Номер 4, страница 44, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 1. Физика и мир, в котором мы живём. Параграф 10. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 4, страница 44.

Условие.

• История развития международных эталонов физических величин.

Решение.

История развития международных эталонов физических величин — это путь от произвольных, локальных мер к универсальной, стабильной и максимально точной системе, основанной на фундаментальных законах природы. Этот процесс отражает эволюцию науки и технологий.

Ранние этапы и потребность в стандартизации

В древности и Средневековье единицы измерения были антропометрическими (локоть, фут, дюйм) или основывались на местных обычаях. Это создавало огромные трудности в торговле, строительстве и научных исследованиях. Например, в разных провинциях Франции XVIII века существовало до 250 тысяч различных единиц измерения. Необходимость в единой и универсальной системе стала очевидной.

Создание метрической системы и эра артефактов

Решающий шаг был сделан во время Великой французской революции. Ученые предложили систему, основанную не на королевских указах, а на неизменных природных явлениях. Так родилась метрическая система.

• Метр изначально был определен как одна десятимиллионная ($10^{-7}$) часть четверти длины Парижского меридиана.

• Килограмм был определен как масса одного кубического дециметра (литра) чистой воды при температуре ее наибольшей плотности (около 4 °C).

Для практического использования на основе этих определений в 1799 году были созданы первые физические эталоны — «архивный метр» и «архивный килограмм», изготовленные из платины.

С развитием науки и международных связей в XIX веке возникла потребность в еще большей точности и глобальном признании системы. 20 мая 1875 года семнадцатью странами была подписана Метрическая конвенция, учредившая Международное бюро мер и весов (BIPM). В 1889 году были изготовлены и утверждены новые международные прототипы:

• Международный прототип метра: стержень из сплава платины (90%) и иридия (10%) с X-образным поперечным сечением. Метр определялся как расстояние между двумя штрихами, нанесенными на этот стержень.

• Международный прототип килограмма (Le Grand K): цилиндр из того же платино-иридиевого сплава. Его масса была принята за 1 килограмм.

Эти физические артефакты служили человечеству почти столетие, но имели существенный недостаток: они могли изменяться со временем (например, из-за микроскопических загрязнений или износа) и их нельзя было воспроизвести с абсолютной точностью.

Переход к фундаментальным константам

В XX веке наука пришла к идее, что эталоны должны быть основаны на фундаментальных физических константах — неизменных величинах, заложенных в самой природе. Это позволяет воспроизвести эталон в любой точке мира и в любое время с высочайшей точностью.

• Секунда: Изначально определялась через вращение Земли. С 1967 года секунда определяется через внутреннее свойство атома цезия-133. Это время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

• Метр: В 1960 году его «отвязали» от платино-иридиевого стержня, определив через длину волны света, излучаемого атомом криптона-86. А с 1983 года метр определяется через скорость света в вакууме ($\text{c}$), которая была зафиксирована как точная константа. Метр — это расстояние, которое свет проходит в вакууме за интервал времени, равный $1/299792458$ секунды.

Реформа СИ 2019 года: завершение революции

К началу XXI века единственным эталоном, остававшимся артефактом, был килограмм. Наблюдения показали, что масса международного прототипа и его копий со временем незначительно, но изменялась друг относительно друга. Это было неприемлемо для современной науки.

20 мая 2019 года вступило в силу историческое решение — полное переопределение Международной системы единиц (СИ). Теперь все семь основных единиц СИ определяются через фиксированные значения семи фундаментальных констант:

• Килограмм (кг) определяется через постоянную Планка $\text{h}$.

• Ампер (А) определяется через элементарный электрический заряд $\text{e}$.

• Кельвин (К) определяется через постоянную Больцмана $\text{k}$.

• Моль (моль) определяется через постоянную Авогадро $N_A$.

Определения секунды, метра и канделы также были переформулированы в привязке к этому набору констант.

Ответ: История развития международных эталонов физических величин представляет собой последовательный переход от нестабильных и локальных мер, основанных на антропометрических или произвольных единицах, к созданию единой метрической системы, основанной на физических артефактах (прототипах метра и килограмма). Кульминацией этого развития стала реформа Международной системы единиц (СИ) в XX-XXI веках, в результате которой все основные единицы были определены через неизменные фундаментальные физические константы. Это обеспечило беспрецедентную точность, стабильность и универсальность системы измерений, сделав ее независимой от каких-либо материальных объектов.