Mõõtühikute süsteemid.

1. Mõõtühikute süsteemid. Konspekt 10. klassile Tarmo Vana VKG Jaanuar 2012

2. Konspekti koostamisel on kasutatud Indrek Peili abistavat konspekti 10. klassile Füüsikalise looduskäsitluse alused.

3. Mõõtühik ja etalon Teadaolevat suurust, millega mõõtmise käigus mõõdetavat suurust võrreldakse, nimetatakse mõõtühikuks. Mõõtühik pole looduse poolt ette antud. Mõõtja peab ise otsustama, millega ta mõõdetavat suurust võrdleb. Kui aednik soovib ruudukujulise lillepeenra kontuure maha märkida, võib ta kasutada mistahes pikkusega nöörijuppi.

4. Mõõtühik ja etalon Selle nööri pikkusega võrreldes saab ta oma lillepeenra kõik küljed ühepikkuseks mõõta. Kui naaberaednik leiab, et peenar on sedavõrd kaunis, et tasub oma aias matkimist, ei piisa tal selle väljamõõtmiseks teadmisest, mitu nöörijuppi peenra külg pikk on. Ta peab teadma ka seda, kui pikk oli algsel mõõtmisel kasutatud mõõdunöör. Erinevad mõõtjad peavad üksteisest arusaamiseks kokku leppima ühesugused mõõtühikud.

5. Mõõtühik ja etalon Mõõtühik pole looduse poolt ette määratud, vaid see lepitakse ühesuguse mõistmise tagamiseks mõõtjate poolt kokku. Mõõtühik on kokkuleppeline suurus. Mõõtühikut on võimalik kokku leppida vaid siis, kui kõik mõõtjad saavad oma mõõtevahendi valmistamisel lähtuda ühest ja samast mõõtühiku näidisest. Mõõtühiku kokkuleppimisel kasutatavat näidist nimetatakse mõõtühiku etaloniks (estalon — vanaprantsuse k ideaalne hobune).

6. Mõõtühik ja etalon Mõõtmise aluseks olev etalon tuleb kokku leppida nii, et see tugineks mingile looduses väga püsivale suurusele. Omal ajal Inglismaal kehtestatud pikkusühik jalg (foot) olevat kokku lepitud briti keskmise mehe jalalaba pikkusest lähtudes. Samas nõustume tänapäeval kõik sellega, et jalalaba keskmine pikkus pole suurus, mis erinevatel ajastutel muutumatuna püsiks. Mõõtühiku aluseks olevaks etaloniks tuleks valida selline objekt, mis on looduses võimalikult muutumatu. Mõõtühiku etalon peab olema täpselt taastatav.

7. Mõõtühikute süsteem Kõikide suuruste mõõtühikute kokkuleppimiseks pole võimalik ega ka vajalik looduslikke  näidiseid leida. Piisab, kui kokku lepitakse vaid mõned etaloniga ühikud. Kõik ülejäänud saab tuletada nende kaudu. Mõõtühikud liigitatakse põhiühikuteks ja tuletatud ühikuteks.

8. Mõõtühikute süsteem Põhiühikuteks nimetatakse vähest arvu üksteisest sõltumatuid mõõtühikuid, mida saab etalonide abil võimalikult täpselt määratleda. Ülejäänud suuruste mõõtühikud on tuletatud ühikud, mis defineeritakse põhiühikute kaudu suurustevaheliste seoste abil. Kokkulepitud põhiühikud ning neist tuletatud ülejäänud mõõtühikud moodustavad kogumi, mida nimetatakse mõõtühikute süsteemiks.

9. Mõõtühikute süsteem Üleriigilised mõõtühikute süsteemid kehtestati 17. - 19. sajandil. Näiteks 1824. aastal kehtestati kogu Briti impeeriumis ametlik Impeeriumi Mõõtude Süsteem (Imperial Units), mille aluseks on pikkusühik Impeeriumi Jard (Imperial yard — 0,9144 m). Kolmandik jardi moodustab jala ja üks toll on 1/12 jalga. Selle süsteemiga puutume kokku, kui vaatame Ameerika filme, kuna seal kehtib impeeriumi mõõtude süsteem väikeste muudatustega ametlikult veel tänapäevalgi. Pikemaid vahemaid mõõdetakse näiteks miilides (1760 jardi), ruumala pintides (0,568 dm3) ja gallonites (8 pinti), massi naelades (0,454 kg) ja untsides (1/16 naela).

10. Mõõtühikute süsteem Tollkeere Niidi nr

11. Mõõtühikute süsteem 19.-20. sajandil võeti enamikus riikides (Prantsusmaal 1840) kasutusele Suure Prantsuse Revolutsiooni ajal loodud meetermõõdustik. Meetermõõdustikust lähtub tänapäevane rahvusvaheline mõõtühikute süsteem (SI), mis kaalude ja mõõtude XI peakonverentsi otsusega 1960. aastal üle maailma eelissüsteemiks tunnistati. Rahvusvaheline mõõtühikute süsteem on alates 1982. aastast Eestis kohustuslik.

12. Rahvusvaheline mõõtühikute süsteem SI Rahvusvahelise mõõtühikute süsteemi loomine sai alguse Prantsusmaalt ning prantsuse keelest pärineb ka selle lühend SI (Système international d'unités). SI põhiühikuteks on pikkuse, massi, aja, temperatuuri, elektrivoolu tugevuse ja valgustugevuse ühikud.

13. SI- süsteemi põhisuurused ja nende ühikud on: suurus suuruse tähis ühik ühiku tähis meeter 1m pikkus l mass m kilogramm 1kg aeg sekund 1s t voolutugevus I amper 1A temperatuur T kelvin 1K valgustugevus I kandela 1cd mool 1mol ainehulk

14. Hetkel kehtivad SI põhisuuruste etalonid 1 meeter on valguse poolt 1/299 792 458 sekundiga vaakumis läbitav vahemaa 1 sekund on tseesiumi 133Cs aatomi teatud kiirguse 9 192 631 770 võnkeperioodi. 1 kilogramm on plaatina-iriidiumi sulamist silindrikujuline prototüüp. 1 kelvinon 1⁄273,16 vee kolmikpunkti termodünaamilisest temperatuurist 1 amper on voolutugevus, mille korral 1m pikkused juhtmed mõjutavad teineteist 1 m kauguselt jõuga 2 × 10–7 N.

15. Hetkel kehtivad SI põhisuuruste etalonid 1 kandela on valguslaine sagedusega 540×1012 Hz, mis kiiratakse võimsusega  1⁄683 W ruuminurka 1 sr.  1 mool on aatomite arv 12 grammis süsinikus 12C.

16. Põhiühikutele lisaks on defineeritud veel kaks lisaühikut, millel pole etaloni: Steradiaan on ruuminurk, mis eraldab oma tipu ümber kujundatud sfäärist osa, mille pindala võrdub selle sfääri raadiuse ruuduga.

17. Mittesüsteemsed ühikud Arusaamatuste ja õnnetuste vältimiseks tohib üheskoos kasutada vaid ühe ja sama mõõtühikute süsteemi ühikuid. Siiski on lubatud SI ühikute kõrval kasutada ka selliseid igapäevaelus juurdunud mittesüsteemseid ühikuid nagu massiühik tonn, ajaühikud ööpäev, tund ja  minut, nurgakraad, pindalaühik hektar, mahuühik liiter ning energiaühikud elektronvolt ja kilovatt-tund. Teadustöös ja füüsikaülesannete lahendamisel tuleb mittesüsteemsed ühikud kindlasti SI ühikuteks teisendada!

18. SI põhiühikute kohta saab eesti keeles lähemalt lugeda ajakirja Tarkade Klubi 2011. aasta septembrinumbris ilmunud Arko Oleski artiklist "Kui raske on kilogramm?".

19. Avaldage põhiühikutes njuuton, džaul ja vatt.