Terminas, kuris yra fizinis dydis. Skaliariniai, vektoriniai, tenzoriniai dydžiai

1.2. Fiziniai kiekiai

1.2.1. Fiziniai dydžiai kaip matavimo objektas

Didumas- tai kažko savybė, kurią galima atskirti nuo kitų savybių ir vienaip ar kitaip įvertinti, taip pat ir kiekybiškai. Kiekis neegzistuoja pats savaime, jis egzistuoja tik tiek, kiek yra objektas, turintis tam tikro dydžio savybes.

Vertybes galima suskirstyti į du tipus: realias ir idealias. Idealios vertybės daugiausia susiję su matematika ir yra konkrečių realių sąvokų apibendrinimas (modelis) (žr. 1.1 pav.)

Tikros vertybės skirstomi į fizinius ir nefizinius. Fizinis kiekis bendruoju atveju jį galima apibrėžti kaip gamtos ir technikos moksluose tirtiems materialiems objektams (procesams, reiškiniams) būdingą kiekį. Į nefizinę turėtų apimti dydžius, būdingus socialiniams (ne fiziniams) mokslams – filosofijai, sociologijai, ekonomikai ir kt.

1.1 pav. Kiekių klasifikavimas

Rekomendacijose RMG 29-99 fizikinis dydis aiškinamas kaip viena iš fizinio objekto savybių, kuri yra kokybiškai bendra daugeliui fizinių objektų, o kiekybiškai – individuali kiekvienam iš jų. . Individualumas kiekybine prasme suprantamas ta prasme, kad tam tikro objekto savybė gali būti tam tikrą skaičių kartų didesnė arba mažesnė už kito objekto savybę. Taigi, fiziniai dydžiai – tai yra išmatuotos fizinių objektų ir procesų savybės, pagal kurias jie gali būti tiriami.

Fiziniai kiekiai yra:

· išmatuojamas;

· įvertinta.

Išmatuoti fiziniai dydžiai gali būti išreikšti kiekybiškai tam tikru nustatytų matavimo vienetų skaičiumi. Fizinius dydžius, kuriems dėl vienokių ar kitokių priežasčių negalima įvesti matavimo vieneto, galima tik įvertinti. Vertės įvertinamos naudojant skales .

Didumo skalė– tvarkinga jo reikšmių seka, priimta susitarimu remiantis tikslių matavimų rezultatais.

Norint detaliau ištirti fizikinius dydžius, būtina klasifikuoti ir nustatyti bendrus atskirų jų grupių metrologinius požymius.

Pagal reiškinių tipus fizikiniai dydžiai skirstomi į tokias grupes:

· tikras, t.y. apibūdinančios medžiagų, medžiagų ir iš jų pagamintų gaminių fizines ir fizikines bei chemines savybes. Šiai grupei priklauso masė, tankis, elektrinė varža, talpa, induktyvumas ir kt. Kartais šie fizikiniai dydžiai vadinami pasyviais. Joms išmatuoti būtina naudoti papildomą energijos šaltinį, kurio pagalba generuojamas matavimo informacijos signalas. Šiuo atveju pasyvūs fizikiniai dydžiai paverčiami aktyviais, kurie matuojami;

· energijos, tai yra dydžiai, apibūdinantys energijos transformacijos, perdavimo ir naudojimo procesų energetines charakteristikas. Tai apima srovę, įtampą, galią, energiją. Šie kiekiai vadinami aktyviais. Juos galima paversti matavimo informacijos signalais nenaudojant pagalbinių energijos šaltinių;

· apibūdinančių procesų eigą laikui bėgant. Į šią grupę įeina įvairios spektrinės charakteristikos, koreliacinės funkcijos ir kt.

Pagal priklausymą skirtingoms fizikinių procesų grupėms fiziniai dydžiai skirstomi:

· spatiotemporal;

· mechaninis;

· terminis;

· elektrinis;

· magnetinis;

· akustinis;

· šviesa;

· fizinė ir cheminė;

· jonizuojanti spinduliuotė;

· atominė ir branduolinė fizika.

Pagal sąlyginės nepriklausomybės nuo kitų dydžių laipsnį

pagrindinis (sąlygiškai nepriklausomas),

· dariniai (sąlygiškai priklausomi),

· papildomas.

Šiuo metu SI sistema naudoja septynis fizikinius dydžius, pasirinktus kaip pagrindinius: ilgį, laiką, masę, temperatūrą, elektros srovę, šviesos intensyvumą ir medžiagos kiekį. Papildomi fizikiniai dydžiai apima plokštuminius ir erdvinius kampus.

Fizinio kiekio vienetas yra fiksuoto dydžio fizikinis dydis, kuriam sutartinai priskiriama vienetui lygi skaitinė reikšmė. Fizinio dydžio vienetas naudojamas kiekybiškai išreikšti vienarūšius fizikinius dydžius.

Fizinio kiekio vertė yra jo dydžio įvertinimas tam tikro priimtinų vienetų skaičiumi (Q).

Skaitinė reikšmė fizinis kiekis (q) yra abstraktus skaičius, išreiškiantis kiekio vertės santykį su atitinkamu tam tikro fizinio dydžio vienetu.

Lygtis Q=q[Q] paskambino pagrindinė matavimo lygtis. Paprasčiausio matavimo esmė – lyginti fizikinį dydį K su reguliuojamo daugiareikšmio mato išvesties kiekio matmenimis q[Q]. Palyginimo rezultate nustatyta, kad q[Q] ‹ Q ‹ (q+1)[Q].

1.2.2. Fizinių dydžių vienetų sistemos

Pagrindinių ir išvestinių vienetų aibė vadinama fizikinių dydžių vienetų sistema.

Nagrinėjama pirmoji vienetų sistema metrinė sistema, kur pagrindiniu ilgio vienetu buvo paimtas metras, o svorio vienetas buvo 1 cm3 chemiškai gryno vandens, kurio temperatūra apie +40°C. 1799 metais buvo pagaminti pirmieji metro ir kilogramo prototipai (etalonai). Be šių dviejų vienetų, metrinė sistema pradinėje versijoje taip pat apėmė ploto vienetus (ap - kvadrato plotas, kurio kraštinė yra 10 m), tūrį (ster - kubo tūris su briauna 10 m), talpos (litras, lygus kubo tūriui, kurio briauna 0,1 m). Metrinėje sistemoje dar nebuvo aiškaus vienetų skirstymo į pagrindinius ir išvestinius.

1.2 pav. Fizinių dydžių klasifikacija

Vienetų sistemos, kaip pagrindinių ir išvestinių aibės, sąvoką pirmasis pasiūlė vokiečių mokslininkas Gaussas 1832 m. Pagrindinės šioje sistemoje buvo: ilgio vienetas – milimetras, masės vienetas – miligramas, laiko vienetas – sekundė. Ši sistema buvo vadinama absoliutus.

Jis buvo priimtas 1881 m GHS sistema(centimetras-gramas-sekundė), XX amžiaus pradžioje taip pat egzistavo italų mokslininko Giorgi sistema - MCSA (metras, kilogramas, sekundė, amperas). Buvo ir kitų vienetų sistemų. Net ir šiandien kai kurios šalys neatsitraukė nuo istoriškai nustatytų matavimo vienetų. JK, JAV, Kanadoje masės vienetas yra svaras, o jo dydis skiriasi.

Plačiausiai naudojamas pasaulyje Tarptautinė vienetų sistemaSI –SystemeTarptautinė.

1954 m. Generalinė svorių ir matų konferencija (GCPM) apibrėžė šešis pagrindinius fizinių dydžių vienetus, naudojamus tarptautiniuose santykiuose: metrą, kilogramą, sekundę, amperą, kelviną, žvakę. Vėliau sistema buvo papildyta vienu pagrindiniu, papildomu ir išvestiniais vienetais. Be to, buvo sukurti pagrindinių vienetų apibrėžimai.

Ilgio vienetas – metras– kelio, kurį šviesa nukeliauja vakuume per 1/2 sekundės, ilgis.

Masės vienetas – kilogramas– masė, lygi tarptautinio kilogramo prototipo masei.

Laiko vienetas – sekundė– spinduliavimo laikotarpių trukmė, atitinkanti perėjimą tarp dviejų cezio-133 atomo pagrindinės būsenos hipersmulkiosios struktūros lygių, kai nėra išorinių laukų trikdžių.

Elektros srovės vienetas yra amperas.- nekintančios srovės stipris, kuri, eidama per du lygiagrečius begalinio ilgio ir nežymiai mažo apskrito skerspjūvio laidus, esančius 1 m atstumu vienas nuo kito vakuume, sukurtų tarp šių laidininkų jėgą, lygią 2 10-7 N vienam ilgio metrui .

Termodinaminės temperatūros vienetas yra kelvinas.– 1/273,16 vandens trigubo taško termodinaminės temperatūros. Taip pat leidžiama naudoti Celsijaus skalę.

Medžiagos kiekio vienetas – molis– medžiagos kiekis sistemoje, turinčioje tiek pat struktūrinių elementų, kiek atomų yra anglies-12 nuklide, sveriančiame 0,012 kg.

Šviesos stiprio vienetas yra kandela.– šaltinio, skleidžiančio monochromatinę spinduliuotę, kurios dažnis 540·1012 Hz, šviesos intensyvumas tam tikra kryptimi, kurio energijos intensyvumas šia kryptimi yra 1/683 W/sr2.

Pateikti apibrėžimai yra gana sudėtingi ir reikalauja pakankamai žinių, pirmiausia fizikos. Tačiau jie suteikia idėją apie natūralią, natūralią priimtų vienetų kilmę.

Tarptautinė SI sistema yra pati pažangiausia ir universaliausia, palyginti su savo pirmtakais. Be pagrindinių vienetų, SI sistemoje yra papildomi plokštumos ir erdvės kampų matavimo vienetai – atitinkamai radianai ir steradianai, taip pat daug išvestinių erdvės ir laiko vienetų, mechaninių dydžių, elektrinių ir magnetinių dydžių, šiluminių, šviesos ir akustiniai dydžiai, taip pat jonizuojanti spinduliuotė (1.2 lentelė.) Vieningoji tarptautinė matavimo vienetų sistema buvo priimta XI Generalinėje svorių ir matų konferencijoje 1960 m. Mūsų šalies teritorijoje SI vienetų sistema galioja nuo 1982 m. sausio 1 d. pagal GOST 8.417-81. SI sistema yra logiška prieš ją buvusių GHS ir MKGSS sistemų plėtra. SI sistemos pranašumai ir pranašumai yra šie:

· universalumas, t.y. visų mokslo ir technologijų sričių aprėptis;

· visų sričių ir matavimų tipų suvienodinimas;

· kiekių darna;

· galimybė atkurti vienetus dideliu tikslumu pagal jų apibrėžimą;

· formulių rašymo supaprastinimas dėl perskaičiavimo koeficientų trūkumo;

· leidžiamų vienetų skaičiaus sumažinimas;

· vieninga kartotinių ir podaugių sistema;

1.1 lentelė

Pagrindiniai ir papildomi fizikinių dydžių vienetai

Išvestinis vienetas yra vienetų sistemos fizikinio dydžio išvestinės vienetas, sudarytas pagal lygtis, jungiančias jį su pagrindiniais vienetais arba su pagrindiniais ir jau apibrėžtais išvestiniais. Išvestiniai SI sistemos vienetai, turintys savo pavadinimą, pateikti 1.2 lentelėje.

Norėdami nustatyti išvestinius vienetus:

· parinkti fizikinius dydžius, kurių vienetai priimtini kaip pagrindiniai;

· nustatyti šių vienetų dydį;

· pasirinkite apibrėžiančią lygtį, kuri dydžius, išmatuotus pagrindiniais vienetais, susieja su dydžiu, kuriam nustatomas išvestinis vienetas. Šiuo atveju visų dydžių, įtrauktų į apibrėžiančią lygtį, simboliai turėtų būti laikomi ne pačiais dydžiais, o jų įvardintomis skaitinėmis reikšmėmis;

· prilyginti vienetui (ar kitam pastoviam skaičiui) proporcingumo koeficientą k, įtrauktą į apibrėžiančią lygtį. Ši lygtis turėtų būti parašyta kaip aiški išvestinio dydžio funkcinė priklausomybė nuo pagrindinių dydžių.

Tokiu būdu sukurti išvestiniai vienetai gali būti naudojami naujiems išvestiniams vienetams įvesti.

Fizinių dydžių vienetai skirstomi į sisteminius ir nesisteminius. Sisteminis vienetas– fizinio dydžio vienetas, įtrauktas į vieną iš priimtų sistemų. Visi pagrindiniai, išvestiniai, daugybiniai ir submultiple vienetai yra sisteminiai. Nesisteminis vienetas yra fizinio dydžio vienetas, kuris nėra įtrauktas į jokią priimtą vienetų sistemą. Nesisteminiai vienetai, palyginti su SI sistemos vienetais, skirstomi į keturis tipus:

1.2 lentelė.

Išvestiniai sistemos vienetaiSI turintis specialų pavadinimą

· priimamas lygiagrečiai su SI vienetais, pavyzdžiui, masės vienetai – tona; plokščias kampas – laipsnis, minutė, sekundė; tūris – litras ir kt. Leidžiami naudoti nesisteminiai vienetai su SI vienetais pateikti 1.3 lentelėje;

· leidžiama naudoti specialiose srityse, pavyzdžiui, astronomijos vienetas – parsekas, šviesmečiai – ilgio vienetai astronomijoje; dioptrija – optinės galios vienetas optikoje; elektronvoltas yra energijos vienetas fizikoje ir kt.;

· laikinai priimtas naudoti kartu su SI vienetais, pavyzdžiui, jūrmylė – jūrų laivybai; karatai – masės vienetas papuošaluose ir pan. Šie vienetai turėtų būti pašalinti iš naudojimo pagal tarptautines sutartis;

· pašalintas iš naudojimo, pavyzdžiui, gyvsidabrio milimetras – slėgio vienetas; arklio galios yra galios vienetas ir kai kurie kiti.

1.3 lentelė

Leidžiama naudoti nesisteminius įrenginius

prilygsta vienetamsS.I.

Yra keli ir keli fizinių dydžių vienetai .

Keli vienetai yra fizinio dydžio vienetas, kuris yra sveikasis skaičius kartų didesnis už sisteminį arba nesisteminį vienetą. daugybinis vienetas yra fizinio dydžio vienetas, kurio reikšmė yra sveikasis skaičius, mažesnis už sisteminį ar nesisteminį vienetą. Priešdėliai kartotinių ir dalinių formavimui pateikti 1.4 lentelėje.

1.4 lentelė

Priešdėliai, skirti sudaryti dešimtainius kartotinius

ir kelių vienetų bei jų pavadinimų

Fizinio dydžio sąvoka yra paplitusi fizikoje ir metrologijoje ir naudojama apibūdinti materialias objektų sistemas.

Fizinis kiekis, kaip minėta aukščiau, tai savybė, kuri kokybine prasme būdinga daugeliui objektų, procesų, reiškinių, o kiekybine – individuali kiekvienam iš jų. Pavyzdžiui, visi kūnai turi savo masę ir temperatūrą, tačiau šių parametrų skaitinės reikšmės skirtingiems kūnams skiriasi. Kiekybinis šios objekto savybės turinys yra fizinio dydžio dydis, skaitinis jo dydžio įvertinimas paskambino fizinio dydžio vertė.

Fizinis dydis, išreiškiantis tą pačią kokybę kokybine prasme, vadinamas vienalytis (to paties pavadinimo ).

Pagrindinė matavimų užduotis - gauti informaciją apie fizinio dydžio reikšmes tam tikro jam priimtų vienetų skaičiumi.

Fizinių dydžių reikšmės skirstomos į tikrąsias ir realias.

Tikra prasmė - tai vertė, kuri idealiai atspindi kokybiškai ir kiekybiškai atitinkamas objekto savybes.

Tikra vertė - tai vertė, rasta eksperimentiškai ir taip artima tikrovei, kad ją galima naudoti vietoj jos.

Fiziniai dydžiai klasifikuojami pagal daugybę savybių. Išskiriami šie dalykai: klasifikacijos:

1) matavimo informacijos signalų fiziniai dydžiai yra: aktyvus - dydžiai, kuriuos galima konvertuoti į matavimo informacijos signalą nenaudojant pagalbinių energijos šaltinių; pasyvus naujas - kiekiai, kuriems reikia naudoti pagalbinius energijos šaltinius, per kuriuos sukuriamas matavimo informacinis signalas;

2) pagal adityvumą fizikiniai dydžiai skirstomi į: priedas , arba ekstensyvus, kurį galima išmatuoti dalimis, taip pat tiksliai atkurti naudojant daugiareikšmį matą, pagrįstą atskirų matų dydžių suma; Ne priedas, arba intensyvūs, kurie nėra tiesiogiai matuojami, bet paverčiami dydžio matavimu arba matavimu netiesioginiais matavimais. (Adityvumas (lot. additivus - pridėtas) yra dydžių savybė, susidedanti iš to, kad viso objekto dydžio vertė yra lygi dydžių, atitinkančių jo dalis, verčių sumai).

Vystymosi evoliucija fizinių vienetų sistemos.

Metrinė sistema- pirmoji fizikinių dydžių vienetų sistema

Prancūzijos nacionalinė asamblėja priėmė 1791 m. Tai įtraukta ilgio, ploto, tūrio, talpos ir svorio vienetai , kurie buvo pagrįsti dviem vienetais - metras ir kilogramas . Ji skyrėsi nuo dabar naudojamos vienetų sistemos ir dar nebuvo vienetų sistema šiuolaikine prasme.

Absoliuti sistemafizikinių dydžių vienetai.

Vienetų sistemos, kaip pagrindinių ir išvestinių vienetų aibės, konstravimo metodą 1832 m. sukūrė ir pasiūlė vokiečių matematikas K. Gaussas, pavadindamas jį absoliučia sistema. Jis rėmėsi trimis vienas nuo kito nepriklausomais dydžiais - masė, ilgis, laikas .

Dėl pagrindinio matavimo vienetai jis priėmė šiuos kiekius miligramas, milimetras, sekundė , darant prielaidą, kad likusius vienetus galima nustatyti naudojant juos.

Vėliau atsirado nemažai fizikinių dydžių vienetų sistemų, sukurtų Gauso pasiūlytu principu ir paremtų metrine matų sistema, tačiau besiskiriančių pagrindiniais vienetais.

Pagal siūlomą Gauso principą pagrindinės fizikinių dydžių vienetų sistemos yra:

GHS sistema, kuriame pagrindiniai vienetai yra centimetras kaip ilgio vienetas, gramas kaip masės vienetas ir antrasis kaip laiko vienetas; buvo įrengtas 1881 m.;

MKGSS sistema.

5. Kilogramą naudoti kaip svorio vienetą, o vėliau ir apskritai kaip jėgos vienetą, atsirado XIX amžiaus pabaigoje. fizikinių dydžių vienetų sistemos formavimui su trimis pagrindiniais vienetais: metras - ilgio vienetas, kilogramas - jėga - jėgos vienetas, sekundė - laiko vienetas; MKSA sistema

- Pagrindiniai matavimo vienetai yra metras, kilogramas, sekundė ir amperas. Šios sistemos pagrindus 1901 metais pasiūlė italų mokslininkas G. Giorgi.

Tarptautiniai ryšiai mokslo ir ekonomikos srityje reikalavo suvienodinti matavimo vienetus, sukurti vieningą fizikinių dydžių vienetų sistemą, apimančią įvairias matavimo lauko šakas ir išsaugančią darnos principą, t.y. proporcingumo koeficiento lygybė vienetui ryšio tarp fizikinių dydžių lygtyse.Sistema SI

. 1954 m. komisija sukurti vieningą Internacionalą vienetų sistema pasiūlė vienetų sistemos projektą, kuris buvo patvirtintas m

1960 m

. XI Generalinė svorių ir matų konferencija. Tarptautinė vienetų sistema (sutrumpintai SI) kilo iš prancūziško pavadinimo System International pradinių raidžių.

Apšvietimo vienetas Medžiagos kiekis

Šaltinis: Tyurin N.I. Įvadas į metrologiją. M.: Standartų leidykla, 1985 m. Pagrindiniai vienetai

matavimai

fiziniai dydžiai pagal Generalinės svorių ir matų konferencijos sprendimus apibrėžiami taip:

metras – kelio, kurį šviesa nukeliauja vakuume, ilgis per 1/299 792 458 sekundės;

kilogramas yra lygus tarptautinio kilogramo prototipo masei;

kandela yra lygi šaltinio, skleidžiančio nuo jonų apsauginę spinduliuotę, šviesos stipriui tam tikra kryptimi, kurio energetinis šviesos stipris šia kryptimi yra 1/683 W/sr;

kelvinas lygus 1/273,16 vandens trigubo taško termodinaminės temperatūros;

molis yra lygus medžiagos kiekiui sistemoje, kurioje yra tiek pat struktūrinių elementų, kiek C12 yra atomų, sveriančių 0,012 kg 2.

Papildomi vienetai Tarptautinė plokštumos ir erdvinių kampų matavimo vienetų sistema:

radianas (rad) - plokščias kampas tarp dviejų apskritimo spindulių, tarp kurių esantis lankas yra lygus spinduliui.

Laipsniais radianas yra lygus 57°17"48"3;

steradianas (sr) - erdvinis kampas, kurio viršūnė yra rutulio centre ir kuris iš sferos paviršiaus išpjauna plotą, lygų kvadrato plotui, kurio kraštinės ilgis lygus rutulio spinduliui .

Papildomi SI vienetai naudojami kampinio greičio, kampinio pagreičio ir kai kurių kitų dydžių vienetams formuoti. Radianas ir steradianas naudojami teorinėms konstrukcijoms ir skaičiavimams, nes dauguma praktinių radianų kampų verčių, kurios yra svarbios praktikai, išreiškiamos transcendentiniais skaičiais.

Nesisteminiai vienetai:

Dešimtoji baltos spalvos imama kaip logaritminis vienetas – decibelas (dB);

Dioptrija – optinių prietaisų šviesos intensyvumas;

Reaktyviosios galios vertės (VA);

Astronominis vienetas (AU) – 149,6 mln. km;

Šviesmečiai – tai atstumas, kurį šviesos spindulys nukeliauja per 1 metus;

Talpa - litras (l);

Plotas – hektaras (ha). Logaritminiai vienetai skirstomi į absoliutus, kurie parodo fizinio dydžio ir normalizuotos reikšmės santykio dešimtainį logaritmą ir giminaitis,

sudarytas kaip bet kurių dviejų vienarūšių (vienodų) dydžių santykio dešimtainis logaritmas.

Ne SI vienetai apima laipsnius ir minutes. Likę vienetai yra išvesti. Išvestiniai vienetai SI sudaromos naudojant paprasčiausias lygtis, kurios susieja dydžius ir kuriose skaitiniai koeficientai yra lygūs vienybei. Šiuo atveju išvestinis vienetas vadinamas

nuoseklus. Matmenys yra kokybinis išmatuotų dydžių rodymas. Kiekio vertė gaunama jį išmatuojant arba apskaičiavus pagalpagrindinė lygtis išK = išmatavimai: * [ K]

q - kur Q išmatavimai:- kiekio vertė; - skaitinė išmatuoto dydžio vertė sutartiniais vienetais; [Q]

Jei apibrėžiamojoje lygtyje yra skaitinis koeficientas, tai norint sudaryti išvestinį vienetą, tokios pradinių dydžių skaitinės reikšmės turi būti pakeistos dešinėje lygties pusėje taip, kad nustatomo išvestinio vieneto skaitinė vertė būtų lygi vienetui. .

(Pavyzdžiui, skysčio masės matavimo vienetas imamas 1 ml, todėl ant pakuotės nurodoma: 250 ml, 750 ir pan., bet jei matavimo vienetas imamas 1 litras, tai toks pat skysčio kiekis bus nurodytas atitinkamai 0,25 l.

Kaip vienas iš kartotinių ir dalinių formavimo būdų, naudojamas metrinėje matų sistemoje priimtas didžiųjų ir mažųjų vienetų dešimtainis dauginys. Lentelėje 1.2 lentelėje pateikiami dešimtainių kartotinių ir dalinių kartotinių formavimo veiksniai ir priešdėliai bei jų pavadinimai.

2 lentelė. Dešimtainių kartotinių ir pogrupių sudarymo veiksniai ir priešdėliai bei jų pavadinimai

(Eksabaitas yra informacijos kiekio matavimo vienetas, lygus 1018 arba 260 baitų. 1 EeV (eksaelektronvoltas) = ​​1018 elektronvoltas = 0,1602 džaulio)

Reikėtų atsižvelgti į tai, kad formuojant kelis ir kelis ploto ir tūrio vienetus naudojant priešdėlius, gali atsirasti dvigubas skaitymas, priklausomai nuo to, kur pridedamas priešdėlis. Pavyzdžiui, 1 m2 gali būti naudojamas kaip 1 kvadratinis metras ir kaip 100 kvadratinių centimetrų, o tai nėra tas pats dalykas, nes 1 kvadratinis metras yra 10 000 kvadratinių centimetrų.

Pagal tarptautines taisykles ploto ir tūrio kartotiniai ir daliniai turėtų būti sudaromi prie pradinių vienetų pridedant priešdėlį. Laipsniai reiškia tuos vienetus, kurie gaunami pridedant priešdėlius. Pavyzdžiui, 1 km 2 = 1 (km) 2 = (10 3 m) 2 == 10 6 m 2.

Norint užtikrinti matavimų vienodumą, būtina turėti identiškus vienetus, kuriuose būtų sukalibruotos visos to paties fizikinio dydžio matavimo priemonės. Matavimų vienovė pasiekiama išsaugant, tiksliai atkuriant nustatytus fizikinių dydžių vienetus ir perkeliant jų dydžius į visas veikiančias matavimo priemones naudojant etaloninius ir etaloninius matavimo prietaisus.

Nuoroda - matavimo priemonė, užtikrinanti įteisinto fizinio dydžio vieneto saugojimą ir atgaminimą, taip pat jo dydžio perkėlimą į kitas matavimo priemones.

Standartų kūrimui, saugojimui ir naudojimui, jų būklės stebėjimui taikomos vienodos taisyklės, nustatytos GOST „GSI. Fizinių dydžių vienetų standartai. Kūrimo, tvirtinimo, registravimo, saugojimo ir taikymo tvarka.

Pagal pavaldumą standartai skirstomiį pirminę ir antrinę ir turi tokią klasifikaciją.

Pirminis standartas užtikrina didžiausiu šalyje įmanomu tikslumu šioje matavimo srityje vienetų saugojimą, atkūrimą ir matmenų perdavimą:

- specialūs pirminiai standartai- yra skirti įrenginiui atkurti tokiomis sąlygomis, kai techniškai neįmanoma tiesiogiai perduoti įrenginio dydžio nuo pirminio standarto reikiamu tikslumu, pavyzdžiui, naudojant žemą ir aukštą įtampą, mikrobangų krosnelę ir HF. Jie yra patvirtinti kaip valstybiniai standartai. Atsižvelgiant į ypatingą valstybinių standartų svarbą ir suteikiant jiems įstatymo galią, GOST yra patvirtintas kiekvienam valstybiniam standartui. Valstybinis standartų komitetas kuria, tvirtina, saugo ir taiko valstybinius standartus.

Antrinis standartas atkuria vienetą ypatingomis sąlygomis ir tokiomis sąlygomis pakeičia pirminį standartą. Jis sukurtas ir patvirtintas siekiant užtikrinti kuo mažiau nusidėvėjimo pagal valstybinį standartą. Antriniai standartai savo ruožtu skirstomi pagal paskirtį:

Kopijuoti standartai – skirti vienetų dydžiams perkelti į darbo standartus;

Lyginimo standartai – skirti patikrinti valstybinio standarto saugą ir pakeisti jį sugadinimo ar praradimo atveju;

Liudininkų standartai – naudojami lyginant standartus, kurie dėl vienokių ar kitokių priežasčių negali būti tiesiogiai lyginami vienas su kitu;

Darbo standartai - atkuria vienetą iš antrinių standartų ir padeda perkelti dydį į žemesnio rango standartą. Antrinius standartus kuria, tvirtina, saugo ir naudoja ministerijos bei departamentai.

Vieneto standartas - viena priemonė ar matavimo priemonių rinkinys, užtikrinantis vieneto saugojimą ir atkūrimą, siekiant perduoti jo dydį pavaldžioms matavimo priemonėms patikros schemoje, pagaminta pagal specialią specifikaciją ir oficialiai patvirtinta nustatyta tvarka kaip standartas.

Vienetų atgaminimas, priklausomai nuo techninių ir ekonominių reikalavimų, atliekamas dviese būdais:

- centralizuotas- naudojant vieną valstybės standartą visai šaliai ar šalių grupei. Visi pagrindiniai vienetai ir dauguma išvestinių dokumentų atkuriami centralizuotai;

- decentralizuotas- taikomas išvestiniams vienetams, kurių dydis negali būti perteiktas tiesiogiai lyginant su standartu ir užtikrina reikiamą tikslumą.

Standartas nustato daugiapakopę fizikinio dydžio vieneto matmenų perkėlimo iš valstybinio etalono į visas darbo priemones tam tikram fiziniam dydžiui matuoti, naudojant antrinius etalonus ir pavyzdines įvairių kategorijų matavimo priemones nuo didžiausio iki mažiausio. o nuo pavyzdinių priemonių prie darbinių.

Dydžių perkėlimas atliekamas įvairiais tikrinimo metodais, daugiausia gerai žinomais matavimo metodais. Perkeliant dydį laipsniškai prarandamas tikslumas, tačiau daugiapakopis leidžia išsaugoti standartus ir perkelti vieneto dydį į visas veikiančias matavimo priemones.

Fizinis dydis yra materialaus objekto, proceso, fizikinio reiškinio fizinė savybė, charakterizuojama kiekybiškai.

Fizinio kiekio vertė išreikštas vienu ar keliais skaičiais, apibūdinančiais šį fizikinį dydį, nurodantį matavimo vienetą.

Fizinio dydžio dydis yra skaičių reikšmės, atsirandančios fizinio dydžio reikšmėje.

Fizinių dydžių matavimo vienetai.

Fizinio dydžio matavimo vienetas yra fiksuoto dydžio dydis, kuriam priskiriama skaitinė reikšmė, lygi vienetui. Jis naudojamas kiekybinei su juo vienalyčių fizikinių dydžių išraiškai. Fizinių dydžių vienetų sistema yra pagrindinių ir išvestinių vienetų visuma, pagrįsta tam tikra dydžių sistema.

Plačiai paplito tik kelios vienetų sistemos. Daugeliu atvejų daugelyje šalių naudojama metrinė sistema.

Pagrindiniai vienetai.

Išmatuokite fizinį dydį - reiškia palyginti jį su kitu panašiu fiziniu dydžiu, paimtu kaip vienetą.

Daikto ilgis lyginamas su ilgio vienetu, kūno masė su svorio vienetu ir kt. Tačiau jei vienas tyrėjas išmatuos ilgį coliais, o kitas pėdomis, jiems bus sunku palyginti šias dvi vertes. Todėl visi fiziniai dydžiai visame pasaulyje paprastai matuojami tais pačiais vienetais. 1963 metais buvo priimta Tarptautinė vienetų sistema SI (System international – SI).

Kiekvienam fiziniam dydžiui vienetų sistemoje turi būti atitinkamas matavimo vienetas. Standartinis matavimo vienetai yra jo fizinis įgyvendinimas.

Ilgio standartas yra metras- atstumas tarp dviejų smūgių ant specialios formos strypo, pagaminto iš platinos ir iridžio lydinio.

Standartinis laiko tarnauja kaip bet kokio reguliariai pasikartojančio proceso, kuriam pasirenkamas Žemės judėjimas aplink Saulę, trukmė: Žemė padaro vieną apsisukimą per metus. Tačiau laiko vienetas imamas ne metais, o antra.

Vienetui greitis paimkite tokio vienodo tiesinio judėjimo greitį, kuriuo kūnas pasislenka 1 m per 1 s.

Atskiras matavimo vienetas naudojamas plotui, tūriui, ilgiui ir tt Kiekvienas vienetas nustatomas renkantis tam tikrą standartą. Tačiau vienetų sistema yra daug patogesnė, jei tik keli vienetai pasirenkami kaip pagrindiniai, o likusieji nustatomi per pagrindinius. Pavyzdžiui, jei ilgio vienetas yra metras, tai ploto vienetas bus kvadratinis metras, tūris – kubinis metras, greitis – metras per sekundę ir t.t.

Pagrindiniai vienetai Fiziniai dydžiai Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) yra šie: metras (m), kilogramas (kg), sekundė (s), amperas (A), kelvinas (K), kandela (cd) ir molis (mol).

Taip pat yra išvestinių SI vienetų, kurie turi savo pavadinimus:

IRmatavimai. Norint gauti tikslų, objektyvų ir lengvai atkuriamą fizikinio dydžio aprašymą, naudojami matavimai. Be matavimų fizinio dydžio negalima apibūdinti kiekybiškai. Tokie apibrėžimai kaip „žemas“ arba „aukštas“ slėgis, „žema“ arba „aukšta“ temperatūra atspindi tik subjektyvias nuomones ir nepalyginama su pamatinėmis vertėmis. Matuojant fizikinį dydį, jam priskiriama tam tikra skaitinė reikšmė.

Matavimai atliekami naudojant matavimo prietaisai. Yra gana daug matavimo priemonių ir prietaisų, nuo paprasčiausių iki sudėtingiausių. Pavyzdžiui, ilgis matuojamas liniuote arba matuokliu, temperatūra – termometru, plotis – suportais.

Matavimo priemonės klasifikuojamos: pagal informacijos pateikimo būdą (rodomas ar įrašymas), pagal matavimo metodą (tiesioginis veiksmas ir palyginimas), pagal rodmenų pateikimo formą (analoginis ir skaitmeninis) ir kt.

Matavimo priemonėms būdingi šie parametrai:

Matavimo diapazonas- išmatuotos vertės verčių diapazonas, kuriam prietaisas suprojektuotas normaliai veikiant (su tam tikru matavimo tikslumu).

Jautrumo slenkstis- mažiausia (slenkstinė) išmatuotos vertės vertė, kurią išskiria prietaisas.

Jautrumas- susieja išmatuoto parametro reikšmę ir atitinkamą prietaiso rodmenų pokytį.

Tikslumas- prietaiso galimybė parodyti tikrąją išmatuoto indikatoriaus vertę.

Stabilumas- prietaiso gebėjimas išlaikyti nurodytą matavimo tikslumą tam tikrą laiką po kalibravimo.

Fizika, kaip jau nustatėme, tiria bendruosius mus supančio pasaulio modelius. Norėdami tai padaryti, mokslininkai atlieka fizikinių reiškinių stebėjimus. Tačiau aprašant reiškinius įprasta vartoti ne kasdienę kalbą, o specialius žodžius, turinčius griežtai apibrėžtą reikšmę – terminus. Jau susidūrėte su kai kuriais fiziniais terminais ankstesnėje pastraipoje. Daugelį terminų tereikia išmokti ir atsiminti jų reikšmes.

Be to, fizikai turi apibūdinti įvairias fizikinių reiškinių ir procesų savybes (charakteristikas), apibūdinti juos ne tik kokybiškai, bet ir kiekybiškai. Pateikime pavyzdį.

Ištirkime akmens kritimo laiko priklausomybę nuo aukščio, iš kurio jis nukrenta. Patirtis rodo: kuo didesnis aukštis, tuo ilgesnis kritimo laikas. Tai kokybinis aprašymas, kuris neleidžia detaliai apibūdinti eksperimento rezultato. Norint suprasti tokio reiškinio kaip kritimas modelį, reikia žinoti, pavyzdžiui, kad aukštį padidinus keturis kartus, laikas, per kurį akmuo nukrenta, paprastai padvigubėja. Tai reiškinio savybių ir jų tarpusavio ryšio kiekybinių charakteristikų pavyzdys.

Norint kiekybiškai apibūdinti fizinių objektų, procesų ar reiškinių savybes (charakteristikas), naudojami fizikiniai dydžiai. Jums žinomų fizinių dydžių pavyzdžiai yra ilgis, laikas, masė, greitis.

Fizikiniai dydžiai kiekybiškai apibūdina fizinių kūnų, procesų ir reiškinių savybes.

Jūs jau susidūrėte su kai kuriais kiekiais. Matematikos pamokose spręsdamas uždavinius matavote atkarpų ilgius ir nustatėte nuvažiuotą atstumą. Šiuo atveju naudojote tą patį fizinį dydį – ilgį. Kitais atvejais jūs nustatėte įvairių objektų judėjimo trukmę: pėsčiojo, automobilio, skruzdėlytės - taip pat naudojote tik vieną fizinį dydį - laiką. Kaip jau pastebėjote, skirtingiems objektams tas pats fizinis dydis įgyja skirtingas reikšmes. Pavyzdžiui, skirtingų segmentų ilgiai gali būti nevienodi. Todėl vienas ir tas pats kiekis gali įgyti skirtingas reikšmes ir būti naudojamas įvairiems objektams ir reiškiniams apibūdinti.

Fizinių dydžių įvedimo poreikis slypi ir tame, kad su jų pagalba rašomi fizikos dėsniai.

Formulėse ir skaičiavimuose fizikiniai dydžiai žymimi lotyniškos ir graikiškos abėcėlės raidėmis. Yra visuotinai priimtų pavadinimų, pavyzdžiui, ilgis - l arba L, laikas - t, masė - m arba M, plotas - S, tūris - V ir kt.

Jei užrašysite fizinio dydžio reikšmę (tokio pat atkarpos ilgio, gauto matuojant), pastebėsite: ši reikšmė nėra tik skaičius. Pasakius, kad atkarpos ilgis yra 100, reikia pasiaiškinti, kokiais vienetais jis išreiškiamas: metrais, centimetrais, kilometrais ar dar kuo nors. Todėl jie sako, kad fizinio dydžio reikšmė yra įvardytas skaičius. Jis gali būti pavaizduotas kaip skaičius, po kurio nurodomas šio kiekio vieneto pavadinimas.

Fizinio dydžio reikšmė = Skaičius * Kiekio vienetas.

Daugelio fizikinių dydžių (pavyzdžiui, ilgio, laiko, masės) vienetai iš pradžių atsirado dėl kasdienio gyvenimo poreikių. Jiems skirtingus vienetus skirtingais laikais išrado skirtingos tautos. Įdomu tai, kad daugelio dydžių vienetų pavadinimai tarp skirtingų tautų yra vienodi, nes renkantis šiuos vienetus buvo naudojami žmogaus kūno matmenys. Pavyzdžiui, ilgio vienetas, vadinamas „uolekčiu“, buvo naudojamas Senovės Egipte, Babilone, arabų pasaulyje, Anglijoje ir Rusijoje.

Tačiau ilgis buvo matuojamas ne tik uolektėmis, bet ir vershokais, pėdomis, lygomis ir kt. Reikia pasakyti, kad net ir su tais pačiais pavadinimais vienodo dydžio vienetai tarp skirtingų tautų buvo skirtingi. 1960 metais mokslininkai sukūrė Tarptautinę vienetų sistemą (SI arba SI). Šią sistemą priėmė daugelis šalių, įskaitant Rusiją. Todėl šios sistemos vienetų naudojimas yra privalomas.
Įprasta skirti pagrindinius ir išvestinius fizikinių dydžių vienetus. SI pagrindiniai mechaniniai vienetai yra ilgis, laikas ir masė. Ilgis matuojamas metrais (m), laikas sekundėmis (s), masė kilogramais (kg). Išvestiniai vienetai formuojami iš pagrindinių, naudojant ryšius tarp fizikinių dydžių. Pavyzdžiui, ploto vienetas - kvadratinis metras (m2) - yra lygus kvadrato, kurio kraštinės ilgis yra vienas metras, plotui.

Atliekant matavimus ir skaičiavimus, dažnai tenka susidurti su fizikiniais dydžiais, kurių skaitinės reikšmės daug kartų skiriasi nuo kiekio vieneto. Tokiais atvejais prie vieneto pavadinimo pridedamas priešdėlis, reiškiantis vieneto dauginimą arba padalijimą iš tam tikro skaičiaus. Labai dažnai jie naudoja priimto vieneto dauginimą iš 10, 100, 1000 ir tt (daugybinės reikšmės), taip pat vieneto padalijimą iš 10, 100, 1000 ir tt (daugybinės reikšmės, t. y. trupmenos). Pavyzdžiui, tūkstantis metrų yra vienas kilometras (1000 m = 1 km), priešdėlis yra kilogramas.

Priešdėliai, reiškiantys fizikinių dydžių vienetų dauginimą ir padalijimą iš dešimties, šimtų ir tūkstančių, pateikti 1 lentelėje.
Rezultatai

Fizinis dydis – tai fizinių objektų, procesų ar reiškinių savybių kiekybinė charakteristika.

Fizinis dydis apibūdina tą pačią įvairių fizinių objektų ir procesų savybę.

Fizinio dydžio reikšmė yra įvardytas skaičius.
Fizinio dydžio reikšmė = Skaičius * Kiekio vienetas.

Klausimai

1. Kam naudojami fizikiniai dydžiai? Pateikite fizikinių dydžių pavyzdžių.
2. Kurie iš šių terminų yra fizikiniai dydžiai, o kurie ne? Liniuotė, automobilis, šaltis, ilgis, greitis, temperatūra, vanduo, garsas, masė.
3. Kaip rašomos fizikinių dydžių reikšmės?
4. Kas yra SI? Kam jis skirtas?
5. Kurie vienetai vadinami baziniais, o kurie – išvestiniais? Pateikite pavyzdžių.
6. Kūno masė yra 250 g. Išreikškite šio kūno masę kilogramais (kg) ir miligramais (mg).
7. Išreikškite atstumą 0,135 km metrais ir milimetrais.
8. Praktikoje dažnai naudojamas nesisteminis tūrio vienetas - litras: 1 l = 1 dm 3. SI tūrio vienetas vadinamas kubiniu metru. Kiek litrų yra viename kubiniame metre? Raskite vandens tūrį, esantį kube, kurio kraštinė yra 1 cm, ir išreikškite šį tūrį litrais ir kubiniais metrais, naudodami reikiamus priešdėlius.
9. Įvardykite fizikinius dydžius, kurie yra būtini apibūdinti tokio fizikinio reiškinio kaip vėjas savybes. Pasinaudokite tuo, ką išmokote gamtos mokslų pamokose, ir savo pastebėjimus. Suplanuokite fizinį eksperimentą šiems dydžiams išmatuoti.
10. Kokius senovinius ir šiuolaikinius ilgio ir laiko vienetus žinote?

Fizinis kiekis

Fizinis kiekis- fizinė materialaus objekto, fizikinio reiškinio, proceso savybė, kurią galima apibūdinti kiekybiškai.

Fizinio kiekio vertė- vienas ar keli (tensorinio fizikinio dydžio atveju) šį fizikinį dydį apibūdinantys skaičiai, nurodantys matavimo vienetą, kurio pagrindu jie buvo gauti.

Fizinio kiekio dydis- skaičių reikšmės fizinio kiekio vertė.

Pavyzdžiui, automobilį galima charakterizuoti fizinis kiekis, kaip masė. tuo pat metu prasmėšio fizinio kiekio bus, pavyzdžiui, 1 tona, ir dydis- numeris 1 arba prasmė bus 1000 kilogramų, ir dydis- numeris 1000. Tą patį automobilį galima apibūdinti naudojant kitą fizinis kiekis- greitis. tuo pat metu prasmėšio fizikinio dydžio bus, pavyzdžiui, tam tikros krypties vektorius 100 km/h, ir dydis- numeris 100.

Fizinio dydžio matmenys- matavimo vienetas, esantis fizinio kiekio vertė. Paprastai fizinis dydis turi daug skirtingų matmenų: pavyzdžiui, ilgis - nanometras, milimetras, centimetras, metras, kilometras, mylia, colis, parsekas, šviesmetis ir tt Kai kurie iš šių matavimo vienetų (neatsižvelgiant į jų dydį). dešimtainiai koeficientai) gali būti įtraukiami į įvairias fizinių vienetų sistemas – SI, GHS ir kt.

Dažnai fizinis dydis gali būti išreikštas kitais, fundamentalesniais fiziniais dydžiais. (Pavyzdžiui, jėga gali būti išreikšta kūno mase ir pagreičiu.) O tai reiškia atitinkamai matmuo toks fizinis dydis gali būti išreikštas šių bendresnių dydžių matmenimis. (Jėgos matmenys gali būti išreikšti masės ir pagreičio matmenimis.) (Dažnai toks tam tikro fizinio dydžio matmenų atvaizdavimas per kitų fizikinių dydžių matmenis yra savarankiška užduotis, kuri kai kuriais atvejais turi savo prasmę ir tikslą.) Tokių bendresnių dydžių matmenys dažnai jau būna pagrindiniai vienetai vienokios ar kitokios fizinių vienetų sistemos, tai yra tų, kurie patys nebeišreiškiami per kitus, dar bendresnis kiekiai.

Pavyzdys.
Jei fizikinio dydžio galia parašyta kaip

W- tai santrumpa vienas iššio fizinio dydžio matavimo vienetai (vatai). Litera Į yra tarptautinės vienetų sistemos (SI) dešimtainio koeficiento „kilo“ žymėjimas.

Matmenys ir bematis fizikiniai dydžiai

• Matmenų fizinis dydis- fizikinis dydis, kurio vertei nustatyti būtina taikyti kokį nors šio fizikinio dydžio matavimo vienetą. Didžioji dauguma fizinių dydžių yra matmenų.
• Fizinis dydis be matmenų- fizinis dydis, kurio vertei nustatyti pakanka tik nurodyti jo dydį. Pavyzdžiui, santykinė dielektrinė konstanta yra bematis fizikinis dydis.

Priediniai ir nepridūs fizikiniai dydžiai

• Papildomas fizinis kiekis- fizinis dydis, kurio skirtingas vertes galima susumuoti, padauginti iš skaitinio koeficiento arba padalyti viena iš kitos. Pavyzdžiui, fizinio dydžio masė yra adityvusis fizinis dydis.
• Nepridėtinis fizinis kiekis- fizinis dydis, kurio sumavimas, dauginimas iš skaitinio koeficiento arba jo reikšmių padalijimas vienas iš kito neturi fizinės reikšmės. Pavyzdžiui, fizinio kiekio temperatūra yra nepridėjęs fizikinis dydis.

Platūs ir intensyvūs fiziniai kiekiai

Fizinis dydis vadinamas

• platus, jei jo vertės dydis yra posistemių, sudarančių sistemą, fizinio dydžio verčių suma (pavyzdžiui, tūris, svoris);
• intensyvus, jei jo reikšmės dydis nepriklauso nuo sistemos dydžio (pavyzdžiui, temperatūros, slėgio).

Kai kurie fiziniai dydžiai, tokie kaip kampinis momentas, plotas, jėga, ilgis, laikas, nėra nei platūs, nei intensyvūs.

Išvestiniai kiekiai sudaromi iš kai kurių didelių kiekių:

• specifinis kiekis – tai kiekis, padalintas iš masės (pavyzdžiui, specifinis tūris);
• krūminiai kiekis yra kiekis, padalytas iš medžiagos kiekio (pavyzdžiui, molinis tūris).

Skaliariniai, vektoriniai, tenzoriniai dydžiai

Bendriausiu atveju galime sakyti, kad fizikinį dydį galima pavaizduoti tam tikro rango (valentingo) tenzoriumi.

Fizinių dydžių vienetų sistema

Fizinių dydžių vienetų sistema – tai fizikinių dydžių matavimo vienetų visuma, kurioje yra tam tikras skaičius vadinamųjų bazinių matavimo vienetų, o likusieji matavimo vienetai gali būti išreikšti šiais pagrindiniais vienetais. Fizinių vienetų sistemų pavyzdžiai yra Tarptautinė vienetų sistema (SI), GHS.

Fizinių dydžių simboliai

Literatūra

• RMG 29-99 Metrologija. Pagrindiniai terminai ir apibrėžimai.
• Burdun G. D., Bazakutsa V. A. Fizinių dydžių vienetai. - Charkovas: Viščios mokykla, .