Перелічити значення фізичної величини. та дольних одиниць та їх найменувань

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 та сама фізична величина набуває різних значень. Наприклад, довжини різних відрізків можуть бути неоднакові. Тому одна й та сама величина може набувати різних значень і 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 грецького алфавітів. 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 потреб повсякденного життя. Їх у різні часи різними народами придумали різні одиниці. Цікаво, що назви багатьох одиниць величин у різних народів збігаються, тому що при виборі цих одиниць використовувалися тіло людини. Наприклад, одиниця довжини, звана «лікоть», використовувалася у Стародавньому Єгипті, Вавилоні, арабському світі, Англії, Росії.

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 систему одиниць (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 значення яких 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

1. Навіщо служать фізичні величини? Наведіть приклади фізичних величин.
2. Які з наведених нижче термінів є фізичними величинами, а які - ні? Лінійка, автомобіль, холод, довжина, швидкість, температура, вода, звук, маса.
3. Як записують значення фізичних величин?
4. Що таке СІ? Навіщо вона потрібна?
5. Які одиниці називають основними, а які є похідними? Наведіть приклади.
6. Маса тіла дорівнює 250 г. Виразіть масу цього тіла в кілограмах (кг) та міліграмах (мг).
7. Виразіть відстань 0,135 км у метрах та міліметрах.
8. 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.
9. 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.
10. Які старовинні та сучасні одиниці довжини та часу ви знаєте?

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.

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.

Це значення величини, знайдене експериментальним шляхом і настільки, що наближається до істинного значення, що для цієї мети може бути використане замість нього.

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 кулі або вимірювання 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

Поняття про метрологію

Метрологія– наука про вимірювання, методи та засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності. Вона базується на комплексі термінів та понять, найголовніші з яких наведені нижче.

Фізична величина– властивість, у якісному відношенні загальне багатьом фізичним об'єктам, але у кількісному відношенні індивідуально кожному за об'єкта. Фізичними величинами є довжина, маса, щільність, сила, тиск та ін.

Одиницею фізичної величинивважається та величина, якій за визначенням присвоєно значення 1. Наприклад, маса 1кг, сила 1Н, тиск 1Па. У різних системах одиниць одиниці однієї й тієї величини можуть відрізнятися за розміром. Наприклад, для сили 1кгс ≈ 10Н.

Значення фізичної величини- Чисельна оцінка фізичної величини конкретного об'єкта в прийнятих одиницях. Наприклад, значення маси цегли 3,5 кг.

Технічний вимір- Визначення значень різних фізичних величин спеціальними технічними методами та засобами. У ході лабораторних випробувань визначають значення геометричних розмірів, маси, температури, тиску, сили та ін. Усі технічні виміри повинні відповідати вимогам єдності та точності.

Прямий вимір- Експериментальне порівняння даної величини з іншого, прийнятої за одиничну, за допомогою відліку за шкалою приладу. Наприклад, вимір довжини, маси, температури.

Непрямі виміри– результати, одержані з використанням результатів прямих вимірювань шляхом обчислень за відомими формулами. Наприклад, визначення густини, міцності матеріалу.

Єдність вимірів- Стан вимірювань, при якому їх результати виражені в узаконених одиницях та похибки вимірювань відомі із заданою ймовірністю. Єдність вимірювань необхідна, щоб можна було зіставити результати вимірювань, виконаних у різних місцях, у різний час, з використанням різноманітних приладів.

Точність вимірів- Якість вимірювань, що відображає близькість отриманих результатів до справжнього значення вимірюваної величини. Розрізняють справжнє та дійсне значення фізичних величин.

Справжнє значенняфізичної величини в ідеалі відображає у якісному та кількісному відношеннях відповідні властивості об'єкта. Справжнє значення вільне від помилок виміру. Оскільки всі значення фізичної величини перебувають досвідченим шляхом і містять помилки вимірів, то справжнє значення залишається невідомим.

Справжнє значенняфізичну величину знаходять експериментальним шляхом. Воно настільки наближено до справжнього значення, що з певних цілей може бути використане замість нього. При технічних вимірах значення фізичної величини, знайдене з допустимою технічними вимогами похибкою, приймають дійсне значення.

Похибка вимірювання- Відхилення результату вимірювання від справжнього значення вимірюваної величини. Оскільки справжнє значення вимірюваної величини залишається невідомим, на практиці лише приблизно оцінюють похибку вимірювань, порівнюючи результати вимірювання зі значенням цієї ж величини, отриманим з точністю в кілька разів вищою. Так похибка вимірювання розмірів зразка лінійкою, що становить ± 1мм, можна оцінити, вимірявши зразок штангенциркулем з похибкою не більше ±0,5мм.

Абсолютна похибкавиражається в одиницях вимірюваної величини.

Відносна погрішність- Відношення абсолютної похибки до дійсного значення вимірюваної величини.

Засоби вимірів – технічні засоби, що використовуються при вимірах та мають нормовані метрологічні властивості. Засоби вимірювання поділяються на заходи та вимірювальні прилади.

міра- Засіб вимірювання, призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру. Наприклад, гиря – міра маси.

Вимірювальний пристрій– засіб вимірів, який служить відтворення вимірювальної інформації у формі, доступної сприйняття спостерігачем. Найпростіші вимірювальні прилади називають вимірювальним інструментом. Наприклад, лінійка, штангенциркуль.

Основними метрологічними показниками вимірювальних приладів є:

Ціна поділу шкали – різниця значень вимірюваної величини, що відповідає двом сусіднім відміткам шкали;

Початкове та кінцеве значення шкали – відповідно найменше та найбільше значення вимірюваної величини, зазначені на шкалі;

Діапазон вимірювань - область значень вимірюваної величини, для якої нормовані похибки, що допускаються.

Похибка вимірювання-Результат взаємного накладення помилок, що викликаються різними причинами: похибкою самих вимірювальних приладів, похибками, що виникають при користуванні приладом і зчитуванні результатів вимірювань і похибок від недотримання умов вимірювання. При досить великому числі вимірів середнє арифметичне результатів вимірів наближається до справжнього значення, а похибка зменшується.

Систематична похибка- похибка, яка залишається постійною чи закономірно змінюється при повторних вимірах і виникає з цілком відомих причин. Наприклад, усунення шкали приладу.

Випадкова похибка – похибка, у появі якої немає закономірного зв'язку з попередніми чи наступними помилками. Її поява викликається безліччю випадкових причин, вплив яких на кожен вимір не може бути враховано заздалегідь. До причин, що призводять до появи випадкової похибки, можна віднести, наприклад, неоднорідність матеріалу, порушення при відборі проб, похибку у показаннях приладу.

Якщо під час проведення вимірювань з'являється так звана груба похибка, яка суттєво підвищує похибку, очікувану за даних умов, такі результати вимірювань виключають з розгляду як недостовірні.

Єдність всіх вимірів забезпечується встановленням одиниць вимірів та розробкою їх еталонів. З 1960 діє Міжнародна система одиниць (СІ), яка замінила складну сукупність систем одиниць і окремих позасистемних одиниць, що склалися на основі метричної системи заходів. У Росії її система СІ прийнято як стандартної, а області будівництва її застосування регламентовано з1980г.

Лекція 2. ФІЗИЧНІ ВЕЛИЧИНИ. ОДИНИЦІ ВИМІРЮВАНЬ

2.1 Фізичні величини та шкал

2.2 Одиниці фізичних величин

2.3. Міжнародна система одиниць (система СІ

2.4 Фізичні величини технологічних процесів

виробництва продуктів харчування

2.1 Фізичні величини та шкали

Фізична величина – це властивість, загальне в якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів (фізичних систем, їх станів і процесів, що відбуваються в них), але в кількісному відношенні індивідуальне для кожного з них.

Індивідуальне у кількісному відношенніслід розуміти так, що те саме властивість одного об'єкта то, можливо у кілька разів більше чи менше, ніж іншого.

Як правило, термін "фізична величина" застосовується до властивостей або характеристик, які можна оцінити кількісно. До фізичних величин відносяться маса, довжина, час, тиск, температура і т. д. Усі вони визначають загальні в якісному відношенні фізичні властивості, кількісні характеристики їх можуть бути різними.

Фізичні величини доцільно розрізняти вимірювані та оцінювані.Вимірювані ФВ можуть бути кількісно виражені у вигляді певної кількості встановлених одиниць вимірювання. Можливість введення та використання останніх є важливою відмітною ознакою вимірюваних ФВ.

Однак існують такі властивості, як смак, запах тощо, для яких не можуть бути введені одиниці виміру. Такі величини можна оцінити. Величини оцінюють за допомогою шкал.

за точності результатурозрізняють три види значень фізичних величин: справжнє, дійсне виміряне.

Справжнє значення фізичної величини(Справжнє значення величини) – значення фізичної величини, яке в якісному та кількісному відношенні ідеальним чином відображало б відповідну властивість об'єкта.

До постулатів метрології відносять

Істинне значення певної величини існує і воно постійно

Справжнє значення вимірюваної величини знайти неможливо.

Справжнє значення фізичної величини може бути отримано лише внаслідок нескінченного процесу вимірювань із нескінченним удосконаленням методів та засобів вимірювань. До кожного рівня розвитку вимірювальної техніки ми можемо знати лише дійсне значення фізичної величини, яке застосовується замість істинного.

Справжнє значення фізичної величини- Значення фізичної величини, знайдене експериментальним шляхом і настільки близьке до істинного значення, що для поставленого вимірювального завдання може його замінити. Характерним прикладом, що ілюструє розвиток вимірювальної техніки, є час. Свого часу одиницю часу – секунду визначали як 1/86400 частину середньої сонячної доби з похибкою 10 -7 . В даний час визначають секунду з похибкою 10 -14 , Т. е. на 7 порядків наблизилися до справжнього значення визначення часу на еталонному рівні.

За дійсне значення фізичної величини зазвичай приймають середнє арифметичне ряду значень величини, отриманих при рівноточних вимірах, або арифметичне середнє виважене при нерівноточних вимірах.

Виміряне значення фізичної величини- Значення фізичної величини, отримане із застосуванням конкретної техніки.

За видами явищ ФВділять на такі групи :

- речові , тобто. описують фізичні та фізико-хімічні властивості речовин. Матеріалів та виробів з них. До них відносяться маса, щільність і тп. Це ФВ пасивні, т.к. їх вимірювання необхідно використовувати допоміжні джерела енергії, з допомогою яких формується сигнал вимірювальної інформації.

- енергетичні – описують енергетичні характеристики процесів перетворення, передачі та використання енергії (енергія, напруга, потужність. Ці величини активні. Вони можуть бути перетворені на сигнали вимірювальної інформації без використання допоміжних джерел енергії;

- що характеризують перебіг процесів часу . До цієї групи належать різноманітні спектральні характеристики, кореляційні функції та ін.

За ступенем умовної залежності від інших величин ФВділять на основні та похідні

Основна фізична величина– фізична величина, що входить у систему величин і умовно прийнята як незалежно від інших величин цієї системи.

Вибір фізичних величин, що приймаються за основні, та їх кількість здійснюється довільно. Як основні насамперед було обрано величини, що характеризують основні властивості матеріального світу: довжина, маса, час. Інші чотири основні фізичні величини обрані таким чином, щоб кожна з них представляла один із розділів фізики: сила струму, термодинамічна температура, кількість речовини, сила світла.

Кожній основній фізичній величині системи величин надається символ у вигляді малої літери латинського або грецького алфавіту: довжина – L, маса – М, час – Т, сила електричного струму – I, температура – ​​O, кількість речовини – N, сила світла – J. Ці символи входять у назву системи фізичних величин. Так, система фізичних величин механіки, основними величинами якої є довжина, маса та час, називається "система LMT".

Похідна фізична величина– фізична величина, яка входить до системи величин і визначається через основні величини цієї системи.

1.3 Фізичні величини та їх виміри

Фізична величина – одна з властивостей фізичного об'єкта (фізичної системи, явища або процесу), загальна у якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів, але в кількісному відношенні індивідуальна для кожного з них. Можна сказати також, що фізична величина - це величина, яка може бути використана в рівняннях фізики, причому під фізикою тут розуміється в цілому наука та технології.

Слово « величина» часто застосовується у двох сенсах: як взагалі властивість, до якого застосовується поняття більше чи менше, і як кількість цієї властивості. В останньому випадку доводилося б говорити про «величину величини», тому надалі йтиметься про величину саме як властивість фізичного об'єкта, у другому ж сенсі - як про значення фізичної величини.

Останнім часом все більшого поширення набуває підрозділ величин на фізичні та нефізичні Хоча слід зазначити, що поки що немає суворого критерію для такого поділу величин. При цьому під фізичними розуміють величини, які характеризують властивості фізичного світу та застосовуються у фізичних науках та техніці. Їх існують одиниці виміру. Фізичні величини залежно від правил їх виміру поділяються на три групи:

Величини, що характеризують властивості об'єктів (довжина, маса);

величини, що характеризують стан системи (тиск,

температура);

Величини, що характеризують процеси (швидкість, потужність).

До нефізичним відносять величини, котрим немає одиниць виміру. Вони можуть характеризувати як властивості матеріального світу, і поняття, які у суспільних науках, економіці, медицині. Відповідно до такого поділу величин прийнято виділяти вимірювання фізичних величин і нефізичні виміри . Іншим виразом такого підходу є два різні розуміння поняття виміру:

вимір у вузькому значенні як експериментальне порівняння

однієї вимірюваної величини з іншого відомою величиною того

ж якості, прийнятої як одиниця;

вимір у широкому значенні як знаходження відповідностей

між числами та об'єктами, їх станами або процесами

відомим правилам.

Друге визначення з'явилося у зв'язку з широким поширенням останнім часом вимірів нефізичних величин, які фігурують у медико-біологічних дослідженнях, зокрема, у психології, економіці, соціології та інших суспільних науках. У цьому випадку правильніше було б говорити не про вимір, а про оцінювання величин , розуміючи оцінювання як встановлення якості, ступеня, рівня чогось відповідно до встановлених правил. Інакше кажучи, це операція з приписування шляхом обчислення, знаходження чи визначення числа величині, що характеризує якість будь-якого об'єкта, за встановленими правилами. Наприклад, визначення сили вітру чи землетрусу, виставлення оцінки фігуристам чи оцінок знань учнів за п'ятибальною шкалою.

Концепція оцінюваннявеличин не слід плутати з поняттям оцінки величин, пов'язаним з тим, що в результаті вимірювань ми фактично отримуємо не справжнє значення вимірюваної величини, а лише його оцінку, тією чи іншою мірою близьку до цього значення.

Розглянуте вище поняття « вимір», Що передбачає наявність одиниці виміру (заходи), відповідає поняттю виміру у вузькому значенні і є більш традиційним і класичним. У цьому сенсі воно і розумітиметься нижче - як вимір фізичних величин.

Нижче наведено про основні поняття , що відносяться до фізичної величини (тут і далі всі основні поняття з метрології та їх визначення наводяться за вищезгаданою рекомендацією з міждержавної стандартизації РМГ 29-99):

- розмір фізичної величини - кількісна визначеність фізичної величини, властива конкретному матеріальному об'єкту, системі, явище чи процесу;

- значення фізичної величини - Вираз розміру фізичної величини у вигляді деякого числа прийнятих для неї одиниць;

- справжнє значення фізичної величини - значення фізичної величини, яке ідеальним чином характеризує в якісному та кількісному відношенні відповідну фізичну величину (може бути співвіднесено з поняттям абсолютної істини та отримано лише внаслідок нескінченного процесу вимірювань із нескінченним удосконаленням методів та засобів вимірювань);

дійсне значення фізичної величини  значення фізичної величини, отримане експериментальним шляхом і настільки близьке до справжнього значення, що у поставленій вимірювальній задачі може бути використане замість нього;

одиниця виміру фізичної величини  фізична величина фіксованого розміру, якій умовно присвоєно числове значення, що дорівнює 1, і застосовується для кількісного вираження однорідних з нею фізичних величин;

система фізичних величин  сукупність фізичних величин, утворена відповідно до прийнятих принципів, коли одні величини приймаються за незалежні, а інші визначаються як функції цих незалежних величин;

основна фізична величина – фізична величина, що входить до системи величин і умовно прийнята як незалежна від інших величин цієї системи.

похідна фізична величина – фізична величина, що входить до системи величин та визначається через основні величини цієї системи;

система одиниць фізичних одиниць  сукупність основних та похідних одиниць фізичних величин, утворена відповідно до принципів для заданої системи фізичних величин.

Розмір фізичної величини- Кількісна визначеність фізичної величини, властива конкретному матеріальному об'єкту, системі, явищу або процесу.

Іноді заперечують проти широкого застосування слова "розмір", стверджуючи, що воно стосується лише довжини. Однак зауважимо, що кожне тіло має певну масу, внаслідок чого тіла можна розрізняти за їхньою масою, тобто. за розміром цікавої для нас фізичної величини (маси). Розглядаючи предмети Аі В,можна, наприклад, стверджувати, що за довжиною або розміром довжини вони відрізняються один від одного (наприклад, А> В).Більш точна оцінка може бути отримана лише після вимірювання довжини цих предметів.

Часто у словосполученні "розмір величини" слово "розмір" опускають або замінюють його на словосполучення "значення величини".

У машинобудуванні широко застосовують термін "розмір", маючи на увазі під ним значення фізичної величини - довжини, властивої будь-якої деталі. Це означає, що з висловлювання одного поняття «значення фізичної величини» застосовуються два терміни («розмір» і «значення»), що неспроможна сприяти упорядкуванню термінології. Строго кажучи, необхідно уточнити поняття "розмір" у машинобудуванні так, щоб воно не суперечило поняття "розмір фізичної величини", прийнятому в метрології. У ГОСТ 16263-70 надано чітке роз'яснення з цього питання.

Кількісна оцінка конкретної фізичної величини, виражена у вигляді деякої кількості одиниць даної величини, називається значенням фізичної величини.

Абстрактне число, що входить у «значення» величини, називається числовим значенням.

Між розміром та значенням величини є важлива різниця. Розмір величини існує реально, незалежно від цього, знаємо ми його чи ні. Виразити розмір величини можна за допомогою будь-якої з одиниць даної величини, тобто за допомогою числового значення.

Для числового значення характерно, що з застосуванні інший одиниці воно змінюється, тоді як фізичний розмір величини залишається незмінним.

Якщо позначити вимірювану величину через x, одиницю величини - через x 1 , а відношення їх через q 1 , то x = q 1 x 1  .

Розмір величини xне залежить від вибору одиниці, чого не можна сказати про числове значення q, яке цілком визначається вибором одиниці. Якщо для виразу розміру величиниx замість одиниці x 1  застосувати одиницю x 2  , то незмінний розмірx буде виражений іншим значенням:

x = q 2 x 2  , де n 2 n 1 .

Якщо у наведених виразах застосовувати q=1, то розміри одиниць

x 1 = 1x 1 x 2 = 1x 2 .

Розміри різних одиниць однієї й тієї величини різні. Так, розмір кілограма відрізняється від розміру фунта; розмір метра-від розміру фута і т.п.

1.6. Розмірність фізичних величин

Розмірність фізичних величин-це співвідношення між одиницями величин, що входять до рівняння, що зв'язує цю величину з іншими величинами, якими вона виражається.

Розмірність фізичної величини позначається dim A(Від лат. dimension - розмірність). Припустимо, що фізична величина Азв'язана з X,Урівнянням A = F(Х, Y).Тоді величини X, Y, Аможна уявити у вигляді

Х = х [Х]; Y = y [Y];A = а [A],

де А, X, Y -символи, що позначають фізичну величину; а, х, y -числові значення величин (безрозмірні); [A];[X]; [Y] -відповідні одиниці даних фізичних величин.

Розмірності значень фізичних величин та його одиниць збігаються. Наприклад:

A = X/Y; dim(a) = dim(X/Y) = [Х]/[Y].

Розмірність -якісна характеристика фізичної величини, що дає уявлення про вид, природу величини, про співвідношення її з іншими величинами, одиниці яких приймаються за основні.

1.2. Фізичні величини

1.2.1. Фізичні величини як об'єкт вимірювань

Величина– це властивість чогось, що може бути виділено серед інших властивостей та оцінено тим чи іншим способом, у тому числі кількісно. Величина не існує сама по собі, вона має місце лише остільки, оскільки існує об'єкт із властивостями, вираженими цією величиною.

Величини можна розділити на два види: реальні та ідеальні. Ідеальні величиниголовним чином ставляться до математики та є узагальненням (моделлю) конкретних реальних понять (див. рис.1.1)

Реальні величиниділяться на фізичні та нефізичні. Фізична величинау загальному випадку може бути визначена як величина, властива матеріальним об'єктам (процесам, явищам), що вивчаються у природничих та технічних науках. До нефізичнихслід віднести величини, властиві громадським (нефізичним) наук – філософії, соціології, економіки та інших.

Рис.1.1 Класифікація величин

Рекомендації РМГ 29-99 трактують фізичну величину як одну з властивостей фізичного об'єкта, в якісному відношенні загальне для багатьох фізичних об'єктів, а в кількісному – індивідуальне для кожного з них . Індивідуальність в кількісному відношенні розуміють у тому сенсі, що властивість може бути для даного об'єкта в кілька разів більше або менше, ніж у іншого. Таким чином, фізичні величини – це виміряні властивості фізичних об'єктів та процесів, за допомогою яких вони можуть бути вивчені.

Фізичні величини бувають:

· Вимірювані;

· Оцінювані.

Вимірювані фізичні величини можуть бути виражені кількісно у вигляді певної кількості встановлених одиниць виміру. Фізичні величини, котрим за тим чи іншим причинна може бути введена одиниця виміру, може лише оцінені. Величини оцінюють за допомогою шкал .

Шкала величини– упорядкована послідовність її значень, прийнята за згодою на підставі результатів точних вимірів.

Для більш детального вивчення фізичних величин необхідно класифікувати та виявити загальні метрологічні особливості їх окремих груп.

За видами явищ фізичні величини поділяються на такі групи:

· речові, тобто описують фізичні та фізико-хімічні властивості речовин, матеріалів та виробів з них. До цієї групи належать маса, щільність, електричний опір, ємність, індуктивність та ін Іноді зазначені фізичні величини називають пасивними. Для їхнього вимірювання необхідно використовувати додаткове джерело енергії, за допомогою якого формується сигнал вимірювальної інформації. При цьому пасивні фізичні величини перетворюються на активні, які вимірюються;

· енергетичні, Т. е. величини, що описують енергетичні характеристики процесів перетворення, передачі та використання енергії. До них відносяться струм, напруга, потужність, енергія. Ці величини називають активними. Вони можуть бути перетворені на сигнали вимірювальної інформації без використання допоміжних джерел енергії;

· що характеризують перебіг процесів у часі. До цієї групи належать різноманітні спектральні характеристики, кореляційні функції та ін.

За приналежністю до різних груп фізичних процесівфізичні величини поділяються:

· Просторово-тимчасові;

· Механічні;

· Теплові;

· Електричні;

· магнітні;

· Акустичні;

· Світлові;

· Фізико-хімічні;

· Іонізуючих випромінювань;

· Атомної та ядерної фізики.

За ступенем умовної незалежності з інших величин

· Основні (умовно не залежні),

· Похідні (умовно залежні),

· Додаткові.

В даний час в системі SI використовується сім фізичних величин, вибраних як основні: довжина, час, маса, температура, сила електричного струму, сила світла та кількість речовини. До додаткових фізичних величин належать плоский та тілесний кут.

Одиниця фізичної величини– це фізична величина фіксованого розміру, якій умовно присвоєно числове значення, що дорівнює одиниці. Одиниця фізичної величини застосовується для кількісного виразу однорідних фізичних величин.

Значення фізичної величини- Це оцінка її розміру у вигляді деякої кількості прийнятих для неї одиниць (Q).

Числове значення фізичної величини (q)- Це абстрактне число, що виражає відношення значення величини до відповідної одиниці даної фізичної величини.

Рівняння Q=q[Q]називають основним рівнянням виміру. Суть найпростішого виміру полягає у порівнянні фізичної величини Qз розмірами вихідної величини регульованого багатозначного заходу q[Q]. В результаті порівняння встановлюють, що q[Q] ‹ Q ‹(q+1)[Q].

1.2.2. Системи одиниць фізичних величин

Сукупність основних та похідних одиниць називається системою одиниць фізичних величин.

Першою системою одиниць вважається метрична система, де за основну одиницю довжини було прийнято метр, за одиницю ваги – 1 см3 хімічно чистої води за нормальної температури близько +40оС. У 1799 році були виготовлені перші прототипи (еталони) метра та кілограма. Крім цих двох одиниць, метрична система у своєму первісному варіанті включала ще й одиниці площі (ар - площа квадрата зі стороною 10 м), об'єму (стер - об'єм куба з ребром 10 м), місткості (літр, рівний об'єму куба з ребром 0,1 м). У метричній системі ще не було чіткого поділу одиниць на основні та похідні.

Рис.1.2. Класифікація фізичних величин

Поняття системи одиниць, як сукупності основних та похідних, вперше було запропоновано німецьким вченим Гауссом у 1832 р. Як основні у цій системі було прийнято: одиниця довжини – міліметр, одиниця маси – міліграм, одиниця часу – секунда. Цю систему назвали абсолютної.

У 1881 р. була прийнята система СГС(Сантиметр-грам-секунда), на початку ХХ століття існувала і система італійського вченого Джорджі - МКСА (метр, кілограм, секунда, ампер). Існували та інші системи одиниць. Навіть нині деякі країни не відійшли від історично сформованих одиниць виміру. У Великій Британії, США, Канаді одиницею маси є фунт, причому його розмір різний.

Найбільшого поширення у світі набула Міжнародна система одиницьSI –SystemeInternational.

Генеральна конференція з мір і ваг (ГКМВ) в 1954 р. визначила шість основних одиниць фізичних величин для їх використання в міжнародних відносинах: метр, кілограм, секунда, ампер, Кельвін, свічка. Згодом система була доповнена однією основною, додатковими та похідними одиницями. Крім того, було розроблено визначення основних одиниць.

Одиниця довжини – метр- Довжина шляху, яку проходить світло у вакуумі за 1/частку секунди.

Одиниця маси – кілограм- Маса, що дорівнює масі міжнародного прототипу кілограма.

Одиниця часу – секунда- Тривалість періодів випромінювання, що відповідає переходу між двома рівнями надтонкої структури основного стану атома цезію-133 за відсутності обурення з боку зовнішніх полів.

Одиниця сили електричного струму – ампер- сила струму, що не змінюється, який при проходженні по двох паралельних провідниках нескінченної довжини і мізерно малого круглого перерізу, розташованими на відстані 1 м один від одного у вакуумі, створив би між цими провідниками силу, рівну 2·10-7 Н на кожен метр довжини .

Одиниця термодинамічної температури – кельвін- 1/273,16 частина термодинамічної температури потрійної точки води. Допускається застосування шкали Цельсія.

Одиниця кількості речовини – моль– кількість речовини системи, що містить стільки ж структурних елементів, скільки атомів міститься в нукліді вуглецю-12 масою 0,012 кг.

Одиниця сили світла – кандела- Сила світла в заданому напрямку джерела, що випускає монохроматичне випромінювання частотою 540 · 1012 Гц, енергетична сила якого в цьому напрямку становить 1/683 Вт/ср2.

Наведені визначення досить складні та потребують достатнього рівня знань, насамперед у фізиці. Але вони дають уявлення про природне, природне походження прийнятих одиниць.

Міжнародна система SI є найбільш досконалою та універсальною в порівнянні з попередніми. Крім основних одиниць у системі SI є додаткові одиниці для вимірювання плоского та тілесного кута – радіан та стерадіан, відповідно, а також велика кількість похідних одиниць простору та часу, механічних величин, електричних та магнітних величин, теплових, світлових та акустичних величин, а також іонізуючих випромінювань (таблиця 1.2.) Єдина міжнародна система одиниць була прийнята ХІ Генеральною конференцією з заходів та ваг у 1960 році. На території нашої країни система одиниць SI діє з 1 січня 1982 відповідно до ГОСТ 8.417-81. Система SI є логічним розвитком систем СГС і МКГСС, що передували їй. До переваг та переваг системи SI відносяться:

· Універсальність, тобто охоплення всіх областей науки і техніки;

· Уніфікація всіх областей та видів вимірювань;

· Когерентність величин;

· Можливість відтворення одиниць з високою точністю відповідно до їх визначення;

· Спрощення запису формул у зв'язку з відсутністю переказних коефіцієнтів;

· Зменшення числа допускаються одиниць;

· Єдина система кратних та дольних одиниць;

Таблиця 1.1

Основні та додаткові одиниці фізичних величин

Похідна одиниця– це одиниця похідної фізичної величини системи одиниць, утворена відповідно до рівнянь, що зв'язують її з основними одиницями або з основними та вже визначеними похідними. Похідні одиниці системи SI, що мають власну назву, наведені у таблиці 1.2.

Для встановлення похідних одиниць слідує:

· Вибрати фізичні величини, одиниці яких приймаються як основні;

· Встановити розмір цих одиниць;

· Вибрати визначальне рівняння, що зв'язує величини, що вимірюються основними одиницями, з величиною, для якої встановлюється похідна одиниця. При цьому символи всіх величин, що входять до визначального рівняння, повинні розглядатися не як самі величини, а їх іменовані числові значення;

· Прирівняти одиниці (або іншому постійному числу) коефіцієнт пропорційності k, що входить у визначальне рівняння. Це рівняння слід записати як явної функціональної залежності похідної величини від основних величин.

Встановлені таким чином похідні одиниці можуть бути використані для запровадження нових похідних величин.

Одиниці фізичних величин поділяються на системні та позасистемні. Системна одиниця– одиниця фізичної величини, яка входить до однієї з прийнятих систем. Усі основні, похідні, кратні та подільні одиниці є системними. Позасистемна одиниця- Це одиниця фізичної величини, що не входить в жодну з прийнятих систем одиниць. Позасистемні одиниці стосовно одиниць системи SI поділяють на чотири види:

Таблиця 1.2.

Похідні одиниці системиSI, що мають спеціальну назву

· Допустимі нарівні з одиницями SI, наприклад, одиниці маси - тонна; плоского кута – градус, хвилина, секунда; обсягу - літр та ін. Позасистемні одиниці, що допускаються до застосування нарівні з одиницями SI, наведені в таблиці 1.3;

· Допустимі до застосування в спеціальних областях, наприклад, астрономічна одиниця - парсек, світловий рік - одиниці довжини в астрономії; діоптрія - одиниця оптичної сили в оптиці; електрон-вольт – одиниця енергії у фізиці тощо;

· тимчасово допускаються до застосування нарівні з одиницями SI, наприклад, морська миля – у морській навігації; карат – одиниця маси в ювелірній справі та ін. Ці одиниці повинні вилучатися із вживання відповідно до міжнародних угод;

· Вилучені з вживання, наприклад, міліметр ртутного стовпа - одиниця тиску; кінська сила – одиниця потужності та деякі інші.

Таблиця 1.3

Позасистемні одиниці, які допускаються до застосування

нарівні з одиницямиSI

Розрізняють кратні та долеві одиниці фізичних величин .

Кратна одиниця- Це одиниця фізичної величини, що в ціле число разів перевищує системну або позасистемну одиницю. Дольна одиниця- Це одиниця фізичної величини, значення якої в ціле число разів менше системної або позасистемної одиниці. Приставки для утворення кратних та дольних одиниць наведені в таблиці 1.4.

Таблиця 1.4

Приставки для утворення десяткових кратних

та дольних одиниць та їх найменувань

Вивчення фізичних явищ та його закономірностей, і навіть використання цих закономірностей у практичній діяльності пов'язані з виміром фізичних величин.

Фізична величина - це властивість, в якісному відношенні загальне багатьом фізичним об'єктам (фізичним системам, їх станам і процесам, що відбуваються в них), але в кількісному відношенні індивідуальне для кожного об'єкта.

Фізичною величиною є, наприклад, маса. Масу мають різні фізичні об'єкти: всі тіла, всі частинки речовини, частинки електромагнітного поля та ін. У якісному відношенні всі конкретні реалізації маси, тобто маси всіх фізичних об'єктів, однакові. Але маса одного об'єкта може бути в кілька разів більше або менше, ніж маса іншого. І в цьому кількісному сенсі маса є властивістю, індивідуальною для кожного об'єкта. Фізичними величинами є також довжина, температура, напруженість електричного поля, період коливань та ін.

Конкретні реалізації однієї й тієї фізичної величини називаються однорідними величинами. Наприклад, відстань між зіницями ваших очей та висота Ейфелевої вежі є конкретні реалізації однієї і тієї ж фізичної величини – довжини і тому є однорідними величинами. Маса цієї книги та маса супутника Землі «Космос-897» також однорідні фізичні величини.

Однорідні фізичні величини відрізняються одна від одної розміром. Розмір фізичної величини – це

кількісне зміст у цьому об'єкті властивості, відповідного поняттю «фізична величина».

Розміри однорідних фізичних величин різних об'єктів порівнювати між собою, якщо визначити значення цих величин.

Значення фізичної величини називається оцінка фізичної величини у вигляді деякого числа прийнятих для неї одиниць (див. с. 14). Наприклад, значення довжини деякого тіла, 5 кг - значення маси деякого тіла і т. д. Абстрактне число, що входить до значення фізичної величини (у прикладах 10 і 5), називається числовим значенням. У загальному випадку значення X деякої величини можна виразити у вигляді формули

де числове значення величини, її одиниця.

Слід розрізняти справжнє та дійсне значення фізичної величини.

Істинне значення фізичної величини - це значення величини, яке ідеальним чином відображало б у якісному та кількісному відношеннях відповідну властивість об'єкта.

Справжнє значення фізичної величини є значення величини, знайдене експериментальним шляхом і настільки наближається до справжнього значення, що для цієї мети може бути використане замість нього.

Знаходження значення фізичної величини досвідченим шляхом з допомогою спеціальних технічних засобів називається виміром.

Справжні значення фізичних величин, зазвичай, невідомі. Наприклад, ніхто не знає справжніх значень швидкості світла, відстані від Землі до Місяця, мас електрона, протона та інших елементарних частинок. Ми не знаємо справжнього значення свого зростання і маси свого тіла, не знаємо і не можемо дізнатися справжнього значення температури повітря в нашій кімнаті, довжини столу, за яким працюємо, і т.д.

Однак, користуючись спеціальними технічними засобами, можна визначити дійсні

значення всіх цих і багатьох інших величин. При цьому ступінь наближення цих дійсних значень до істинних значень фізичних величин залежить від досконалості технічних засобів вимірювання, що застосовуються при цьому.

До засобів вимірювань відносяться заходи, вимірювальні прилади та ін. Під мірою розуміють засіб вимірювань, призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру. Наприклад, гиря - міра маси, лінійка з міліметровими поділами - міра довжини, вимірювальна колба - міра об'єму (місткості), нормальний елемент - міра електрорушійної сили, кварцовий генератор - міра частоти електричних коливань та ін.

Вимірювальний прилад - це засіб вимірювань, призначений для вироблення сигналу вимірювальної інформації у формі, доступної безпосереднього сприйняття спостереженням. До вимірювальних приладів відносяться динамометр, амперметр, манометр та ін.

Розрізняють вимірювання прямі та непрямі.

Прямим виміром називають вимір, у якому шукане значення величини знаходять безпосередньо з дослідних даних. До прямих вимірів відносяться, наприклад, вимір маси на рівноплечних вагах, температури - термометром, довжини - масштабною лінійкою.

Непряме вимір - це вимір, у якому шукане значення величини знаходять виходячи з відомої залежності між нею і величинами, подвергаемыми прямим вимірам. Непрямими вимірами є, наприклад, знаходження щільності тіла за його масою та геометричними розмірами, знаходження питомого електричного опору провідника щодо його опору, довжини та площі поперечного перерізу.

Вимірювання фізичних величин ґрунтуються на різних фізичних явищах. Наприклад, для вимірювання температури використовується теплове розширення тіл або термоелектричний ефект, для вимірювання маси тіл зважуванням - явище тяжіння тощо. Сукупність фізичних явищ, на яких ґрунтуються виміри, називають принципом виміру. Принципи вимірів не розглядаються у цьому посібнику. Вивченням принципів та методів вимірів, видів засобів вимірів, похибок вимірів та інших питань, пов'язаних з вимірами, займається метрологія.