Кубический метр: единица объёма

Кубический метр — это единица объёма в Международной системе единиц (СИ), равная объёму куба с ребром длиной ровно 1 метр. Обозначается символом м³ (в международной записи — m³). Является основной производной единицей объёма в СИ, от которой образуются кратные и дольные единицы, такие как кубический километр, кубический дециметр (литр) и кубический сантиметр. Кубический метр широко применяется в науке, технике, строительстве, торговле и быту для измерения объёмов твёрдых тел, жидкостей и газов.

История

Понятие объёма как меры вместимости трёхмерного пространства существовало с древности, но единая метрическая система мер была введена во Франции в конце XVIII века. В 1795 году во Франции был принят закон о метрической системе, в котором метр определялся как одна десятимиллионная часть четверти земного меридиана. Кубический метр как производная единица был определён как объём куба со стороной в один метр. В 1875 году семнадцать стран, включая Российскую империю, подписали Метрическую конвенцию, что закрепило международное признание метрической системы. В 1960 году на XI Генеральной конференции по мерам и весам была принята Международная система единиц (СИ), в которой кубический метр стал основной единицей объёма.

В России метрическая система была введена в качестве обязательной с 1 января 1927 года, хотя фактически использовалась и ранее. До этого в Российской империи применялись традиционные меры объёма: ведро (около 12,3 литра), четверть (около 26,2 литра), бочка (около 491,96 литра) и другие. С переходом на метрическую систему кубический метр вытеснил эти единицы.

Определение и стандарт

В современной СИ кубический метр определяется через метр — единицу длины. С 1983 года метр определяется как расстояние, которое свет проходит в вакууме за 1/299 792 458 секунды. Соответственно, кубический метр — это объём, занимаемый кубом, каждое ребро которого равно такому расстоянию. На практике для воспроизведения эталона кубического метра используются точные средства измерения длины, а не материальные образцы.

Хотя существуют эталонные килограммы (платиново-иридиевые гири), эталонного кубического метра в виде физического объекта не существует. Вместо этого для калибровки мер объёма (например, мерных колб или цистерн) используются методы, основанные на измерении геометрических размеров или на вытеснении жидкости.

Соотношение с другими единицами объёма

Кубический метр связан с другими единицами объёма, как в СИ, так и в других системах:

Важно отметить, что литр (л) официально является внесистемной единицей, допускаемой к использованию наравне с СИ, и равен 1 кубическому дециметру. В 1964 году на XII Генеральной конференции по мерам и весам было уточнено, что литр — это точное название кубического дециметра.

Применение

В строительстве и архитектуре

Кубический метр является основной единицей для измерения объёмов строительных материалов: бетона, кирпичной кладки, древесины, грунта. Например, при заливке фундамента заказывают определённое количество кубометров бетона. Объём помещения (жилая площадь, складские ёмкости) также выражается в м³. В России и многих других странах тарифы на водоснабжение и водоотведение рассчитываются исходя из потреблённых кубических метров воды.

В промышленности и логистике

В грузоперевозках объём груза (грузовместимость контейнера, кузова фуры) измеряется в кубических метрах. Стандартный 20-футовый контейнер имеет внутренний объём около 33 м³, 40-футовый — около 67 м³. В химической и нефтегазовой промышленности объёмы жидкостей и газов (при нормальных условиях) также измеряются в м³.

В науке

В физике, химии, биологии кубический метр используется для измерения объёмов тел, концентраций (например, моль на кубический метр — моль/м³), плотности (кг/м³). В метеорологии количество осадков измеряется в миллиметрах, но объём выпавшей воды на площадь может пересчитываться в кубические метры. В астрономии объёмы планет и звёзд часто выражаются в кубических километрах (10⁹ м³).

В быту

Хотя в быту чаще используют литры (для жидкостей) или кубические сантиметры (для мелких предметов), кубический метр применяется для оценки крупных объёмов: бассейны (например, объём 10 м³), аквариумы, дровяные поленницы (складочный кубометр дров — это примерно 0,7 м³ плотной древесины).

Кратные и дольные единицы

В СИ для образования кратных и дольных единиц используются стандартные приставки:

• Кубический километр (км³) — 10⁹ м³. Используется для измерения объёмов водоёмов (озеро Байкал — около 23 615 км³), горных пород, атмосферы.
• Кубический дециметр (дм³) — 10⁻³ м³. То же, что литр. Широко применяется в быту и лабораторной практике.
• Кубический сантиметр (см³) — 10⁻⁶ м³. Используется в медицине (объём доз лекарств), в технике (рабочий объём двигателя внутреннего сгорания — в см³ или литрах).
• Кубический миллиметр (мм³) — 10⁻⁹ м³. Применяется в микроэлектронике, микроскопии.

Особенности измерения объёмов газов

Объём газов сильно зависит от температуры и давления. Поэтому для газов кубический метр часто указывают при нормальных условиях (н.у.): температура 0 °C (273,15 К) и давление 101 325 Па (1 атмосфера). В таких случаях говорят о «нормальном кубическом метре» (нм³). В технике также используется «стандартный кубический метр» (ст. м³) при 20 °C и 101 325 Па. Без указания условий объём газа не является однозначной величиной.

Интересные факты

• Объём куба со стороной 1 метр составляет 1 м³, но площадь его поверхности — 6 м².
• В одном кубическом метре воздуха при нормальных условиях содержится примерно 44,6 моля газа (закон Авогадро).
• Самый большой в мире искусственный кубический метр (из титана) был создан в 2016 году в Германии как арт-объект.
• В России для учёта расхода природного газа в быту часто используют единицу «кубометр» (м³), но при этом газ измеряется при рабочих условиях (температура и давление газа в трубе), а затем пересчитывается к стандартным условиям для тарификации.

Источники

• Международная система единиц (СИ). Брошюра СИ: 9-е издание, 2019. (BIPM)
• ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин».
• Физическая энциклопедия. Том 2. — М.: Советская энциклопедия, 1990.
• История метрической системы мер. — М.: Издательство стандартов, 1975.