Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

К сведению студентов

Основные понятия физики

Формы и виды энергии

Классификация физических систем

Основная идея системы величин

Таблицы физических величин

Итоги и выводы:

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Заряды физического поля

     Новые единицы величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Новый взгляд на         явления переноса

     Критерии подобия всюду

     Современная революция         в метрологии

Системный подход в экономике

История систематизации
величин и единиц


Необходимость модернизации
обучения физике


Учебно-наглядные пособия


Новости сайта

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Сравнение систем физических величин и систем единиц

СОДЕРЖАНИЕ.
1. У систем физических величин и систем единиц разные цели и задачи.
2. Таблица сравнения систем физических величин и систем единиц измерения.
3. Примечание к таблице сравнения систем величин и систем единиц.
4. Чем конкретно отличается система величин ЭСВП от системы единиц СИ.

1. У систем физических величин и систем единиц разные цели и задачи.

Читатели, знакомящиеся с описываемой на этом сайте энергодинамической системой физических величин и понятий ЭСВП, обычно сразу же мысленно сравнивают ее с Международной системой единиц СИ, и их первый вопрос таков: "Зачем нужна ЭСВП, если уже есть СИ?".

Ответ на этот вопрос обычно не выслушивают, будучи убежденными в том, что ответ кроется в самом вопросе. А настоящий ответ уже давно дал великий поэт Владимир Маяковский, хотя и по другому поводу:

И знал только бог седобородый,
что это животные разной породы.

В данной статье подробно анализируется различие, которое должно существовать между системами физических величин и системами единиц измерения и которое в современной метрологии не ощущается.

Развернутый ответ на вопрос "Зачем нужна ЭСВП, если уже есть СИ?" или на более конкретный вопрос: "Зачем сопоставлять системы единиц с системами величин?" приведен ниже в таблице.

2. Таблица сравнения систем физических величин и систем единиц измерения.

.
СИСТЕМЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
(ниже СФВ)
СИСТЕМЫ ЕДИНИЦ ИЗМЕРЕНИЯ
(ниже СЕИ)
Зачем нужны
эти системы?
Для систематизации физических закономерностей, представляющих собой уравнения связи между физическими величинами. Для унификации единиц измерения в международном масштабе.
Какая польза
от этих
систем?
1. Установление обобщенных закономерностей и на их основе частных закономерностей в различных научных направлениях.
2. Устранение разобщенности разных разделов физики и различных технических дисциплин.
3. Облегчение процесса преподавания физики и технических дисциплин и процесса усвоения учебного материала.
1. Обеспечение единства измерений.
2. Устранение возможных препон для общения ученых и инженеров различных специальностей.
3. Возможность легкого сравнения результатов научных экспериментов.
4. Облегчение торговли изделиями и, как следствие, создание условий для роста экономики.
Влияют ли СФВ и СЕИ друг на друга?
1. СФВ предлагают изменение отдельных терминов, символов и индексов в СЕИ.
2. СФВ указывают на желательность корректировки отдельных единиц в СЕИ.
СЕИ в принципе не должны влиять на СФВ, но по чисто психологическим причинам мешают их внедрению в науку и педагогику.
Препятствуют ли СФВ и СЕИ друг другу?
СФВ не препятствуют развитию СЕИ, у них другие цели и задачи. СЕИ не должны препятствовать развитию СФВ, но по чисто психологическим причинам препятствуют.
Наличие размерностей
Обязательно, размерность − это основа анализа закономерностей. Анализ размерностей может быть заменен анализом единиц, что и бывает на практике.
Наличие единиц измерений
Не обязательно, разве что в качестве справочного материала. Обязательно, именно для их унификации и создаются СЕИ.
Основные величины
Существуют в природе объективно, задача науки − выявить их. Набор основных величин не обязан совпадать с набором основных единиц. Набор основных единиц принимается условно на международных конференциях, отвечает требованиям практики и существует только на Земле.
Независимость основных величин
Для предотвращения записи дробных показателей степеней размерностей в набор основных величин может быть условно включена производная величина. Некоторые основные единицы могут определяться через другие основные единицы.
Расположение величин в перечнях
Строится на базе принципа причинности и в последовательности, вытекающей из этого принципа. Априорное, зависит от предпочтений составителя перечня величин.
Формула размерности
Размерность величины определяется только по уравнению связи. Словесные формулировки при определении размерности недопустимы. Размерности на практике определяются по уравнению, не всегда подчиняющемуся принципу причинности. Словесные формулировки в стандартах допускаются.
Возможность предсказания новых закономерностей
1. СФВ могут и обязаны предсказывать новые закономерности.
2. СФВ могут и обязаны корректировать форму записи уравнений связи.
Возможность предсказания новых закономерностей в современных СЕИ отсутствует.
Удобство при измерениях
В качестве одной из задач СФВ не рассматривается. Определяет предпочтительность применения той или иной СЕИ.
Удобство при преподавании
Наличие естественных основных величин облегчает процесс преподавания. В качестве одной из задач СЕИ не рассматривается.
Удобство при научных исследованиях
Наличие естественных основных величин способствует успешным исследованиям в любом разделе физики. Ученые стремятся использовать ту СЕИ, которая наилучшим образом соответствует конкретному разделу физики.

3. Примечание к таблице сравнения систем величин и систем единиц.

Исторически в связи с развитием учения об электромагнетизме физики вводили последовательно 9 (девять!) систем единиц измерений, а всего в работе Л.Брянского (2002) их перечислено 16 (шестнадцать!!), не считая естественных и неметрических систем единиц. Желающим проследить процесс формирования современных систем единиц можно посоветовать заглянуть в монографию А.Власова и Б.Мурина (1990).

Всё это следствие того, что наука до сих пор не знает достоверно, что такое электрический и гравитационный заряды и какова их размерность. Для этого используют законы Кулона и Ньютона, вводя в них размерные коэффициенты и неправомерно называя эти размерные коэффициенты фундаментальными постоянными. Вводили их по-разному, поэтому и возникло такое количество систем единиц.

Несложно представить муки профессионалов (не говоря уже о студентах), которые вынуждены были разбираться в этом нагромождении систем единиц до создания единой СИ. Но и СИ тоже многих и во многом не устраивает. Автор популярного учебника по физике Д.Сивухин (1979) указывает на то, что СИ навязана физиками метрологам, что СИ неоправданно усложняет научные исследования и преподавание.

4. Чем конкретно отличается система величин ЭСВП от системы единиц СИ.

1. В ЭСВП и в СИ различен набор основных величин. В СИ имеется 7 основных единиц, но лишь 4 из них аналогичны единицам, соответствующим системе величин ЭСВП. 4 основные единицы СИ определяются только на планете Земля (электрический ток, термодинамическая температура, количество вещества, сила света). При систематизации физических величин подобная априорность недопустима.

2. Набор основных величин в ЭСВП, пока не введено в действие переопределения единиц, неприемлем для их унификации. Современная тенденция переопределения основных величин неизбежно приведет к замене измерительных эталонов фундаментальными физическими константами (К.Томилин, 2006). Единицу энергии очень просто в процессе переопределения ввести в набор основных единиц.

3. В таблицах ЭСВП все физические величины расположены в строгом соответствии с принципом последовательности, заключающемся в том, что в перечнях физических величин производные величины должны указываться после тех величин, которые их определяют. Во всех таблицах систем единиц, включая СИ, этот принцип не учитывается.

4. Размерности в ЭСВП устанавливаются только по уравнениям связи, а не по словесным формулировкам. Как остроумно заметил Р.Фейнман (1965, т.1), “…из одного определения никогда ничего никто не выводил…“. Поэтому определяющие уравнения в ЭСВП иногда могут не совпадать с существующими словесными формулировками или уравнениями связи, принятыми в СИ.

5. В таблицах ЭСВП устранены те нарушения принципа причинности при составлении уравнений связи, которые сейчас имеют место в СИ. Это не совпадает с мнением ряда практических метрологов, выраженным, например, Н.Студенцовым (1997), который считатет, что необходимо “руководствоваться одним единственным принципом – практической целесообразностью“. При построении системы величин практическая целесообразность должна уступить по своему значению принципу причинности.

6. В ЭСВП запись единиц измерений выглядит подчас не так, как в СИ. Например, в СИ в размерностях некоторых электромагнитных величин присутствует размерность массы, и поэтому в единицах этих величин присутствовать единица килограмм, хотя физического содержания в этом нет. Чтобы избежать недоуменных вопросов, физики присвоили единицам электромагнитных величин именованные названия (вебер, тесла, генри, фарада, ом, сименс). И тем самым обрекли на мучения студентов и инженеров, когда им необходимо переходить от одних единиц измерений к другим. В ЭСВП подобное исключено.

7. Большинство инженеров и физиков при анализе размерностей на практике производят не анализ размерностей, а анализ единиц СИ. И это можно понять. Например, единица объёмной плотности энергии в ЭСВП равна Дж м-3, и такая единица выглядит понятно и естественно. А размерность той же объёмной плотности энергии в СИ равна ML-1T-2, что в переводе на единицы означает кг м-1 с-2. Хотя это то же самое, что Дж м-3. Такое раздвоение у практиков кроме раздражения ничего вызвать не может.

Автор понимает чувства тех читателей, которым предлагается расстаться с иллюзией того, что СИ − чуть ли не единственно возможная система единиц. Она хороша лишь для того, для чего создана, и не более того. Не случайно, что метрологи сейчас готовятся к переопределению основных единиц СИ. Но так осторожно, что решение целого ряда проблем откладывается на неопредленное будущее.

Литература

1. JCGM 200:2012 International vocabulary of metrology – Basic and general concepts and associated terms (VIM). 3rd ed. 2008 version with minor corrections. URL: http://www.bipm.org/utils/common/documents/jcgm/JCGM_200_2012.pdf,
2. Русский перевод JCGM 200:2008: Международный словарь по метрологии. Основные и общие понятия и соответствующие термины. - Всерос. науч.-исслед. ин-т метрологии им. Д. И. Менделеева, Белорус. гос. ин-т метрологии. Изд. 2-е, испр. — СПб.: НПО «Профессионал», 2010. — 82 с. URL: http://mathscinet.ru/slaev/records/images/SlaevChun02.pdf
3. Бахмутский А., 2007, Детерминант понятия «система». В сб. «Системные исследования и управление открытыми системами», Хайфа, Центр "Источник информации", вып. 3, с.с.9-19.
4. Брянский Л.Н., 2002, Непричесанная метрология. - М.: ПОТОК-ТЕСТ, 160 с.
5. Власов А.Д., Мурин Б.П., 1990, Единицы физических величин в науке и технике. – М.:, Энергоатомиздат, 176 с.
6. Сивухин Д.В., 1979, О Международной системе физических величин. – “Успехи физических наук”, 129, вып. 2, с.с. 335-338.
7. Студенцов Н.В., 1997, Системы единиц и фундаментальные константы. – “Измерительная техника“, 3, с.3
8. Томилин К.А. Фундаментальные физические постоянные в историческом и методологическом аспектах, – М.: Физматлит. 2006, 368 с.
9. Фейнман Р., Лейтон Р.,Сэндс М., 1965 - 1977, Фейнмановские лекции по физике, в 9 томах. М:, “Мир”.



© И. Коган Дата первой публикации 15.03.2008
Дата последнего обновления 07.01.2016

Оглавление раздела Предыдущая Следующая