Jednotka SI
Obsah boxu
Šablona:Infobox Mezinárodní soustava jednotek, běžně označovaná zkratkou SI (z francouzského Le Système international d'unités), je celosvětově nejpoužívanější a nejdůležitější soustava měřicích jednotek. Představuje moderní a ucelenou formu metrické soustavy. Byla zavedena v roce 1960 na 11. Generální konferenci pro míry a váhy (CGPM) a od té doby prochází neustálým vývojem, který zajišťuje její přesnost a relevanci pro vědu, techniku, průmysl a obchod.
Soustava SI je postavena na sedmi základních jednotkách, od kterých jsou odvozeny všechny ostatní jednotky. Klíčovým milníkem v její historii byla redefinice z roku 2019, kdy byly všechny základní jednotky definovány na základě neměnných fyzikálních konstant, což zaručuje jejich stabilitu a univerzální reprodukovatelnost.
📜 Historie a vývoj
Kořeny soustavy SI sahají až do doby Francouzské revoluce, kdy byla poprvé navržena myšlenka jednotného a logického systému měření založeného na desítkové soustavě. Cílem bylo nahradit chaotický systém stovek různých lokálních jednotek, které bránily obchodu a vědecké spolupráci.
🏛️ Metrická konvence
Zásadním krokem k mezinárodní standardizaci bylo podepsání Metrické konvence 20. května 1875 v Paříži. Tímto aktem byly založeny tři mezinárodní organizace, které dodnes spravují systém měření:
- Generální konference pro míry a váhy (CGPM): Nejvyšší orgán, který se schází jednou za několik let a přijímá klíčová rozhodnutí.
- Mezinárodní výbor pro míry a váhy (CIPM): Poradní orgán složený z expertů, který připravuje podklady pro CGPM.
- Mezinárodní úřad pro míry a váhy (BIPM): Stálé mezinárodní centrum pro metrologii se sídlem v Sèvres u Paříže, které uchovává mezinárodní prototypy a provádí výzkum.
Původní metrický systém byl založen na jednotkách metr a kilogram, reprezentovaných fyzickými prototypy – platinovo-iridiovou tyčí a válcem.
🚀 Zrod soustavy SI
V průběhu 20. století se systém rozšiřoval. V roce 1954 10. CGPM definovala šest základních jednotek: metr, kilogram, sekunda, ampér, stupeň Kelvina (později přejmenovaný na kelvin) a kandela. Na 11. CGPM v roce 1960 byl tento rozšířený systém oficiálně pojmenován Mezinárodní soustava jednotek (SI). V roce 1971 byla přidána sedmá základní jednotka, mol, pro měření látkové množství.
💡 Redefinice v roce 2019
Nejvýznamnější změnou v historii SI byla redefinice schválená na 26. CGPM v roce 2018, která vstoupila v platnost 20. května 2019. Tato revoluční změna opustila koncept fyzických artefaktů (zejména mezinárodního prototypu kilogramu) a nově definovala všechny základní jednotky pomocí přesně stanovených hodnot sedmi fundamentálních fyzikálních konstant. Tím je zajištěno, že definice jsou stabilní v čase a prostoru a lze je realizovat v jakékoliv laboratoři na světě s dostatečnou přesností.
🧱 Základní jednotky SI
Soustava SI je založena na sedmi pečlivě definovaných základních jednotkách, které reprezentují různé fyzikální veličiny.
📏 Metr (m)
- Veličina: Délka
- Symbol: m
- Definice: Metr je definován fixací číselné hodnoty rychlosti světla ve vakuu c na přesně 299 792 458, je-li vyjádřena v jednotce m·s⁻¹.
⚖️ Kilogram (kg)
- Veličina: Hmotnost
- Symbol: kg
- Definice: Kilogram je definován fixací číselné hodnoty Planckovy konstanty h na přesně 6,626 070 15 × 10⁻³⁴, je-li vyjádřena v jednotce J·s, což je rovno kg·m²·s⁻¹.
⏱️ Sekunda (s)
- Veličina: Čas
- Symbol: s
- Definice: Sekunda je definována fixací číselné hodnoty frekvence přechodu mezi dvěma hladinami hyperjemné struktury základního stavu atomu cesia-133 (ΔνCs) na přesně 9 192 631 770, je-li vyjádřena v jednotce Hz, která je rovna s⁻¹.
⚡ Ampér (A)
- Veličina: Elektrický proud
- Symbol: A
- Definice: Ampér je definován fixací číselné hodnoty elementárního náboje e na přesně 1,602 176 634 × 10⁻¹⁹, je-li vyjádřen v jednotce C, která je rovna A·s.
🔥 Kelvin (K)
- Veličina: Termodynamická teplota
- Symbol: K
- Definice: Kelvin je definován fixací číselné hodnoty Boltzmannovy konstanty k na přesně 1,380 649 × 10⁻²³, je-li vyjádřena v jednotce J·K⁻¹, což je rovno kg·m²·s⁻²·K⁻¹.
🔬 Mol (mol)
- Veličina: Látkové množství
- Symbol: mol
- Definice: Mol je definován fixací číselné hodnoty Avogadrovy konstanty NA na přesně 6,022 140 76 × 10²³, je-li vyjádřena v jednotce mol⁻¹.
🕯️ Kandela (cd)
- Veličina: Svítivost
- Symbol: cd
- Definice: Kandela je definována fixací číselné hodnoty světelné účinnosti monochromatického záření o frekvenci 540 × 10¹² Hz (Kcd) na přesně 683, je-li vyjádřena v jednotce lm·W⁻¹, což je rovno cd·sr·W⁻¹.
⚙️ Odvozené jednotky SI
Odvozené jednotky jsou tvořeny kombinací (násobením a dělením) základních jednotek. Některé z nich mají pro zjednodušení vlastní názvy a symboly.
Některé příklady významných odvozených jednotek:
- Hertz (Hz) – frekvence (s⁻¹)
- Newton (N) – síla (kg·m·s⁻²)
- Pascal (Pa) – tlak (N/m²)
- Joule (J) – energie, práce, teplo (N·m)
- Watt (W) – výkon (J/s)
- Coulomb (C) – elektrický náboj (A·s)
- Volt (V) – elektrické napětí (W/A)
- Ohm (Ω) – elektrický odpor (V/A)
- Farad (F) – elektrická kapacita (C/V)
- Tesla (T) – magnetická indukce (Wb/m²)
- Stupeň Celsia (°C) – teplota (K - 273,15)
- Lumen (lm) – světelný tok (cd·sr)
- Becquerel (Bq) – radioaktivita (s⁻¹)
- Sievert (Sv) – dávkový ekvivalent (J/kg)
🔢 Předpony SI (Prefixy)
Předpony SI se používají k vytváření násobků a dílů jednotek v mocninách deseti. To umožňuje pohodlně vyjadřovat velmi velké i velmi malé hodnoty.
| Název | Symbol | Násobek | Hodnota |
|---|---|---|---|
| quetta | Q | 10³⁰ | 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 |
| ronna | R | 10²⁷ | 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 |
| yotta | Y | 10²⁴ | 1 000 000 000 000 000 000 000 000 |
| zetta | Z | 10²¹ | 1 000 000 000 000 000 000 000 |
| exa | E | 10¹⁸ | 1 000 000 000 000 000 000 |
| peta | P | 10¹⁵ | 1 000 000 000 000 000 |
| tera | T | 10¹² | 1 000 000 000 000 |
| giga | G | 10⁹ | 1 000 000 000 |
| mega | M | 10⁶ | 1 000 000 |
| kilo | k | 10³ | 1 000 |
| hekto | h | 10² | 100 |
| deka | da | 10¹ | 10 |
| (žádná) | 10⁰ | 1 | |
| deci | d | 10⁻¹ | 0,1 |
| centi | c | 10⁻² | 0,01 |
| mili | m | 10⁻³ | 0,001 |
| mikro | µ | 10⁻⁶ | 0,000 001 |
| nano | n | 10⁻⁹ | 0,000 000 001 |
| piko | p | 10⁻¹² | 0,000 000 000 001 |
| femto | f | 10⁻¹⁵ | 0,000 000 000 000 001 |
| atto | a | 10⁻¹⁸ | 0,000 000 000 000 000 001 |
| zepto | z | 10⁻²¹ | 0,000 000 000 000 000 000 001 |
| yokto | y | 10⁻²⁴ | 0,000 000 000 000 000 000 000 001 |
| ronto | r | 10⁻²⁷ | 0,000 000 000 000 000 000 000 000 001 |
| quecto | q | 10⁻³⁰ | 0,000 000 000 000 000 000 000 000 000 001 |
🌍 Význam a použití
Soustava SI je základním jazykem vědy, techniky a mezinárodního obchodu. Její používání je zákonem vyžadováno ve většině zemí světa, včetně celé Evropské unie a tedy i Česka.
Přestože je SI dominantním systémem, některé země, zejména 
, stále v běžném životě používají své tradiční jednotky (tzv. imperiální jednotky). I v těchto zemích je však soustava SI standardem ve vědeckých, lékařských a mnoha průmyslových odvětvích.
Nedůsledné používání různých systémů jednotek může vést k vážným problémům. Známým příkladem je ztráta sondy Mars Climate Orbiter v roce 1999, ke které došlo kvůli chybě v softwaru, kde jedna část programu počítala v jednotkách SI (newtonsekunda) a druhá v imperiálních jednotkách (libra-síla sekunda).
💡 Pro laiky
- Co je to soustava SI? Představte si, že celý svět se dohodl na používání jednoho jediného pravítka, jedněch vah a jedněch stopek. To je soustava SI. Zajišťuje, že když vědec v Japonsku naměří jeden metr, je to naprosto stejná délka jako jeden metr naměřený inženýrem v Německu. Díky tomu si mohou bez problémů vyměňovat informace, obchodovat a spolupracovat na složitých projektech.
- Proč se měnily definice v roce 2019? Dříve byl například kilogram definován jako hmotnost jednoho konkrétního válečku z platiny a iridia uloženého v trezoru ve Francii. Problém byl, že tento váleček mohl nepatrně změnit svou hmotnost (například usazením prachu nebo opotřebením). Nové definice jsou mnohem chytřejší – jsou založeny na přírodních zákonech, které jsou všude ve vesmíru stejné a neměnné. Je to jako definovat metr ne podle fyzického pravítka, ale podle toho, jakou vzdálenost urazí světlo za nepatrný zlomek sekundy. Takovou definici si může kdokoli a kdekoli na světě znovu vytvořit s obrovskou přesností.
- Základní vs. odvozené jednotky: Sedm základních jednotek (metr, kilogram, sekunda atd.) si můžeme představit jako základní barvy v malířské paletě. Všechny ostatní jednotky, kterým říkáme odvozené (např. jednotka pro rychlost – metry za sekundu), vznikají smícháním těchto základních "barev".