Fyzikální jednotka

Základem nejen vědy a techniky, ale v podstatě všech disciplín, je už od pradávna pozorování a měření množství a kvality (stanovení počtu zásob, množství úrody atp.). Aby bylo možné se o množství bavit, tak vnikly jednotky. Vážná snaha o unifikaci fyzikálních jednotek se začala objevovat v období francouzské revoluce. Historicky se ve vědě používaly různorodé, mnohdy i vzájemně nekonzistentní jednotky. V současnosti, kdy je mezinárodním standardem soustava SI, je situace lepší, ale stále nedokonalá.[2]

Bude-li někdo chtít v Anglii v hospodě půllitr piva, dostane 1 pintu, tj. přibližně 0,57 litru piva.[2]

Mezinárodní systém jednotek SI (Le Système International d'Unités“) je mezinárodní úmluvou o fyzikálních veličinách. Definuje 7 základních jednotek, ze kterých je možno všechny ostatní aritmeticky odvodit. Definice těchto jednotek a uchovávání případných etalonů garantuje Mezinárodní úřad pro míry a váhy (Bureau international des poids et mesures – BIPM) ve Francii.[2]

V roce 1960 byla Soustava SI vyhlášena jako mezinárodně platná a začala být postupně implementována do právních řádů zemí. Nejprve měla 6 základních jednotek a od r. 1971 jich má 7 (přibyl mol). Garantem jednotek a etálonů v ČR je Český metrologický institut v Brně. V České republice jsou fyzikální jednotky řízeny vyhláškou Ministerstva průmyslu a obchodu České republiky.[2]

Definovat fyzikální jednotku není jednoduché, ale ještě těžší je někdy vysvětlení samotné fyzikální veličiny. Čtenář se sám může zamyslet jak definovat čas.[2]

Problémy s fyzikálními jednotkami - dopravní značka ve Velké Británii. Převzato z[2].

Fyzikální veličiny se udávají jako součin číselné hodnoty a fyzikální jednotky. Pokud je potřeba převést veličinu na jinou fyzikální jednotku (určenou k měření stejné veličiny), která je násobkem jednotky původní, stačí dosadit do tohoto součinu převodní vztah mezi jednotkami a upravit.

Příklad 1: Stůl je vysoký 75 cm. Máme zjistit, jaká je jeho výška v metrech. Řešení: Víme, že 1 m = 100 cm. Tím pádem 1 cm = 0,01 m (což zjistíme vydělením obou stran definiční rovnice stem). Přepočet výšky stolu na metry proběhne takto 75 cm = 75 × 0,01 m = 0,75 m.

Pokud není vztah mezi jednotkami přímou úměrou, je potřeba navíc provádět další úpravy (přičítání konstanty, logaritmování a podobně), které vycházejí z odlišné definice jednotek.

Příklad 2: Dusík má bod varu 77,15 K. Kolik je to stupňů Celsia? Řešení: Převod mezi jednotkami je: ${\displaystyle \textstyle t/^{\circ }\mathrm {C} =T/\mathrm {K} -273{,}15}$. To znamená, že teplota v Kelvinech je o 273,15 vyšší než stejná teplota udaná ve stupních Celsia. Od 77,15 tedy odečteme uvedenou konstantu a zjistíme, že bod varu dusíku je 77,15 - 273,15 = −196 °C.

Jestliže se jedná o jednotky složené (např. metry za sekundu na kilometry za hodinu), provádí se převod po jednotlivých dílčích jednotkách (zároveň převádíme metry na kilometry a sekundy na hodiny). Lze přitom použít i převod přes třetí soustavu jednotek, pokud neznáme vztahy přímo mezi jednotkami, které převádíme.

Příklad 3: 463 stop (ft) za minutu (min) je třeba převést na námořní uzly (kn). Víme, že 1 ft = 0,3048 m, 1 min = 60 s, 1 kn = 1 námořní míle (NM) / hodinu (h), 1 NM = 1852 m, 1 h = 3600 s.

${\displaystyle 463\,{\frac {\mathrm {ft} }{\mathrm {min} }}=463\,{\frac {\mathrm {ft} }{\mathrm {min} }}\cdot {\frac {0{,}3048\,\mathrm {m} }{1\,\mathrm {ft} }}\cdot {\frac {1\,\mathrm {min} }{60\,\mathrm {s} }}\cdot {\frac {1\,\mathrm {NM} }{1852\,\mathrm {m} }}\cdot {\frac {3600\,\mathrm {s} }{1\,\mathrm {h} }}=4{,}572\,{\frac {\mathrm {NM} }{\mathrm {h} }}=4{,}572\,\mathrm {kn} }$

463 stop za minutu jsme v prvním kroku výpočtu vynásobili jedničkami vyjádřenými z definičních rovnic jednotek (například vydělením rovnice 1 ft = 0,3048 m výrazem 1 ft zjistíme, že 1 = 0,3048 m / 1 ft). Zvolili jsme tyto jedničky tak, aby se ve druhém kroku nepotřebné jednotky vykrátily, číselné hodnoty vynásobily a vydělily a zůstal nám výsledek v požadovaných jednotkách.

Před každým výpočtem je nutné si ujasnit/ověřit/kontrolovat fyzikální jednotky. Není možné sčítat např. pascal a megapascal atp. Tento známý fakt se žáci učí již na základní škole. Pořekadlo "2x měř a 1x řež" platí i u fyzikálních jednotek.[2]

• Fyzikální veličina
• Metrická soustava
• Rozměrová zkouška
• Přirozená soustava jednotek
• CGS

• Obrázky, zvuky či videa k tématu fyzikální jednotka na Wikimedia Commons