Номер 2, страница 133 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

2. История создания систем единиц.

История создания систем единиц — это долгий путь от разрозненных и неточных мер к единой, универсальной и чрезвычайно точной системе, основанной на фундаментальных законах природы.

Древние и средневековые системы

На заре цивилизации для измерений использовались так называемые антропометрические единицы, основанные на частях человеческого тела: локоть (расстояние от локтя до кончика среднего пальца), фут (длина стопы), дюйм (ширина большого пальца), пядь. Также использовались единицы, связанные с бытом и сельским хозяйством: например, меры объема, равные вместимости горшка или корзины, или меры площади, которые можно было вспахать за день.

Главной проблемой таких систем была их нестандартизированность. Локоть или фут у разных людей имели разную длину, что создавало путаницу в торговле, строительстве и управлении. В крупных государствах, таких как Древний Египет, Вавилон или Римская империя, предпринимались попытки ввести единые стандарты (эталоны), но после падения этих империй в Европе вновь воцарился хаос множества локальных, не связанных друг с другом единиц.

Создание метрической системы

Революционный прорыв произошел во Франции в конце XVIII века. Великая французская революция с ее идеалами рационализма и универсализма поставила задачу создать систему мер "для всех времен, для всех народов". Французской академии наук было поручено разработать такую систему.

В основу новой системы, названной метрической, были положены два ключевых принципа:

1. Десятичность: все кратные и дольные единицы должны были быть связаны с основной через степени числа 10, что значительно упрощало вычисления.

2. Естественные эталоны: основные единицы должны были базироваться на неизменных природных объектах, а не на артефактах или воле монарха.

За единицу длины — метр — была принята одна десятимиллионная ($10^{-7}$) часть расстояния от Северного полюса до экватора по парижскому меридиану. Для определения этой величины была организована многолетняя и труднейшая экспедиция геодезистов Деламбра и Мешена.

За единицу массы — килограмм — была принята масса одного кубического дециметра (литра) чистой воды при температуре ее максимальной плотности (около $4°C$).

В 1799 году на основе этих определений были изготовлены платиновые эталоны — "архивный метр" и "архивный килограмм", которые стали прародителями современных единиц.

Развитие и международное признание

В XIX веке с развитием науки, особенно в области электричества и магнетизма, потребовалось расширение системы.

Система СГС (сантиметр-грамм-секунда) была предложена Британской ассоциацией содействия развитию науки в 1860-х годах и стала первой целостной системой для физических измерений. Она была очень удобна для теоретических расчетов, но ее производные единицы (например, для силы или энергии) были слишком малы для практического применения в инженерии.

Система МКС (метр-килограмм-секунда), основанная на более крупных и практичных единицах, постепенно стала вытеснять СГС, особенно в технике. В начале XX века итальянский инженер Джованни Джорджи показал, что если к системе МКС добавить одну электрическую единицу (например, ампер), то можно создать единую когерентную систему для механики и электромагнетизма.

Важнейшим шагом к глобализации стала Метрическая конвенция, подписанная в 1875 году. Этот международный договор учредил Международное бюро мер и весов (BIPM) и другие организации, ответственные за хранение международных эталонов и дальнейшее развитие метрической системы.

Международная система единиц (СИ)

На основе системы МКСА (метр-килограмм-секунда-ампер) в 1960 году XI Генеральная конференция по мерам и весам (CGPM) приняла и рекомендовала к использованию во всем мире Международную систему единиц (СИ, фр. Système International d'Unités, SI).

Изначально СИ включала шесть основных единиц: метр (длина), килограмм (масса), секунда (время), ампер (сила тока), кельвин (термодинамическая температура) и кандела (сила света). В 1971 году к ним была добавлена седьмая основная единица — моль (количество вещества).

Переопределение СИ 2019 года

Со временем выяснилось, что даже платино-иридиевый эталон килограмма, хранившийся под Парижем, не был абсолютно стабилен — его масса со временем менялась на микроскопические величины. Это, а также стремление к максимальной точности и воспроизводимости, привело к необходимости фундаментального пересмотра определений.

20 мая 2019 года вступило в силу новое определение СИ. Суть реформы заключалась в том, чтобы отказаться от всех материальных артефактов и определить все основные единицы через фиксированные значения фундаментальных физических констант.

• Секунда (с) определяется через частоту излучения атома цезия-133.
• Метр (м) определяется через фиксированное значение скорости света в вакууме $c$.
• Килограмм (кг) определяется через фиксированное значение постоянной Планка $h$.
• Ампер (А) определяется через фиксированное значение элементарного электрического заряда $e$.
• Кельвин (К) определяется через фиксированное значение постоянной Больцмана $k_B$.
• Моль (моль) определяется через фиксированное значение постоянной Авогадро $N_A$.
• Кандела (кд) определяется через фиксированное значение световой эффективности монохроматического излучения определенной частоты.

Таким образом, современная система единиц СИ является вершиной многовекового развития, представляя собой универсальный, стабильный и самосогласованный язык науки и техники, основанный на незыблемых законах Вселенной.

Ответ: История создания систем единиц прошла путь от нестабильных антропометрических мер (локоть, фут) в древности до создания во Франции в конце XVIII века первой научной метрической системы, основанной на десятичном принципе и естественных эталонах (метр как часть меридиана, килограмм как масса воды). В XIX-XX веках на ее основе развились системы СГС и МКС, что привело к международному признанию через Метрическую конвенцию 1875 года. В 1960 году была принята Международная система единиц (СИ), которая стала универсальным стандартом для науки и техники. Завершающим этапом стало революционное переопределение СИ в 2019 году, когда все основные единицы были определены через точные значения фундаментальных физических констант (скорость света, постоянная Планка и др.), что обеспечило их абсолютную стабильность и воспроизводимость.