8. Fyysisen suuren todellinen, todellinen ja mitattu arvo.
Fysikaalinen määrä on yksi fyysisen kohteen (ilmiön, prosessin) ominaisuuksista, joka on laadullisesti yhteinen monille fyysisille objekteille, mutta eroaa kvantitatiivisesti.
Mittausten tarkoituksena on määrittää fyysisen suuren arvo - tietty määrä sille hyväksyttyjä yksiköitä (esim. tuotteen massan mittaustulos on 2 kg, rakennuksen korkeus 12 m jne. ).
Riippuen objektiivisuuden lähentymisasteesta, erotetaan fyysisen suuren todelliset, todelliset ja mitatut arvot.
Fyysisen suuren todellinen arvo- Tämä on arvo, joka ihannetapauksessa heijastaa kohteen vastaavaa ominaisuutta laadullisesti ja määrällisesti. Mittausvälineiden ja -menetelmien epätäydellisyyden vuoksi on käytännössä mahdotonta saada määrien todellisia arvoja. Ne voidaan vain kuvitella teoreettisesti. Ja mittauksen aikana saadut arvot lähestyvät vain enemmän tai vähemmän todellista arvoa.
Fyysisen suuren todellinen arvo- tämä on kokeellisesti löydetyn suuren arvo ja niin lähellä todellista arvoa, että sitä voidaan käyttää tiettyyn tarkoitukseen sen sijaan.
Fyysisen suuren mitattu arvo- tämä on arvo, joka saadaan mittaamalla erityisillä menetelmillä ja mittausvälineillä.
9. Mittausten luokittelu mitatun arvon aikariippuvuuden ja mittausarvosarjojen mukaan.
Mittausarvon muutoksen luonteen mukaan - staattiset ja dynaamiset mittaukset.
Dynaaminen mittaus - suuren mittaus, jonka koko muuttuu ajan myötä. Mitatun suuren koon nopea muutos edellyttää sen mittaamista tarkimmalla ajanhetken määrityksellä. Esimerkiksi etäisyyden mittaaminen Maan pinnan tasoon kuumailmapallo tai mittaamalla sähkövirran vakiojännitettä. Pohjimmiltaan dynaaminen mittaus on mittaussuureen toiminnallinen riippuvuus ajasta.
Staattinen mittaus - huomioon otettavan suuren mittaus määrätyn mittaustehtävän mukaisesti eikä muutu koko mittausjakson aikana. Esimerkiksi valmistetun tuotteen lineaarisen koon mittaamista normaalilämpötilassa voidaan pitää staattisena, koska lämpötilanvaihtelut konepajassa asteen kymmenesosien tasolla aiheuttavat enintään 10 μm/m mittausvirheen, mikä on merkityksetöntä verrattuna. osan valmistusvirheeseen. Siksi tässä mittaustehtävässä mitattua määrää voidaan pitää muuttumattomana. Kun linjan pituusmitta kalibroidaan valtion ensisijaista standardia vastaan, termostaatti varmistaa lämpötilan 0,005 °C:n tasolla pysymisen stabiiliuden. Tällaiset lämpötilan vaihtelut aiheuttavat tuhat kertaa pienemmän mittausvirheen - enintään 0,01 μm/m. Mutta tässä mittaustehtävässä se on olennaista, ja lämpötilan muutosten huomioon ottaminen mittausprosessin aikana on edellytys vaaditun mittaustarkkuuden varmistamiselle. Siksi nämä mittaukset tulisi suorittaa dynaamisella mittaustekniikalla.
Perustuu olemassa oleviin mittausarvoihin päällä sähkö ( virta, jännite, teho) , mekaaninen ( massa, tuotteiden lukumäärä, vaiva); , Lämpövoima(lämpötila, paine); , fyysistä(tiheys, viskositeetti, sameus); kemiallinen(koostumus, kemialliset ominaisuudet, pitoisuus) , radiotekniikka jne.
Mittausten luokittelu tuloksen saantimenetelmän mukaan (tyypeittäin).
Mittaustulosten saantimenetelmän mukaan ne erotetaan: suorat, epäsuorat, kumulatiiviset ja yhteismittaukset.
Suorat mittaukset ovat sellaisia, joissa mitatun suuren haluttu arvo saadaan suoraan kokeellisista tiedoista.
Epäsuorat mittaukset ovat sellaisia, joissa mitatun suuren haluttu arvo löydetään mitatun suuren ja suorilla mittauksilla määritettyjen suureiden välisen tunnetun suhteen perusteella.
Kumulatiiviset mittaukset ovat sellaisia, joissa mitataan useita samannimiä suureita samanaikaisesti ja määritetty arvo löydetään ratkaisemalla yhtälöjärjestelmä, joka saadaan samannimisen suureiden suorien mittausten perusteella.
Kahden tai useamman eri suuren mittauksia niiden välisen suhteen löytämiseksi kutsutaan yhteiseksi.
Mittausten luokittelu olosuhteiden mukaan, jotka määräävät tuloksen tarkkuuden ja mittausten määrän tuloksen saamiseksi.
Tuloksen tarkkuuden määräävien ehtojen mukaan mittaukset jaetaan kolmeen luokkaan:
1. Mittaukset suurimmalla mahdollisella tarkkuudella, joka on saavutettavissa nykyisellä teknologiatasolla.
Näitä ovat ennen kaikkea standardimittaukset, jotka liittyvät fysikaalisten suureiden vakiintuneiden yksiköiden toistamisen mahdollisimman suureen tarkkuuteen, ja lisäksi fysikaalisten vakioiden, ensisijaisesti universaalien (esimerkiksi painovoiman kiihtyvyyden itseisarvo, protonin gyromagneettinen suhde jne.).
Tämä luokka sisältää myös erikoismittauksia, jotka vaativat suurta tarkkuutta.
2. Kontrolli- ja varmistusmittaukset, joiden virhe tietyllä todennäköisyydellä ei saisi ylittää tiettyä määritettyä arvoa.
Näitä ovat laboratorioiden suorittamat mittaukset, jotka valvovat valtion toteuttamista ja standardien noudattamista sekä mittauslaitteiden tilaa ja tehdasmittauslaboratorioita, jotka takaavat tuloksen virheen tietyllä todennäköisyydellä, joka ei ylitä tiettyä ennalta määrättyä arvoa.
3. Tekniset mittaukset, joissa tuloksen virhe määräytyy mittauslaitteiden ominaisuuksien mukaan.
Esimerkkejä teknisistä mittauksista ovat mittaukset, jotka suoritetaan tuotantoprosessin aikana koneenrakennusyrityksissä, voimalaitosten vaihteistoissa jne.
Mittausten lukumäärän perusteella mittaukset jaetaan yksittäisiin ja moniin.
Yksittäinen mittaus on yhden suuren mittaus kerran. Käytännössä yksittäisissä mittauksissa on suuri virhe, joten virheen pienentämiseksi on suositeltavaa suorittaa tämän tyyppiset mittaukset vähintään kolme kertaa ja ottaa tulokseksi niiden aritmeettinen keskiarvo.
Useat mittaukset ovat yhden tai useamman suuren mittauksia, jotka suoritetaan vähintään neljä kertaa. Monimittaus on yksittäisten mittausten sarja. Mittausten vähimmäismäärä, jolla mittausta voidaan pitää useana, on neljä. Useiden mittausten tulos on kaikkien tehtyjen mittausten tulosten aritmeettinen keskiarvo. Toistuvilla mittauksilla virhe pienenee.
Satunnaismittausvirheiden luokittelu.
Satunnaisvirhe on mittausvirheen komponentti, joka muuttuu satunnaisesti saman suuren toistuvien mittausten aikana.
1) Karkea - ei ylitä sallittua virhettä
2) Puuttuminen on törkeä virhe, riippuu henkilöstä
3) Odotettu - saatu luomisen aikana tehdyn kokeen tuloksena. ehdot
Fyysiset määrät
Fyysinen määrä– tämä on fyysisten esineiden tai ilmiöiden ominaisuus aineellinen maailma, yhteinen monille esineille tai ilmiöille laadullisessa mielessä, mutta yksilöllinen määrällisesti jokaisessa niistä. Esimerkiksi massa, pituus, pinta-ala, lämpötila jne.
Jokaisella fyysisellä suurella on omansa laadulliset ja määrälliset ominaisuudet .
Laadulliset ominaisuudet määräytyy sen perusteella, mikä aineellisen esineen ominaisuus tai mikä aineellisen maailman piirre tämä suure on. Siten ominaisuus "lujuus" luonnehtii kvantitatiivisesti materiaaleja, kuten terästä, puuta, kangasta, lasia ja monia muita, kun taas lujuuden määrällinen arvo jokaiselle niistä on täysin erilainen.
Käsite otetaan käyttöön minkä tahansa kohteen ominaisuuden sisällön kvantitatiivisen eron tunnistamiseksi fysikaalisen suuren avulla. fyysisen määrän kokoa . Tämä koko asetetaan prosessin aikana mitat- joukko toimenpiteitä, jotka suoritetaan suuren kvantitatiivisen arvon määrittämiseksi (liittovaltion laki "mittausten yhdenmukaisuuden varmistamisesta")
Mittausten tarkoituksena on määrittää fyysisen suuren arvo - tietty määrä sille hyväksyttyjä yksiköitä (esim. tuotteen massan mittaustulos on 2 kg, rakennuksen korkeus 12 m jne. ). Kunkin fyysisen suuren kokojen välillä on suhteita numeeristen muotojen muodossa (kuten "enemmän", "vähemmän", "tasa-arvo", "summa" jne.), jotka voivat toimia mallina tälle suurelle.
Riippuen objektiivisuuden lähentämisestä ne erottuvat fyysisen suuren todelliset, todelliset ja mitatut arvot .
Fyysisen suuren todellinen arvo on tämä on arvo, joka ihannetapauksessa heijastaa kohteen vastaavaa ominaisuutta laadullisesti ja määrällisesti. Mittausvälineiden ja -menetelmien epätäydellisyyden vuoksi on käytännössä mahdotonta saada määrien todellisia arvoja. Ne voidaan vain kuvitella teoreettisesti. Ja mittauksen aikana saadut arvot lähestyvät vain enemmän tai vähemmän todellista arvoa.
Fyysisen suuren todellinen arvo on tämä on kokeellisesti löydetyn suuren arvo ja niin lähellä todellista arvoa, että sitä voidaan käyttää sen sijaan tiettyyn tarkoitukseen.
Fyysisen suuren mitattu arvo - tämä on arvo, joka saadaan mittaamalla erityisillä menetelmillä ja mittausvälineillä.
Mittauksia suunniteltaessa tulee pyrkiä varmistamaan, että mittaussuureiden alue vastaa mittaustehtävän vaatimuksia (esimerkiksi valvonnan aikana mitattujen suureiden tulee heijastaa vastaavia tuotteen laadun indikaattoreita).
Jokaisen tuoteparametrin on täytettävä seuraavat vaatimukset:
Mitatun arvon sanamuodon oikeellisuus, poissulkien mahdollisuus erilaisia tulkintoja(esimerkiksi on tarpeen määritellä selkeästi, missä tapauksissa tuotteen "massa" tai "paino", astian "tilavuus" tai "kapasiteetti" jne. määritetään);
Mitattavan kohteen ominaisuuksien varmuus (esim. "huoneen lämpötila ei ylitä ... °C" mahdollistaa erilaisia tulkintoja. Vaatimuksen sanamuotoa on tarpeen muuttaa niin, että että on selvää, onko tämä vaatimus asetettu huoneen maksimi- vai keskilämpötilalle, mikä otetaan edelleen huomioon mittauksia tehtäessä);
Standardoitujen termien käyttö.
Kutsutaan fyysistä määrää, jolle määritelmän mukaan on annettu numeerinen arvo, joka on yhtä suuri kuin yksi fyysisen määrän yksikkö.
Monet fysikaalisten suureiden yksiköt toistetaan mittauksiin käytetyillä mitoilla (esim. metri, kilogramma). Päällä alkuvaiheessa aineellisen kulttuurin kehitys (orjapito- ja feodaalisissa yhteiskunnissa) oli yksiköitä pienelle joukolle fyysisiä määriä - pituus, massa, aika, pinta-ala, tilavuus. Fysikaalisten suureiden yksiköt valittiin ilman yhteyttä toisiinsa, ja lisäksi ne olivat erilaisia eri maat ja maantieteelliset alueet. Näin syntyi suuri määrä yksiköitä, jotka olivat usein identtisiä nimellä, mutta kooltaan erilaisia - kyynärpäät, jalat, kilot.
Kansojen välisten kauppasuhteiden laajentuessa ja tieteen ja tekniikan kehittyessä fyysisten määrien yksiköiden määrä lisääntyi ja tarve yksiköiden yhdistämiselle ja yksikköjärjestelmien luomiselle tuntui yhä enemmän. Fyysisten suureiden yksiköistä ja niiden järjestelmistä alettiin tehdä kansainvälisiä erityissopimuksia. 1700-luvulla Ranskassa ehdotettiin metristä mittajärjestelmää, joka sai myöhemmin kansainvälisen tunnustuksen. Sen pohjalta rakennettiin joukko metrisiä yksikköjärjestelmiä. Tällä hetkellä fysikaalisten määrien yksiköiden lisää tilaaminen tapahtuu kansainvälisen yksikköjärjestelmän (SI) pohjalta.
Fysikaalisten määrien yksiköt jaetaan systeeminen, eli ne, jotka sisältyvät mihin tahansa yksikköjärjestelmään, ja ei-systeemiset yksiköt (esimerkiksi mmHg, hevosvoimat, elektronivoltti).
Järjestelmäyksiköt fyysiset suureet jaetaan perus, valittu mielivaltaisesti (metri, kilogramma, sekunti jne.) ja johdannaiset, muodostuu määrien välisistä yhteysyhtälöistä (metri sekunnissa, kilogramma kuutiometrissä, newton, joule, watti jne.).
Käytämme fysikaalisten määrien yksiköitä moninkertaisesti suurempia tai pienempiä määriä ilmaistamisen helpottamiseksi yksiköiden kerrannaisia (esimerkiksi kilometri - 10 3 m, kilowatti - 10 3 W) ja osakertoja (esimerkiksi millimetri on 10-3 m, millisekunti 10-3 s)..
Yksikköjärjestelmissä fysikaalisten määrien (paitsi ajan ja kulman yksiköt) kerrannais- ja murto-osat muodostetaan kertomalla järjestelmäyksikkö luvulla 10 n, missä n on positiivinen tai negatiivinen kokonaisluku. Jokainen näistä numeroista vastaa yhtä desimaalien etuliitettä, joka on otettu kerrannaisiksi ja yksiköiksi.
Vuonna 1960 kansainvälisen paino- ja mittajärjestön (IIOM) painoja ja mittoja käsittelevässä XI yleiskonferenssissa hyväksyttiin kansainvälinen paino- ja mittajärjestelmä. yksiköitä(SI).
Kansainvälisen yksikköjärjestelmän perusyksiköt ovat: mittari (m) – pituus, kilogramma (kg) – massa, toinen (s) – aika, ampeeri (A) – vahvuus sähkövirta, kelvin (K) – termodynaaminen lämpötila, candela (cd) – valovoima, mooli - aineen määrä.
Fysikaalisten suureiden järjestelmien ohella mittauskäytännössä käytetään edelleen ns. ei-systeemisiä yksiköitä. Näitä ovat esimerkiksi: paineyksiköt - ilmakehä, elohopeamillimetri, pituusyksikkö - angstrom, lämpöyksikkö - kalori, akustisten määrien yksiköt - desibeli, tausta, oktaavi, aikayksiköt - minuutti ja tunti jne. , Tällä hetkellä niitä on taipumus vähentää minimiin.
Kansainvälisellä yksikköjärjestelmällä on useita etuja: universaalisuus, yksiköiden yhtenäistäminen kaikentyyppisille mittauksille, järjestelmän koherenssi (yhdenmukaisuus) (fyysisten yhtälöiden suhteellisuuskertoimet ovat ulottumattomia), parempi keskinäinen ymmärrys eri asiantuntijoiden välillä mittausprosessissa. tieteelliset, tekniset ja taloudelliset suhteet maiden välillä.
Tällä hetkellä fysikaalisten määrien yksiköiden käyttö Venäjällä on laillistettu Venäjän federaation perustuslailla (71 artikla) (standardit, standardit, metrijärjestelmä ja ajan laskenta ovat lainkäyttövallan alaisia Venäjän federaatio) Ja liittovaltion laki"Mittausten yhdenmukaisuuden varmistamisesta." Lain 6 pykälässä määrätään paino- ja mittakonferenssin hyväksymän ja Kansainvälisen laillisen metrologian järjestön käyttöön suosittelemien kansainvälisen yksikköjärjestelmän määräyksiköiden käytön Venäjän federaatiossa. Samanaikaisesti Venäjän federaatiossa voidaan hyväksyä käytettäväksi yhtäläisin perustein SI:n kanssa ei-systeemisiä määrien yksiköitä, joiden nimen, nimityksen, kirjoitus- ja soveltamissäännöt on vahvistanut Venäjän federaation hallitus. määrien yksiköitä.
SISÄÄN käytännön toimintaa tulee ohjata GOST 8.417-2002:n sääntelemien fyysisten suureiden yksiköihin. Valtion järjestelmä mittausten yhdenmukaisuuden varmistaminen. Määräyksiköt."
Vakio ja pakollinen käyttö perus- ja johdannaiset Kansainvälisen yksikköjärjestelmän yksiköitä sekä näiden yksiköiden desimaalikertoja ja -osakertoja, on sallittua käyttää joitain SI:n ulkopuolisia yksiköitä, niiden yhdistelmiä SI-yksiköiden kanssa sekä joitain SI:n desimaalikertoja ja -osakertoja. lueteltuja yksiköitä, joita käytetään laajasti käytännössä.
Standardi määrittelee säännöt SI-yksiköiden desimaalikertojen ja -osakertojen nimien ja nimikkeiden muodostamiselle kertoimia (10 -24 - 10 24) ja etuliitteitä käyttäen, säännöt yksikkönimikkeiden kirjoittamiselle, säännöt koherentin johdetun SI:n muodostamiselle. yksiköitä
Tekijät ja etuliitteet, joita käytetään SI-yksiköiden desimaalikertojen ja osakertojen nimien ja nimikkeiden muodostamiseen, on esitetty taulukossa.
Tekijät ja etuliitteet, joita käytetään SI-yksiköiden desimaalikertojen ja osakertojen nimien ja nimikkeiden muodostamiseen
| Desimaalikerroin | Konsoli | Etuliitteen nimitys | Desimaalikerroin | Konsoli | Etuliitteen nimitys | ||
| intl. | rus | intl. | russ | ||||
| 10 24 | iotta | Y | JA | 10 –1 | desi | d | d |
| 10 21 | zetta | Z | Z | 10 –2 | centi | c | Kanssa |
| 10 18 | esim | E | E | 10 –3 | Milli | m | m |
| 10 15 | peta | P | P | 10 –6 | mikro | µ | mk |
| 10 12 | tera | T | T | 10 –9 | nano | n | n |
| 10 9 | giga | G | G | 10 –12 | pico | s | P |
| 10 6 | mega | M | M | 10 –15 | femto | f | f |
| 10 3 | kilo | k | Vastaanottaja | 10 –18 | atto | a | A |
| 10 2 | hehto | h | G | 10 –21 | zepto | z | h |
| 10 1 | äänilevy | da | Joo | 10 –24 | iocto | y | Ja |
Koherentit johdetut yksiköt Kansainvälinen yksikköjärjestelmä muodostetaan pääsääntöisesti käyttämällä yksinkertaisimpia suureiden välisiä yhteysyhtälöitä (määrittelyyhtälöitä), joissa numeeriset kertoimet ovat yhtä suuria kuin 1. Johdettujen yksiköiden muodostamiseksi korvataan kytkentäyhtälöiden suureiden nimet. SI-yksiköiden nimillä.
Jos kytkentäyhtälö sisältää numeerisen kertoimen, joka on eri kuin 1, niin SI-yksikön koherentin derivaatan muodostamiseksi SI-yksiköissä olevien arvojen suureiden merkintä korvataan oikealle, jolloin kertoimella kertomisen jälkeen saadaan kokonaislukuarvo on yhtä suuri kuin 1.
Fysiikka luonnonilmiöitä tutkivana tieteenä käyttää tavanomaisia tutkimusmenetelmiä. Päävaiheita voidaan kutsua: havainnointi, hypoteesin esittäminen, kokeen suorittaminen, teorian perusteleminen. Tarkkailun aikana se todetaan erottuvia piirteitä ilmiöt, sen kulku, mahdollisia syitä ja seuraukset. Hypoteesi antaa meille mahdollisuuden selittää ilmiön kulkua ja vahvistaa sen malleja. Kokeilu vahvistaa (tai ei vahvista) hypoteesin paikkansapitävyyttä. Voit luoda kvantitatiivisen suhteen määrien välille kokeen aikana, mikä johtaa riippuvuuksien tarkkaan määrittämiseen. Kokeilla vahvistettu hypoteesi muodostaa tieteellisen teorian perustan.
Mikään teoria ei voi väittää luotettavuutta, jos se ei ole saanut täydellistä ja ehdotonta vahvistusta kokeen aikana. Jälkimmäisen suorittaminen liittyy prosessia kuvaavien fyysisten suureiden mittauksiin. - tämä on mittausten perusta.
Mikä se on
Mittaus koskee niitä suureita, jotka vahvistavat kuvioita koskevan hypoteesin paikkansapitävyyden. Fyysinen määrä on tieteelliset ominaisuudet fyysinen keho, jonka laadullinen suhde on yhteinen monille samankaltaisille kappaleille. Jokaisen kehon osalta tämä määrällinen ominaisuus on puhtaasti yksilöllinen.
Jos käännymme erikoiskirjallisuuteen, niin M. Yudinin et al. (1989 painos) luetaan, että fyysinen suure on: "fyysisen kohteen (fyysisen järjestelmän, ilmiön tai) ominaisuuden ominaisuus. prosessi), laadullisesti yhteinen monille fyysisille objekteille, mutta määrällisesti yksilöllinen jokaiselle esineelle."
Ožegovin sanakirja (painos 1990) sanoo, että fyysinen suure on "esineen koko, tilavuus, laajennus".
Esimerkiksi pituus on fyysinen suure. Mekaniikka tulkitsee pituuden kuljetuksi matkaksi, sähködynamiikka käyttää langan pituutta ja termodynamiikassa samanlainen arvo määrittää verisuonten seinämien paksuuden. Käsitteen olemus ei muutu: suureiden yksiköt voivat olla samat, mutta merkitys voi olla erilainen.
Fysikaalisen suuren erottuva piirre, esimerkiksi matemaattisesta suuresta, on mittayksikön läsnäolo. Metri, jalka, arshin ovat esimerkkejä pituusyksiköistä.
Yksiköt
Fyysisen suuren mittaamiseksi sitä on verrattava yksikkönä otettuun suureen. Muista upea sarjakuva "Neljäkymmentäkahdeksan papukaijaa". Boan pituuden määrittämiseksi sankarit mittasivat sen pituuden papukaijoista, norsuvauvista ja apinoista. Tässä tapauksessa boan pituutta verrattiin muiden sarjakuvahahmojen pituuteen. Tulos riippui kvantitatiivisesti standardista.
Määrät ovat sen mittauksen mitta tietyssä yksikköjärjestelmässä. Sekaannusta näissä mitoissa ei synny pelkästään mittareiden epätäydellisyydestä ja heterogeenisyydestä, vaan joskus myös yksiköiden suhteellisuudesta.
Venäjän pituusmitta - arshin - etäisyys indeksin ja peukalo käsissä. Jokaisen kädet ovat kuitenkin erilaiset, ja aikuisen miehen kädellä mitattu arshin on erilainen kuin lapsen tai naisen kädellä mitattu arshin. Sama pituusmittojen ero koskee sylia (sivuille levittyneiden käsien sormenpäiden välinen etäisyys) ja kyynärpäitä (etäisyys keskisormesta käden kyynärpäähän).
On mielenkiintoista, että kauppoihin palkattiin pieniä miehiä virkailijoiksi. Ovelat kauppiaat säästivät kangasta hieman pienemmillä mitoilla: arshin, kyynärää, syliä.
Mittausjärjestelmät
Tällaisia toimenpiteitä ei ollut vain Venäjällä, vaan myös muissa maissa. Mittayksiköiden käyttöönotto oli usein mielivaltaista. Joskus nämä yksiköt otettiin käyttöön vain niiden mittausmukavuuden vuoksi. Esimerkiksi mittaamaan ilmakehän paine mmHg annettiin. Tiedossa, jossa käytettiin elohopealla täytettyä putkea, oli mahdollista ottaa käyttöön tällainen epätavallinen arvo.
Moottorin tehoa verrattiin (mitä harjoitetaan edelleen meidän aikanamme).
Erilaiset fysikaaliset suureet tekivät fysikaalisten suureiden mittaamisesta paitsi monimutkaista ja epäluotettavaa, myös hankaloittivat tieteen kehitystä.
Yhtenäinen toimenpidejärjestelmä
Yhtenäisestä fyysisten määrien järjestelmästä, joka on kätevä ja optimoitu jokaisessa teollisuusmaassa, on tullut kiireellinen tarve. Pohjaksi otettiin ajatus valita mahdollisimman vähän yksiköitä, joiden avulla matemaattisissa suhteissa voitaisiin ilmaista muita suureita. Tällaisten perussuureiden ei pitäisi olla yhteydessä toisiinsa, niiden merkitys määräytyy yksiselitteisesti ja selkeästi missään talousjärjestelmässä.
He yrittivät ratkaista tämän ongelman vuonna eri maista. Yhtenäisen GHS:n, ISS:n ja muiden luomiseen) ryhdyttiin toistuvasti, mutta nämä järjestelmät olivat hankalia joko tieteellisestä näkökulmasta tai kotitalous- ja teollisuuskäytössä.
1800-luvun lopulla esitetty ongelma ratkaistiin vasta vuonna 1958. Kansainvälisen laillisen metrologian komitean kokouksessa esiteltiin yhtenäinen järjestelmä.
Yhtenäinen toimenpidejärjestelmä
Vuotta 1960 leimasi paino- ja mittakonferenssin historiallinen kokous. Ainutlaatuinen järjestelmä, jonka nimi on "Systeme internationale d"unites" (lyhenne SI), hyväksyttiin tämän kunniallisen kokouksen päätöksellä. Venäjän versiossa tätä järjestelmää kutsutaan nimellä International System (lyhenne SI).
Perus on 7 pääyksikköä ja 2 lisäyksikköä. Niiden numeerinen arvo määritetään standardin muodossa
Fysikaalisten suureiden SI-taulukko
Pääyksikön nimi | Mitattu määrä | Nimitys |
|
Kansainvälinen | Venäjän kieli |
||
Perusyksiköt |
|||
kilogramma | |||
Nykyinen vahvuus | |||
Lämpötila | |||
Aineen määrä | |||
Valon voima | |||
Lisäyksiköt |
|||
Tasainen kulma | |||
Steradiaani | Kiinteä kulma | ||
Itse järjestelmä ei voi koostua vain seitsemästä yksiköstä, koska luonnon fyysisten prosessien monimuotoisuus edellyttää yhä uusien suureiden käyttöönottoa. Itse rakenne ei tarjoa vain uusien yksiköiden käyttöönottoa, vaan myös niiden keskinäistä yhteyttä matemaattisten suhteiden muodossa (niitä kutsutaan useammin dimensiokaavoiksi).
Fysikaalisen suuren yksikkö saadaan kertomalla ja jakamalla perusyksiköt mittakaavassa. Numeeristen kertoimien puuttuminen tällaisissa yhtälöissä tekee järjestelmästä paitsi kätevän kaikilta osin, myös johdonmukaisen (johdonmukaisen).
Johdetut yksiköt
Mittayksiköitä, jotka muodostuvat seitsemästä perusyksiköstä, kutsutaan derivaatoiksi. Perus- ja johdettujen yksiköiden lisäksi oli tarpeen ottaa käyttöön muita (radiaaneja ja steradiaaneja). Niiden mitan katsotaan olevan nolla. Poissaolo mittauslaitteet Niiden määrittäminen tekee niiden mittaamisen mahdottomaksi. Niiden käyttöönotto johtuu niiden käytöstä teoreettinen tutkimus. Esimerkiksi fyysisen suuren "voima" tässä järjestelmässä mitataan newtoneina. Koska voima on kappaleiden keskinäisen vaikutuksen mitta, joka on syynä tietyn massan kappaleen nopeuden vaihtelulle, se voidaan määritellä massayksikön tuloksi nopeusyksiköllä jaettuna aikayksiköllä:
F = k٠M٠v/T, missä k on suhteellisuuskerroin, M on massayksikkö, v on nopeuden yksikkö, T on ajan yksikkö.
SI antaa seuraavan kaavan mitoille: H = kg٠m/s 2, jossa käytetään kolmea yksikköä. Ja kilogramma, mittari ja toinen luokitellaan perusasetuksiksi. Suhteellisuuskerroin on 1.
On mahdollista ottaa käyttöön dimensiottomia suureita, jotka määritellään homogeenisten suureiden suhteeksi. Näitä ovat, kuten tiedetään, yhtä suuri kuin kitkavoiman suhde normaalipainevoimaan.
Taulukko perussuureista johdetuista fysikaalisista suureista
Yksikön nimi | Mitattu määrä | Mittakaava |
kg٠m 2 ٠s -2 |
||
paine | kg٠ m -1 ٠s -2 |
|
magneettinen induktio | kg ٠А -1 ٠с -2 |
|
sähköjännite | kg ٠m 2 ٠s -3 ٠A -1 |
|
Sähkövastus | kg ٠m 2 ٠s -3 ٠A -2 |
|
Sähkövaraus | ||
tehoa | kg ٠m 2 ٠s -3 |
|
Sähköinen kapasiteetti | m -2 ٠kg -1 ٠c 4 ٠A 2 |
|
Joule Kelvinille | Lämpökapasiteetti | kg ٠m 2 ٠s -2 ٠K -1 |
Becquerel | Radioaktiivisten aineiden aktiivisuus | |
Magneettinen virtaus | m 2 ٠kg ٠s -2 ٠A -1 |
|
Induktanssi | m 2 ٠kg ٠s -2 ٠A -2 |
|
Imeytynyt annos | ||
Vastaava säteilyannos | ||
Valaistus | m -2 ٠kd ٠av -2 |
|
Valon virtaus | ||
Voima, paino | m ٠kg ٠s -2 |
|
Sähkönjohtavuus | m -2 ٠kg -1 ٠s 3 ٠A 2 |
|
Sähköinen kapasiteetti | m -2 ٠kg -1 ٠c 4 ٠A 2 |
Ei-järjestelmäyksiköt
Historiallisesti vakiintuneiden suureiden, jotka eivät sisälly SI:ään tai jotka eroavat vain numeerisen kertoimen verran, käyttö on sallittua suureiden mittauksessa. Nämä ovat ei-systeemisiä yksiköitä. Esimerkiksi mm elohopeaa, röntgenkuvaa ja muita.
Numeerisia kertoimia käytetään osakertoimien ja kerrannaisuuksien esittämiseen. Etuliitteet vastaavat tiettyä numeroa. Esimerkkejä ovat sentti-, kilo-, deka-, mega- ja monet muut.
1 kilometri = 1000 metriä,
1 senttimetri = 0,01 metriä.
Summien typologia
Yritetään osoittaa useita perusominaisuuksia, joiden avulla voimme määrittää arvon tyypin.
1. Suunta. Jos fyysisen suuren toiminta liittyy suoraan suuntaan, sitä kutsutaan vektoriksi, muita - skalaariksi.
2. Mittojen saatavuus. Fysikaalisten suureiden kaavan olemassaolo mahdollistaa niiden kutsumisen dimensioiksi. Jos kaavan kaikilla yksiköillä on nolla aste, niitä kutsutaan dimensiottomiksi. Olisi oikeampaa kutsua niitä suureiksi, joiden ulottuvuus on yhtä suuri kuin 1. Loppujen lopuksi dimensiottoman suuren käsite on epälooginen. Pääomaisuutta - ulottuvuutta - ei ole peruutettu!
3. Jos mahdollista, lisää. Lisättävä suure, jonka arvo voidaan lisätä, vähentää, kertoa kertoimella jne. (esimerkiksi massa), on fysikaalinen suure, joka summataan.
4. Suhteessa fyysiseen järjestelmään. Laaja - jos sen arvo voidaan koota osajärjestelmän arvoista. Esimerkki olisi neliömetrinä mitattu pinta-ala. Intensiivinen - määrä, jonka arvo ei riipu järjestelmästä. Näihin kuuluu lämpötila.
Fysiikka, kuten olemme jo todenneet, tutkii yleisiä malleja ympärillämme olevassa maailmassa. Tätä varten tutkijat tekevät havaintoja fysikaalisista ilmiöistä. Ilmiöitä kuvattaessa on kuitenkin tapana käyttää ei jokapäiväistä kieltä, vaan erityisiä sanoja, joilla on tiukasti määritelty merkitys - termejä. Olet jo kohdannut fyysisiä termejä edellisessä kappaleessa. Monet termit on vain opittava ja muistettava niiden merkitykset.
Lisäksi fyysikkojen on kuvattava fysikaalisten ilmiöiden ja prosessien erilaisia ominaisuuksia (ominaisuuksia) ja karakterisoitava niitä paitsi laadullisesti, myös kvantitatiivisesti. Otetaan esimerkki.
Tutkitaan kiven putoamisajan riippuvuutta korkeudesta, josta se putoaa. Kokemus osoittaa: mitä suurempi korkeus, sitä pidempi pudotusaika. Tämä on laadullinen kuvaus, se ei anna meille mahdollisuutta kuvata kokeen tulosta yksityiskohtaisesti. Ymmärtääksesi kaatumisen kaltaisen ilmiön kuvion, sinun on tiedettävä esimerkiksi, että kun korkeus kasvaa neljä kertaa, kiven putoamiseen kuluva aika yleensä kaksinkertaistuu. Tämä on esimerkki ilmiön ominaisuuksien määrällisistä ominaisuuksista ja niiden välisestä suhteesta.
Fyysisten esineiden, prosessien tai ilmiöiden ominaisuuksien (ominaisuuksien) kvantitatiiviseen kuvaamiseen käytetään fysikaalisia suureita. Esimerkkejä tuntemistasi fysikaalisista suureista ovat pituus, aika, massa, nopeus.
Fysikaaliset suureet kuvaavat kvantitatiivisesti fyysisten kappaleiden, prosessien ja ilmiöiden ominaisuuksia.
Olet törmännyt joihinkin määriin ennenkin. Matematiikan tunneilla tehtäviä ratkaistessasi mittasit osien pituudet ja määritit kuljetun matkan. Tässä tapauksessa käytit samaa fyysistä määrää - pituutta. Muissa tapauksissa löysit erilaisten esineiden liikkeen keston: jalankulkijan, auton, muurahaisen - ja käytit myös vain yhtä fyysistä määrää tähän aikaan. Kuten olet jo huomannut, eri kohteille tarvitaan sama fyysinen määrä erilaisia merkityksiä. Esimerkiksi eri osien pituudet eivät välttämättä ole samat. Siksi sama arvo voi olla erilaisia merkityksiä ja sitä voidaan käyttää kuvaamaan monenlaisia esineitä ja ilmiöitä.
Fysikaalisten suureiden käyttöönoton tarve piilee myös siinä, että fysiikan lait kirjoitetaan heidän avullaan.
Kaavoissa ja laskelmissa fysikaaliset suuret merkitään latinalaisilla kirjaimilla ja kreikkalaiset aakkoset. On yleisesti hyväksyttyjä nimityksiä, esimerkiksi pituus - l tai L, aika - t, massa - m tai M, pinta-ala - S, tilavuus - V jne.
Jos kirjoitat muistiin fyysisen suuren arvon (saman pituinen segmentti, joka saadaan mittauksen tuloksena), huomaat: tämä arvo ei ole vain numero. Sanottuaan, että segmentin pituus on 100, on tarpeen selventää, missä yksiköissä se ilmaistaan: metreinä, senttimetreinä, kilometreinä vai jollain muulla. Siksi he sanovat, että fyysisen suuren arvo on nimetty luku. Se voidaan esittää numerona, jota seuraa tämän määrän yksikön nimi.
Fyysisen suuren arvo = Numero * Määrän yksikkö.
Monien fyysisten suureiden yksiköt (esim. pituus, aika, massa) syntyivät alun perin tarpeista jokapäiväinen elämä. Heille eri ihmiset keksivät eri yksiköitä eri aikoina. On mielenkiintoista, että monien määrien yksiköiden nimissä on eri kansakunnat ovat samat, koska näitä yksiköitä valittaessa käytettiin ihmiskehon mittoja. Esimerkiksi pituuden yksikköä, jota kutsutaan "kyynäräksi", käytettiin Muinainen Egypti, Babylon, arabimaailma, Englanti, Venäjä.
Mutta pituutta ei mitattu vain kyynärissä, vaan myös vershoksissa, jaloissa, liigoissa jne. On sanottava, että jopa samoilla nimillä samankokoiset yksiköt olivat erilaisia eri kansojen välillä. Vuonna 1960 tiedemiehet kehittivät Kansainvälinen järjestelmä yksikköä (SI tai SI). Tämä järjestelmä on otettu käyttöön monissa maissa, myös Venäjällä. Siksi tämän järjestelmän yksiköiden käyttö on pakollista.
On tapana erottaa fyysisten määrien perusyksiköt ja johdetut yksiköt. SI:ssä mekaaniset perusyksiköt ovat pituus, aika ja massa. Pituus mitataan metreinä (m), aika sekunteina (s), massa kilogrammoina (kg). Johdetut yksiköt muodostetaan perusyksiköistä käyttämällä fyysisten suureiden välisiä suhteita. Esimerkiksi pinta-alan yksikkö on neliömetri(m 2) - yhtä suuri kuin neliön pinta-ala, jonka sivun pituus on yksi metri.
Mittattaessa ja laskettaessa joudumme usein käsittelemään fyysisiä suureita, numeerisia arvoja jotka eroavat monta kertaa yksikköarvosta. Tällaisissa tapauksissa yksikön nimeen lisätään etuliite, joka tarkoittaa yksikön kertomista tai jakamista tietyllä numerolla. Hyvin usein he käyttävät hyväksytyn yksikön kertomista luvulla 10, 100, 1000 jne. (moninkertaiset arvot) sekä yksikön jakoa 10:llä, 100:lla, 1000:lla jne. (moninkertaiset arvot eli murtoluvut). Esimerkiksi tuhat metriä on yksi kilometri (1000 m = 1 km), etuliite on kilo-.
Taulukossa 1 on etuliitteet, jotka tarkoittavat fyysisten suureiden yksiköiden kertomista ja jakamista kymmenellä, sadalla ja tuhannella.
Tulokset
Fysikaalinen määrä on fyysisten esineiden, prosessien tai ilmiöiden ominaisuuksien kvantitatiivinen ominaisuus.
Fysikaalinen määrä luonnehtii useiden fyysisten kohteiden ja prosessien samaa ominaisuutta.
Fyysisen suuren arvo on nimetty luku.
Fyysisen suuren arvo = Numero * Määrän yksikkö.
Kysymyksiä
- Mihin fyysisiä määriä käytetään? Anna esimerkkejä fysikaalisista määristä.
- Mitkä seuraavista termeistä ovat fyysisiä suureita ja mitkä eivät? Viivain, auto, kylmä, pituus, nopeus, lämpötila, vesi, ääni, massa.
- Miten fyysisten suureiden arvot kirjoitetaan?
- Mikä on SI? Mitä varten se on?
- Mitä yksiköitä kutsutaan perusyksiköiksi ja mitkä johdannaisiksi? Antaa esimerkkejä.
- Kehon massa on 250 g. Ilmoita tämän kehon massa kilogrammoina (kg) ja milligrammoina (mg).
- Ilmaise etäisyys 0,135 km metreinä ja millimetreinä.
- Käytännössä käytetään usein ei-systeemistä tilavuusyksikköä - litra: 1 l = 1 dm 3. SI:ssä tilavuuden yksikköä kutsutaan kuutiometriksi. Kuinka monta litraa on yhdessä kuutiometrissä? Etsi 1 cm:n reunan kuution sisältämä vesimäärä ja ilmaise tämä tilavuus litroina ja kuutiometreinä tarvittavilla etuliitteillä.
- Nimeä fysikaaliset suureet, jotka ovat tarpeen sellaisen fysikaalisen ilmiön kuin tuulen ominaisuuksien kuvaamiseksi. Käytä luonnontieteiden tunnilla oppimaasi sekä havaintojasi. Suunnittele fysiikan koe näiden määrien mittaamiseksi.
- Mitä muinaisia ja nykyaikaisia pituus- ja aikayksiköitä tiedät?
