Знай меру: единицы измерения

Если вы попросите в бакалейной лавке “шесть сахара”, продавец не поймет, сколь­ко вам отвесить. Само по себе число 6 несет недостаточно информации, следует уточнить, какие единицы измерения вы имеете в виду — чашки, фунты, куски или тонны. Точно так же приходится уточнять, какие меры вы имеете в виду, гово­ря практически о любой физической величине — скорости, силе, массе и прочем. Это вынудило нас придумать единицы измерения (их называют также условными единицами), которые устроили бы всех.

Чашка (сир) — "потребительская" мера объема жидкости, использующаяся в кулинарии в США и ряде других стран. В США в настоящее время равна 240 мл. — Здесь и далее прим. науч. Ред.

Например, когда вы говорите, что скорость конькобежца равна 20 милям в час, то в качестве условной единицы измерения скорости вы выбираете меру «миля в час» и утверждаете, что конькобежец движется в 20 раз быстрее этой величины. Вы можете представить скорость конькобежца как величину, кратную любой условной единице измерения скорости — скажем, футов в секунду, ярдов в день, дюймов в столетие, — и всегда найдете простые соотношения, помогающие преобразовать одни единицы измерения в другие. Например, для того, чтобы перевести мили в час в километры в час, надо умножить значение скорости на 1,609 (именно столько километров в миле). Таким способом можно подсчитать, что ваш конькобежец движется со скоростью 32,2 км/ч.

Многие американские единицы измерения заимствованы из старой английской системы единиц, которую в большинстве стран сменила Междуна­родная система единиц, или СИ (SI, сокращение французского термина Systeme Internationale d’Unitis). Но в США (и некоторых других странах) по-прежнему используются английские единицы, что нередко осложняет жизнь. Например, вы хотите испечь три кекса, однако количество ингредиентов в рецепте рассчитано только на один. Поскольку в этом рецепте рекомендуется взять 3/4 чашки молока, вы не сразу сообразите, что для трех кексов вам потребуется 2 1/4 чашки. При этом купить именно 2 1/4 чашки далеко не так просто, как упаковку в полкварты. Однако полкварты — это чуть меньше, чем 2 1/4 чашки, так что в конце концов вы, скорее всего, просто купите две пинты. В результате у вас окажется молока на 14 унций больше, чем нужно. Но каких унций — весовых иди объемных? И вот так всегда.

Кварта (Quart) — единица объема, в США составляет 0.946 л (для жидкостей) или 1.101 л (для сыпучих тел).

Пинта (pint) — единица объема, в США составляет 0.473 л (для жидкостей) и 0,55 л (для сыпучих тел).

Унция (ounce) — единица веса (28.3 г). Кроме того, имеется еще несколько (не менее шести) разновидностей этой единицы, в том числе объемная унция (fluid ounce), которая в США равна 1/16 пинты (29.57 мл).

Международная система отличается от английской двумя особенностями, которые делают ее намного удобнее. В системе СИ:
1. Разные единицы измерения одной и той же физической величины соотносятся как степени числа 10.
2. Большинство единиц измерения являются производными трех основных единиц — метра, килограмма и секунды.

Рассмотрим сначала первую особенность: разные единицы измерения одной и той же физической величины соотносятся как степени числа 10. То есть при измерении объема 1000 мл равны 1 л, а 1000 л — 1 кубическому метру (1 м³). При измере­нии массы 1000 г равны 1 кг, а 1000 кг — 1 тонне. Благодаря таким соотношениям для изменения рецептуры кекса в СИ надо всего лишь умножить несколько чисел. Не надо больше гадать, как перевести пинты в кварты, чайные ложки в столовые или унции в фунты. Если вы хотите приготовить три порции чего-либо, а рецепт рассчитан только на одну, и в этом рецепте требуется 500 мл сахара, надо просто умножить это количество на 3, и у вас получится 1500 мл. Поскольку 1000 мл = 1 л, вам понадобится 1,5 л сахара. Перевести миллилитры в литры очень легко — надо умножить значение миллилитров на 0,001 (именно столько литров в миллилитре).

Многим американцам система СИ кажется чем-то непостижимым, хотя некоторые основные единицы этой системы потихоньку проникают в наши продуктовые магазины и на автострады. И несмотря на то что СИ действительно гораздо разумнее устроена, чем традиционная английская система, внедрить в обиход некоторые единицы СИ не так-то просто. Многие ли из американцев меряют свой рост в метрах (а не в футах и дюймах), а вес в килограммах (а не в фунтах)? Будут ли у вас проблемы, если вы обгоните полицейскую машину на скорости 200 ки­лометров в час? (Еще бы их не было: ведь 200 км/ч — это примерно 125 миль в час!) Вообще-то в системе СИ часы не приняты — время тут измеряется в секундах, — однако большие промежутки времени все же принято измерять в часах.

Следовательно, километр в час — это наполовину единица СИ (в том, что касается километров), а наполовину (в том, что касается часов) внесистемная единица.

Вторая особенность Международной системы — это малое число основных единиц. До сих пор мы имели дело с принятыми в СИ единицами измерения массы (килограмм, сокращенно кг), расстояния (метр, или м) и времени (секунда, или с). Один килограмм — это примерно масса одного литра воды, один метр примерно равен длине большого шага, за одну секунду можно успеть произнести "один банан". Из этих трех основных единиц можно вывести несколько других, например единицу измерения скорости в системе СИ (метр в секунду, или м/с) и ускорения (метр в секунду в квадрате, м/с²). Один метр в секунду — комфортная скорость ходьбы, один метр в секунду в квадрате — это ускорение только что тронувшегося с места лифта. Знание, что многие единицы измерения могут быть выведены из других, более простых, существенно облегчает пользование Международной системой единиц; английская система устроена далеко не так разумно.

Единица измерения силы в СИ также вытекает из основных единиц измере­ния массы, расстояния и времени. Если мы возьмем тело массой 1 кг и зададим вопрос, какую силу надо приложить, чтобы придать ему ускорение 1 м/с², мы легко рассчитаем нужное значение. Раз 1 кг — это единица измерения массы в СИ, а 1 м/с² — единица измерения ускорения, логично, чтобы сила, вызывающая это ускорение, равнялась единице измерения силы в той же системе, а именно 1 кг м/с². Эта составная единица измерения, хоть она и выглядит громоздко, настолько важна, что ей присвоено собственное название, ньютон (Н), — разумеется, в честь сэра Исаака, автора второго закона механики, который связывает массу, расстояние и время в единице измерения силы. Один ньютон — это примерно вес 18 американских монет достоинством в четверть доллара; если вы неподвижно держите на ладони 18 четвертаков, вы ощущаете действие силы, направленной ВНИЗ И приблизительно равной 1 Н.

Поскольку окончательный переход на Международную систему может завершиться лишь через несколько поколений, в таблице на этой странице приведены соотношения разных систем. Акцент делается на единицах СИ, но английские и внесистемные единицы иногда позволяют лучше представить себе ту или иную физическую величину. Если мы услышим, что поезд-экспресс идет со скоростью 67 м/с, то большинству из нас это мало что скажет, однако 150 миль в час (240 км/ч) вызывают вполне понятное уважение.

Автор: ЛУИС А. БЛУМФИД - "Как все работает. Законы физикив нашей жизни".