Измерительный "ликбез" строителю и не только
Очень часть читая статьи в ленте Дзена, в Телеграмме, иных источниках мне, как инженеру, все время режет глаз неправильное указание единиц измерения. Хочется кратенько изложить свое видение на то как мы измеряем разные величины и откуда они в принципе родились.
Итак, с начала меновой торговли человеку пришлось столкнуться с необходимостью определять количество некоторого материала или изделий. Самый простой способ - счет, 1-2-3, палочки, зарубки, иные отметки - так родился счет. Систем записей много, система исчисления десятиричная. Мое мнение - это следствие наличия на руках именно 10-ти пальцев. Было-бы 8 или 12, система была-бы 8-ми или 12-ти -ричной.
Измерение - можно произвести сравнивая предмет с неким эталоном. Например с простой палкой. Для эффективного обмена эталон должен быть един. Сильно подозреваю, что по-началу эталоны измерений носили региональный или местечковый характер. Очень часто использовалось сравнение с некими параметрами человеческого тела. Отсюда имеем различные меры длинны "фут", "дюйм", "аршин", "локоть" и прочие разноформатные величины. При развитии науки потребовался единый эталон, опять-же в разных странах он был разный.
Мера веса это тоже легко измеримая самым примитивным способом величина. Палка-камень - самые простые весы. Ну естественно с расширением связей, в первую очередь торговых эталоны веса тоже стали нормироваться.
Самое сложное - это время. Понятно, что длинные интервалы - это очевидно восход-заход, циклы луны как месяцы и глобальные циклы сезонные и годовые. Для более коротких интервалов применяли самые разные приспособления от песчаных и гидравлических до основанных на горении свечи или лучины. Развитие механики принесло пружины и маятники.
В конечном итоге мир пришел к некоторым единым системам измерения. Наука работает в СИ, то сесть килограмм-метр-секунда. И вот самое интересное, что практически все окружающие нас явления можно представить как комбинацию именно этих самых простых величин.
Рассмотрим подробнее:
Итак расстояние - это метр. То есть мера сравнения нашего эталона (1 метр) с наблюдаемой величиной. Производные сантиметр - сотая часть метра, миллиметр - тысячная часть, километр - тысяча метров.
Площади - произведение ширины на длину то есть Метр * Метр, математически - метр в квадрате.
Объем - по аналогии метр в кубе. Пока ничего сложного.
Добавляем параметр время. Время прохождения единичного расстояния - скорость. Метры делим за секунду - единица измерения скорости - метр, деленный на секунду.
Усложняем дальше теперь изменяется не расстояние, а скорость. То есть изменение величины метры в секунду за секунду - метр в секунду деленный на секунду - это метр на секунду в квадрате - величина названа ускорением и характеризует она скорость изменения скорости.
Дальше добавляем массу и получаем величину, определяющую силу. Единичная сила - то воздействие, которое придаст массе 1 килограмм ускорение 1 метр в секунду за секунду. То есть при воздействии единичной силы на единичную массу эта масса в единицу времени изменяет скорость на единицу... К такому определению приложил руку Исаак Ньютон и эту сложную величину назвали в его честь Ньютоном. килограмм к умножить на метр делить на секунду в квадрате.
Теперь у нас есть вся механика. Введем еще понятие работы. Работа это величина равная произведению величины перемещения под действием силы и самой этой силы. Тут все нетривиально. Учитывать надо только перемещение под действием силы, то есть если сила направлена ровно поперек перемещения, то работы она не совершает. Такие силы есть.
Вот например едите вы на машине, на нее естественно действует сила притяжения или сила тяжести, но работы она не совершает если вы не едете с горы конечно. А вот сила, которую создает двигатель, сила тяги совершает работу.
Чем большую работу, то есть в самом простом случае чем больше расстояние перемещения тела, может выполнить механизм за единицу времени - тем больше его мощность.
Работа - это Ньютон, умноженный на метр, а том Мощность это Ньютон, умноженный на метр и деленный на секунду. Величина названа Ваттом.
И вот теперь мы имеем абсолютно все величины, которые мы встречаем вокруг нас.
Расстояние, скорость, ускорение, сила, работа и мощность. Все эти величины имеют размерность килограммов, метров и секунд. Самое интересное, что соотношение этих величин постоянно независимо от того идет ли речь о механическом, тепловом или даже электрическим взаимодействии.
Даже для электрочайника или плиты их мощность в Ваттах определяет их способность совершить работу в единицу времени. Совершенно не важно, что работа здесь не механическая по перемещению тел, а тепловая - по их нагреву. И даже мощность лампочки - это способность выделить энергию в единицу времени.
Правда для бытовых приборов показатель мощности не ту работу, которую они совершают, а ту, которую совершает источник электроэнергии (например атомная или тепловая электростанция) для их работы в единицу времени.
Платим мы не за мощность прибора прибора, а именно за работу источника энергии, то есть Ватт надо умножить на секунду - это энергия в научной системе исчисления. Поскольку Ватт - это очень мало, то мощность нагревательный приборов измеряют КилоВаттами, а время работы не в секундах а в часах.
Интересная история приключилась с теплом. Те, у кого есть центральное отопление платят за Гигакалории или ГКал. Калория - это такая энергия, которую необходимо передать одному грамму воды, чтобы нагреть его на один градус Цельсия. Один метр кубический воды весит 1000 килограмм или грамм. Для расчета переданного вашему дому тепла это очень удобно. Прибор учета просто измеряет температуру и объем воды, которая входит и выходит из вашего дома или квартиры. Температура в градусах Цельсия, умноженная на объем подаваемой воды в тысячах литрах кубических - столько тепла Ваш дом или квартира приняли, температура выходящей воды в градусах Цельсия, умноженная на ее объем в тысячах метров кубических - столько Ваш дом или квартира отдали. За разницу начисляется оплата. Гигакалория то есть миллирд калорий.
На этом обзор основных физических величин заканчиваю.