Referáty, seminárky a další…

Zpět na: Referáty

Jednotky fyzikálních veličin

v historii a dnes

Pro fyziku je měření jako vzduch pro plíce. Prostě životně důležité. Před tisíci lety začal člověk žít v organizované společnosti. Začal také stavět velké i malé budovy, rozděloval půdu a obchodoval. To všechno připělo k tomu, že člověk potřeboval něco, čím by mohl přesně určovat rozměry, množství nebo hmotnost. Vymyslel si proto všelijaké míry, které používal, ale protože každý používal různé míry, zavedli se (hlavně kvůli obchodování) vzorové míry neboli etalony. Nejdřív jen pro jedno město, potom pro celou zemi a nakonec byly jednotky definovány pro celý svět.

Po Francouzské revoluci byl ve Francii zaveden zákon o užívání jednotných měr a vah a byl vytvořen metrický systém na základě desítkové soustavy. Abychom např. nemuseli měřit obvod Země nebo velikost pylového zrna v metrech, může mít základní jednotka desetinné násobky a díly. Názvy těchto násobků se tvoří dohodnutými předponami. Díky průmyslové revoluci byl tento systém přijat ve většině zemí. Mezinárodně se zavedl roku 1875 podpisem metrické konvence. V zemích, které metrickou konvenci podepsaly, platí povinně, ostatním se pouze doporučuje. Například Anglie a USA metrický systém používá zřídkakdy, i přes jeho nesporné výhody.

1.ledna 1962 zavedl výbor pro míry a váhy Mezinárodní soustavu jednotek SI (fr. Systéme International d'Unités). Tato soustava je tvořena základními, odvozenými a násobky a díly jednotek.

Základní - tvoří je 7 jednotek

  1. Délka: metr
  2. Hmotnost: kilogram
  3. Čas: sekunda
  4. Elektrický proud: ampér
  5. Termodynamická teplota: kelvin
  6. Svítivost: kandela
  7. Látkové množství: mol

Násobky a díly - tvoří se z hlavních nebo vedlejších jednotek. Názvy násobků nebo dílů jednotek se tvoří z předpony a názvu jednotky.

  • tera (T) = 1012
  • giga (G) = 109
  • mega (M) = 106
  • kilo (k) = 103
  • hekto (h) = 102
  • deka (da) = 101
  • deci (d) = 10-1
  • centi (c) = 10-2
  • mili (m) = 10-3
  • mikro (µ) = 10-6
  • nano (n) = 10-9
  • piko (p) = 10-12

Odvozené - se odvozují od základních jednotek pomocí definičních vztahů. Např. rychlost = dráha [m] / čas [s], proto je jednotkou rychlosti m/s (m.s-1). Jednotky rovinného a prostorového úhlu se podle těchto vztahů neurčují a nazývají se proto bezrozměrné.

Základní a odvozené jednotky se také nazývají hlavní jednotky.

U nás je používání soustavy SI stanovené normou ČSN 01 1300 Zákonné měřící jednotky. Z praktických důvodů tato norma dovoluje používat tzv. vedlejší jednotky, které do soustavy SI nepatří. Vedlejší jednotky můžeme podle libosti kombinovat s hlavními jednotkami a jejich násobky nebo i s jinými vedlejšími jednotkami. Vedlejší jednotky jsou např. minuta, den, litr, tuna a převodními vztahy se mohou vyjádřit hlavními jednotkami. Při výpočtech vedlejší jednotky vždy převádíme na hlavní. Ostatní jednotky nejsou u nás zákonné a nesmí se proto používat.

Délka

značka: l
zákl.jednotka: m (metr)

Lidé v minulosti potřebovali měřit hlavně různé délky. Výměru polí, délku látky… Délkové jednotky (a nejen ony) musely být hlavně pohodlné a dostupné. Proto se často jako měřítko používali části těla:

Palec: Je to šířka palce v jeho nejširším místě. U nás se této jednotce říkalo také coul a měl přibližně 2,46 cm. V anglosaských zemích se používá inch (= palec) o velikosti 1in = 2,54 cm. Je to zároveň i 1/12 anglické stopy (foot).
Píď: Jednotka římského nebo hebrejského původu měla hodnoty v rozmezí 0,2 - 0,28 cm. Je to vzdálenost mezi palcem a malíčkem při roztažené dlani.
Stopa: V českých zemí se jmenovala také střevíc, noha nebo šlápěj a její velikost byla 29,5 cm. Britsko-americká stopa (foot) se rovná 30,48 cm a je to 1/3 yardu.
Loket: Loket je vzdálenost od lokte do konce prstů natažené ruky. Tato stará délková míra je u nás známá již od 12.století. Pražský loket je hmotně dochovaný na novoměstské radnici a rovnal se 0,5914 m. Dělil se na 24 palců, tři lokte byl jeden sáh a čtyři lokte se rovnalo jednomu látru (látro se používalo hlavně v hornictví a dlouhé bylo asi 2,2 m). 52 loktů dávalo dohromady jeden zemský provazec. Vídeňský loket měl 0,7776 m a do Čech se začal závadět od 2.pol.18.století.
Sáh: Sáh byla vzdálenost mezi konci rozpřažených rukou. V Čechách byl v 16.st. dlouhý 1,774 m, až byl v roce 1764 stanoven na 1,778 m.

Já osobně jsem se tedy změřila, abych si míry zkontrolovala a došla jsem k tomu, že můj loket měří asi 40 cm, stopa 24 cm, píď 18 cm a sáh 1,46 m. Právě proto, že každý člověk má jiné rozměry, bylo potřebné vymyslet jednotky, které by se nelišily. Vznikla myšlenka, že by etalon mohl existovat v přírodě a tudíž by se časem neměnil. V roce 1771 bylo navrženo, aby etalonem byla dráha, kterou "upadne" volně padající těleso za první sekundu svého pádu. Z několika dalších návrhů, byla jako etalon délky nakonec vybrána desemiliontá část zemského kvadrantu. V roce 1799 byl podle toho vyroben etalon metru. Byla to tyč ze slitiny platiny a iridia, aby se její délka s teplotou měnila co nejméně a byla odolná proti chemickým vlivům. Aby se zabránilo prohýbání, byl zvolen tvar podobný písmenu X. Později se však při přeměřování poledníků zjistilo, že je tu jistá odchylka od původního měření. Proto byl metr definován ne podle poledníků, ale jako vzdálenost dvou rysek na etalonu metru, zhotoveného v roce 1799. Tyč byla uložena v Mezinárodním úřadě pro váhy a míry v Sévres u Paříže.

Tato definice platila až do roku 1960. Poté byl metr definován na základě vlnové délky světelného záření vydávaného atomy kryptonu. Pro běžné měření se však stejně používají kopie platinoiridové tyče.

Některé vzdálenosti jsou příliš velké na to, aby bylo efektivní měřit je v metrech nebo i kilometrech. Jsou to vzdálenosti ve vesmíru. Zde se používají astronomické jednotky (AU), parseky (pc) a světelné roky (ly).

astronomická jednotka: 149 600 000; střední vzdálenost Země od Slunce.
parsek: 3,085 7 × 1016 m; vzdálenost, z které by bylo vidět velkou polosu zemské dráhy pod úhlem jedné vteřiny.
světelný rok: 9 500 miliard km; vzdálenost, kterou světlo urazí ve vakuu za jeden rok.

V Anglii se mimo stopy (foot) a palce (inch) oficiálně používají ještě další délkové míry:

Yard: Značka je yd a 1yd = 0,914 m. Yard je krejčovská míra, používaná při měření látek na šaty.
Míle: 1 mile =1 609 m = 1760 yardů
Námořní míle: 1n mile = 1852 m. Námořní míle je oblouková délka zeměpisného stupně na rovníku.

Obsah

značka: S
zákl.jednotka: m2 (metr čtvereční)

Obsah je odvozená veličina, jejíž základní jednotka je určena podle metru - metr čtvereční.
V zemědělství se používá pro výměru pozemků ar (1a = 100 m2) a hektar (1ha = 100 a).

Objem

značka: V
zákl.jednotka: m3 (metr krychlový)

Další veličina, která se odvozuje z jednotky délky. Základní jednotkou je metr krychlový. Má i vedlejší jednotku - litr (1l= 0,001 m3) používanou při měření objemů kapalin a sypkých látek.

Staročeské objemové míry:

pinta: V českých zemích měla 2 hodnoty. Do 16.století 0,596 - 0,707 l a později 1,91 - 1,94 l. V britsko-americkém systému jednotek se používá dodnes a má hodnotu 0,568 l.
máz: Stará německá míra, která u nás časem zdomácněla. Rovná se 1,91 l.
žejdlík: Používala se nejen u nás, ale i v Rakousku. Její objem byl okolo 0,358 l.

Přepravní kapacita lodí se udává v rejstříkových tunách 1RT = 2,832 m3 = 100 kubických stop. Rozlišuje se hrubá rejstříková tuna BRT (brutto registered tonage), což je objem všech prostorů pod palubou a uzavřených a krytých nástaveb, určených pro náklad, cestující a provozní účely lodi. Vyjímku tvoří dvojité dno, pokud v něm není uskladněno palivo.
Čistá rejstříková tuna NTR (netto registered tonage) je objem prostorů, které při provozu lodi přímo přispívají k zisku. Např. Titanic měl 46 328 BRT.

Hmotnost

značka: m
zákl.jednotka: kg (kilogram)

Hmotnost tělesa udává množství látky v tělese. Hmotnost je narozdíl od tíhy stále stejná vlastnost tělesa, která nezávisí na vnějších podmínkách.

Etalon hmotnosti vznikl ve stejné době jako etalon metru. Stejná komise určila i kilogram. Kilogram se měl rovnat hmotnosti 1 dm3 vody při teplotě 4°C. Podle toho se zhotovil prototyp kilogramu ze slitiny iridia a platiny ve tvaru válce. Tak jako u metru se později zjistilo, že měření nebylo přesné, ale prototyp zůstal základem pro měření hmotnosti a byl uložen v Sévres

V Anglii se váží takto:

1 libra (pound) = 16 uncí = 453,59 g
1 unce (ounce) = 16 drams = 28,35 g

Čas

značka: t
zákl.jednotka: s (sekunda)

Od pradávna určovali lidé čas podle pravidelného střídání dnů a nocí a ročních období. Bylo proto přirozené určovat i jednotky podle těchto cyklů. Člověk už jen vymyslel dílčí jednotky dnů a roků - hodiny, minuty a sekundy.

Dělení dne, které používáme dnes pochází z dávné minulosti. V Balbyloně se užívala místo desítkové soustavy soustava šedesátková. Babyloňané užívali dělení na dvanáct částí, protože číslo šedesát je dělitelné dvanácti beze zbytku. V Egyptě se den rozděloval na 24 hodin a později se zavedli i minuty a sekundy. Dělení hodin na 60 minut a minut na 60 sekund souvisí právě s babylonským systémem.

Ve starověku i středověku se čas meřil často slunečními hodinami. Když do země zarazíme tyč, můžeme pozorovat jak se její stín mění s ubíhajícím dnem. Okamžik, kdy slunce vrcholí, se nazývá pravé poledne. V tu dobu je délka stínu nejmenší.
Doba, která uplyne od poledne jednoho dne do poledne následujícího dne se nazývá pravý sluneční den. Protože Země okolo slunce neobíhá rovnoměrně, pravý sluneční den se může měnit. Proto se určuje aritmetický průměr pravých slunečních dnů. Tento průměr se nazývá střední sluneční den. Právě od středního slunečního dne se odvíjí další dělení času. Jedna čtyřiadvacetina středního slunečního dne se nazývá hodina.

Literatura:

  • Encyklopedický slovník; Odeon
  • Encyklopedie Larousse I.-IV.
  • Encyklopedie Diderot I.-IV.
  • Fyzika pro každého; L.D.Landau, A.I.Kitajgorodskij
  • Fyzika; Jaroslav Vachek
  • Fyzika v kostce; V.Lank, M.Vondra
  • Matematické, fyzikální a chemické tabulky; Prometheus

webzdarma.cz