Un terme qui est une quantité physique. Grandeurs scalaires, vectorielles, tensorielles

1.2. Grandeurs physiques

1.2.1. Les grandeurs physiques comme objet de mesure

Ordre de grandeur- il s'agit d'une propriété de quelque chose qui peut être distinguée des autres propriétés et évaluée d'une manière ou d'une autre, y compris quantitativement. Une quantité n'existe pas par elle-même ; elle n'existe que dans la mesure où il existe un objet dont les propriétés sont exprimées par une quantité donnée.

Les valeurs peuvent être divisées en deux types : réelles et idéales. Valeurs idéales concernent principalement les mathématiques et constituent une généralisation (modèle) de concepts réels spécifiques (voir Fig. 1.1)

De vraies valeurs sont divisés en physiques et non physiques. Quantité physique dans le cas général, elle peut être définie comme une quantité caractéristique des objets matériels (processus, phénomènes) étudiés dans les sciences naturelles et techniques. Au non physique devrait inclure des quantités inhérentes aux sciences sociales (non physiques) - philosophie, sociologie, économie, etc.

Fig.1.1 Classification des grandeurs

Les recommandations RMG 29-99 interprètent une grandeur physique comme l'une des propriétés d'un objet physique, qualitativement commune à de nombreux objets physiques, et quantitativement – ​​individuelle pour chacun d'eux. . L'individualité en termes quantitatifs s'entend dans le sens où une propriété peut être pour un objet donné un certain nombre de fois supérieure ou inférieure à celle d'un autre. Ainsi, grandeurs physiques – ce sont les propriétés mesurées des objets physiques et les processus par lesquels ils peuvent être étudiés.

Les grandeurs physiques sont :

· mesurable;

· évalué.

Les grandeurs physiques mesurées peuvent être exprimées quantitativement en termes d'un certain nombre d'unités de mesure établies. Les grandeurs physiques pour lesquelles, pour une raison ou une autre, une unité de mesure ne peut être introduite, ne peuvent être qu'estimées. Les valeurs sont évaluées à l'aide d'échelles .

Échelle de grandeur– une séquence ordonnée de ses valeurs, adoptée d'un commun accord sur la base des résultats de mesures précises.

Pour une étude plus détaillée des grandeurs physiques, il est nécessaire de classer et d'identifier les caractéristiques métrologiques communes de leurs groupes individuels.

Selon les types de phénomènes, les grandeurs physiques sont réparties dans les groupes suivants:

· réel, c'est-à-dire décrire les propriétés physiques et physico-chimiques des substances, matériaux et produits fabriqués à partir de ceux-ci. Ce groupe comprend la masse, la densité, la résistance électrique, la capacité, l'inductance, etc. Parfois, ces grandeurs physiques sont appelées passives. Pour les mesurer, il est nécessaire d'utiliser une source d'énergie supplémentaire, à l'aide de laquelle un signal d'informations de mesure est généré. Dans ce cas, les grandeurs physiques passives sont converties en grandeurs actives, qui sont mesurées ;

· énergie, c'est-à-dire des quantités qui décrivent les caractéristiques énergétiques des processus de transformation, de transmission et d'utilisation de l'énergie. Ceux-ci incluent le courant, la tension, la puissance et l’énergie. Ces quantités sont dites actives. Ils peuvent être convertis en signaux d'informations de mesure sans utiliser de sources d'énergie auxiliaires ;

· caractériser le déroulement des processus dans le temps. Ce groupe comprend divers types de caractéristiques spectrales, de fonctions de corrélation, etc.

Selon l'appartenance à différents groupes de processus physiques les grandeurs physiques sont divisées :

· spatio-temporel ;

· mécanique;

· thermique;

· électrique;

· magnétique;

· acoustique;

· lumière;

· physique et chimique;

· rayonnement ionisant;

· physique atomique et nucléaire.

Selon le degré d'indépendance conditionnelle par rapport à d'autres quantités

basique (conditionnellement indépendant),

· dérivés (conditionnellement dépendants),

· supplémentaire.

Actuellement, le système SI utilise sept grandeurs physiques, choisies comme grandeurs de base : longueur, temps, masse, température, courant électrique, intensité lumineuse et quantité de matière. Les grandeurs physiques supplémentaires incluent les angles plans et solides.

Unité de quantité physique est une quantité physique de taille fixe, à laquelle est attribuée conditionnellement une valeur numérique égale à un. Une unité de grandeur physique est utilisée pour exprimer quantitativement des grandeurs physiques homogènes.

Valeur de la grandeur physique est une estimation de sa taille sous la forme d'un certain nombre d'unités acceptées pour lui (Q).

Valeur numérique quantité physique (q) est un nombre abstrait exprimant le rapport entre la valeur d'une quantité et l'unité correspondante d'une quantité physique donnée.

L'équation Q=q[Q] appelé équation de mesure de base. L'essence de la mesure la plus simple est de comparer une grandeur physique Q avec les dimensions de la grandeur de sortie d'une mesure multivaluée réglable q[Q]. À la suite de la comparaison, il est établi que q[Q] ‹ Q ‹ (q+1)[Q].

1.2.2. Systèmes d'unités de grandeurs physiques

L'ensemble des unités de base et dérivées est appelé un système d'unités de grandeurs physiques.

Le premier système d'unités est considéré système métrique, où l'unité de base de longueur était le mètre et l'unité de poids était 1 cm3 d'eau chimiquement pure à une température d'environ +40°C. En 1799, les premiers prototypes (étalons) du mètre et du kilogramme furent réalisés. En plus de ces deux unités, le système métrique dans sa version originale comprenait également des unités de surface (ap - l'aire d'un carré de 10 m de côté), de volume (ster - le volume d'un cube d'une arête de 10 m), capacité (litre, égale au volume d'un cube d'une arête de 0,1 m). Le système métrique n'avait pas encore de division claire des unités en unités de base et dérivées.

Figure 1.2. Classification des grandeurs physiques

Le concept d'un système d'unités, en tant qu'ensemble d'unités de base et dérivées, a été proposé pour la première fois par le scientifique allemand Gauss en 1832. Les unités de base de ce système étaient : l'unité de longueur - millimètre, l'unité de masse - milligramme, la unité de temps - seconde. Ce système s'appelait absolu.

En 1881, il fut adopté Système SGH(centimètre-gramme-seconde), au début du XXe siècle, il existait également un système du scientifique italien Giorgi - MCSA (mètre, kilogramme, seconde, ampère). Il y avait d'autres systèmes d'unités. Même aujourd’hui, certains pays ne s’éloignent pas des unités de mesure historiquement établies. Au Royaume-Uni, aux États-Unis et au Canada, l'unité de masse est la livre et sa taille varie.

Le plus utilisé au monde Système international d'unitésSI –SystèmeInternational.

La Conférence générale des poids et mesures (GCPM) a défini en 1954 six unités de base de grandeurs physiques pour leur utilisation dans les relations internationales : mètre, kilogramme, seconde, ampère, Kelvin, bougie. Par la suite, le système a été complété par des unités principales, supplémentaires et dérivées. De plus, des définitions d'unités de base ont été élaborées.

Unité de longueur - mètre– la longueur du trajet parcouru par la lumière dans le vide en 1/2 seconde.

Unité de masse – kilogramme– masse égale à la masse du prototype international du kilogramme.

Unité de temps – seconde– la durée des périodes de rayonnement correspondant à la transition entre deux niveaux de la structure hyperfine de l'état fondamental de l'atome de césium 133 en l'absence de perturbation des champs extérieurs.

L'unité du courant électrique est l'ampère.- l'intensité d'un courant immuable qui, en passant par deux conducteurs parallèles de longueur infinie et de section circulaire négligeable, situés à une distance de 1 m l'un de l'autre dans le vide, créerait une force entre ces conducteurs égale à 2 10-7 N par mètre de longueur .

L'unité de température thermodynamique est le kelvin.– 1/273,16 partie de la température thermodynamique du point triple de l’eau. L'utilisation de l'échelle Celsius est également autorisée.

Unité de quantité de substance – mole– la quantité de substance dans un système contenant le même nombre d’éléments structurels qu’il y a d’atomes contenus dans un nucléide de carbone 12 pesant 0,012 kg.

L'unité d'intensité lumineuse est la candela.– l'intensité lumineuse dans une direction donnée d'une source émettant un rayonnement monochromatique de fréquence 540·1012 Hz, dont l'intensité énergétique dans cette direction est de 1/683 W/sr2.

Les définitions données sont assez complexes et nécessitent un niveau de connaissances suffisant, principalement en physique. Mais ils donnent une idée de l'origine naturelle et naturelle des unités acceptées.

Le système international SI est le plus avancé et le plus universel par rapport à ses prédécesseurs. En plus des unités de base, le système SI dispose d'unités supplémentaires pour mesurer les angles plans et solides - respectivement radians et stéradians, ainsi qu'un grand nombre d'unités dérivées d'espace et de temps, de grandeurs mécaniques, de grandeurs électriques et magnétiques, thermiques, grandeurs lumineuses et acoustiques, ainsi que les rayonnements ionisants (tableau 1.2.) Le Système international unifié d'unités a été adopté par la XIe Conférence générale des poids et mesures en 1960. Sur le territoire de notre pays, le système d'unités SI est en vigueur depuis le 1er janvier 1982 conformément à GOST 8.417-81. Le système SI est une évolution logique des systèmes GHS et MKGSS qui l’ont précédé. Les avantages et bénéfices du système SI comprennent :

· universalité, c'est-à-dire couverture de tous les domaines de la science et de la technologie ;

· unification de tous les domaines et types de mesures ;

· cohérence des quantités ;

· la capacité de reproduire des unités avec une grande précision conformément à leur définition ;

· simplification de l'écriture des formules en raison de l'absence de facteurs de conversion ;

· réduction du nombre d'unités autorisées ;

· un système unifié de multiples et sous-multiples ;

Tableau 1.1

Unités de base et supplémentaires de grandeurs physiques

Unité dérivée est une unité d'une dérivée d'une grandeur physique d'un système d'unités, formée conformément aux équations la reliant aux unités de base ou aux dérivées de base et déjà définies. Les unités dérivées du système SI, qui ont leur propre nom, sont présentées dans le tableau 1.2.

Pour établir des unités dérivées :

· sélectionner des grandeurs physiques dont les unités sont acceptées comme unités de base ;

· définir la taille de ces unités ;

· sélectionner une équation de définition qui relie les quantités mesurées par les unités de base à la quantité pour laquelle une unité dérivée est établie. Dans ce cas, les symboles de toutes les quantités incluses dans l'équation de définition doivent être considérés non pas comme les quantités elles-mêmes, mais comme leurs valeurs numériques nommées ;

· équivaut à l'unité (ou à un autre nombre constant) le coefficient de proportionnalité k inclus dans l'équation de définition. Cette équation doit être écrite sous la forme d'une dépendance fonctionnelle explicite de la grandeur dérivée sur les grandeurs de base.

Les unités dérivées ainsi établies peuvent être utilisées pour introduire de nouvelles unités dérivées.

Les unités de grandeurs physiques sont divisées en systémiques et non systémiques. Unité système– une unité de quantité physique incluse dans l'un des systèmes acceptés. Toutes les unités de base, dérivées, multiples et sous-multiples sont systémiques. Unité non systémique est une unité de quantité physique qui n'est incluse dans aucun des systèmes d'unités acceptés. Les unités non système par rapport aux unités du système SI sont divisées en quatre types :

Tableau 1.2.

Unités dérivées du systèmeSI ayant un nom spécial

· accepté sur un pied d'égalité avec les unités SI, par exemple les unités de masse - tonne ; angle plat – degré, minute, seconde ; volume - litre, etc. Les unités non systémiques autorisées à être utilisées avec les unités SI sont indiquées dans le tableau 1.3 ;

· autorisé pour une utilisation dans des domaines spéciaux, par exemple, l'unité astronomique - parsec, année-lumière - unités de longueur en astronomie ; dioptrie – une unité de puissance optique en optique ; l'électron-volt est une unité d'énergie en physique, etc. ;

· temporairement accepté pour une utilisation avec les unités SI, par exemple le mille marin - dans la navigation maritime ; carat – une unité de masse dans les bijoux, etc. Ces unités doivent être retirées de l'utilisation conformément aux accords internationaux ;

· retiré de l'usage, par exemple, un millimètre de mercure - une unité de pression ; la puissance est une unité de puissance et quelques autres.

Tableau 1.3

Unités non-système autorisées à être utilisées

à égalité avec les unitésSI.

Il existe plusieurs et sous-multiples unités de grandeurs physiques .

Unité multiple est une unité de quantité physique qui est un nombre entier de fois supérieur à une unité systémique ou non systémique. unité sous-multiple est une unité de quantité physique dont la valeur est un nombre entier de fois inférieur à une unité systémique ou non systémique. Les préfixes pour la formation de multiples et sous-multiples sont donnés dans le tableau 1.4.

Tableau 1.4

Préfixes pour former des multiples décimaux

et sous-unités multiples et leurs noms

Le concept de grandeur physique est courant en physique et en métrologie et est utilisé pour décrire les systèmes matériels d'objets.

Quantité physique, comme mentionné ci-dessus, il s'agit d'une caractéristique commune au sens qualitatif à de nombreux objets, processus, phénomènes et au sens quantitatif - individuelle pour chacun d'eux. Par exemple, tous les corps ont leur propre masse et leur propre température, mais les valeurs numériques de ces paramètres sont différentes selon les corps. Le contenu quantitatif de cette propriété dans un objet est la taille de la grandeur physique, estimation numérique de sa taille appelé la valeur d'une grandeur physique.

Une quantité physique qui exprime la même qualité dans un sens qualitatif est appelée homogène (du même nom ).

Tâche principale des mesures - obtenir des informations sur les valeurs d'une grandeur physique sous la forme d'un certain nombre d'unités acceptées pour celle-ci.

Les valeurs des grandeurs physiques sont divisées en vraies et réelles.

Véritable signification - il s'agit d'une valeur qui reflète idéalement les propriétés qualitativement et quantitativement correspondantes d'un objet.

Valeur réelle - c'est une valeur trouvée expérimentalement et si proche de la vraie qu'elle peut être prise à sa place.

Les grandeurs physiques sont classées selon un certain nombre de caractéristiques. On distingue : classements:

1) par rapport aux signaux d'informations de mesure, les grandeurs physiques sont : actif - des grandeurs pouvant être converties en un signal d'information de mesure sans utilisation de sources d'énergie auxiliaires ; passif nouveau - les grandeurs qui nécessitent l'utilisation de sources d'énergie auxiliaires, à travers lesquelles un signal d'information de mesure est créé ;

2) sur la base de l'additivité, les grandeurs physiques sont divisées en : additif , ou extensif, qui peut être mesuré en parties, et également reproduit avec précision à l'aide d'une mesure à valeurs multiples basée sur la somme des tailles de mesures individuelles ; Pas additif, ou intensives, qui ne sont pas mesurées directement, mais sont converties en mesure de grandeur ou en mesure par mesures indirectes. (L'additivité (latin additivus - ajouté) est une propriété des quantités, consistant dans le fait que la valeur d'une quantité correspondant à l'objet entier est égale à la somme des valeurs des quantités correspondant à ses parties).

Evolution du développement systèmes d’unités physiques.

Système métrique- le premier système d'unités de grandeurs physiques

a été adoptée en 1791 par l'Assemblée nationale française. Il comprenait unités de longueur, surface, volume, capacité et poids , qui étaient basés sur deux unités - mètre et kilogramme . Il était différent du système d'unités utilisé aujourd'hui et n'était pas encore un système d'unités au sens moderne du terme.

Système absoluunités de grandeurs physiques.

La méthode de construction d'un système d'unités en tant qu'ensemble d'unités de base et dérivées a été développée et proposée en 1832 par le mathématicien allemand K. Gauss, la qualifiant de système absolu. Il a pris comme base trois valeurs indépendantes les unes des autres - masse, longueur, temps .

Pour le principal unités il a accepté ces quantités milligramme, millimètre, seconde , en supposant que les unités restantes peuvent être définies en les utilisant.

Plus tard, un certain nombre de systèmes d'unités de grandeurs physiques sont apparus, construits sur le principe proposé par Gauss et basés sur le système de mesures métriques, mais différant par les unités de base.

Conformément au principe de Gauss proposé, les principaux systèmes d'unités de grandeurs physiques sont :

Système SGH, dans laquelle les unités de base sont le centimètre comme unité de longueur, le gramme comme unité de masse et la seconde comme unité de temps ; a été installé en 1881;

Système MKGSS. L'utilisation du kilogramme comme unité de poids, et plus tard comme unité de force en général, a commencé à la fin du XIXe siècle. à la formation d'un système d'unités de grandeurs physiques avec trois unités de base : mètre - une unité de longueur, kilogramme - force - une unité de force, seconde - une unité de temps ;

5. Système MKSA- Les unités de base sont le mètre, le kilogramme, la seconde et l'ampère. Les fondements de ce système ont été proposés en 1901 par le scientifique italien G. Giorgi.

Les relations internationales dans le domaine de la science et de l'économie nécessitaient l'unification des unités de mesure, la création d'un système unifié d'unités de grandeurs physiques, couvrant diverses branches du domaine de mesure et préservant le principe de cohérence, c'est-à-dire égalité du coefficient de proportionnalité à l'unité dans les équations de connexion entre grandeurs physiques.

SystèmeSI. En 1954, la commission chargée de développer une Internationale unifiée

système d'unités a proposé un projet de système d'unités, qui a été approuvé en 1960. XIe Conférence générale des poids et mesures. Le Système International d'Unités (en abrégé SI) tire son nom des premières lettres du nom français System International.

Le Système international d'unités (SI) comprend sept unités principales (tableau 1), deux supplémentaires et un certain nombre d'unités de mesure non systémiques.

Tableau 1 - Système international d'unités

Source : Tyurin N.I. Introduction à la métrologie. M. : Maison d'édition de normes, 1985.

Unités de base des mesures les grandeurs physiques conformément aux décisions de la Conférence générale des poids et mesures sont définies comme suit :

mètre - la longueur du trajet parcouru par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 de seconde ;

un kilogramme est égal à la masse du prototype international du kilogramme ;

une seconde est égale à 9 192 631 770 périodes de rayonnement correspondant à la transition entre deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome Cs 133 ;

Un ampère est égal à l'intensité d'un courant constant qui, lorsqu'il traverse deux conducteurs droits parallèles de longueur infinie et de section circulaire négligeable, situés à une distance de 1 m l'un de l'autre dans le vide, provoque une interaction forcer sur chaque section du conducteur de 1 m de long ;

candela est égale à l'intensité lumineuse dans une direction donnée d'une source émettant un rayonnement de protection ionique dont l'intensité lumineuse énergétique dans cette direction est de 1/683 W/sr ;

un kelvin est égal à 1/273,16 de la température thermodynamique du point triple de l'eau ;

une mole est égale à la quantité de substance dans un système contenant le même nombre d'éléments structurels qu'il y a d'atomes dans C 12 pesant 0,012 kg 2.

Unités supplémentaires Système international d'unités de mesure des angles plans et solides :

radian (rad) - un angle plat entre deux rayons d'un cercle dont l'arc est égal en longueur au rayon. En degrés, un radian est égal à 57°17"48"3 ;

stéradian (sr) - un angle solide dont le sommet est situé au centre de la sphère et qui découpe à la surface de la sphère une aire égale à l'aire d'un carré de longueur de côté égale au rayon de la sphère .

Des unités SI supplémentaires sont utilisées pour former des unités de vitesse angulaire, d'accélération angulaire et d'autres quantités. Le radian et le stéradian sont utilisés pour les constructions et les calculs théoriques, car la plupart des valeurs pratiques des angles en radians qui sont importantes pour la pratique sont exprimées sous forme de nombres transcendantaux.

Unités non système :

Un dixième de blanc est considéré comme une unité logarithmique - décibel (dB) ;

Dioptrie - intensité lumineuse pour instruments optiques ;

Puissance réactive-var (VA);

Unité astronomique (UA) - 149,6 millions de km ;

Une année-lumière est la distance parcourue par un rayon de lumière en 1 an ;

Capacité - litre (l);

Superficie - hectare (ha).

Les unités logarithmiques sont divisées en absolu, qui représentent le logarithme décimal du rapport d'une grandeur physique à une valeur normalisée, et relatif, formé comme un logarithme décimal du rapport de deux quantités homogènes (mêmes).

Les unités non SI incluent les degrés et les minutes. Les parts restantes sont des dérivés.

Unités dérivées SI sont formés à l'aide des équations les plus simples qui relient les quantités et dans lesquelles les coefficients numériques sont égaux à l'unité. Dans ce cas, l'unité dérivée est appelée cohérent.

Dimension est un affichage qualitatif des grandeurs mesurées. La valeur d'une grandeur est obtenue à la suite de sa mesure ou de son calcul conformément à équation de base dedes mesures:Q = q * [ Q]

où Q - valeur de la quantité ; q- valeur numérique de la grandeur mesurée en unités conventionnelles ; [Q] - l'unité choisie pour la mesure.

Si l'équation de définition comprend un coefficient numérique, alors pour former une unité dérivée, ces valeurs numériques des quantités initiales doivent être substituées dans le côté droit de l'équation afin que la valeur numérique de l'unité dérivée déterminée soit égale à un. .

(Par exemple, 1 ml est pris comme unité de mesure pour la masse d'un liquide, donc sur l'emballage il est indiqué : 250 ml, 750, etc., mais si 1 litre est pris comme unité de mesure, alors le la même quantité de liquide sera indiquée respectivement 0,25 litres, 075l).

Comme l'un des moyens de former des multiples et des sous-multiples, la multiplicité décimale entre les unités majeures et mineures, adoptée dans le système de mesures métriques, est utilisée. Dans le tableau 1.2 fournit des facteurs et des préfixes pour la formation de multiples et sous-multiples décimaux ainsi que leurs noms.

Tableau 2 - Facteurs et préfixes pour la formation des multiples et sous-multiples décimaux et leurs noms

(L'exaoctet est une unité de mesure de la quantité d'informations, égale à 1018 ou 260 octets. 1 EeV (exaélectronvolt) = 1018 électronvolt = 0,1602 joule)

Il convient de garder à l'esprit que lors de la formation d'unités multiples et sous-multiples de surface et de volume à l'aide de préfixes, une double lecture peut survenir selon l'endroit où le préfixe est ajouté. Par exemple, 1 m2 peut être utilisé comme 1 mètre carré et comme 100 centimètres carrés, ce qui n'est pas la même chose, car 1 mètre carré équivaut à 10 000 centimètres carrés.

Selon les règles internationales, les multiples et sous-multiples de surface et de volume doivent être formés en ajoutant des préfixes aux unités d'origine. Les diplômes font référence aux unités obtenues en attachant des préfixes. Par exemple, 1 km 2 = 1 (km) 2 = (10 3 m) 2 == 10 6 m 2.

Pour assurer l'uniformité des mesures, il est nécessaire de disposer d'unités identiques dans lesquelles tous les instruments de mesure d'une même grandeur physique sont étalonnés. L'unité des mesures est obtenue en stockant, en reproduisant avec précision les unités établies de grandeurs physiques et en transférant leurs tailles à tous les instruments de mesure fonctionnels à l'aide d'étalons et d'instruments de mesure de référence.

Référence - un instrument de mesure qui assure le stockage et la reproduction d'une unité légalisée de quantité physique, ainsi que le transfert de sa taille vers d'autres instruments de mesure.

La création, le stockage et l'utilisation des normes, le contrôle de leur état sont soumis à des règles uniformes établies par GOST « GSI. Normes d'unités de grandeurs physiques. Procédure de développement, d’approbation, d’enregistrement, de stockage et de demande.

Par subordination les normes sont divisées en primaire et secondaire et ont la classification suivante.

Étalon primaire assure le stockage, la reproduction des unités et la transmission des dimensions avec la plus grande précision possible dans le pays dans ce domaine de mesure :

- étalons primaires spéciaux- sont destinés à reproduire l'unité dans des conditions dans lesquelles la transmission directe de la taille de l'unité à partir de l'étalon primaire avec la précision requise est techniquement impossible, par exemple pour les basses et hautes tensions, les micro-ondes et les HF. Ils sont approuvés comme normes d'État. Compte tenu de l'importance particulière des normes nationales et pour leur donner force de loi, GOST est approuvé pour chaque norme nationale. Le Comité d'État pour les normes crée, approuve, stocke et applique les normes d'État.

Étalon secondaire reproduit une unité dans des conditions particulières et remplace l'étalon primaire dans ces conditions. Il est créé et approuvé pour garantir le moins d’usure possible selon la norme de l’État. Les normes secondaires à leur tour divisé selon le but:

Normes de copie - conçues pour transférer les tailles d'unités vers des normes de travail ;

Normes de comparaison - conçues pour vérifier la sécurité de la norme de l'État et la remplacer en cas de dommage ou de perte ;

Normes témoins - utilisées pour comparer des normes qui, pour une raison ou une autre, ne peuvent pas être directement comparées les unes aux autres ;

Étalons de travail - reproduisent une unité à partir d'étalons secondaires et servent à transférer la taille vers un étalon de rang inférieur. Les normes secondaires sont créées, approuvées, stockées et utilisées par les ministères et départements.

Norme d'unité - un moyen ou un ensemble d'instruments de mesure qui assurent le stockage et la reproduction d'une unité dans le but de transmettre sa taille aux instruments de mesure subordonnés dans le cadre du système de vérification, fabriqués selon une spécification spéciale et officiellement approuvés de la manière prescrite en tant que norme.

La reproduction des unités, en fonction des exigences techniques et économiques, est réalisée par deux façons:

- centralisé- en utilisant une norme d'État unique pour l'ensemble du pays ou un groupe de pays. Toutes les unités de base et la plupart des dérivés sont reproduits de manière centralisée ;

- décentralisé- applicable aux unités dérivées dont la taille ne peut être transmise par comparaison directe avec la norme et fournir la précision nécessaire.

La norme établit une procédure en plusieurs étapes pour transférer les dimensions d'une unité d'une grandeur physique de la norme d'État à tous les moyens de travail permettant de mesurer une grandeur physique donnée à l'aide d'étalons secondaires et de moyens exemplaires de mesurer diverses catégories du plus élevé au plus bas. et des moyens exemplaires aux moyens efficaces.

Le transfert de taille est effectué par diverses méthodes de vérification, principalement par des méthodes de mesure bien connues. Le transfert d'une taille par étapes s'accompagne d'une perte de précision, cependant, le multi-pas vous permet de sauvegarder des normes et de transférer la taille de l'unité à tous les instruments de mesure fonctionnels.

grandeur physique est une propriété physique d'un objet matériel, d'un processus, d'un phénomène physique, caractérisé quantitativement.

Valeur de la grandeur physique exprimée par un ou plusieurs chiffres caractérisant cette grandeur physique, indiquant l'unité de mesure.

La taille d'une grandeur physique sont les valeurs de nombres apparaissant dans la valeur d'une grandeur physique.

Unités de mesure des grandeurs physiques.

Unité de mesure de la grandeur physique est une quantité de taille fixe à laquelle est attribuée une valeur numérique égale à un. Il est utilisé pour l'expression quantitative de grandeurs physiques qui lui sont homogènes. Un système d'unités de grandeurs physiques est un ensemble d'unités de base et dérivées basées sur un certain système de grandeurs.

Seuls quelques systèmes d'unités se sont répandus. Dans la plupart des cas, de nombreux pays utilisent le système métrique.

Unités de base.

Mesurer une grandeur physique - signifie le comparer avec une autre quantité physique similaire prise comme unité.

La longueur d'un objet est comparée à une unité de longueur, la masse d'un corps à une unité de poids, etc. Mais si un chercheur mesure la longueur en brasses et un autre en pieds, il leur sera difficile de comparer les deux valeurs. Par conséquent, toutes les grandeurs physiques du monde entier sont généralement mesurées dans les mêmes unités. En 1963, le Système international d'unités SI (Système international - SI) a été adopté.

Pour chaque grandeur physique du système d’unités, il doit y avoir une unité de mesure correspondante. Standard unités est sa mise en œuvre physique.

La norme de longueur est mètre- la distance entre deux coups appliquée sur une tige de forme spéciale réalisée en alliage de platine et d'iridium.

Standard temps sert de durée à tout processus se répétant régulièrement, pour lequel le mouvement de la Terre autour du Soleil est choisi : la Terre fait un tour par an. Mais l’unité de temps n’est pas l’année, mais donne moi une seconde.

Pour une unité vitesse prenez la vitesse d'un tel mouvement rectiligne uniforme à laquelle le corps se déplace de 1 m en 1 s.

Une unité de mesure distincte est utilisée pour la surface, le volume, la longueur, etc. Chaque unité est déterminée lors du choix d'une norme particulière. Mais le système d'unités est beaucoup plus pratique si seulement quelques unités sont sélectionnées comme principales et que le reste est déterminé par les principales. Par exemple, si l'unité de longueur est le mètre, alors l'unité de surface sera le mètre carré, le volume sera le mètre cube, la vitesse sera le mètre par seconde, etc.

Unités de base Les grandeurs physiques dans le Système international d'unités (SI) sont : mètre (m), kilogramme (kg), seconde (s), ampère (A), kelvin (K), candela (cd) et mole (mol).

Il existe également des unités SI dérivées qui ont leurs propres noms :

ETdes mesures. Pour obtenir une description précise, objective et facilement reproductible d'une grandeur physique, des mesures sont utilisées. Sans mesures, une grandeur physique ne peut être caractérisée quantitativement. Les définitions telles que « basse » ou « haute » pression, « basse » ou « haute » température reflètent uniquement des opinions subjectives et ne contiennent pas de comparaisons avec des valeurs de référence. Lors de la mesure d'une grandeur physique, une certaine valeur numérique lui est attribuée.

Les mesures sont effectuées à l'aide instruments de mesure. Il existe un assez grand nombre d'instruments et d'appareils de mesure, du plus simple au plus complexe. Par exemple, la longueur est mesurée avec une règle ou un ruban à mesurer, la température avec un thermomètre, la largeur avec un pied à coulisse.

Les instruments de mesure sont classés : par mode de présentation de l'information (affichage ou enregistrement), par mode de mesure (action directe et comparaison), par forme de présentation des lectures (analogique et numérique), etc.

Les paramètres suivants sont typiques des instruments de mesure :

Plage de mesure- la plage de valeurs de la grandeur mesurée pour laquelle l'appareil est conçu lors de son fonctionnement normal (avec une précision de mesure donnée).

Seuil de sensibilité- la valeur minimale (seuil) de la valeur mesurée, distinguée par l'appareil.

Sensibilité- relie la valeur du paramètre mesuré et le changement correspondant dans les lectures de l'instrument.

Précision- la capacité de l'appareil à indiquer la vraie valeur de l'indicateur mesuré.

La stabilité- la capacité de l'appareil à maintenir une précision de mesure donnée pendant un certain temps après l'étalonnage.

La physique, comme nous l’avons déjà établi, étudie les schémas généraux du monde qui nous entoure. Pour ce faire, les scientifiques effectuent des observations de phénomènes physiques. Cependant, lors de la description de phénomènes, il est d'usage d'utiliser non pas le langage courant, mais des mots spéciaux ayant une signification strictement définie - des termes. Vous avez déjà rencontré quelques termes physiques dans le paragraphe précédent. De nombreux termes doivent simplement être appris et mémorisés.

En outre, les physiciens doivent décrire diverses propriétés (caractéristiques) des phénomènes et processus physiques et les caractériser non seulement qualitativement, mais aussi quantitativement. Donnons un exemple.

Étudions la dépendance du temps de chute d'une pierre par rapport à la hauteur d'où elle tombe. L'expérience montre : plus la hauteur est grande, plus le temps de chute est long. Il s’agit d’une description qualitative ; elle ne permet pas de décrire le résultat de l’expérience en détail. Pour comprendre le schéma d'un phénomène tel que la chute, vous devez savoir, par exemple, que lorsque la hauteur augmente quatre fois, le temps nécessaire à la chute d'une pierre double généralement. Ceci est un exemple de caractéristiques quantitatives des propriétés d'un phénomène et de la relation entre elles.

Afin de décrire quantitativement les propriétés (caractéristiques) d'objets physiques, de processus ou de phénomènes, des grandeurs physiques sont utilisées. Des exemples de grandeurs physiques que vous connaissez sont la longueur, le temps, la masse et la vitesse.

Les grandeurs physiques décrivent quantitativement les propriétés des corps physiques, des processus et des phénomènes.

Vous avez déjà rencontré certaines quantités. Dans les cours de mathématiques, lors de la résolution de problèmes, vous mesuriez la longueur des segments et déterminiez la distance parcourue. Dans ce cas, vous avez utilisé la même grandeur physique : la longueur. Dans d'autres cas, vous avez trouvé la durée de déplacement de divers objets : un piéton, une voiture, une fourmi - et vous n'avez également utilisé qu'une seule grandeur physique pour cela : le temps. Comme vous l'avez déjà remarqué, pour différents objets, la même grandeur physique prend des valeurs différentes. Par exemple, les longueurs des différents segments peuvent ne pas être les mêmes. Ainsi, une même grandeur peut prendre des valeurs différentes et être utilisée pour caractériser une grande variété d'objets et de phénomènes.

La nécessité d'introduire des grandeurs physiques réside aussi dans le fait que les lois de la physique sont écrites avec leur aide.

Dans les formules et les calculs, les grandeurs physiques sont désignées par des lettres des alphabets latin et grec. Il existe des désignations généralement acceptées, par exemple longueur - l ou L, temps - t, masse - m ou M, surface - S, volume - V, etc.

Si vous notez la valeur d'une grandeur physique (la même longueur d'un segment, obtenue à la suite d'une mesure), vous remarquerez : cette valeur n'est pas qu'un nombre. Cela dit, la longueur du segment est de 100, il est nécessaire de préciser dans quelles unités elle est exprimée : en mètres, centimètres, kilomètres ou autre. Par conséquent, on dit que la valeur d’une grandeur physique est un nombre nommé. Elle peut être représentée par un nombre suivi du nom de l'unité de cette quantité.

La valeur d'une grandeur physique = Nombre * Unité de quantité.

Les unités de nombreuses grandeurs physiques (par exemple, longueur, temps, masse) sont initialement issues des besoins de la vie quotidienne. Pour eux, différentes unités ont été inventées à différentes époques par différents peuples. Il est intéressant de noter que les noms de nombreuses unités de quantités sont les mêmes selon les peuples, car lors du choix de ces unités, les dimensions du corps humain ont été utilisées. Par exemple, une unité de longueur appelée « coudée » était utilisée dans l’Égypte ancienne, à Babylone, dans le monde arabe, en Angleterre et en Russie.

Mais la longueur était mesurée non seulement en coudées, mais aussi en vershoks, pieds, lieues, etc. Il faut dire que même avec les mêmes noms, les unités de même taille étaient différentes selon les peuples. En 1960, les scientifiques ont développé le Système international d'unités (SI ou SI). Ce système a été adopté par de nombreux pays, dont la Russie. Par conséquent, l’utilisation d’unités de ce système est obligatoire.
Il est d'usage de faire la distinction entre les unités de base et dérivées des grandeurs physiques. En SI, les unités mécaniques de base sont la longueur, le temps et la masse. La longueur est mesurée en mètres (m), le temps en secondes (s), la masse en kilogrammes (kg). Les unités dérivées sont formées à partir d'unités de base en utilisant les relations entre les grandeurs physiques. Par exemple, une unité de surface - un mètre carré (m2) - est égale à l'aire d'un carré d'un côté d'un mètre.

Lors des mesures et des calculs, on est souvent confronté à des grandeurs physiques dont les valeurs numériques diffèrent plusieurs fois de l'unité de quantité. Dans de tels cas, un préfixe est ajouté au nom de l'unité, signifiant multiplication ou division de l'unité par un certain nombre. Très souvent, ils utilisent la multiplication de l'unité acceptée par 10, 100, 1000, etc. (valeurs multiples), ainsi que la division de l'unité par 10, 100, 1000, etc. (valeurs multiples, c'est-à-dire des fractions). Par exemple, mille mètres font un kilomètre (1000 m = 1 km), le préfixe est kilo-.

Les préfixes signifiant multiplication et division d'unités de grandeurs physiques par dix, cent et mille sont donnés dans le tableau 1.
Résultats

Une grandeur physique est une caractéristique quantitative des propriétés d'objets physiques, de processus ou de phénomènes.

Une grandeur physique caractérise la même propriété d’une grande variété d’objets et de processus physiques.

La valeur d'une grandeur physique est un nombre nommé.
La valeur d'une grandeur physique = Nombre * Unité de quantité.

Des questions

1. A quoi servent les grandeurs physiques ? Donnez des exemples de grandeurs physiques.
2. Parmi les termes suivants, lesquels sont des grandeurs physiques et lesquels ne le sont pas ? Règle, voiture, froid, longueur, vitesse, température, eau, son, masse.
3. Comment s'écrivent les valeurs des grandeurs physiques ?
4. Qu’est-ce que le SI ? Pourquoi est-ce?
5. Quelles unités sont dites basiques et lesquelles sont dérivées ? Donne des exemples.
6. La masse corporelle est de 250 g. Exprimez la masse de ce corps en kilogrammes (kg) et en milligrammes (mg).
7. Exprimez la distance 0,135 km en mètres et millimètres.
8. En pratique, une unité de volume non système est souvent utilisée - litre : 1 l = 1 dm 3. En SI, l’unité de volume s’appelle le mètre cube. Combien y a-t-il de litres dans un mètre cube ? Trouvez le volume d'eau contenu dans un cube de 1 cm d'arête, et exprimez ce volume en litres et en mètres cubes, en utilisant les préfixes nécessaires.
9. Nommez les grandeurs physiques nécessaires pour décrire les propriétés d'un phénomène physique tel que le vent. Utilisez ce que vous avez appris en cours de sciences ainsi que vos observations. Planifiez une expérience de physique pour mesurer ces quantités.
10. Quelles unités anciennes et modernes de longueur et de temps connaissez-vous ?

Quantité physique

Quantité physique- une propriété physique d'un objet matériel, un phénomène physique, un processus, qui peut être caractérisé quantitativement.

Valeur de la grandeur physique- un ou plusieurs (dans le cas d'une grandeur physique tensorielle) nombres caractérisant cette grandeur physique, indiquant l'unité de mesure à partir de laquelle ils ont été obtenus.

Taille de la quantité physique- la signification des chiffres apparaissant dans valeur de la grandeur physique.

Par exemple, une voiture peut être caractérisée à l'aide de ce quantité physique, comme une masse. Où, signification de cette grandeur physique sera, par exemple, 1 tonne, et taille- numéro 1, ou signification sera de 1000 kilogrammes, et taille- numéro 1000. La même voiture peut être caractérisée à l'aide d'un autre quantité physique- vitesse. Où, signification de cette grandeur physique sera, par exemple, un vecteur d'une certaine direction de 100 km/h, et taille- le numéro 100.

Dimension d'une grandeur physique- unité de mesure apparaissant en valeur de la grandeur physique. En règle générale, une grandeur physique a de nombreuses dimensions différentes : par exemple, la longueur a un nanomètre, un millimètre, un centimètre, un mètre, un kilomètre, un mile, un pouce, un parsec, une année-lumière, etc. Certaines de ces unités de mesure (sans prendre en compte leurs facteurs décimaux) peuvent être inclus dans divers systèmes d'unités physiques - SI, GHS, etc.

Souvent, une grandeur physique peut être exprimée en termes d’autres grandeurs physiques plus fondamentales. (Par exemple, la force peut être exprimée en termes de masse d'un corps et de son accélération.) Ce qui signifie en conséquence, la dimension une telle grandeur physique peut être exprimée à travers les dimensions de ces grandeurs plus générales. (La dimension de la force peut être exprimée en termes de dimensions de masse et d'accélération.) (Souvent, une telle représentation de la dimension d'une certaine grandeur physique à travers les dimensions d'autres grandeurs physiques est une tâche indépendante qui, dans certains cas, a sa propre signification et son propre objectif.) Les dimensions de ces grandeurs plus générales sont souvent déjà unités de base l'un ou l'autre système d'unités physiques, c'est-à-dire celles qui elles-mêmes ne s'expriment plus à travers d'autres, encore plus général quantités.

Exemple.
Si la grandeur physique puissance s’écrit

W- c'est une abréviation un des unités de mesure de cette grandeur physique (watt). Littérature À est la désignation du Système international d'unités (SI) pour le facteur décimal « kilo ».

Grandeurs physiques dimensionnelles et sans dimension

• Grandeur physique dimensionnelle- une grandeur physique, pour déterminer la valeur dont il faut appliquer une unité de mesure de cette grandeur physique. La grande majorité des grandeurs physiques sont dimensionnelles.
• Quantité physique sans dimension- une grandeur physique, pour déterminer la valeur dont il suffit d'indiquer sa taille. Par exemple, la constante diélectrique relative est une grandeur physique sans dimension.

Grandeurs physiques additives et non additives

• Quantité physique additive- une grandeur physique dont les différentes valeurs peuvent être sommées, multipliées par un coefficient numérique, ou divisées entre elles. Par exemple, la grandeur physique masse est une grandeur physique additive.
• Quantité physique non additive- une grandeur physique pour laquelle la sommation, la multiplication par un coefficient numérique ou la division de ses valeurs entre elles n'ont aucune signification physique. Par exemple, la grandeur physique température est une grandeur physique non additive.

Grandeurs physiques extensives et intensives

La grandeur physique s'appelle

• extensif, si la grandeur de sa valeur est la somme des valeurs de cette grandeur physique pour les sous-systèmes qui composent le système (par exemple, volume, poids) ;
• intensif, si l'ampleur de sa valeur ne dépend pas de la taille du système (par exemple, température, pression).

Certaines grandeurs physiques, telles que le moment cinétique, l'aire, la force, la longueur, le temps, ne sont ni extensives ni intensives.

Les grandeurs dérivées sont formées à partir de quelques grandeurs extensives :

• spécifique la quantité est une quantité divisée par la masse (par exemple, un volume spécifique) ;
• molaire la quantité est une quantité divisée par la quantité de substance (par exemple, le volume molaire).

Grandeurs scalaires, vectorielles, tensorielles

Dans le cas le plus général on peut dire qu'une grandeur physique peut être représentée par un tenseur d'un certain rang (valence).

Système d'unités de grandeurs physiques

Un système d'unités de grandeurs physiques est un ensemble d'unités de mesure de grandeurs physiques, dans lequel se trouve un certain nombre d'unités de mesure dites de base, et les unités de mesure restantes peuvent être exprimées à travers ces unités de base. Des exemples de systèmes d'unités physiques sont le Système international d'unités (SI), GHS.

Symboles de grandeurs physiques

Littérature

• RMG 29-99 Métrologie. Termes et définitions de base.
• Burdun G.D., Bazakutsa V.A. Unités de grandeurs physiques. - Kharkov : école Vishcha, .