Sisteme de unitati. Sistemul international de unitati

Sisteme de unitati. Sistemul international de unitati

Daca unitatile de masura ale marimilor fizice ar fi alese arbitrar atunci toate formulele ar cuprinde cate un coeficient parazit, care ar complica mult structura lor. Ca urmare se pune conditia:

Cu aceasta relatie de conditie se gaseste o relatie intre unitatile de masura:

(1.11)

relatie care arata ca unitatile sunt subordonate altora. Prin urmare unele unitati deriva din altele.

Se pot stabili unele marimi, numite marimi fundamentale pentru care se aleg prin conventie unitatile de masura numite unitati fundamentale. Pentru toate celelalte marimi, numite marimi derivate, alegerea unitatilor nu mai este arbitrara ci se face prin intermediul relatiilor de definitie. Ansamblul unitatilor de masura alcatuit din unitatile marimilor fundamentale si unitatile marimilor derivate din acestea constituie un sistem coerent de unitati.

In mecanica, de exemplu, sunt suficiente trei marimi fundamentale, cum ar fi lungimea, timpul si masa; sau lungimea, timpul si forta, etc. De exemplu:

La noi in tara si in majoritatea tarilor lumii, s-a convenit a se folosi numai sistemul de unitati MKs, denumit din acest motiv Sistemul International (SI).

Pentru celelalte ramuri ale fizicii cele trei marimi fundamentale s-au suplimentat cu inca patru marimi:

- temperatura  cu unitatea de masura Kelvin (K);

- intensitatea curentului electric cu unitatea amperul (A);

- intensitatea luminoasa cu unitatea candela (cd);

- cantitatea de substanta cu unitatea mol.

In Sistemul international se disting trei clase de unitati SI si anume:

- unitati fundamentale;

- unitati derivate;

- unitati suplimentare.

Unitati fundamentale

a) Unitatea de lungime: metrul (m) este lungimea egala cu 1.650.763,73 lungimi de unda in vid ale radiatiei care corespunde tranzitiei intre nivelele de energie 2p₁₀ si 5d₅ ale atomului de kripton-86.

b) Unitatea de masa: kilogramul (kg) este masa prototipului international al kilogramului. Acest prototip international, confectionat din platina - iridiu se pastreaza la Biroul International de Masuri si Greutati.

c) Unitatea de timp: secunda (s) este durata a 9.192.631.770 perioade ale radiatiei care corespunde tranzitiei intre cele doua nivele de energie hiperfine ale starii fundamentale a atomului de cesiu 133.

d) Unitatea de intensitate a curentului electric: amperul (A) este intensitatea unui curent constant care, mentinut in doua conductoare paralele, rectilinii, cu lungime infinita si cu sectiunea circulara neglijabila, asezate in vid la o distanta de un metru unul de altul, ar produce intre aceste doua conductoare o forta de 2.10^-7 N, pe o lungime de un metru de conductor.

e) Unitatea de temperatura termodinamica: kelvinul (K) este fractiunea 1/273,16 din temperatura termodinamica a punctului triplu al apei.

f) Unitatea de cantitate de substanta: molul (mol) este cantitatea de substanta a unui sistem care contine atatea entitati elementare de atomi cati exista in 0,012 kilograme de carbon 12. De cate ori se intrebuinteaza molul, entitatile elementare trebuie specificate, ele putand fi atomi, molecule, ioni, electroni, alte particule sau grupuri specificate de asemenea particule.

g) Unitatea de intensitate luminoasa: candela (cd) este intensitatea luminoasa, intr-o directie data, a unei surse care emite o raza monocromatica de frecventa v=540 10¹² Hz, a carei intensitate energetica in aceasta directie este de 1/683 watt pe steradian.

Unitati SI derivate

Unitatile derivate sunt date, de regula, de expresii algebrice care utilizeaza simbolurile matematice de inmultire si impartire.

Putem distinge trei grupe de unitati SI derivate:

a) unitati exprimate in functie de unitatile fundamentale, ca de exemplu: m/s pentru viteza, A/m pentru intensitatea campului magnetic, s.a;

b) unitati derivate cu denumiri speciale, ca de exemplu: Hz pentru frecventa, J pentru energie, N pentru forta, s.a;

c) unitati derivate care se exprima folosindu-se denumiri speciale, ca de exemplu: Nm pentru momentul fortei, V/m pentru intensitatea campului electric, s.a.

Unitati SI suplimentare

Din unitatile suplimentare fac parte: radianul (rad) pentru plan si steradianul (sr) pentru unghiul solid.

Radianul este unghiul cuprins intre doua raze care delimiteaza pe circumferinta unui cerc un arc de lungime egala cu cea a razei (Fig.1.1). Unghiul de un radian este egal cu unghiul de (180/π) grade sexazecimale adica 57

Steradianul este unghiul solid care, avand varful in centrul unei sfere, delimiteaza pe suprafata acestei sfere o arie egala cu a unui patrat a carui latura este egala cu raza sferei. Daca din centrul unei sfere de raza r se traseaza o suprafata conica (Fig.1.2) atunci aceasta suprafata intersecteaza o parte din sfera, aria acestei suprafete fiind proportionala cu r² si cu valoarea unghiului solid Ω. Deci:

unde A reprezinta aria pe sfera de raza r corespunzatoare lui Ω.

Unghiul solid total sub care se vede suprafata sferica din centrul sferei este

(1.13)

Atat radianul cat si steradianul sunt unitati adimensionale.

Comitetul International de Masuri si Greutati (CIMG) a recunoscut in 1969 utilizarea unor unitati care nu fac parte din SI, dar care joaca un rol important si sunt larg raspandite. Dam mai jos aceste unitati:

In afara de unitatile aratate mai sus, sunt admise si cateva unitati a caror folosire este utila in diferite domenii de specialitate mai stricta:

- Electron-voltul (eV) este energia cinetica castigata de un electron, care traverseaza o diferenta de potential de 1 volt in vid:1eV=1,60219 10^-19J, aproximativ.

- Unitatea de masa atomica (unificata), simbolul (u). Unitatea de masa atomica (unificata) este fractiunea 1/12 din masa unui atom al nucleului ¹²C; 1u=1,66057 10^-27Kg.

1.6 Multiplii si submultiplii pentru unitatile SI