Килограмм — значение этой физической единицы и ее роль в науке и повседневной жизни

Килограмм – это единица измерения массы в Международной системе единиц (СИ). Свойства килограмма и его определение являются одними из важнейших понятий в физике.

Основное определение килограмма основывается на массе прототипа килограмма, хранящегося в Международном бюро весов и мер во Франции. Долгие годы килограмм был определен как масса металлического цилиндра из платины и иридия, известного как “Прототип килограмма”. Однако, это определение имеет некоторые недостатки, так как масса прототипа с течением времени может изменяться.

Сохранение стабильности и точности определения килограмма долгое время было одной из сложных задач для физиков. В 2019 году вступило в силу обновленное определение килограмма, связанное с фундаментальными константами природы.

Что такое килограмм в физике?

Килограмм был введен для измерения массы и широко используется в научных и технических областях. Масса была выбрана как одна из семи основных единиц СИ, чтобы быть непосредственно доступной и удобной для использования повседневными людьми.

Однако, в последние годы стандартный физический прототип килограмма начал показывать небольшие изменения, вызванные естественными процессами и загрязнениями. Это привело к развитию более точных методов измерений массы, связанных с фундаментальными константами природы, такими как постоянная Планка и число Авогадро.

В 2019 году определение килограмма в СИ было обновлено, и теперь масса Международного прототипа килограмма определяется экспериментально связанным с постоянной Планка. Это позволяет более точное и непрерывное определение массы и открывает возможности для более точных измерений в научных и промышленных приложениях.

Определение и основные понятия

Определение килограмма основано на массе международного эталона, который представляет собой платиново-ирдиевый цилиндр, хранящийся в Международном бюро мер и весов во Франции. Согласно официальному определению, килограмм определяется как масса этого эталона.

Другими понятиями, связанными с килограммом, являются масса, плотность и сила тяжести. Масса – это количество вещества, содержащееся в теле, и измеряется в килограммах. Плотность – это отношение массы к объему, и измеряется в килограммах на кубический метр. Сила тяжести – это сила, с которой Толщина Земли притягивает тело к своему центру, и измеряется в ньютонах.

Килограмм важен не только в науке, но и в повседневной жизни. Он используется для измерения массы тела, продуктов питания, массы грузов и других предметов. Кроме того, единицей измерения килограмма можно выразить массу любого другого объекта или вещества путем сравнения с международным эталоном.

История килограмма

Оригинальное определение килограмма было связано с массой особого физического предмета — массы, известной как «Международный прототип килограмма» или просто «Килограмм-прототип». Этот металлический цилиндр был изготовлен из платины и иридия и имел очень точную массу 1 килограмм.

Килограмм-прототип был создан в 1889 году и представлял собой точную копию «Киля», французского стандарта массы, который, в свою очередь, являлся точной копией массы, хранящейся в Сен-Клу под Парижем.

Однако со временем стало понятно, что Килограмм-прототип меняет свою массу. Проблема заключается в том, что он подвержен коррозии, отказывается и изменяет свою массу на несколько микрограмм в год. Из-за этого было решено перейти к более стабильной и независимой от физических объектов определению килограмма.

В настоящее время проводится работа по связыванию килограмма с фундаментальными константами природы, такими как постоянная Планка и атомные константы. Это позволит определить килограмм более точно и несомненно.

Международный прототип килограмма

Международный прототип килограмма представляет собой цилиндр из 90% платины и 10% иридия, имеющий высоту 39 мм и диаметр 39 мм. Он хранится под стеклянным колпаком в специальной сейфе, чтобы защитить его от загрязнения и коррозии.

До 2019 года международный прототип килограмма использовался для сравнительных измерений массы, однако его недостатки вызвали потребность в новом определении килограмма. В мае 2019 года вступила в силу новая система определения килограмма, основанная на постоянной Планка. Теперь килограмм определяется через измерение связанной с константой Планка энергии фотона.

Металл и связь килограмма

Исторически килограмм был определен как масса платинового цилиндра, изготовленного в 1889 году. Однако, с течением времени стало известно, что масса этого цилиндра неустойчива и может изменяться. Кроме того, из-за накопления загрязнений и изнашивания, его масса постепенно уменьшалась.

Решение этой проблемы было найдено в использовании особого сплава, состоящего из платины и иридия. Этот сплав был использован для изготовления нового килограммового образца, который был определен в 1889 году. С тех пор этот образец стал международным стандартом килограмма и хранится в Международном бюро мер и весов в Севре, Франция.

Связь килограмма с металлом в основном заключается в использовании металла для изготовления стандартного образца. Это позволяет поддерживать стабильность и повторяемость измерений массы в мировой практике и научных исследованиях.

Однако, с развитием современных технологий и достижений в области физики, исследователи и инженеры ищут новые способы определения килограмма. В частности, активно исследуются методы, основанные на фундаментальных константах природы, таких как постоянная Планка или элементарный заряд.

Отношение килограмма к другим единицам величин

Таким образом, 1 килограмм равен 1000 граммам или примерно 2.20462 фунтам. Грамм, в свою очередь, является одной тысячной частью килограмма, а фунт — приблизительно 0.453592 килограмма. Эти отношения позволяют легко конвертировать массу из одной единицы величины в другую.

Кроме того, килограмм может быть связан с единицами массы вне СИ, такими как унция и тонна. Унция равна приблизительно 0.02835 килограмма, а тонна — 1000 килограммам. Знание этих отношений позволяет преобразовывать массу из килограммов в унции или тонны и наоборот.

Применение килограмма в науке и повседневной жизни

В физике килограмм используется для измерения массы всех объектов, от атомов и молекул до планет и звезд. Кроме того, килограмм входит в определение таких физических величин, как сила, ускорение и энергия.

В материаловедении килограмм играет важную роль, поскольку он используется для измерения массы различных материалов, таких как металлы, пластик и стекло. Это позволяет установить и контролировать их качество, а также проводить исследования и разработки новых материалов.

В повседневной жизни килограмм также широко используется. Он применяется при покупках продуктов в магазине, где масса товаров указана в килограммах. Кроме того, килограмм используется при приготовлении пищи и в рецептах, где важно точно соблюдать пропорции ингредиентов.

Важно отметить, что килограмм является частью Международной системы единиц (СИ), которая является международным стандартом измерения и используется во всем мире. Однако, в связи с несовершенством прежнего определения килограмма на основе физического прототипа, сейчас проводятся работы по замене его на определение на основе фундаментальных констант, таких как постоянная Планка.

Изменение килограмма в будущем

С 20 мая 2019 года старое определение килограмма (основанное на международном прототипе килограмма, хранящемся в Париже) было заменено на новое, основанное на постоянной Планка. Однако и это определение может быть изменено в будущем.

Созданная постоянная Планка определяет килограмм как определенное количество энергии, необходимое для перемещения электрона через проводник за определенный промежуток времени. Это позволяет получить одну из самых точных и стабильных определений килограмма. Однако, с развитием технологий и разработкой новых методов измерения, возможно будут найдены еще более точные способы определения килограмма.

Использование постоянной Планка также обеспечивает международную единообразность и возможность повторного воспроизведения результатов. Однако, с развитием научных исследований и появлением новых методов измерения, может потребоваться пересмотр и изменение определения килограмма в будущем.

Это означает, что определение килограмма будет продолжать эволюционировать и достигать все более точных значений в соответствии с прогрессом науки и технологий. Это также подчеркивает важность проведения постоянных международных измерений и сравнений для обеспечения единообразия и точности в определении килограмма в будущем.