Физиката като наука, която изучава природните явления,използва стандартна методология на изследване. Основните етапи могат да се нарекат: наблюдение, хипотеза, експеримент, обосноваване на теорията. По време на наблюдението се установяват отличителните особености на явлението, хода на неговия ход, възможните причини и последици. Хипотезата дава възможност да се обясни хода на явлението, да се установят неговите модели. Експериментът потвърждава (или не потвърждава) валидността на хипотезата. Позволява ви да установите количествено съотношение на стойностите в хода на експеримента, което води до точното установяване на зависимостите. Хипотезата, потвърдена в хода на експеримента, е в основата на научната теория.
Никоя теория не може да твърдинадеждност, ако не получи пълно и безусловно потвърждение по време на експеримента. Извършването на последното е свързано с измервания на физични величини, характеризиращи процеса. Физическото количество е в основата на измерванията.
Какво е това?
Измерването се отнася до онези количества, коитопотвърждават валидността на хипотезата на моделите. Физическото количество е научна характеристика на физическо тяло, чието качествено отношение е общо за много подобни тела. За всяко тяло такава количествена характеристика е чисто индивидуална.
Ако се обърнем към специализираната литература, тогава вСправочникът на М. Юдин и др. (издание от 1989 г.) гласи, че физическото количество е: „характеристика на едно от свойствата на физическия обект (физическа система, явление или процес), качествено общо за много физически обекти, но количествено индивидуално за на всеки обект ”.
Речникът на Ожегов (издание 1990 г.) гласи, че физическото количество е "размерът, обемът, разширението на даден обект".
Например, дължината е физическо количество. Механиката третира дължината като изминатото разстояние, електродинамиката използва дължината на жицата, в термодинамиката подобна стойност определя дебелината на стените на съдовете. Същността на концепцията не се променя: мерните единици могат да бъдат еднакви, но значението може да бъде различно.
Отличителна черта на физическото количество, да речем от математическо, е наличието на единица за измерване. Метър, крак, аршин са примери за единици с дължина.
Единици
За да се измери физическото количество, трябвасравнете със стойността, взета като единица. Спомнете си прекрасната карикатура "Четиридесет и осем папагала". За да установят дължината на ограничителя на боа, героите измерват дължината му в папагали, в слонове, в маймуни. В този случай дължината на боа констриктора беше сравнена с нарастването на други герои от анимационни филми. Резултатът беше количествено зависим от референтната.
Единицата на физическото количество е мярка за нейното измерване вопределена система от единици. Объркването в тези мерки възниква не само поради несъвършенството, хетерогенността на мерките, но понякога и поради относителността на единиците.
Руска мярка за дължина - аршин - разстоянието междупоказалец и палец. Ръцете на всеки обаче са различни и аршинът, измерен с ръката на възрастен мъж, е различен от аршина, измерен с ръката на дете или жена. Същото несъответствие в мерките за дължина се отнася до фатомите (разстоянието между върховете на пръстите на ръцете, разперени настрани) и лактите (разстоянието от средния пръст до лакътя на ръката).
Интересно е, че за чиновници в магазините са наемани дребни мъже. Хитрите търговци спасиха плат, използвайки малко по-малки мерки: аршин, лакът, фатом.
Системи от мерки
Такова разнообразие от мерки съществуваше не само вРусия, но и в други страни. Въвеждането на мерни единици често беше произволно; понякога тези единици бяха въведени само поради удобството на тяхното измерване. Например, за измерване на атмосферното налягане е въведено mmHg. Известният експеримент на Торичели, в който е използвана тръба, пълна с живак, направи възможно въвеждането на такава необичайна стойност.
Различните физически величини направиха измерването на физически величини не само сложно и ненадеждно, но и усложниха развитието на науката.
Единна система от мерки
Единна система от физически величини, удобна иоптимизиран във всяка индустриализирана страна се превърна в спешна необходимост. Идеята за избор на възможно най-малко единици е възприета като основа, с помощта на която други величини могат да бъдат изразени в математически зависимости. Такива основни величини не трябва да бъдат свързани помежду си, тяхното значение се определя недвусмислено и ясно във всяка икономическа система.
Различни страни се опитаха да решат този проблем.Създаването на унифицирана система от мерки (метрични, GHS, MKS и други) беше многократно опитвано, но тези системи бяха неудобни както от научна гледна точка, така и за ежедневна и промишлена употреба.
Задачата, поставена в края на 19 век, е решена едва през 1958 г. Единна система беше представена на заседание на Международния комитет по законова метрология.
Единна система от мерки
1960 година е белязана от историческа срещаГенерална конференция по мерки и теглилки. С решение на това почетно събрание беше приета уникална система, наречена „Systeme internationale d"unites" (съкратено SI). В руската версия тази система се нарича Международна система (съкращение SI).
Основата е 7 основни единици и 2 допълнителни. Тяхната числена стойност се определя под формата на стандарт
Таблица на физическите величини SI
Име на основната единица | Измерено количество | предназначение | |
Международен | Руски | ||
Основни единици | |||
килограм | тегло | килограма | кг |
метър | дължина | m | m |
второ | път | с | с |
ампер | Сила на тока | А | А |
келвин | температура | K | K |
къртица | Количество вещество | мол | къртица |
кандела | Силата на светлината | CD | cd |
Допълнителни единици | |||
радиан | Плосък ъгъл | рад | радвам се |
Стерадиан | Плътен ъгъл | ср | Ср |
Самата система не може да се състои само от седемединици, тъй като разнообразието от физични процеси в природата изисква въвеждането на все нови и нови величини. Самата структура предвижда не само въвеждането на нови единици, но и тяхната взаимовръзка под формата на математически отношения (те по-често се наричат размерни формули).
Единицата за физическа величина се получава сизползване на умножение, степенуване и деление на основните единици в размерната формула. Липсата на числени коефициенти в такива уравнения прави системата не само удобна във всички отношения, но и кохерентна (последователна).
Производни единици
Мерни единици, които се образуват от седемосновните се наричат производни. В допълнение към основните и производни единици имаше нужда от въвеждане на допълнителни (радиани и стерадиани). Тяхната размерност се счита за нулева. Липсата на измервателни уреди за тяхното определяне прави измерването им невъзможно. Въвеждането им се дължи на използването им в теоретични изследвания. Например, физическото количество "сила" в тази система се измерва в нютони. Тъй като силата е мярка за взаимното действие на телата едно върху друго, което е причината за изменението на скоростта на тяло с определена маса, тя може да се определи като произведение на единица маса от единица скорост разделено на единица време:
F = k٠M٠v/T, където k е коефициентът на пропорционалност, M е единицата за маса, v е единицата за скорост, T е единицата за време.
SI дава следната формула за размери: H = kg٠m/s2, където се използват три единици. И килограмът, и метърът, и вторият се класифицират като основни. Коефициентът на пропорционалност е 1.
Възможно е да се въведат безразмерни величини, коитосе определят под формата на отношение на еднородни величини. Те включват коефициента на триене, както е известно, равен на съотношението на силата на триене към силата на нормалното налягане.
Таблица на физическите величини, получени от основните
Име на единица | Измерено количество | Размерна формула |
Джаул | енергия | kg²m2٠с-2 |
Паскал | налягане | kg٠ m-1 ٠с-2 |
Тесла | магнитна индукция | кг ٠A-1 ٠с-2 |
Волт | електрическо напрежение | kg ٠m2 ٠с-3٠A-1 |
Ом | Електрическо съпротивление | kg ٠m2 ٠с-3٠A-2 |
висулка | Електрически заряд | A٠ s |
ват | мощност | kg ٠m2 ٠с-3 |
Фарад | Електрически капацитет | m-2٠кг-1 ٠c4٠A2 |
Джаул към Келвин | Топлинен капацитет | kg ٠m2٠с-2 ٠К-1 |
Бекерел | Активност на радиоактивно вещество | C-1 |
Вебер | Магнитен поток | m2 ٠kg ٠s-2٠A-1 |
Хенри | Индуктивност | m2 ٠kg ٠s-2 ٠A-2 |
Херц | Честота | с-1 |
Сив | Абсорбирана доза | m2 ٠с-1 |
сиверт | Еквивалентна доза радиация | m2 ٠с-2 |
лукс | светлина | m-2 ٠кд ٠ср-2 |
Лумен | Светлинен поток | kd ٠sr |
Нютон | Сила, тегло | m ٠kg ٠s-2 |
Siemens | Електропроводимост | m-2 ٠кг-1 ٠с3 ٠A2 |
Фарад | Електрически капацитет | m-2 ٠кг-1 ٠c4 ٠A2 |
Несистемни единици
Използването на исторически установени ценности не е такавключени в SI или различаващи се само с цифров коефициент, се допуска при измерване на количества. Това са несистемни единици. Например mm живачен стълб, рентгенови лъчи и други.
Числените коефициенти се използват за въвеждане на субкратни и кратни. Префиксите съответстват на определено число. Примерите включват санти-, кило-, дека-, мега- и много други.
1 километър = 1000 метра,
1 сантиметър = 0,01 метра.
Типология на количествата
Ще се опитаме да посочим няколко основни признака, които ни позволяват да установим вида на стойността.
1. Посока. Ако действието на физическо количество е пряко свързано с посоката, то се нарича векторно, други - скаларно.
2. Наличие на измерение.Наличието на формула за физическите величини позволява да ги наречем размерни. Ако всички единици във формулата имат нулева степен, тогава те се наричат безразмерни. По-правилно би било да ги наречем величини с размерност, равна на 1. В крайна сметка концепцията за безразмерна величина е нелогична. Основното свойство - измерение - не е отменено!
3. По възможност допълнение. Допълнителна величина, чиято стойност може да се събира, изважда, умножава по коефициент и т.н. (например маса) е физическа величина, която е сумируема.
4. Във връзка с физическата система.Обширен - ако стойността му може да бъде компилирана от стойностите на подсистемата. Пример за това е площта, измерена в квадратни метри. Интензивен - величина, чиято стойност не зависи от системата. Те включват температура.
