ных весах нельзя определить вес тела. Просто мы привыкли употреблять слово «вес» вместо слова «масса». Эти понятия надо уметь различать и четко знать, что такое вес и что такое масса. Вес — это сила, с которой Земля притягивает к себе тела различной массы. В системе СИ вес (силу) измеряют в ньютонах. Вес массы в 1 кг на Земле равен 9,81 н, на Луне — 1,5 н. Когда обычно говорят, что тело весит 2 кгс, это значит, что оно притягивается к Земле так же, как и гиря массой в 2 кг. В физических единицах веса системы СИ оно весит, т. е. притягивается к Земле, с силой в 19,62 н.
Вернемся к эталону килограмма. Почему не приняли для него какой-либо естественный эталон, например массу углеродного атома? Принята же она в физике за единицу атомной массы элементов, и они измеряются ею с точностью до 10-12. Оказывается, что взвесить любой атом с помощью атома углерода ученые могут с величайшей точностью, но взвесить сам атом углерода или другой атом пока не могут. Казалось бы, можно очень точно взвесить на весах кристалл алмаза (ведь он состоит из чистого углерода), сосчитать число атомов в нем, высчитать таким образом вес одного атома и определить эталон килограмма числом атомов углерода, как определили длину метра числом световых волн. Но точно сосчитать число атомов в кристалле пока не удается. Число Авогадро (6,0248•1023), показывающее, сколько атомов содержится в грамм-атоме какого-либо элемента, известно пока еще с точностью не больше одной стотысячной. Такая точность для эталона недостаточна.
Единица времени — секунда. Эта единица, как уже говорилось, родилась в Вавилоне. И до недавнего времени, как и 6 тыс. лет назад, ее определяли как 1/86400 часть средних солнечных суток — времени оборота Земли вокруг своей оси.
Точные исследования показали, однако, что Земля вращается вокруг своей оси неравномерно и замедляет свой оборот на 0,002 секунды в столетие. Из-за этого в величине секунды появляется неопределенность до одной десятимиллионной. В системе СИ значение
секунды уточнено. За естественный эталон секунды принята длительность тропического года — так называют астрономы промежуток времени между весенними равноденствиями (23 марта). Ради еще большей точности выбран определенный тропический год, между весенними равноденствиями 1899 и 1900 гг., и принято, что в том году содержалось 31556925,9747 секунды. Точность определения секунды таким образом достигает одной стомиллиардной.
Практически время измеряют с помощью хронометров, сверяемых по сигналам точного времени, которые передаются по радио. Эти сигналы подаются при помощи точнейших кварцевых часов, в которых использовано свойство кварцевой пластинки, вырезанной из кристалла горного хрусталя: пластинка эта совершает в секунду строго определенное число колебаний — это очень точный маятник. Кварцевые часы обычно устанавливают в крупнейших обсерваториях, так как эти часы приходится сверять с временем, в которое Земля завершает годовой оборот вокруг Солнца. Еще точнее кварцевых изобретенные совсем недавно атомные или молекулярные часы. В них использовано свойство возбужденных атомов цезия или молекул аммиака совершать неизменное число колебаний в секунду.
Единица силы электрического тока — ампер. Значение, или эталон, этой единицы устанавливается на основе открытого Ампером фундаментального закона о взаимодействии электрических токов, протекающих по параллельным проводникам. Ампер — это сила тока, который, проходя по двум параллельным проводникам, расположенным в метре друг от друга, вызывает между ними силу притяжения, равную 2•10-7 н на каждый метр проводов. Для воспроизведения эталонного тока в 1 а применяют токовые весы (рис. 7). Ток пропускают через две катушки: одна из них неподвижна, а другая прикреплена к коромыслу точных аналитических весов. Подвижная катушка может втягиваться внутрь неподвижной, когда через них пропущен ток. Силу втягивания можно очень точно измерить, уравновесив ее весом гирь на другом плече коромысла весов. Определенный таким образом ампер не нуждается в естественном эталоне, так как он установлен посредством единиц длины и силы.
Рис. 7. Токовые весы. По обмоткам двух катушек (1 и 2), вставленных друг в друга, течет ток. Катушка 1 подвешена к коромыслу весов 3. Силу, втягивающую катушку 1 в катушку 2, уравновешивают весом гирь 4. Токовыми весами градуируют амперметр 6, которым затем будут измерять силу тока в любых других электрических цепях.
527