Úvod do fyzikálních jednotek

Proč měříme

Měření provází lidstvo od samého počátku civilizace. Bez dohodnutých měr se nedá obchodovat, stavět ani provádět vědecké experimenty. Když středověký kupec prodával látku na lokty, musel se zákazník spoléhat na to, že loket prodavače je stejně dlouhý jako loket, který zná z domova. Často nebyl – a spory o míry patřily k nejčastějším příčinám obchodních konfliktů.

Právě proto vznikla potřeba jednotných, přesně definovaných jednotek, na kterých se shodnou všichni – bez ohledu na to, kde žijí nebo v jakém oboru pracují.

Co je to jednotka

Jednotka je dohodnutá, přesně stanovená velikost určité veličiny, se kterou porovnáváme měřené hodnoty. Když řekneme, že stůl je dlouhý 1,2 metru, říkáme tím, že jeho délka je 1,2krát větší než dohodnutá jednotka délky – metr.

Každá jednotka potřebuje definici – jednoznačný popis, jak ji vytvořit nebo ověřit. Historicky se jednotky definovaly pomocí fyzických předmětů (prototyp kilogramu v Sèvres) nebo lidského těla (stopa, loket, palec). Moderní jednotky jsou definovány pomocí přírodních konstant, které jsou všude ve vesmíru stejné.

Veličina a jednotka

Je důležité rozlišovat mezi veličinou a jednotkou. Veličina je vlastnost, kterou měříme – například délka, hmotnost, čas nebo teplota. Jednotka je pak konkrétní „měřítko" dané veličiny.

Jedna veličina může mít mnoho jednotek: veličinu délka lze vyjádřit v metrech, stopách, yardech, námořních mílích nebo světelných rocích. Všechny tyto jednotky měří totéž – liší se jen velikostí. Právě proto potřebujeme převodní tabulky, které udávají poměry mezi jednotkami.

Soustavy jednotek

V průběhu dějin vznikaly různé soustavy jednotek – ucelené sady vzájemně provázaných měr. Mezi nejvýznamnější patří:

Existence více soustav je hlavním důvodem, proč převody jednotek potřebujeme. Inženýr spolupracující s americkým kolegou musí převádět palce na milimetry, meteorolog porovnávající data z různých zemí může narazit na teplotu ve stupních Fahrenheita, Celsia i kelvina.

Soustava SI

Mezinárodní soustava SI (Système international d'unités) je dnes závazná ve většině zemí světa. Stojí na sedmi základních jednotkách: metr (délka), kilogram (hmotnost), sekunda (čas), ampér (elektrický proud), kelvin (teplota), mol (látkové množství) a kandela (svítivost). Podrobný přehled včetně definic, praktických realizací a vedlejších jednotek najdete na stránce jednotky SI.

V květnu 2019 vstoupila v platnost zásadní redefinice soustavy SI. Čtyři jednotky (kilogram, ampér, kelvin a mol) dostaly nové definice založené na přesných hodnotách přírodních konstant. Díky tomu jsou nyní všechny jednotky SI definovány přes neměnné vlastnosti přírody – nikoli přes fyzické předměty, které se mohou poškozovat nebo měnit. Je to nejvýznamnější změna v metrologii za posledních 130 let.

Odvozené jednotky

Ze základních jednotek se odvozují odvozené jednotky pro veličiny, které popisují složitější fyzikální jevy. Odvozená jednotka vzniká kombinací základních – násobením, dělením nebo umocňováním. Většina odvozených jednotek nese jméno po fyzikovi, který danou veličinu zkoumal.

Několik příkladů odvozených jednotek z běžného života:

Není nutné si pamatovat přesné vzorce – stačí vědět, že odvozené jednotky spojují více základních veličin dohromady a že vyjadřují vztahy mezi nimi. Úplný přehled odvozených a vedlejších jednotek najdete na stránce jednotky SI.

Jak převádět jednotky

Převod mezi jednotkami téže veličiny je v zásadě jednoduchý: stačí znát převodní koeficient – číslo, které udává poměr mezi dvěma jednotkami. Například 1 míle = 1609,344 metrů, tedy převodní koeficient míle vůči metru je 1609,344.

Na tomto webu najdete převodní koeficienty v převodních tabulkách, kde je u každé jednotky uveden koeficient vůči základní jednotce (zvýrazněné modře). Chcete-li převést mezi dvěma jednotkami, vydělte jejich koeficienty. Podrobná nápověda vysvětluje postup krok za krokem.

Pro rychlý převod můžete také využít on-line převodník, který výpočet provede za vás.

Příklady převodů

Převod délky: 2,5 metru = 250 centimetrů (koeficient cm je 0,01, tedy 2,5 / 0,01 = 250). Více v převodní tabulce délky.

Převod rychlosti: 72 km/h = 20 m/s (vydělíme 3,6). Tento převod je běžný ve fyzice nebo při výpočtech brzdné dráhy. Více v převodní tabulce rychlosti.

Převod teploty: 0 °C = 273,15 K. Pozor – u teploty nestačí jen jednoduchý násobek. Teplotní stupnice mají různé nulové body, takže převod zahrnuje i přičtení nebo odečtení konstanty. Například převod ze stupňů Celsia na Fahrenheita: TF = TC × 9/5 + 32. Více v převodní tabulce teploty.

Jednotky a jejich jména

Většina odvozených jednotek SI nese jméno po slavném fyzikovi nebo vědci, který přispěl k pochopení dané veličiny. Původ názvů jednotek odhaluje zajímavé příběhy – od Alessandra Volty a jeho elektrického článku přes Nikolu Teslu a střídavý proud až po Henriho Becquerela a objev radioaktivity.

Na tomto webu najdete životopisy více než 110 fyziků, po nichž jsou pojmenovány jednotky, konstanty nebo fyzikální jevy.

Kam dál