Системы единиц ФВ, принципы их образования

Впервые понятие о системе единиц ФВ ввел немецкий ученый К. Гаусс. По его методу построения систем единиц различных величин сначала устанавливают или выбирают произвольно несколько величин независимо друг от друга. Единицы этих величин называют основными, так как они являются основой для построения системы единиц других величин. Основные единицы устанавливают или выбирают таким образом, чтобы, пользуясь закономерной связью между величинами, можно было бы образовать единицы других величин. Под закономерной связью между величинами подразумевается возможность математически выразить зависимость одной величины от других. Единицы, выраженные через основные единицы ФВ, называют производными. Полная совокупность основных и производных единиц, установленных таким путем, и является системой единиц ФВ (СЕФВ).

Особенности описанного метода построения СЕФВ:

1. Метод построения системы не связан с конкретными размерами основных единиц. Устанавливаются или выбираются величины, единицы которых должны стать основой системы. Размеры производных единиц зависят от размеров основных единиц.
2. Построение системы единиц возможно для любых величин, между которыми имееется математическая зависимость.
3. Выбор величин, единицы которых должны стать основными, ограничивается соображениями рациональности и оптимальности (оптимальным является выбор минимального числа основных единиц, которое позволило бы образовать максимально большое число производных единиц.
4. Система должна быть когерентна (согласована), т.е. во всех формулах, определяющих производные единицы в зависимости от основных, коэффициент всегда равен единице.

Первоначально были созданы системы единиц, основанные на трех единицах. Эти системы охватывали большой круг величин условно называемых механическими. Они строились на основе тех единиц физических величин, которые были приняты в той или иной стране. Из всех этих систем предпочтение отдается системам, построенным на единицах длины — массы — времени как основных. Одной из систем, построенных по этой схеме для метрических единиц, является система метр — килограмм — секунда (МКС).

В научных трудах по физике до настоящего времени применяется система сантиметр — грамм — секунда (СГС), разработана еще в 1861 —1870 гг. и построенная по той же схеме: длина — масса — время. Система МКС, а также система СГС в части единиц механических величин когерентны.

В течение некоторого времени применяли так называемую техническую систему единиц, построенную по схеме длина — сила — время. При применении метрических единиц основными единицами этой системы являются метр - килограмм - сила - секунда (МКГСС). Удобство этой системы заключалось в том, что применение в качестве одной из основных — единицы силы, упрощало вычисления и выводы зависимостей для многих величин, применяемых в технике. Недостатком же ее являлось то, что единица массы в ней получалась.производной и численно равной ~9,81 кг, — это нарушает метрический принцип десятичности мер. Второй недостаток — сходность наименования единицы силы — килограмм-сила и метрической единицы массы — килограмма, что часто приводит к путанице. Третьим крупным недостатком системы МКГСС является ее несогласованность с практическими электрическими единицами.

Некоторое время применялась система единиц метр — тонна—секунда, но в настоящее время от нее отказались.

Поскольку системы механических единиц охватывали не все физические величины, для отдельных отраслей науки и техники системы единиц расширялись путем добавления еще одной основной единицы. Так появилась система тепловых единиц метр — килограмм— секунда — градус температурной шкалы (МКСГ).

Система единиц для электрических и магнитных измерений получена добавлением единицы силы тока — ампера (МКСА). Система световых единиц содержит в качестве четвертой основной единицы — канделу (свечу) — единицу силы света.

Серьезные трудности встретились при применении системы СГС для измерения электрических и магнитных величин. Всего было составлено семь видов систем единиц СГС электрических и магнитных величин.