8. Справжнє, дійсне та виміряне значення фізичної величини.
Фізичною величиною називається одна з властивостей фізичного об'єкта (яви, процесу), яке є загальним у якісному відношенні для багатьох – фізичних об'єктів, відрізняючись при цьому кількісним значенням.
Метою вимірювань є визначення значення фізичної величини - деякої кількості прийнятих для неї одиниць (наприклад, результат вимірювання маси виробу становить 2 кг, висоти будівлі -12 м та ін.).
Залежно від ступеня наближення до об'єктивності розрізняють справжнє, дійсне та виміряне значення фізичної величини.
Справжнє значення фізичної величини- це значення, що ідеально відображає в якісному та кількісному відношеннях відповідну властивість об'єкта. Через недосконалість засобів та методів вимірювань справжні значення величин практично отримати не можна. Їх можна уявити лише теоретично. А значення величини, отримані при вимірі, лише більшою чи меншою мірою наближаються до справжнього значення.
Справжнє значення фізичної величини- це значення величини, знайдене експериментальним шляхом і настільки наближається до істинного значення, що для цієї мети може бути використане замість нього.
Виміряне значення фізичної величини- це значення, отримане при вимірі із застосуванням конкретних методів та засобів вимірювань.
9. Класифікація вимірювань залежно від вимірюваної величини від часу і за сукупністю вимірюваних величин.
За характером зміни вимірюваної величини - статичні та динамічні виміри.
Динамічний вимір - вимір величини, розмір якої змінюється з часом.Швидка зміна розміру вимірюваної величини вимагає її виміру з найточнішим визначенням часу. Наприклад, вимірювання відстані до рівня поверхні Землі з повітряної куліабо вимір постійної напруги електричного струму. Фактично динамічний вимір є виміром функціональної залежності вимірюваної величини від часу.
Статичний вимір - вимірювання величини, яка приймається в відповідно до поставленого вимірювального завдання за незмінну протягом періоду вимірювання.Наприклад, вимірювання лінійного розміру виготовленого виробу при нормальній температурі можна вважати статичним, оскільки коливання температури в цеху на рівні десятих часток вносять похибку вимірювань не більше 10 мкм/м, несуттєву в порівнянні з похибкою виготовлення деталі. Тому в цій вимірювальній задачі можна вважати вимірювану величину незмінною. При калібруванні штрихової міри довжини державному первинному зразку термостатування забезпечує стабільність підтримки температури лише на рівні 0,005 °З. Такі коливання температури зумовлюють у тисячу разів меншу похибку вимірів - трохи більше 0,01 мкм/м. Але в даній вимірювальній задачі вона є суттєвою, і облік змін температури у процесі вимірювань стає умовою забезпечення необхідної точності вимірювань. Тому ці виміри слід проводити за методикою динамічних вимірів.
За сформованими сукупностями вимірюваних величинна електричні (сила струму, напруга, потужність) , механічні (маса, кількість виробів, зусилля); , теплоенергетичні(температура, тиск); , фізичні(Щільність, в'язкість, каламутність); хімічні(Склад, хімічні властивості, концентрація) , радіотехнічніі т.д.
Класифікація вимірювань за способом отримання результату (на вигляд).
За способом отримання результатів вимірів розрізняють: прямі, непрямі, сукупні та сумісні виміри.
Прямими називають вимірювання, у яких шукане значення вимірюваної величини знаходять безпосередньо з дослідних даних.
Непрямими називають виміри, у яких шукане значення вимірюваної величини знаходять виходячи з відомої залежності між величиною і величинами, що визначаються за допомогою прямих вимірювань.
Сукупними називають виміри, при яких одночасно вимірюються кілька однойменних величин і значення знаходять, вирішуючи систему рівнянь, яку отримують на підставі прямих вимірювань однойменних величин.
Спільними називають виміри двох чи більше неодноєменних величин для знаходження залежності між ними.
Класифікація вимірювань за умовами, що визначають точність результату та за кількістю вимірювань для отримання результату.
За умовами, що визначають точність результату, виміри поділяються на три класи:
1. Вимірювання максимально можливої точності, яка досягається при існуючому рівні техніки.
До них відносяться насамперед еталонні вимірювання, пов'язані з максимально можливою точністю відтворення встановлених одиниць фізичних величин, і, крім того, вимірювання фізичних констант, насамперед універсальних (наприклад, абсолютного значення прискорення вільного падіння, гіромагнітного відношення протона та ін.).
До цього ж класу належать і деякі спеціальні виміри, що потребують високої точності.
2. Контрольно-перевірочні вимірювання, похибка яких з певною ймовірністю не повинна перевищувати певного заданого значення.
До них відносяться вимірювання, що виконуються лабораторіями державного нагляду за впровадженням та дотриманням стандартів та станом вимірювальної техніки та заводськими вимірювальними лабораторіями, які гарантують похибку результату з певною ймовірністю, що не перевищує деякого, заздалегідь заданого значення.
3. Технічні виміри, у яких похибка результату визначається характеристиками засобів вимірів.
Прикладами технічних вимірювань є вимірювання, що виконуються у процесі виробництва на машинобудівних підприємствах, на щитах розподільчих пристроїв електричних станцій та ін.
За кількістю вимірів виміри поділяються на одноразові та багаторазові.
Одноразове вимір - це вимір однієї величини, зроблений один раз. Одноразові вимірювання на практиці мають велику похибку, у зв'язку з цим рекомендується для зменшення похибки виконувати мінімум три рази вимірювання такого типу, а як результат брати їхнє середнє арифметичне.
Багаторазові виміри - це вимір однієї чи кількох величин, виконаний чотири і більше разів. Багаторазовий вимір є рядом одноразових вимірів. Мінімальна кількість вимірів, у якому вимір може вважатися багаторазовим, - чотири. Результатом багаторазового виміру є середнє арифметичне результатів усіх проведених вимірів. При багаторазових вимірах знижується похибка.
Класифікація випадкових похибок вимірів.
Випадкова похибка - складова похибки вимірювання, що змінюється при повторних вимірах однієї й тієї величини випадковим чином.
1) Груба - не перевищує допустиму похибку
2) Промах - груба похибка, залежить від людини
3) Очікувана- отримана в результаті експерименту при створ. умовах
Фізичні величини
Фізична величина– це характеристика фізичних об'єктів чи явищ матеріального світу, загальна для безлічі об'єктів чи явищ у якісному відношенні, але індивідуальна у кількісному відношенні для кожного з них. Наприклад, маса, довжина, площа, температура тощо.
Кожна фізична величина має свої якісну та кількісну характеристики .
Якісна характеристика визначається тим, яке властивість матеріального об'єкта чи якусь особливість матеріального світу ця величина характеризує. Так, властивість "міцність" у кількісному відношенні характеризує такі матеріали, як сталь, дерево, тканина, скло та багато інших, тоді як кількісне значення міцності для кожного з них зовсім різне
Для виявлення кількісної відмінності змісту властивості в якомусь об'єкті, що відображається фізичною величиною, вводиться поняття розміру фізичної величини . Цей розмір встановлюється у процесі вимірювання- сукупність операцій, які виконуються визначення кількісного значення величини (ФЗ «Про забезпечення єдності вимірів»
Метою вимірювань є визначення значення фізичної величини - деякої кількості прийнятих для неї одиниць (наприклад, результат вимірювання маси виробу становить 2 кг, висоти будівлі -12 м та ін.). Між розмірами кожної фізичної величини існують відносини у вигляді числових форм (типу «більше», «менше», «рівності», «суми» тощо), які можуть бути моделлю цієї величини.
Залежно від рівня наближення до об'єктивності розрізняють справжнє, дійсне та виміряне значення фізичної величини .
Справжнє значення фізичної величини -це значення, що ідеально відображає в якісному та кількісному відношеннях відповідну властивість об'єкта. Через недосконалість засобів та методів вимірювань справжні значення величин практично отримати не можна. Їх можна уявити лише теоретично. А значення величини, отримані при вимірі, лише більшою чи меншою мірою наближаються до справжнього значення.
Справжнє значення фізичної величини -це значення величини, знайдене експериментальним шляхом і настільки, що наближається до істинного значення, що для цієї мети може бути використане замість нього.
Виміряне значення фізичної величини -це значення, отримане при вимірі із застосуванням конкретних методів та засобів вимірювань.
При плануванні вимірювань слід прагнути до того, щоб номенклатура вимірюваних величин відповідала вимогам вимірювальної задачі (наприклад, при контролі величини, що вимірюються, повинні відображати відповідні показники якості продукції).
Для кожного параметра продукції повинні дотримуватись вимог:
Коректність формулювання вимірюваної величини, що виключає можливість різного тлумачення(наприклад, необхідно чітко визначати, у яких випадках визначається "маса" або "вага" виробу, "обсяг" або "місткість" судини і т.д.);
Визначеність властивостей об'єкта, що підлягають вимірюванню (наприклад, "температура в приміщенні не більше...°С" допускає можливість різного тлумачення. Необхідно так змінити формулювання вимоги, щоб було зрозуміло, чи встановлена ця вимога до максимальної або середньої температури приміщення, що буде в надалі враховано при виконанні вимірів);
Використання стандартизованих термінів.
Фізична величина, якій за визначенням присвоєно числове значення, що дорівнює одиниці, називається одиницею фізичної величини.
Багато одиниць фізичних величин відтворюються мірами, які застосовуються для вимірювань (наприклад, метр, кілограм). на ранніх стадіяхрозвитку матеріальної культури (в рабовласницьких та феодальних суспільствах) існували одиниці для невеликого кола фізичних величин - довжини, маси, часу, площі, обсягу. Одиниці фізичних величин вибиралися поза зв'язком один з одним, і до того ж різні в різних країнахта географічних районах. Так виникла велика кількість часто однакових за назвою, але різних за розміром одиниць – ліктів, футів, фунтів.
У міру розширення торгових зв'язків між народами та розвитку науки і техніки кількість одиниць фізичних величин збільшувалась і все більше відчувалася потреба уніфікації одиниць та у створенні систем одиниць. Про одиниці фізичних величин та їх системи стали укладати спеціальні міжнародні угоди. У 18 в. у Франції було запропоновано метричну систему заходів, що отримала надалі міжнародне визнання. На її основі було побудовано цілу низку метричних систем одиниць. Нині відбувається подальше впорядкування одиниць фізичних величин з урахуванням Міжнародної системи одиниць (СІ).
Одиниці фізичних величин поділяються на системні, т. е. що входять до якоїсь системи одиниць, і позасистемні одиниці (наприклад, мм рт. ст., кінська сила, електрон-вольт).
Системні одиниціфізичних величин поділяються на основні, що вибираються довільно (метр, кілограм, секунда та ін), і похідні, що утворюються за рівняннями зв'язку між величинами (метр за секунду, кілограм на кубічний метр, ньютон, джоуль, ват тощо).
Для зручності вираження величин, у багато разів більших чи менших одиниць фізичних величин, застосовуються кратні одиниці (наприклад, кілометр - 10 3 м, кіловат - 10 3 Вт) та долеві одиниці (Наприклад, міліметр - 10 -3 м, мілісекунду - 10-3 с).
У метричних системах одиниць кратні та ділові одиниці фізичних величин (за винятком одиниць часу та кута) утворюються множенням системної одиниці на 10 n , де n – ціле позитивне чи негативне число. Кожному з цих чисел відповідає одна з десяткових приставок, прийнятих для утворення кратних та ділових одиниць.
У 1960 р. на XI Генеральній конференції з заходів та ваг Міжнародної організації заходів та ваг (МОМВ) було прийнято Міжнародну систему одиниць(SI).
Основними одиницями у міжнародній системі одиницьє: метр (м) – довжина, кілограм (кг) - маса, секунда (с) – час, ампер (А) – сила електричного струму, кельвін (К) – термодинамічна температура, кандела (кд) – сила світла, моль - кількість речовини.
Поряд із системами фізичних величин у практиці вимірювань, як і раніше, використовуються так звані позасистемні одиниці. До них відносяться, наприклад: одиниці тиску – атмосфера, міліметр ртутного стовпа, одиниця довжини – ангстрем, одиниця кількість теплоти – калорія, одиниці акустичних величин – децибел, фон, октава, одиниці часу – хвилина і година тощо. Нині намітилася тенденція до скорочення до мінімуму.
Міжнародна система одиниць має цілу низку переваг: універсальність, уніфікація одиниць всім видів вимірів, когерентність (узгодженість) системи (коефіцієнти пропорційності у фізичних рівняннях безрозмірні), краще порозуміння між різними фахівцями у процесі науково-технічних та економічних зв'язків між країнами.
В даний час застосування одиниць фізичних величин у Росії узаконено Конституцією РФ (ст. 71) (стандарти, зразки, метрична система та обчислення часу перебувають у віданні Російської Федерації) та федеральним законом"Про забезпечення єдності вимірів". Стаття 6 Закону визначає застосування в Російській Федерації одиниць величин Міжнародної системи одиниць, прийнятих Генеральною конференцією за мірами та вагами та рекомендовані до застосування Міжнародною організацією законодавчої метрології. У той самий час у Російської Федерації можуть бути допущені до застосування нарівні з одиницями величин СІ позасистемні одиниці величин, найменування, позначення, правила написання та застосування яких встановлюються Урядом Російської Федерації.
У практичної діяльностіслід керуватися одиницями фізичних величин, регламентованих ГОСТ 8.417-2002. Державна системазабезпечення єдності вимірів. Одиниці величин».
Стандартом поряд із обов'язковим застосуванням основних та похідних одиниць Міжнародної системи одиниць, а також десяткових кратних і дольних цих одиниць допускається застосовувати деякі одиниці, що не входять до СІ, їх поєднання з одиницями СІ, а також деякі десяткові кратні і дольні перелічених одиниць, що знайшли широке застосування на практиці.
Стандарт визначає правила утворення найменувань та позначень десяткових кратних та дольних одиниць СІ за допомогою множників (від 10 –24 до 10 24) та приставок, правила написання позначень одиниць, правила утворення когерентних похідних одиниць СІ
Множники та приставки, що використовуються для утворення найменувань та позначень десяткових кратних та дольних одиниць СІ, наведені в табл.
Множники та приставки, що використовуються для утворення найменувань та позначень десяткових кратних та дольних одиниць СІ
| Десятковий множник | префікс | Позначення приставки | Десятковий множник | префікс | Позначення приставки | ||
| межд. | рус | межд. | русс | ||||
| 10 24 | іотта | Y | І | 10 –1 | деці | d | д |
| 10 21 | Зетта | Z | З | 10 –2 | санти | c | з |
| 10 18 | екса | E | Е | 10 –3 | мілі | m | м |
| 10 15 | пета | P | П | 10 –6 | мікро | µ | мк |
| 10 12 | тера | T | Т | 10 –9 | нано | n | н |
| 10 9 | гіга | G | Г | 10 –12 | пико | p | п |
| 10 6 | мега | M | М | 10 –15 | фемто | f | ф |
| 10 3 | кіло | k | до | 10 –18 | атто | a | а |
| 10 2 | гекто | h | г | 10 –21 | зепто | z | з |
| 10 1 | дека | da | так | 10 –24 | іокто | y | і |
Когерентні похідні одиниці p align="justify"> Міжнародної системи одиниць, як правило, утворюють за допомогою найпростіших рівнянь зв'язку між величинами (визначальних рівнянь), в яких числові коефіцієнти рівні 1. Для утворення похідних одиниць позначення величин в рівняннях зв'язку замінюють позначеннями одиниць СІ.
Якщо рівняння зв'язку містить числовий коефіцієнт, відмінний від 1, то освіти когерентної похідної одиниці СІ в праву частину підставляють позначення величин зі значеннями в одиницях СІ, що дають після множення на коефіцієнт загальне числове значення, рівне 1.
Фізика як наука, що вивчає явища природи, використовує стандартну методику дослідження. Основними етапами можна назвати спостереження, висування гіпотези, проведення експерименту, обґрунтування теорії. У ході спостереження встановлюються відмінні рисиявища, перебіг його течії, можливі причинита наслідки. Гіпотеза дозволяє пояснити перебіг явища, встановити його закономірності. Експеримент підтверджує (чи підтверджує) справедливість гіпотези. Дозволяє встановити кількісне співвідношення величин у ході досвіду, що призводить до точного встановлення залежностей. Підтверджена під час досвіду гіпотеза лягає основою наукової теорії.
Жодна теорія неспроможна претендувати на достовірність, якщо отримала повного і беззастережного підтвердження під час експерименту. Проведення останнього пов'язане з вимірами фізичних величин, що характеризують процес. - це основа вимірів.
Що це таке
Вимірювання стосується тих величин, що підтверджують справедливість гіпотези про закономірності. Фізична величина – це наукова характеристикафізичного тіла, якісне відношення якої є загальним для множини аналогічних тіл. Для кожного тіла така кількісна характеристика є суто індивідуальною.
Якщо звернутися до спеціальної літератури, то в довіднику М. Юдіна та ін. (1989 видання) читаємо, що фізична величина це: “характеристика однієї з властивостей фізичного об'єкта (фізичної системи, явища або процесу), загальна в якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів, але у кількісному відношенні індивідуальна кожному за об'єкта”.
Словник Ожегова (1990 видання) стверджує, що фізична величина це - "розмір, обсяг, протяжність предмета".
Наприклад, довжина – фізична величина. Механіка довжину трактує як пройдену відстань, електродинаміка використовує довжину дроту, у термодинаміці аналогічна величина визначає товщину стінок судин. Суть поняття не змінюється: одиниці величин може бути однаковими, а значення - різним.
Відмінною рисою фізичної величини, скажімо, від математичної є наявність одиниці виміру. Метр, фут, аршин – приклади одиниць виміру довжини.
Одиниці виміру
Щоб виміряти фізичну величину її слід порівняти з величиною, прийнятою за одиницю. Згадайте чудовий мультфільм «Сорок вісім папуг». Щоб встановити довжину удава, герої вимірювали його довжину то папугах, то слонятах, то мавпах. І тут довжину удава порівнювали зі зростанням інших героїв мультфільму. Результат кількісно залежав від зразка.
Величини - міра її виміру у певній системі одиниць. Плутанина в цих заходах виникає не тільки внаслідок недосконалості, різнорідності заходів, але іноді через відносності одиниць.
Російська міра довжини - аршин - відстань між вказівним і великим пальцямируки. Однак руки у всіх людей різні, і аршин, виміряний рукою дорослого чоловіка, відрізняється від аршина на руці дитини чи жінки. Така сама невідповідність заходів довжини стосується сажні (відстань між кінчиками пальців розставлених убік рук) і ліктя (відстань від середнього пальця до ліктя руки).
Цікаво, що до крамниці прикажчиками брали чоловіків невеликого зросту. Хитрі купці економили тканину за допомогою кілька менших мірил: аршин, лікоть, сажень.
Системи заходів
Така різноманітність заходів існувало у Росії, а й у інших країнах. Введення одиниць виміру найчастіше було довільним, іноді ці одиниці вводилися лише внаслідок зручності виміру. Наприклад, для виміру атмосферного тискуввели мм ртутного стовпа. Відомий у якому використовувалася трубка, заполонена ртуттю, дозволив запровадити таку незвичайну величину.
Потужність двигунів порівнювали (що практикується і в наш час).
Різні фізичні величини вимір фізичних величин робили як складними і недостовірними, а й ускладнюють розвиток науки.
Єдина система заходів
Єдина система фізичних величин, зручна та оптимізована у кожній промислово розвиненій країні, стала нагальною необхідністю. За основу було прийнято ідею вибору якомога меншої кількості одиниць, з допомогою яких у математичних співвідношеннях можна було б висловити й інші величини. Такі основні величини не повинні бути пов'язані одна з одною, їх значення визначається однозначно і зрозуміло в будь-якій економічній системі.
Цю проблему вирішити намагалися в різних країнах. Створення єдиної СГС, МКС та інші) здійснювалося неодноразово, але ці системи були незручні або з наукової точки зору, або в побутовому, промисловому застосуванні.
Завдання, поставлене наприкінці 19 століття, вирішити вдалося лише 1958 року. На засіданні Міжнародного комітету законодавчої метрології було представлено уніфіковану систему.
Уніфікована система заходів
1960 ознаменувався історичним засіданням Генеральної конференції з мір і ваг. Унікальна система, названа «Systeme internationale d'unites» (скорочено SI) була прийнята рішенням цих почесних зборів. У російській версії ця система названа Система міжнародна (абревіатура СІ).
За основу прийнято 7 основних одиниць та 2 додаткові. Їх чисельне значення визначається як еталона
Таблиця фізичних величин СІ
Найменування основної одиниці | Вимірювана величина | Позначення |
|
Міжнародне | російське |
||
Основні одиниці |
|||
кілограм | |||
Сила струму | |||
Температура | |||
Кількість речовини | |||
Сила світла | |||
Додаткові одиниці |
|||
Плоский кут | |||
Стерадіан | Тілесний кут | ||
Сама система не може складатися тільки з семи одиниць, оскільки різноманітність фізичних процесів у природі вимагає запровадження нових і нових величин. У самій структурі передбачено як використання нових одиниць, а й їх взаємозв'язок як математичних співвідношень (їх частіше називають формулами розмірностей).
Одиниця фізичної величини виходить із застосуванням множення і поділу основних одиниць у формулі розмірностей. Відсутність числових коефіцієнтів у таких рівняннях робить систему як зручною в усіх відношеннях, а й когерентної (узгодженої).
Похідні одиниці
Одиниці виміру, які формуються із семи основних, отримали назву похідних. Крім основних та похідних одиниць, виникла необхідність запровадження додаткових (радіан та стерадіан). Їх розмірність прийнято вважати нульовою. Відсутність вимірювальних приладівїх визначення унеможливлює їх вимір. Їх введення обумовлено застосуванням теоретичні дослідження. Наприклад, фізична величина «сила» у цій системі вимірюється у ньютонах. Оскільки сила - міра взаємної дії тіл один на одного, що є причиною варіювання швидкості тіла певної маси, визначити її можна як добуток одиниці маси на одиницю швидкості, поділену на одиницю часу:
F = k?M?v/T, де k - коефіцієнт пропорційності, M - одиниця маси, v - одиниця швидкості, T - одиниця часу.
СІ дає таку формулу розмірностей: Н = кг? м/с 2 де використані три одиниці. І кілограм, і метр, і секунда віднесено до основних. Коефіцієнт пропорційності дорівнює 1.
Можливе введення безрозмірних величин, що визначаються у вигляді співвідношення однорідних величин. До таких можна віднести як відомо, що дорівнює відношенню сили тертя до сили нормального тиску.
Таблиця фізичних величин, похідних від основних
Найменування одиниці | Вимірювана величина | Формула розмірностей |
кг٠м 2? |
||
тиск | кг٠ м -1 ٠з -2 |
|
магнітна індукція | кг ٠А -1 ٠з -2 |
|
електрична напруга | кг ٠м 2 ٠з -3 ٠А -1 |
|
Електричний опір | кг ٠м 2 ٠з -3 ٠А -2 |
|
Електричний заряд | ||
потужність | кг ٠м 2 ٠з -3 |
|
Електрична ємність | м -2 ٠кг -1 ٠c 4 ٠A 2 |
|
Джоуль на Кельвін | Теплоємність | кг ٠м 2 ٠з -2 ٠К -1 |
Бекерель | Активність радіоактивної речовини | |
Магнітний потік | м 2 ٠кг ٠з -2 ٠А -1 |
|
Індуктивність | м 2 ٠кг ٠з -2 ٠А -2 |
|
Поглинена доза | ||
Еквівалентна доза випромінювання | ||
Освітленість | м -2 ٠кд ٠СР -2 |
|
Світловий потік | ||
Сила, вага | м ٠кг ٠с -2 |
|
Електрична провідність | м -2 ٠кг -1 ٠з 3 ٠А 2 |
|
Електрична ємність | м -2 ٠кг -1 ٠c 4 ٠A 2 |
Позасистемні одиниці
Використання величин, що історично склалися, не входять в СІ або відрізняються тільки числовим коефіцієнтом, допускається при вимірі величин. Це позасистемні одиниці. Наприклад, мм ртутного стовпа, рентген та інші.
Числові коефіцієнти використовуються для введення дольних і кратних величин. Приставки відповідають певному числу. Прикладом можуть бути санти-, кіло-, дека-, мега- і ще.
1 кілометр = 1000 метрів,
1 сантиметр = 0,01 метр.
Типологія величин
Спробуємо вказати кілька основних ознак, що дозволяють встановити тип величини.
1. Напрямок. Якщо дія фізичної величини безпосередньо з напрямом, її називають векторної, інші - скалярні.
2. Наявність розмірності. Існування формули фізичних величин дає змогу називати їх розмірними. Якщо формулі всі одиниці мають нульову ступінь, їх називають безрозмірними. Правильніше було б назвати їх величинами з розмірністю, що дорівнює 1. Адже поняття безрозмірної величини є нелогічним. Основна властивість – розмірність – ніхто не скасовував!
3. По можливості складання. Адитивна величина, значення якої можна складати, віднімати, множити на коефіцієнт і т. д. (наприклад, маса) - фізична величина, що підсумовується.
4. По відношенню до фізичної системи. Екстенсивна – якщо її значення можна скласти із значень підсистеми. Прикладом може бути площа, що вимірюється в квадратних метрах. Інтенсивна – величина, значення якої не залежить від системи. До них можна віднести температуру.
Фізика, як ми вже встановили, вивчає загальні закономірності в навколишньому світі. І тому вчені проводять спостереження фізичних явищ. Однак при описі явищ прийнято використовувати не повсякденну мову, а спеціальні слова, що мають строго певний зміст, терміни. Деякі фізичні терміни вже зустрічалися вам у попередньому параграфі. Багато термінів вам тільки доведеться дізнатися і запам'ятати їх значення.
Крім того, фізикам необхідно описувати різні властивості (характеристики) фізичних явищ і процесів, причому характеризувати їх як якісно, а й кількісно. Наведемо приклад.
Досліджуємо залежність часу падіння каменю з висоти, з якої він падає. Досвід показує: що більше висота, то більше вписувалося час падіння. Це якісний опис, він дозволяє докладно описати результат експерименту. Щоб зрозуміти закономірність такого явища, як падіння, потрібно знати, наприклад, що при збільшенні висоти вчетверо час падіння каменю зазвичай збільшується вдвічі. Це і є приклад кількісних характеристик властивостей явища та взаємозв'язку між ними.
Щоб кількісно описувати властивості (характеристики) фізичних об'єктів, процесів чи явищ, використовують фізичні величини. Приклади відомих вам фізичних величин – довжина, час, маса, швидкість.
Фізичні величини кількісно описують властивості фізичних тіл, процесів, явищ.
З деякими величинами вам доводилося стикатися раніше. На уроках математики, розв'язуючи задачі, ви вимірювали довжини відрізків, визначали пройдений шлях. При цьому ви користувалися однією і тією ж фізичною величиною – довжиною. В інших випадках ви знаходили тривалість руху різних об'єктів: пішохода, автомобіля, мурахи – і також використовували для цього лише одну фізичну величину – час. Як ви вже помітили, для різних об'єктів одна і та ж фізична величина приймає різні значення. Наприклад, довжини різних відрізків можуть бути неоднакові. Тому одна й та сама величина може приймати різні значенняі бути використана для характеристики різних об'єктів і явищ.
Необхідність запровадження фізичних величин полягає й у тому, що з допомогою записують закони фізики.
У формулах та при розрахунках фізичні величини позначають буквами латинського та грецька абетка. Є загальноприйняті позначення, наприклад, довжина - l або L, час - t, маса - m або M, площа - S, обсяг - V тощо.
Якщо ви запишете значення фізичної величини (ту ж довжину відрізка, отримавши її в результаті вимірювання), то помітите: це значення - не просто число. Сказавши, що довжина відрізка дорівнює 100, обов'язково потрібно уточнити, в яких одиницях вона виражена: у метрах, сантиметрах, кілометрах чи ще. Тому кажуть, що значення фізичної величини – іменоване число. Його можна як число, яким зазначено найменування одиниці цієї величини.
Значення фізичної величини = Число * Одиниця величини.
Одиниці багатьох фізичних величин (наприклад, довжини, часу, маси) спочатку виникли з потреб повсякденного життя. Їх у різні часи різними народами придумали різні одиниці. Цікаво, що назви багатьох одиниць величин у різних народівзбігаються, тому що при виборі цих одиниць використовувалися розміри тіла людини. Наприклад, одиниця довжини, звана «лікоть», використовувалася в Стародавньому Єгипті, Вавілон, арабський світ, Англія, Росія.
Але довжину вимірювали не тільки ліктями, а й у вершках, футах, льє і т. п. Слід сказати, що навіть за однакових назв одиниці однієї і тієї ж величини у різних народів були різними. У 1960 р. вчені розробили Міжнародну системуодиниць (СІ, чи SI). Ця система прийнята багатьма країнами, зокрема й Росією. Тому використання одиниць цієї системи є обов'язковим.
Прийнято розрізняти основні та похідні одиниці фізичних величин. У СІ основні механічні одиниці – довжина, час та маса. Довжину вимірюють у метрах (м), час – у секундах (с), масу – у кілограмах (кг). Похідні одиниці утворюють із основних, використовуючи співвідношення між фізичними величинами. Наприклад, одиниця площі - квадратний метр(М2) - дорівнює площі квадрата з довжиною сторони один метр.
При вимірах і обчислення часто доводиться мати справу з фізичними величинами, чисельні значенняяких багато разів відрізняються від одиниці величини. У таких випадках до назви одиниці додають приставку, що означає множення чи розподіл одиниці на деяке число. Дуже часто використовують множення прийнятої одиниці на 10, 100, 1000 і т. д. (кратні величини), а також розподіл одиниці на 10, 100, 1000 і т.д. Наприклад, тисяча метрів – це один кілометр (1000 м = 1 км), приставка – кіло-.
Приставки, що означають множення та розподіл одиниць фізичних величин на десять, сто та тисячу, наведені в таблиці 1.
Підсумки
Фізична величина є кількісною характеристикою властивостей фізичних об'єктів, процесів чи явищ.
Фізична величина характеризує одну і ту ж властивість різних фізичних об'єктів і процесів.
Значення фізичної величини – іменоване число.
Значення фізичної величини = Число * Одиниця величини.
Запитання
- Навіщо служать фізичні величини? Наведіть приклади фізичних величин.
- Які з наведених нижче термінів є фізичними величинами, а які - ні? Лінійка, автомобіль, холод, довжина, швидкість, температура, вода, звук, маса.
- Як записують значення фізичних величин?
- Що таке СІ? Навіщо вона потрібна?
- Які одиниці називають основними, а які є похідними? Наведіть приклади.
- Маса тіла дорівнює 250 г. Виразіть масу цього тіла в кілограмах (кг) та міліграмах (мг).
- Виразіть відстань 0,135 км у метрах та міліметрах.
- Насправді часто використовують позасистемну одиницю об'єму - літр: 1 л = 1 дм 3 . У СІ одиниця обсягу зветься кубічний метр. Скільки літрів за один кубічний метр? Знайдіть, який об'єм води містить кубик з ребром 1 см, і виразіть цей об'єм у літрах та кубічних метрах, використовуючи необхідні приставки.
- Назвіть фізичні величини, які необхідні опису властивостей такого фізичного явища, як вітер. Використовуйте відомості, отримані під час уроків природознавства, і навіть результати ваших спостережень. Заплануйте фізичний експеримент із метою вимірювання цих величин.
- Які старовинні та сучасні одиниці довжини та часу ви знаєте?
