Внесистемные единицы

Внесистемные единицы — это единицы измерения физических величин, не входящие ни в одну из принятых систем единиц (например, Международную систему единиц (СИ), систему СГС или МКГСС). Они не являются производными или основными единицами какой-либо системы и, как правило, возникли исторически, до появления системного подхода к измерениям, или используются в узких специальных областях. Несмотря на отсутствие системного статуса, многие внесистемные единицы широко применяются в науке, технике, быту и торговле из-за удобства, наглядности или традиции.

История

До введения в 1960 году Международной системы единиц (СИ) в мире существовало множество региональных и профессиональных единиц, не связанных между собой едиными правилами. С развитием метрологии и необходимостью унификации измерений в науке и промышленности возникла потребность в единой системе. Однако полный отказ от исторически сложившихся единиц оказался невозможен. Многие из них, такие как градус, литр, тонна, миллиметр ртутного столба, были сохранены в качестве внесистемных, но с чётким определением их соотношения с единицами СИ. В СССР и России внесистемные единицы регулировались государственными стандартами (ГОСТ 8.417-2002 и последующие редакции), которые устанавливали перечень допущенных к применению внесистемных единиц и их точные коэффициенты пересчёта.

Классификация

Внесистемные единицы можно разделить на несколько категорий по происхождению и области применения.

Единицы, допущенные к применению наравне с единицами СИ

Это наиболее многочисленная группа, включающая единицы, которые широко распространены в быту, промышленности и науке. Их использование разрешено без ограничений, но при необходимости они пересчитываются в единицы СИ. К ним относятся:

• Единицы времени: минута, час, сутки, неделя, месяц, год, век. Исторически они связаны с астрономическими циклами, но в современной науке время измеряется в секундах.
• Единицы плоского угла: градус, минута, секунда. Используются в геометрии, навигации, астрономии. Полный оборот — 360 градусов, 1 градус = 60 минут, 1 минута = 60 секунд.
• Единицы объёма: литр (л) и его производные (миллилитр, декалитр). 1 литр = 1 кубическому дециметру (дм³) = 0,001 м³. Широко применяется для измерения жидкостей и сыпучих веществ.
• Единицы массы: тонна (т) = 1000 кг. Используется в промышленности, транспорте, сельском хозяйстве.
• Единицы площади: гектар (га) = 100 аров = 10 000 м². Применяется в землеустройстве и сельском хозяйстве. Ар (а) = 100 м² (сотка).
• Единицы давления: миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.) и миллиметр водяного столба (мм вод. ст.). 1 мм рт. ст. ≈ 133,322 Па. Используются в метеорологии, медицине (измерение артериального давления), технике. Бар (бар) = 10⁵ Па. Применяется в гидравлике и аэродинамике.
• Единицы энергии: электронвольт (эВ) = 1,602176634×10⁻¹⁹ Дж. Используется в атомной и ядерной физике, физике элементарных частиц. Калория (кал) = 4,1868 Дж (в термохимии — 4,184 Дж). Применяется в теплотехнике и диетологии.
• Единицы мощности: лошадиная сила (л. с.) ≈ 735,5 Вт. Используется для характеристики мощности двигателей внутреннего сгорания (автомобили, тракторы, суда).
• Единицы длины: морская миля = 1852 м. Применяется в навигации и авиации. Ангстрем (Å) = 10⁻¹⁰ м. Используется в оптике, спектроскопии, кристаллографии. Световой год = 9,4607×10¹⁵ м. Применяется в астрономии. Астрономическая единица (а. е.) = 149 597 870 700 м. Используется для измерения расстояний в Солнечной системе.
• Единицы оптической силы: диоптрия (дптр) = 1/м. Применяется в офтальмологии и оптике. Используется для характеристики преломляющей способности линз.

Единицы, временно допущенные к применению

Некоторые единицы, хотя и не входят в СИ, продолжают использоваться в определённых отраслях до полного перехода на системные единицы. В России к ним относились, например, карат (метрический карат = 200 мг) для измерения массы драгоценных камней, а также некоторые единицы в текстильной промышленности (текс — линейная плотность нити).

Устаревшие и исторические единицы

Множество единиц, вытесненных СИ, сохранились в исторических документах, литературе и в быту некоторых стран. К ним относятся:

• Русские меры: верста (≈ 1066,8 м), сажень (≈ 2,1336 м), аршин (≈ 0,7112 м), вершок (≈ 44,45 мм), пуд (≈ 16,38 кг), фунт (≈ 409,5 г), золотник (≈ 4,266 г), ведро (≈ 12,3 л), штоф (≈ 1,23 л), десятина (≈ 1,0925 га).
• Английские и американские меры: дюйм (25,4 мм), фут (0,3048 м), ярд (0,9144 м), миля (1609,344 м), унция (28,3495 г), фунт (453,592 г), галлон (3,785 л в США, 4,546 л в Великобритании), баррель (≈ 158,987 л для нефти). Эти единицы до сих пор официально используются в США, Либерии и Мьянме.
• Античные меры: стадий (≈ 185 м), локоть (≈ 0,5 м), талант (≈ 26 кг), драхма (≈ 4,3 г).

Единицы, не допущенные к применению

В большинстве стран действуют законы, запрещающие использование единиц, не входящих в СИ или в перечень допущенных внесистемных, в официальных документах, торговле и образовании. Например, в России с 1 января 2010 года запрещено использование единиц, не предусмотренных Положением о единицах величин, допущенных к применению в Российской Федерации. Исключение составляют исторические и научные контексты.

Применение и значение

Внесистемные единицы играют важную роль в повседневной жизни. Человек ежедневно сталкивается с градусами (температура), часами (время), литрами (объём бензина или молока), тоннами (вес груза). В науке они используются для удобства: астрономы оперируют световыми годами и астрономическими единицами, физики — электронвольтами, оптики — диоптриями. В технике и промышленности лошадиные силы и миллиметры ртутного столба остаются привычными для специалистов.

Сохранение внесистемных единиц объясняется несколькими причинами:

• Традиция: смена единиц требует переобучения персонала, переиздания нормативной документации и замены измерительных приборов.
• Наглядность: градус Цельсия более понятен для описания погоды, чем кельвин; литр удобнее кубического метра для бытовых объёмов.
• Специфика области: в астрономии расстояния в метрах были бы неудобны из-за огромных чисел; в атомной физике электронвольт является естественной единицей энергии.

Критика

Основной недостаток внесистемных единиц — путаница при международных расчётах и в научных публикациях. Например, использование разных определений калории (термохимическая, международная, 15-градусная) может привести к ошибкам. Различие в единицах объёма (галлон в США и Великобритании) создаёт проблемы в торговле. Кроме того, внесистемные единицы часто не являются десятичными, что усложняет вычисления (например, 1 градус = 60 минут, 1 час = 60 минут). В связи с этим Международная организация мер и весов (BIPM) рекомендует по возможности переходить на единицы СИ, а внесистемные единицы использовать только в тех случаях, где это обосновано традицией или удобством.

Интересные факты

• В России до 1925 года действовала русская система мер, основанная на аршине и фунте. После перехода на метрическую систему многие старые единицы были запрещены, но в быту некоторые названия (например, «фунт» в значении 400 г) сохранились до сих пор.
• Единица «карат» (200 мг) происходит от семян рожкового дерева (цератонии), которые в древности использовались как эталон массы.
• Световой год — это расстояние, которое свет проходит за один юлианский год (365,25 суток) в вакууме. Он равен примерно 9,46 триллиона километров.
• В компьютерной технике часто используются двоичные приставки (киби-, меби-, гиби-), которые не входят в СИ, но являются внесистемными единицами для измерения объёма информации (1 кибибайт = 1024 байта).

Источники

• ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин».
• Положение о единицах величин, допущенных к применению в Российской Федерации (утверждено Постановлением Правительства РФ от 31 октября 2009 г. № 879).
• Международная система единиц (СИ). 9-е издание. BIPM, 2019.
• Физическая энциклопедия. Том 1. — М.: Советская энциклопедия, 1988.
• Краткий справочник по физике. — М.: Издательство стандартов, 1990.