Пико (p) → нано (n), метрические префиксы

Введение

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

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:

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.

Автор статьи: Kateryna Yuri

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.

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.

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.

Правила использования приставок

• Приставки следует писать слитно с наименованием единицы или, соответственно, с её обозначением.
• Использование двух или более приставок подряд (напр., микромиллифарад) не разрешается.
• Обозначения кратных и дольных единиц исходной единицы, возведённой в степень, образуют добавлением соответствующего показателя степени к обозначению кратной или дольной единицы исходной единицы, причём показатель означает возведение в степень кратной или дольной единицы (вместе с приставкой). Пример: 1 км² = (10³ м)² = 106 м², а не 10³ м². Наименования таких единиц образуют, присоединяя приставку к наименованию исходной единицы: квадратный километр (а не кило-квадратный метр).
• Если единица представляет собой произведение или отношение единиц, приставку, или её обозначение, присоединяют, как правило, к наименованию или обозначению первой единицы: кПа·с/м (килопаскаль-секунда на метр). Присоединять приставку ко второму множителю произведения или к знаменателю допускается лишь в обоснованных случаях.
• Для образования кратных и дольных единиц массы вместо единицы массы килограмм используется дольная единица массы грамм и приставка присоединяется к слову грамм. Дольная единица массы грамм применяется без присоединения приставки.
• Использовать приставки следует в соответствии со степенной формой представления чисел, например: 5320 м = 5,32·103 м = 5,32 км. Приставку обычно выбирают таким образом, чтобы число, стоящее перед приставкой, находилось в диапазоне от 0,1 до 1000, однако во многих случаях допускается отход от этого правила; так, в машиностроении принято выражать все линейные размеры на чертежах в миллиметрах даже при размерах более 1000 мм.

Кратные и дольные единицы: что это

Вообще, мы часто используем некоторые приставки для обозначения кратных и дольных единиц.  Возможно, ежедневно. Самые простые примеры — КИЛОграмм, МИЛИметр, САНТИметр. Привычные и распространенные единицы измерения, которые помогут понять механику применения приставок для обозначения приставок.

Приставки кратных и дольных единиц нужны не только во время учебы

Приставка «кило»

Все знают что килограмм — это тысяча грамм. И эта «тысяча» заменяется на приставку «кило», которая в математике обознается как 1000 или 10³. И это и есть одна из кратных приставок. В ней зашифровано количество нулей, которые надо поставить после цифры, к которой приставка относится. Когда говорим 2  килограмма, это значит, что нам надо 2000 граммов. То есть «2» надо умножить на 10³. Фактически это означает, что после двойки надо дописать три нуля. Вот и весь перевод.

Некоторые мы часто встречаем в повседневной жизни

Точно также переводится килоом, который обозначается как кОм. Это тоже тысяча, но не грамм, а Ом. Чтобы перевести килоомы в омы, просто цифру, после которой указана эта единица измерения, умножаем на 1000. Например, 1,2 кОм это 1200 Ом. 3 кОм (три килоома) — это 3000 Ом.

Если приставка «кило» встречается с любыми другими единицами измерения, обозначается она всегда одно и то же. Указанную цифру надо умножить на тысячу. Например,  киловатт — тысяча ватт. Соответственно, мощность в 1,8 кВт — 1800 Вт. Или 8 кВ (киловольт) — это 8000 вольт.

Приставки «милли» и «санти»

Второй общеизвестный пример применения приставок — миллиметр. Но «милли» — это уже дольная часть. Это одна тысячная метра. В одном метре тысяча миллиметров. И миллиметр — это 10-3 или 0,001 метра. Фактически это значит, что указанную цифру надо разделить на 1000.

На самом деле их намного больше чем десяток, которые мы сразу можем вспомнить))

Из той же «оперы» сантиметры. Приставка «санти» обозначает, что указанная цифра является сотыми долями от целого. И сантиметр — это одна сотая метра. Мы к этому привыкли и не задумываемся. Иногда еще применяют дециметры, хоть это и не такая распространенная мера длины. Это одна десятая метра, и приставка «деци» указывает, что размер указан в десятых долях.

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:

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.

Автор статьи: Kateryna Yuri

Применимость приставокПравить

В связи с тем, что наименование единицы массы в СИ — килограмм — содержит приставку «кило», для образования кратных и дольных единиц массы используют дольную единицу массы — грамм (0,001 кг).

Приставки ограниченно используются с единицами времени: кратные приставки вообще не сочетаются с ними (никто не использует «килосекунду», хотя это формально и не запрещено), дольные приставки присоединяются только к секунде (миллисекунда, микросекунда и т. д.). В соответствии с ГОСТ 8.417-2002, наименование и обозначения следующих единиц СИ не допускается применять с приставками: минута, час, сутки (единицы времени), градус, минута, секунда (единицы плоского угла), астрономическая единица, диоптрия и атомная единица массы.

С метрами из кратных приставок на практике употребляют только кило-: вместо мегаметров (Мм), гигаметров (Гм) и т. д. пишут «тысячи километров», «миллионы километров» и т. д.; вместо квадратных мегаметров (Мм²) пишут «миллионы квадратных километров».

Ёмкость конденсаторов традиционно измеряют микрофарадами и пикофарадами, но не миллифарадами или нанофарадами (пишут 60 000 пФ, а не 60 нФ; 2000 мкФ, а не 2 мФ). Однако в радиотехнике допускается использование единицы нанофарада.

Приставки, соответствующие показателям степени, не делящимся на 3 (гекто-, дека-, деци-, санти-), использовать не рекомендуется. Широко используются только сантиметр (являющийся основной единицей в системе СГС) и децибел, в меньшей степени — дециметр и гектопаскаль (в метеорологических сводках), а также гектар. В некоторых странах объём вина измеряют декалитрами.

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.