Мы с вами говорим на русском языке. И когда речь идёт о простых вещах, то, казалось бы, можем легко понять друг друга. Но так бывает не всегда.
Если я скажу, что на улице тепло, поймёте ли вы меня правильно? Ведь для кого-то тепло может быть уже при 10 градусах, а для кого-то и 20 недостаточно.
Если скажу, что поезда ждать ещё долго, то что я имею в виду? Для меня понятие «долго» может означать 2 часа, а для кого-то 10 минут.
Чтобы люди понимали друг друга точно, придумали физические величины и единицы их измерения. Если взять упомянутые примеры, то физическими величинами являются температура и время. А единицами измерения служат градусы Цельсия, а также минуты и часы.
И когда мы говорим, что на улице 20 градусов, а поезда ждать ещё 10 минут, то неопределённость уходит. Все точно понимают, о чём идёт речь.
Любая физическая величина всегда выражена каким-то числом. И чтобы понять каким числом, нужно произвести измерение.
Таким образом, мы приходим к следующему определению.
Физическая величина – это физическое понятие, выраженное числом в процессе измерения.
А измерение – это сравнение физической величины с однородной величиной, принятой за единицу. «Однородная» означает, что длина будет сравниваться с длиной, площадь с площадью, вес с весом, и так далее.
Соответственно число будет зависеть от того, что мы примем за единицу измерения.
Допустим нужно измерить высоту дерева.
Мы можем сравнить его с такой единицей измерения как метр. Допустим, оказалось, что высота дерева в 10 раз больше одного метра. Это значит, что она такая же как 10 метров. Иными словами, высота равна 10 метрам. Так мы произвели измерение и выразили физическую величину числом.
Но что, если мы сравним высоту дерева не с метром, а с чем-то ещё? Давайте сравним с локтем и футом. Все они отличаются от метра. Что изменится в этом случае? Изменится число, которым выражена высота, и единицы измерения. Высота нашего 10-ти метрового дерева окажется 23,8 локтя, или 32,8 фута.
Получается одна и та же физическая величина может быть выражена разными числами, в зависимости от того, что мы приняли за единицу измерения.
То же самое относится к массе: её можно выразить в килограммах, пуда́х, фунтах и многих других единицах.
Время можно выразить в секундах, академических часах, декадах и так далее.
Можно напридумывать бесконечное число единиц измерения. Но чем их больше, тем сложнее людям понять другу друга. Разные единицы измерения нередко приводят к путанице и ошибкам.
Чтобы этого избежать, была придумана международная система единиц. На английском она называется International System of Units, или сокращённо SI. По русский это сокращение звучит как «эс и», но обычно произносят просто «си».
В качестве основных единиц, в неё входят: метр, секунда, килограмм, ампер, кельвин, моль, кандела.
О размерах основных единиц договариваются учёные. Например, изначально за метр приняли одну сорокамиллионную длины меридиана, проходящего через Париж.
Затем изготовили платиновый слиток, наиболее близкий к этому значению. Его назвали эталоном метра.
Эталон – это устройство для хранения и воспроизведения единицы измерения.
Отталкиваясь от главного эталона изготавливались второстепенные эталоны. Отталкиваясь от второстепенных эталонов изготавливались третьестепенные эталоны и так далее.
Поэтому со временем эталоны заменялись на более точные и надёжные. Сейчас метром считается длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени приблизительно равный одной трёхсоттысячной секунды. Более точное число смотрите в справочниках.
Этот способ не слишком точный и надёжный, так как со временем главный эталон может менять размер. К тому же его можно элементарно потерять.
Схожим образом появилась секунда. Изначально за неё приняли часть времени, за которое земной шар совершает оборот вокруг своей оси. Иначе говоря, за секунду приняли часть суток. Но, впоследствии, узнали, что скорость вращения Земли неравномерна – периодически она меняется. Таким образом, измерение секунды оказалось недостаточно точным. Сейчас секунда приравнивается приблизительно к 9 миллиардам периодов излучения атома цезия, что даёт несравнимо большую точность и надёжность измерений.
С остальными единицами измерения похожая история: сначала появлялись общепризнанные эталоны, а когда их точности и надёжности не хватало, придумывали более совершенные эталоны.