Из того, что до сих пор говорилось о движении, ясно, что при его изучении нужно определять по крайней мере две величины: перемещение и время.
Длины перемещений, как и промежутки времени, выражаются какими-то числами. Эти числа получают в результате измерений.
Измерить величину - значит сравнить ее каким-нибудь способом с однородной величиной, условно принятой за единицу измерения этой величины.
Можно, например, измерить длину школьного коридора, сравнив ее с длиной шага. Сосчитав, сколько шагов укладывается на длине коридора, мы узнаем, во сколько раз длина коридора больше длины шага. Это число (во сколько раз) и выражает длину коридора в шагах.
Следовательно, прежде всего необходимо выбрать единицу для измеряемой величины. Ее можно выбрать совершенно произвольно. Например, для измерения длины в разные времена и в разных странах применяли самые разнообразные единицы. Единицей длины служили и длина шага, и длина ступни человека, и расстояние от локтя до конца среднего пальца, и расстояние, проходимое пешеходом за день, и т. д. Когда мы читаем в комедии А. С. Грибоедова «Горе от ума»:
Строжайше б запретил я этим господам
На выстрел подъезжать к столицам,
мы понимаем, что здесь персонаж комедии Фамусов пользуется в качестве единицы длины расстоянием, которое пролетает снаряд, выпущенный из пушки, - эту своеобразную единицу длины охотно применяли в старину военные.
В настоящее время принята единая для всех стран единица длины - метр (м).
1 метр - это расстояние между двумя штрихами, нанесенными на стержне особой формы, изготовленном из сплава платины и иридия.
Этот, как говорят, эталон длины хранится в Международном бюро мер и весов во Франции. В других странах имеются точные копии этого эталона. По ним и устанавливается длина бесчисленных линеек-метров, которыми обычно и измеряют длину.
Кроме основной единицы длины - метра, широко пользуются единицами, которые в 10, 100, 1000 и т. д. раз больше или меньше метра (километр, сантиметр, миллиметр, микрометр).
Единицу времени тоже можно выбрать произвольно. Но нельзя, разумеется, изготовить эталон времени в виде какого-то предмета, вроде линейки-метра. Эталоном времени должна служить продолжительность какого-либо правильно повторяющегося процесса, если она строго постоянна. В настоящее время в качестве такого процесса выбрано движение Земли вокруг Солнца: один оборот Земля совершает за год. Но за единицу времени принимают не год, а определенную часть этого промежутка времени - секунду (сек):
1 год = 31556925,9747 сек (для очень грубых расчетов можно считать, что $1 год = \pi \cdot 10^{7} сек$).
В быту и технике часто применяют другие единицы времени: минуту (мин) и ч а с (ч): 1 мин = 60 сек и 1 ч = 3600 сек.
Кроме длины и времени, мы уже имели дело еще с одной величиной - скоростью. Нужно ли и для нее выбирать специальную единицу?
Этого, оказывается, можно не делать, потому что скорость, как мы знаем, связана с длиной и временем формулой
$v = \frac{s}{t}$.
Из этой формулы видно, что если за 1 сек какое-нибудь тело совершает перемещение длиной 1 м, то скорость тела окажется равной единице $\left ( 1 \frac{м}{с} )$. Скорость такого движения и можно принять за единицу скорости.
За единицу скорости принимают скорость такого равномерного прямолинейного движения, при котором тело за 1 сек совершает перемещение в 1 м.
Не выбирают специальной единицы, например, и при измерении объема, так как величина объема связана с величиной длины и объем можно измерять в кубических метрах. В каких же случаях надо выбирать специальную единицу измерения, а в каких не надо?
Между всеми физическими величинами существует определенная зависимость, потому что все явления природы связаны так или иначе между собой. Связь между величинами выражают в виде математических формул. Эти же формулы будут связывать между собой и единицы измерений физических величии. Поэтому единицы измерений одних величии можно выразить через единицы измерения других.
Можно выбрать небольшое чисkо величин (их называют основными) и для них произвольным образом установить единицы измерений. Единицы же для всех других величин (производных величин) можно тогда установить на основании математических формул, которые связывают их с основными величинами.
Совокупность установленных таким образом единиц для всех физических величин называют системой единиц.
Системы единиц могут быть разные. Они зависят как от того, какие физические величины выбраны в качестве основных, так и от выбора единиц измерения основных величин.
В настоящее время принята Международная система единиц (сокращенно обозначается СИ - Система Интернациональная). Она строится на основе семи основных величии, в число которых входят длина и время. В системе единиц СИ единицей длины является метр, а единицей времени - секунда. С остальными основными величинами, на которых основана система единиц СИ, и с их единицами измерения мы познакомимся позднее.
В физике, кроме системы единиц СИ, пользуются и другой системой единиц, обозначаемой сокращенно СГС (сантиметр, грамм, секунда). В этой системе единиц длина и время тоже входят в число основных величин. Но за единицу длины в ней принят не метр, а сантиметр. (Подробности о единицах длины и времени см. на форзаце.)
Определение единицы скорости, которое мы дали выше (1 м/сек), очевидно, относится к системе СИ. В системе СГС единицей скорости служит 1 см/сек.