЯ, МИНИАТЮРНАЯ, живопись, миниатура ж. искусство писать поличия, а иногда и др. предметы, в самом малом виде; мелкая, малюточная живопись. Миниатурист м. -тка ж. малюточный живописец.
Токовый словарь Ушакова
МИНИАТЮ́РНЫЙ и миньятюрный, миниатюрная, миниатюрное; миниатюрен, миниатюрна, миниатюрно.
1. только полн. прил. к миниатюра (спец.). Миниатюрная живопись.
2. перен. маленький и изящный ( разг. ). Миниатюрный домик. Миниатюрное личико.
|| Вообще небольшой, очень маленький ( разг. ).
Исторический словарь галлицизмов русского языка
МИНИАТЮРНЫЙ , МИНИАТУРНЫЙ ая, ое.
1 . Отн. к миниатюре, свойственный ей . БАС-1. Отосланным при указе живописнаго и минятурнаго художества .. дать инструкцию. МАН 1 533. Миниатурная, мелкая живописная работа. ЛВ-1 2 405. Один посредственный дворянин, но любящий свою пользу больше общественной, имел крепостного человека, преискусного миниатурного живописца. Трутень 1769 лист 6. // Сатир. журн. 94. Некоторая пожилая знатная госпожа .. приказала написать свой портрет , минатурною живописью. Живописец 95. Миниатурной портрет, представляющей арлекина с дамою танцующаго. МВ 1763 № 2. Миниатюрная живопись. Искусство писать акварелью, причем клеевые краски наводят кончиком кисти. 1846 КСИС. // Петрашевцы 1953 143.
2. Маленький и изящный. БАС-1. Письмо из Парижа представляет уже миниатюрный портрет бедственнаго Французскаго состояния. ПЖ 1792 2 36. Галантереей и разными интересными товарами набиты целые лавки; На-юру лежали плисы, дорогие кушаки, ситцы, бумажный кашемир .. да чего тут не было? Виднелись даже те миньятюрные парасоли, которыя в тридцатых годах были и у нас в большой моде, но которых теперь и память исчезла. Небольсин Крестьяне. // Н. Рассказы проезжего 1854 146. || Меньше обычного размера. БАС-1. взял с тарелки миниатюрный кусочек черного хлеба, обмакнул в солонку и пожевал. Салт. Госп. Головлевы.- Лекс. Ян. 1804: миниатурный; САН 1847: миниат ю/рный; Уш. 1938: миниат ю/рный и миньят ю/рный; Ож. 1949: миниат ю/рный.
Большой толково-фразеологический словарь Михельсона
миниатюрный
(иноск.) — о красивом маленьком предмете
микро- ( мк или µ ) — приставка СИ в системе SI (и некоторых других) означающая уменьшение величины в миллион раз (т. е. составляющая одну миллионную, 10 −6 ). Принята в 1960. Происходит от греческого слова μικρός ( микрос ), означающего «маленький».
Обозначается как мк , либо как значок микро µ (выглядит как и греческая буква мю μ ). Последний используется в международных текстах, а также иногда при маркировке радиоэлектронных деталей.
Примеры: 1 микроампер = 1 мкА = 10 −6 А 1 микрофарад = 1 мкФ (или µФ) = 10 −6 Ф
Словарь иностранных слов русского языка
(греч.). Приставка, означающая крайне малую величину предмета.
микро
[ от греч. mikros – маленький ]. Первая часть составных слов, обозначающая: очень маленький или относящийся к очень малым предметам или к приборам для наблюдения и измерения малых предметов, напр. микроорганизм, микроскоп.
Толковый словарь Ожегова
Первая часть сложных слов со знач.: 1) относящийся к малым размерам, величинам, напр. микроорганизм, микроинфаркт, микрорайон, микрофильм, микрофильмирование, микрочастица, микрометеорит, микроавтомобиль, микродвигатель, микровзрыв, микропроцесс, микросистема, микропримеси, микролитражный; микро-ЭВМ; 2) единицы, равной одной миллионной части той единицы, к-рая названа во второй части сложения, напр. микровольт, микрорентген, микрометр.
Современный толковый словарь русского языка Ефремовой
префикс 1. Словообразовательная единица, образующая имена существительные со значением того же, что и мотивирующее имя существительное, но значительно меньшей или минимальной величины (микрокосмос, микромир, микроприбор, микросистема, микроструктура и т.п.)
НАНО-
НАНО. [греч. nanos — карлик] Первая часть сложных слов. Спец. Вносит зн.: равный одной миллиардной доле единицы, указанной во второй части слова (для наименования единиц физических величин). Наносекунда, нанометр.
(от греч. nános — карлик), приставка для образования наименования дольных единиц, равных одной миллиардной доле исходных единиц. Обозначения: н, n . Пример: 1 нм = 10 -9 м.
Нанотехнология
«. Под нанотехнологиями понимается совокупность технологических методов и приемов, используемых при изучении, проектировании и производстве материалов, устройств и систем, включающих целенаправленный контроль и управление строением, химическим составом и взаимодействием составляющих их отдельных наномасштабных элементов (с размерами порядка 100 нм и меньше как минимум по одному из измерений), которые приводят к улучшению либо к появлению дополнительных эксплуатационных и/или потребительских характеристик и свойств получаемых продуктов. «
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СЛОВ С ПРИСТАВКАМИ МИНИ-, МИКРО-, НАНО-, и без них.
МИКРО-
МИКРООРГАНИЗМ — ОРГАНИЗМ
Википедия
МИКРООРГАНИЗМ их характерный размер — менее 0,1 мм
Википедия
Микробиология — наука о живых организмах, невидимых невооруженным глазом (есть исключения)
Нельзя однозначно определить размерные характеристики объекта с приставками в названии
Мини — меньше обычного
Микро — меньше чем мини
Нано — меньше чем микро