Unităţi fizice

(Fostul Oficiu pentru Măsuri şi Greutăţi din Seven Sisters, Londra)

În fizică și metrologie, unitățile sunt standarde pentru măsurarea cantităților fizice care au nevoie de definiții clare pentru a fi utile. Reproductibilitatea rezultatelor experimentale este esențială pentru metoda științifică. Pentru a facilita acest lucru, avem nevoie de standarde, precum și pentru a obține măsuri convenabile ale standardelor avem nevoie de un sistem de unități. Sistemele științifice de unități sunt o formalizare a conceptului de măsuri și greutăți, dezvoltat inițial în scopuri comerciale.

Diferite sisteme de unități sunt bazate pe diferite opțiuni ale unui set de unități fundamentale. Sistemul de unități cel mai utilizat pe scară largă este sistemul internațional, sau sistemul SI, de unități derivate din cele șapte unități SI fundamentale. Toate celelalte unități SI pot fi derivate din aceste unități de bază.

Alte sisteme de unități care au fost utilizate în diverse scopuri includ:

• sistemul de unităţi centimetru-gram-secundă
• unitățile Planck
• unitățile din SUA
• unitățile imperiale
• unităţile chineze

Unități ca dimensiuni

Orice valoare a unei mărimi fizice este exprimată ca o comparație cu o unitate din acea cantitate. De exemplu, valoarea unei mărimi fizice Q este scrisă ca un produs al unei unități [Q] și un factor numeric:

Q = n * [Q] = n [Q]

Semnul de multiplicare este de obicei lăsat pe dinafară, la fel cum este lăsat pe dinafară între variabile, în notația științifică a formulelor. În formule unitatea [Q] poate fi tratată ca și cum ar fi un fel de dimensiune fizică.

Ar trebui să se facă o distincție între unități și standarde. O unitate este fixată prin definiția ei, și este independentă de condițiile fizice, cum ar fi temperatura. Prin contrast, un standard este o realizare fizică a unei unități, și este similar cu unitatea numai în anumite condiții fizice. De exemplu, metrul este o unitate, în timp ce o bară de metal este un standard. Un metru are aceeași lungime indiferent de temperatura, pe când o bară de metal va avea un metru lungime numai la o anumită temperatură.

Unități de bază și derivate

Pentru cele mai multe cantități o unitate este absolut necesară pentru a comunica valorile acelei cantităţi fizice. Încearcă de exemplu să spui cuiva valoarea unei lungimi fără utilizarea unei unități. Acest lucru nu este posibil, pentru că nu se poate descrie verbal o lungime.

Dar nu toate cantitățile necesită o unitate proprie. Utilizând legile fizice, unitățile pentru cantități pot fi exprimate drept combinații de unități ale altor mărimi. Astfel, este nevoie de doar un mic set de unități. Aceste unități sunt luate ca unități de bază. Alte unități sunt unităţi derivate. Unitățile derivate sunt o chestiune de comoditate, deoarece acestea pot fi exprimate în termeni de unități de bază. Care unitățile sunt considerate de bază, este o chestiune de alegere.

Unitățile de bază ale SI nu sunt de fapt cel mai mic set de unităţi. Au fost definite seturi şi mai mici. Există seturi în care câmpurile electric și magnetic au aceeași unitate. Aceasta se bazează pe legile fizice care arată că câmpurile electric și magnetic sunt de fapt diferite manifestări ale aceluiași fenomen. În anumite domenii ale științei astfel de sisteme de unități sunt extrem de favorizate în defavoarea sistemului SI.

Conversia unităților

Conversia unităților implică compararea diferitelor mărimi fizice standardizate, ale unei singure mărimi fizice simple, sau o mărime fizică și o combinație de alte mărimi fizice.

Astfel, factorii de conversie între unități sunt mereu imprecişi la un anumit nivel, și pot fi găsite valori îmbunătățite atunci când este efectuată o comparație mai exactă.

Prefixele in sistemul SI

In sistemul SI unele litere care indică valori numerice alese în mod convenabil pot fi folosite ca prefixe la oricare dintre unități.

De exemplu, c = 0,01, și, astfel, cm = 0,01 * m și cN = 0,01 * N

Există o singură excepție: pentru motive istorice, unitatea de masa, kg, conține deja un prefix și prefixe nu trebuie să fie adăugate la aceasta, ci la g. Astfel: mg și nu μkg (cu „μ” = „micro-„). Pentru mulți, aceasta este o sursă de greșeli și de frustrare.

Utilizarea de prefixe nu implică nicio conversie de unitate, întrucât prefixele sunt doar definite ca valori numerice. Ele nu pot fi imprecise.

De exemplu, expresiile „cm”, și ‘0,01 m’ înseamnă matematic exact același lucru. Aceasta nu este o unitate de conversie, doar o conversie matematică, la fel cum ‘4 * 5′ și ’20’ sunt expresii matematice cu același înțeles.