Номер 2, страница 64 - гдз по физике 7 класс учебник Громов, Родина

Глава 3. Движение и взаимодействие тел. Параграф 17. Взаимодействие тел. Масса. Темы докладов - номер 2, страница 64.

Условие.

Решение.

История килограмма — это история эволюции от произвольно выбранного физического объекта к фундаментальной постоянной природы. Этот путь отражает стремление человечества к созданию все более точной и универсальной системы измерений.

Зарождение метрической системы и первые определения

История килограмма начинается во времена Французской революции в конце XVIII века. Ученые того времени стремились создать логичную и универсальную систему мер, основанную на природных явлениях, а не на произвольных королевских указах. В 1795 году было принято решение определить единицу массы, названную "грамм", как массу одного кубического сантиметра чистой воды при температуре ее максимальной плотности (около $\text{4}$ °C). Соответственно, "килограмм" был определен как масса одного кубического дециметра (литра) воды. Для практического использования в 1799 году был изготовлен первый материальный эталон — цилиндр из чистой платины, масса которого соответствовала этому определению. Этот эталон получил название "Килограмм Архива" (Kilogramme des Archives) и служил стандартом массы во Франции на протяжении почти столетия.

Ответ: Килограмм был впервые определен во время Французской революции как масса одного кубического дециметра (литра) воды при температуре ее максимальной плотности. В 1799 году был создан платиновый эталон, известный как "Килограмм Архива".

Международный эталон-прототип килограмма (Le Grand K)

С развитием науки и международной торговли возникла потребность в едином, более точном и стабильном международном стандарте. В 1875 году была подписана Метрическая конвенция, что привело к созданию Международного бюро мер и весов (BIPM). В 1889 году на 1-й Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM) было принято новое определение килограмма. Отныне килограмм определялся как масса Международного прототипа килограмма (IPK, от фр. International Prototype of the Kilogram), который получил неофициальное прозвище "Le Grand K" ("Великий К"). Этот прототип представляет собой цилиндр высотой и диаметром 39,17 мм, изготовленный из сплава 90% платины и 10% иридия. Этот сплав был выбран из-за его высокой плотности, твердости и устойчивости к окислению. Эталон и его шесть официальных копий были помещены в специальное хранилище в штаб-квартире BIPM в Севре, Франция. Национальные копии были разосланы в страны-участницы Метрической конвенции.

Ответ: В 1889 году килограмм был определен как масса международного прототипа (IPK или Le Grand K) — цилиндра из платино-иридиевого сплава, который хранится в Международном бюро мер и весов (BIPM) во Франции.

Проблемы физического эталона и необходимость переопределения

Главный недостаток определения, основанного на физическом артефакте, — его нестабильность. Масса Le Grand K, как и любого другого объекта, могла со временем изменяться из-за микроскопических загрязнений с поверхности или, наоборот, из-за потери атомов в процессе очистки или сублимации. Периодические сверки национальных эталонов с главным прототипом, проводившиеся раз в несколько десятилетий, выявили тревожную тенденцию: их массы расходились. За столетие разница в массе между Le Grand K и его копиями достигла примерно 50 микрограммов. Было невозможно сказать, теряет ли массу главный эталон или набирают ее копии. Такая неопределенность стала неприемлемой для современной науки и высокоточных технологий, что привело к необходимости переопределить килограмм через фундаментальную физическую постоянную, значение которой неизменно во времени и пространстве.

Ответ: Со временем было обнаружено, что масса международного прототипа и его копий нестабильна и изменяется на микрограммы, что создавало неопределенность. Это сделало необходимым переход к определению, основанному на фундаментальной физической постоянной, а не на физическом объекте.

Современное определение через постоянную Планка

После десятилетий исследований и экспериментов, 16 ноября 2018 года, 26-я Генеральная конференция по мерам и весам приняла историческое решение о переопределении килограмма. Новое определение вступило в силу 20 мая 2019 года. Теперь килограмм определяется путем фиксации численного значения постоянной Планка $\text{h}$ — фундаментальной константы квантовой механики. Значение было зафиксировано как $h = 6.62607015 \times 10^{-34}$ Дж·с. Единица Дж·с эквивалентна кг·м²·с⁻¹, где метр и секунда уже определены через другие фундаментальные константы. Практическая реализация этого определения осуществляется с помощью прибора под названием "весы Киббла" (ранее "ватт-весы"). Этот сложный электромеханический прибор позволяет соотнести массу объекта с постоянной Планка с высочайшей точностью. Новое определение означает, что килограмм больше не зависит от одного единственного предмета, а может быть воспроизведен в любой лаборатории мира, обладающей соответствующим оборудованием, что гарантирует его точность и долговременную стабильность.

Ответ: С 20 мая 2019 года килограмм определяется через фиксацию численного значения постоянной Планка $h = 6.62607015 \times 10^{-34}$ Дж⋅с. Это определение позволяет реализовать единицу массы в любой точке мира с высокой точностью, используя весы Киббла, и обеспечивает ее долговременную стабильность.