Фізічная велічыня - гэта ... Вымярэнне фізічных велічынь. Сістэма фізічных велічынь

Фізіка як навука, якая вывучае з'явы прыроды, выкарыстоўвае стандартную методыку даследавання. Асноўнымі этапамі можна назваць: назіранне, вылучэнне гіпотэзы, правядзенне эксперыменту, абгрунтаванне тэорыі. У ходзе назірання ўсталёўваюцца адметныя рысы з'явы, ход яго плыні, магчымыя прычыны і наступствы. Гіпотэза дазваляе растлумачыць ход з'явы, усталяваць яго заканамернасці. Эксперымент пацвярджае (ці не пацвярджае) справядлівасць гіпотэзы. Дазваляе ўсталяваць колькасныя суадносіны велічынь у ходзе вопыту, што прыводзіць да дакладнага ўсталявання залежнасцяў. Пацверджаная падчас вопыту гіпотэза кладзецца ў аснову навуковай тэорыі.

Ні адна тэорыя не можа прэтэндаваць на дакладнасць, калі не атрымала поўнага і безумоўнага пацверджання ў ходзе эксперыменту. Правядзенне апошняга спалучана з вымярэннямі фізічных велічынь, якія характарызуюць працэс. Фізічная велічыня - гэта аснова вымярэнняў.

Што гэта такое

Вымярэнне тычыцца тых велічынь, якія пацвярджаюць справядлівасць гіпотэзы пра заканамернасці. Фізічная велічыня - гэта навуковая характарыстыка фізічнага цела, якаснае стаўленне якой з'яўляецца агульным для мноства аналагічных тэл. Для кожнага цела такая колькасная характарыстыка асабліва індывідуальная.

Калі звярнуцца да спецыяльнай літаратуры, то ў даведніку М. Юдзіна і інш. (1989 гады выдання) чытаем, што фізічная велічыня гэта: "характарыстыка аднаго з уласцівасцяў фізічнага аб'екта (фізічнай сістэмы, з'явы або працэсу), агульная ў якасным дачыненні для многіх фізічных аб'ектаў, але ў колькасных адносінах індывідуальная для кожнага аб'екта ".

Слоўнік Ожегова (1990 года выдання) сцвярджае, што фізічная велічыня гэта - "памер, аб'ём, працягласць прадмета".

Да прыкладу, даўжыня - фізічная велічыня. Механіка даўжыню трактуе як пройдзеная адлегласць, электрадынаміка выкарыстоўвае даўжыню провада, у тэрмадынаміцы аналагічная велічыня вызначае таўшчыню сценак сасудаў. Сутнасць паняцця не змяняецца: адзінкі велічынь могуць быць аднолькавымі, а значэнне - розным.

Адметнай рысай фізічнай велічыні, скажам, ад матэматычнай, з'яўляецца наяўнасць адзінкі вымярэння. Метр, фут, аршын - прыклады адзінак вымярэння даўжыні.

Адзінкі вымярэння

Каб вымераць фізічную велічыню, яе варта параўнаць з велічынёй, прынятай за адзінку. Ўспомніце выдатны мультфільм «Сорак восем папугаяў». Каб усталяваць даўжыню ўдава, героі вымяралі яго даўжыню то ў папугаяў, то ў сланяняты, то ў Мартышка. У гэтым выпадку даўжыню ўдава параўноўвалі з ростам іншых герояў мультфільма. Вынік колькасна залежаў ад эталона.

Адзінка фізічнай велічыні - мера яе вымярэння ў пэўнай сістэме адзінак. Блытаніна ў гэтых мерах ўзнікае не толькі з прычыны недасканаласці, разнароднасці мер, але часам і з-за адноснасці адзінак.

Руская мера даўжыні - аршын - адлегласць паміж паказальным і вялікім пальцамі рукі. Аднак рукі ва ўсіх людзей розныя, і аршын, вымераны рукой дарослага мужчыны, адрозніваецца ад аршына на руцэ дзіцяці ці жанчыны. Такое ж неадпаведнасць мер даўжыні тычыцца сажні (адлегласць паміж кончыкамі пальцаў расстаўленых у бакі рук) і локця (адлегласць ад сярэдняга пальца да локця рукі).

Цікава, што ў крамы прыганятымі бралі мужчын невялікага росту. Хітрыя купцы эканомілі тканіна пры дапамозе некалькі меншых мерак: аршын, локаць, сажань.

сістэмы мер

Такое разнастайнасць мер існавала не толькі ў Расіі, але і ў іншых краінах. Ўвядзенне адзінак вымярэння часцяком было адвольным, часам гэтыя адзінкі ўводзіліся толькі з прычыны зручнасці іх вымярэння. Напрыклад, для вымярэння атмасфернага ціску ўвялі мм ртутнага слупа. Вядомы вопыт Тарычэлі, у якім выкарыстоўвалася трубка, заполоненная ртуццю, дазволіў увесці такую незвычайную велічыню.

Магутнасць рухавікоў параўноўвалі з конскай сілай (што практыкуецца і ў наш час).

Розныя фізічныя велічыні вымярэнне фізічных велічынь рабілі не толькі складанымі і няпэўнымі, але і ўскладняюць развіццё навукі.

Адзіная сістэма мер

Адзіная сістэма фізічных велічынь, зручная і аптымізаваная у кожнай прамыслова развітай краіне, стала надзённай неабходнасцю. За аснову была прынята ідэя выбару як мага меншага колькасці адзінак, з дапамогай якіх у матэматычных суадносінах можна было б выказаць і іншыя велічыні. Такія асноўныя велічыні не павінны быць звязаны адзін з адным, іх значэнне вызначаецца адназначна і зразумела ў любой эканамічнай сістэме.

Гэтую праблему вырашыць спрабавалі ў розных краінах. Стварэнне адзінай сістэмы мер (Метрычная, СГС, МКС і іншыя) рабілася неаднаразова, але гэтыя сістэмы былі нязручныя альбо з навуковага пункту гледжання, альбо ў бытавым, прамысловым ўжыванні.

Задачу, пастаўленую ў канцы 19 стагоддзя, вырашыць атрымалася толькі ў 1958 годзе. На пасяджэнні Міжнароднага камітэта заканадаўчай метралогіі была прадстаўлена ўніфікаваная сістэма.

Ўніфікаваная сістэма мер

1960 год адзначыўся гістарычным пасяджэннем Генеральнай канферэнцыі па мерах і вагам. Унікальная сістэма, названая «Systeme internationale d'unites» (скарочана SI) была прынятая рашэннем гэтага ганаровага сходу. У расійскай версіі гэтая сістэма названа Сістэма інтэрнацыянальная (абрэвіятура СІ).

За аснову прыняты 7 асноўных адзінак і 2 дадатковых. Іх колькасную значэнне вызначаецца ў выглядзе эталона

Табліца фізічных велічынь СІ

Найменне асноўнай адзінкі	якая вымяраецца велічыня	абазначэнне
		інтэрнацыянальнае	расійскае
асноўныя адзінкі
кілаграм	маса	kg	кг
метр	даўжыня	m	м
секунда	час	s	з
ампер	сіла току	А	А
кельвін	тэмпература	Да	Да
моль	колькасць рэчыва	mol	моль
кандзела	сіла святла	cd	кд
дадатковыя адзінкі
радыян	плоскі кут	rad	рады
стэрадыян	цялесны кут	sr	пар

Сама сістэма не можа складацца толькі з сямі адзінак, паколькі разнастайнасць фізічных працэсаў у прыродзе патрабуе увядзення ўсё новых і новых велічынь. У самой структуры прадугледжана не толькі ўкараненне новых адзінак, але і іх ўзаемасувязь ў выглядзе матэматычных суадносін (іх часцей называюць формуламі памернасцяў).

Адзінка фізічнай велічыні атрымліваецца з ужываннем множання, ўзвядзення ў ступень і дзялення асноўных адзінак у формуле памернасцяў. Адсутнасць лікавых каэфіцыентаў у такіх ўраўненнях робіць сістэму не толькі зручнай ва ўсіх адносінах, але і кагерэнтнай (ўзгодненай).

вытворныя адзінкі

Адзінкі вымярэння, якія фармуюцца з сямі асноўных, атрымалі назву вытворных. Акрамя асноўных і вытворных адзінак, паўстала неабходнасць увядзення дадатковых (радыян і стэрадыян). Іх памернасць прынята лічыць нулявы. Адсутнасць вымяральных прыбораў для іх вызначэння робіць немагчымым іх вымярэнне. Іх увядзенне абумоўлена ужываннем у тэарэтычных даследаваннях. Напрыклад, фізічная велічыня "сіла" у гэтай сістэме вымяраецца ў Ньютана. Паколькі сіла - мера ўзаемнага дзеянні тэл адзін на аднаго, якая з'яўляецца прычынай вар'іравання хуткасці цела пэўнай масы, то вызначыць яе можна як твор адзінкі масы на адзінку хуткасці, падзелу на адзінку часу:

F = k0M0v / T, дзе k - каэфіцыент прапарцыйнасці, M - адзінка масы, v - адзінка хуткасці, T - адзінка часу.

СІ дае наступную формулу памернасцяў: Н = кг0м / с ^2, дзе выкарыстаны тры адзінкі. І кілаграм, і метр, і секунда аднесены да асноўных. Каэфіцыент прапарцыйнасці роўны 1.

Магчыма ўвядзенне беспамерных велічынь, якія вызначаюцца ў выглядзе суадносін аднародных велічынь. Да такіх можна аднесці каэфіцыент трэння, як вядома, роўны адносінам сілы трэння да сілы нармальнага ціску.

Табліца фізічных велічынь, вытворных ад асноўных

найменне адзінкі	якая вымяраецца велічыня	формула памернасцяў
джоўль	энергія	кг0м 2 0С -2
Паскаль	ціск	кг0 м -1 0С -2
тэсла	магнітная індукцыя	кг 0А -1 0С -2
вольт	электрычнае напружанне	кг 0м 2 0С -3 0А -1
ым	электрычны супраціў	кг 0м 2 0С -3 0А -2
кулон	электрычны зарад	А0 з
ват	магутнасць	кг 0м 2 0С -3
фарад	электрычная ёмістасць	м -2 0кг -1 0c 4 0A 2
Джоўль на Кельвін	цеплаёмістасць	кг 0м 2 0С -2 0К -1
бекерэль	Актыўнасць радыеактыўнага рэчыва	З -1
Вэбер	магнітны паток	м 2 0кг 0С -2 0А -1
генры	індуктыўнасць	м 2 0кг 0С -2 0А -2
герц	частата	з -1
грэй	паглынутая доза	м 2 0С -1
зіверт	Эквівалентная доза выпраменьвання	м 2 0С -2
люкс	асветленасць	м -2 0кд 0ср -2
люмен	светлавы струмень	кд 0ср
Ньютан	Сіла, вага	м 0кг 0С -2
Сіменс	электрычная праводнасць	м -2 0кг -1 0С 3 0А 2
фарад	электрычная ёмістасць	м -2 0кг -1 0c 4 0A 2

пазасыстэмныя адзінкі

Выкарыстанне гістарычна склаліся велічынь, якія не ўваходзяць у СІ або якія адрозніваюцца толькі лікавым каэфіцыентам, дапускаецца пры вымярэнні велічынь. Гэта пазасыстэмныя адзінкі. Напрыклад, мм ртутнага слупа, рэнтген і іншыя.

Лікавыя каэфіцыенты выкарыстоўваюцца для ўвядзення Дольная і кратных велічынь. Прыстаўкі адпавядаюць пэўнаму ліку. Прыкладам могуць служыць санти-, кіля-, дека-, мега- і многія іншыя.

1 кіламетр = 1000 метраў,

1 сантыметр = 0,01 метра.

тыпалогія велічынь

Паспрабуем паказаць некалькі асноўных прыкмет, якія дазваляюць усталяваць тып велічыні.

1. Напрамак. Калі дзеянне фізічнай велічыні напрамую звязана з кірункам, яе называюць вектарнай, іншыя - скалярныя.

2. Наяўнасць памернасці. Існаванне формулы фізічных велічынь дае магчымасць называць іх памернасці. Калі ў формуле ўсе адзінкі маюць нулявую ступень, то іх называюць беспамернымі. Правільней было б назваць іх велічынямі з памерам, роўнай 1. Бо паняцце беспамернай велічыні нелагічна. Асноўная ўласцівасць - памернасць - ніхто не адмяняў!

3. Па магчымасці складання. Адытыўная велічыня, значэнне якой можна складаць, адымаць, памнажаць на каэфіцыент і т. Д. (Напрыклад, маса) - фізічная велічыня, якая з'яўляецца суммируемой.

4. Па суадносінах з фізічнай сістэмай. Экстэнсіўны - калі яе значэнне можна скласці з значэнняў падсістэмы. Прыкладам можа служыць плошчу, якая вымяраецца ў метрах квадратных. Інтэнсіўная - велічыня, значэнне якой не залежыць ад сістэмы. Да такіх можна аднесці тэмпературу.