Fizika kao znanost koja proučava prirodne pojave,koristi se standardnom metodologijom istraživanja. Glavne faze mogu se nazvati: promatranje, hipoteza, eksperiment, potkrepljivanje teorije. Tijekom promatranja utvrđuju se osobine fenomena, tijek njegovog tijeka, mogući uzroci i posljedice. Hipoteza omogućuje objašnjenje tijeka pojave, uspostavljanje njezinih zakona. Pokus potvrđuje (ili ne potvrđuje) valjanost hipoteze. Omogućuje vam uspostavljanje kvantitativnog omjera vrijednosti tijekom eksperimenta, što dovodi do preciznog uspostavljanja ovisnosti. Hipoteza, potvrđena tijekom eksperimenta, čini osnovu znanstvene teorije.
Nijedna teorija ne može tvrditipouzdanost, ako tijekom eksperimenta nije dobila potpunu i bezuvjetnu potvrdu. Izvođenje potonjeg povezano je s mjerenjima fizičkih veličina koje karakteriziraju postupak. Fizička veličina je osnova mjerenja.
Što je to?
Mjerenje se odnosi na one veličine kojepotvrditi valjanost hipoteze o obrascima. Fizička veličina znanstvena je karakteristika fizičkog tijela čiji je kvalitativni odnos zajednički mnogim sličnim tijelima. Za svako je tijelo takva kvantitativna karakteristika čisto individualna.
Ako se okrenemo specijaliziranoj literaturi, onda uu referentnoj knjizi M. Yudin i suradnika (izdanje 1989.) čitamo da je fizička veličina: „karakteristika jednog od svojstava fizičkog predmeta (fizički sustav, pojava ili proces), kvalitativno uobičajena za mnoge fizičke predmete, ali kvantitativno individualno za svaki predmet ”.
Ožegovljev rječnik (izdanje iz 1990.) kaže da je fizička veličina "veličina, obujam, produžetak predmeta".
Na primjer, duljina je fizička veličina.Mehanika tretira duljinu kao prijeđeni put, elektrodinamika koristi duljinu žice, u termodinamici slična vrijednost određuje debljinu stijenki posuda. Bit koncepta se ne mijenja: jedinice veličine mogu biti iste, ali značenje može biti različito.
Karakteristična značajka fizičke veličine, recimo, od matematičke, jest prisutnost mjerne jedinice. Metar, stopalo, aršin primjeri su jedinica duljine.
Jedinice
Da bi se izmjerila fizička veličina, trebala bi bitiusporediti s vrijednošću koja se uzima kao jedinica. Sjetite se divnog crtića "Četrdeset osam papiga". Da bi utvrdili duljinu udara, junaci su izmjerili njegovu duljinu u papiga, u slonova i u majmuna. U ovom je slučaju duljina konjuktora udara uspoređena s rastom ostalih likova iz crtića. Rezultat je kvantitativno ovisio o referenci.
Jedinica fizičke veličine je mjera za njezino mjerenje uodređeni sustav jedinica. Zbunjenost u tim mjerama nastaje ne samo zbog nesavršenosti, heterogenosti mjera, već ponekad i zbog relativnosti jedinica.
Ruska mjera duljine - aršin - udaljenost izmeđukažiprst i palac. Međutim, ruke svih ljudi su različite, a mjerilo mjereno rukom odraslog muškarca razlikuje se od mjerila na ruci djeteta ili žene. Isti nesklad između mjera duljine odnosi se na dno (razmak između vrhova prstiju razmaknutih sa strane ruku) i lakta (udaljenost od srednjeg prsta do lakta šake).
Zanimljivo je da su muškarce malog rasta odvodili u trgovine kao činovnike. Lukavi trgovci spasili su tkaninu pomoću nekoliko manjih mjera: aršin, lakat, sajam.
Sustavi mjera
Takva raznolikost mjera postojala je ne samo uRusiji, ali i u drugim zemljama. Uvođenje mjernih jedinica često je bilo proizvoljno, ponekad su te jedinice uvođene samo zbog praktičnosti njihova mjerenja. Na primjer, uveden je mmHg za mjerenje atmosferskog tlaka. Poznati Torricellijev eksperiment, koji je koristio cijev napunjenu živom, omogućio je uvođenje tako neobične vrijednosti.
Razne fizikalne veličine činile su mjerenje fizičkih veličina ne samo teškim i nepouzdanim, već i komplicirajući razvoj znanosti.
Jedinstveni sustav mjera
Jedinstveni sustav fizikalnih veličina, prikladan ioptimizirana u svakoj industrijaliziranoj zemlji, postala je apsolutna obveza. Kao osnova uzeta je ideja o odabiru što manjeg broja jedinica uz pomoć kojih bi se druge veličine mogle izraziti matematičkim relacijama. Takve osnovne vrijednosti ne bi trebale biti međusobno povezane, njihovo se značenje jednoznačno i jasno određuje u bilo kojem ekonomskom sustavu.
Razne su zemlje pokušale riješiti ovaj problem.Stvaranje jedinstvenog sustava mjera (Metric, SGS, ISS i druge) poduzimalo se nekoliko puta, ali ti su sustavi bili nezgodni bilo sa znanstvenog gledišta, bilo u domaćoj, industrijskoj upotrebi.
Problem postavljen krajem 19. stoljeća riješen je tek 1958. godine. Jedinstveni sustav predstavljen je na sastanku Međunarodnog odbora za zakonsko mjeriteljstvo.
Jedinstveni sustav mjera
1960. obilježen povijesnim susretomGeneralna konferencija o težinama i mjerama. Odlukom ovog počasnog sastanka usvojen je jedinstveni sustav nazvan "Systeme internationale d" ujedinjuje "(skraćeno SI). U ruskoj verziji taj sustav naziva se Međunarodni sustav (kratica SI).
Za osnov se uzima 7 osnovnih jedinica i 2 dodatne. Njihova brojčana vrijednost određuje se kao standard
SI tablica fizikalnih veličina
Naziv glavne jedinice | Izmjerena vrijednost | oznaka | |
Međunarodna | ruski | ||
Osnovne jedinice | |||
kilogram | Težina | kg | kg |
metar | dužina | m | m |
drugi | vrijeme | s | s |
amper | Snaga struje | Ah. | Ah. |
Kelvin | temperatura | K | K |
madež | Količina tvari | mol | madež |
kandela | Snaga svjetlosti | CD | CD |
Dodatne jedinice | |||
Radijan | Ravan kut | rad | radostan |
Steradian | Čvrsti kut | sr | oženiti se |
Sam sustav ne može se sastojati od samo sedamjedinice, jer raznolikost fizikalnih procesa u prirodi zahtijeva uvođenje sve više i više količina. Sama struktura omogućuje ne samo uvođenje novih jedinica, već i njihov odnos u obliku matematičkih omjera (češće ih nazivaju formulama dimenzija).
Jedinica fizičke veličine dobiva se izprimjena množenja, potenciranja i dijeljenja osnovnih jedinica u dimenzijskoj formuli. Odsutnost numeričkih koeficijenata u takvim jednadžbama čini sustav ne samo prikladnim u svim pogledima, već i koherentnim (dosljednim).
Izvedene jedinice
Mjerne jedinice koje se formiraju iz sedamglavni se zovu izvedenice. Uz osnovne i izvedene jedinice, postalo je potrebno uvesti i dodatne (radijan i steradijan). Njihova se dimenzija smatra nulom. Odsutnost mjernih instrumenata za njihovo određivanje onemogućava njihovo mjerenje. Njihovo je uvođenje rezultat primjene u teorijskim istraživanjima. Primjerice, fizička veličina "sila" u ovom sustavu mjeri se u njutnima. Budući da je sila mjera međusobnog djelovanja tijela jedno na drugo, što je razlog za promjenu brzine tijela određene mase, može se definirati kao umnožak jedinice mase po jedinici brzine, podijeljeno sa jedinica vremena:
F = k٠M٠v / T, gdje je k koeficijent proporcionalnosti, M je jedinica mase, v je jedinica brzine, T je jedinica vremena.
SI daje sljedeću dimenzijsku formulu: H = kg٠m / s2gdje se koriste tri jedinice. I kilogram, i metar, i drugi klasificirani su kao osnovni. Omjer slike je 1.
Moguće je uvesti bezdimenzijske veličine kojedefiniraju se kao omjer homogenih količina. Oni uključuju koeficijent trenja, kao što je poznato, jednak omjeru sile trenja i sili normalnog tlaka.
Tablica fizikalnih veličina izvedenih iz osnovne
Naziv jedinice | Izmjerena vrijednost | Formula dimenzije |
Džul | energija | kg٠m2.S-2 |
Pascal | pritisak | kg٠ m-1 .S-2 |
Tesla | magnetska indukcija | kg ٠A-1 .S-2 |
Volt | električni napon | kg ٠m2 .S-3٠A-1 |
Ohm | Električni otpor | kg ٠m2 .S-3٠A-2 |
privjesak | Električni naboj | A٠ sa |
Vat | vlast | kg ٠m2 .S-3 |
Farad | Električni kapacitet | m-2٠kg-1 ٠c4٠A2 |
Joule Kelvinu | Kapacitet topline | kg ٠m2.S-2 K-1 |
Becquerel | Aktivnost radioaktivne tvari | C-1 |
Weber | Magnetski protok | m2 ٠kg ٠s-2٠A-1 |
Henry | Induktivnost | m2 ٠kg ٠s-2 ٠A-2 |
Herc | Frekvencija | s-1 |
Siva | Apsorbirana doza | m2 .S-1 |
Sievert | Ekvivalentna doza zračenja | m2 .S-2 |
luksuz | Osvjetljenje | m-2 ٠kd ٠sr-2 |
Lumen | Protok svjetlosti | cd ٠sr |
Newton | Snaga, težina | m ٠kg ٠s-2 |
Siemens | Električna provodljivost | m-2 ٠kg-1 .S3 ٠A2 |
Farad | Električni kapacitet | m-2 ٠kg-1 ٠c4 ٠A2 |
Nesistemske jedinice
Korištenje povijesnih vrijednosti nijeuključeno u SI ili se razlikuje samo numeričkim koeficijentom, dopušteno je pri mjerenju veličina. To su nesistemske jedinice. Na primjer, mm Hg, X-zrake i drugi.
Numerički koeficijenti koriste se za unos podmnožnih i višekratnika. Prefiksi odgovaraju određenom broju. Primjeri uključuju centi, kilo, deca, mega i mnogi drugi.
1 kilometar = 1000 metara,
1 centimetar = 0,01 metar.
Tipologija veličina
Pokušajmo naznačiti nekoliko osnovnih značajki koje nam omogućuju utvrđivanje vrste vrijednosti.
1. Smjer. Ako je djelovanje fizičke veličine izravno povezano sa smjerom, naziva se vektor, ostale su skalarne.
2. Dostupnost dimenzije.Postojanje formule za fizikalne veličine omogućuje ih nazivanje dimenzionalnim. Ako u formuli sve jedinice imaju nulti stupanj, tada se nazivaju bezdimenzionalnim. Bilo bi ispravnije nazvati ih veličinama dimenzije jednake 1. Uostalom, koncept bezdimenzijske veličine je nelogičan. Glavno svojstvo - dimenzija - nije otkazano!
3. Ako je moguće, dodatak. Aditivna veličina čija se vrijednost može zbrajati, oduzimati, množiti s koeficijentom itd. (Na primjer masa) fizička je veličina koja se sabira.
4. U odnosu na fizički sustav.Opsežno - ako se njegova vrijednost može sastojati od vrijednosti podsustava. Primjer je površina mjerena u kvadratnim metrima. Intenzivno - vrijednost čija vrijednost ne ovisi o sustavu. To uključuje temperaturu.
