La fisica come scienza che studia i fenomeni naturali,utilizza una metodologia di ricerca standard. Le fasi principali possono essere chiamate: osservazione, ipotesi, esperimento, fondamento teorico. Durante l'osservazione si stabiliscono i tratti distintivi del fenomeno, l'andamento del suo corso, le possibili cause e conseguenze. L'ipotesi consente di spiegare l'andamento del fenomeno, di stabilirne gli schemi. L'esperimento conferma (o non conferma) la validità dell'ipotesi. Consente di stabilire un rapporto quantitativo di quantità nel corso dell'esperimento, che porta alla definizione precisa delle dipendenze. L'ipotesi confermata nel corso dell'esperimento costituisce la base della teoria scientifica.
Nessuna teoria può affermareaffidabilità, se non ha ricevuto conferma completa e incondizionata durante l'esperimento. L'esecuzione di quest'ultima è associata a misure di grandezze fisiche che caratterizzano il processo. La quantità fisica è la base delle misurazioni.
Cos'è?
La misura riguarda quelle grandezze checonfermare la validità dell'ipotesi dei pattern. Una quantità fisica è una caratteristica scientifica di un corpo fisico, la cui relazione qualitativa è comune a molti corpi simili. Per ogni corpo, tale caratteristica quantitativa è puramente individuale.
Se ci rivolgiamo alla letteratura specializzata, allora innel libro di riferimento di M. Yudin et al. (edizione 1989) leggiamo che una quantità fisica è: "una caratteristica di una delle proprietà di un oggetto fisico (sistema fisico, fenomeno o processo), qualitativamente comune a molti oggetti fisici, ma quantitativamente individuale per ogni oggetto ”.
Il dizionario di Ozhegov (edizione 1990) afferma che una quantità fisica è "la dimensione, il volume, l'estensione di un oggetto".
Ad esempio, la lunghezza è una quantità fisica.La meccanica considera la lunghezza come la distanza percorsa, l'elettrodinamica usa la lunghezza del filo, in termodinamica un valore simile determina lo spessore delle pareti dei vasi. L'essenza del concetto non cambia: le unità di quantità possono essere le stesse, ma il significato può essere diverso.
Una caratteristica distintiva di una quantità fisica, diciamo da quella matematica, è la presenza di un'unità di misura. Metro, piede, arshin sono esempi di unità di lunghezza.
Unità
Per misurare una quantità fisica, dovrebbe essereconfrontare con il valore preso come unità. Ricorda il meraviglioso cartone animato "Quarantotto pappagalli". Per stabilire la lunghezza del boa constrictor, gli eroi hanno misurato la sua lunghezza nei pappagalli, negli elefanti, nelle scimmie. In questo caso, la lunghezza del boa constrictor è stata confrontata con la crescita di altri personaggi dei cartoni animati. Il risultato dipendeva quantitativamente dal riferimento.
Un'unità di una quantità fisica è una misura della sua misurazione inun certo sistema di unità. La confusione in queste misure nasce non solo dall'imperfezione, dall'eterogeneità delle misure, ma talvolta anche dalla relatività delle unità.
Misura russa di lunghezza - arshin - distanza traindice e pollice. Tuttavia, le mani di tutte le persone sono diverse e il metro misurato dalla mano di un uomo adulto è diverso dal metro sulla mano di un bambino o di una donna. La stessa discrepanza nelle misure di lunghezza si applica al braccio (la distanza tra le punte delle dita distanziate dalle mani) e al gomito (la distanza dal dito medio al gomito della mano).
È interessante notare che uomini di bassa statura venivano portati nei negozi come impiegati. I mercanti furbi salvarono il tessuto con l'aiuto di diverse misure più piccole: arshin, gomito, fathom.
Sistemi di misure
Una tale varietà di misure esisteva non solo inRussia, ma anche in altri paesi. L'introduzione di unità di misura era spesso arbitraria, a volte queste unità venivano introdotte solo per la comodità della loro misurazione. Ad esempio, è stato immesso mm Hg per misurare la pressione atmosferica. Il famoso esperimento di Torricelli, che utilizzava un tubo riempito di mercurio, ha permesso di introdurre un valore così insolito.
Varie quantità fisiche hanno reso la misurazione delle grandezze fisiche non solo difficile e inaffidabile, ma anche complicato lo sviluppo della scienza.
Sistema di misure unificato
Sistema unificato di quantità fisiche, conveniente eottimizzato in ogni paese industrializzato, è diventato un must assoluto. Fu presa come base l'idea di scegliere il minor numero possibile di unità, con l'aiuto delle quali altre quantità potevano essere espresse in relazioni matematiche. Tali valori di base non dovrebbero essere correlati tra loro, il loro significato è determinato in modo inequivocabile e comprensibile in qualsiasi sistema economico.
Diversi paesi hanno cercato di risolvere questo problema.La creazione di un unico sistema di misure (metrico, SGS, ISS e altri) è stata intrapresa più volte, ma questi sistemi erano scomodi da un punto di vista scientifico o nell'uso domestico e industriale.
Il problema posto alla fine del XIX secolo fu risolto solo nel 1958. Un sistema unificato è stato presentato alla riunione del Comitato internazionale di metrologia giuridica.
Sistema di misure unificato
Il 1960 è stato segnato da un incontro storicoConferenza generale su pesi e misure. Il sistema unico chiamato "Systeme internationale d" unisce "(abbreviato SI) è stato adottato per decisione di questo incontro onorario.Nella versione russa questo sistema è chiamato Sistema Internazionale (abbreviazione SI).
7 unità base e 2 unità aggiuntive sono prese come base. Il loro valore numerico è determinato come standard
Tabella SI delle grandezze fisiche
Nome unità principale | Valore misurato | designazione | |
Internazionale | russo | ||
Unità di base | |||
chilogrammo | Peso | kg | kg |
metro | lunghezza | m | m |
secondo | tempo | a partire dal | con |
ampere | Forza attuale | la | la |
kelvin | temperatura | K | K |
Talpa | Ammontare della sostanza | mol | Talpa |
candela | Il potere della luce | CD | CD |
Unità aggiuntive | |||
Radiante | Angolo piatto | rad | lieto |
Steradiante | Angolo solido | sr | Mercoledì |
Il sistema stesso non può essere costituito da solo setteunità, poiché la varietà dei processi fisici in natura richiede l'introduzione di valori sempre più nuovi. La struttura stessa fornisce non solo l'introduzione di nuove unità, ma anche la loro relazione sotto forma di rapporti matematici (sono più spesso chiamati formule dimensionali).
L'unità della quantità fisica è ottenutal'applicazione della moltiplicazione, esponenziazione e divisione delle unità di base nella formula dimensionale. L'assenza di coefficienti numerici in tali equazioni rende il sistema non solo conveniente sotto tutti gli aspetti, ma anche coerente (consistente).
Unità derivate
Unità di misura formate da settei principali sono chiamati derivati. Oltre alle unità di base e derivate, è stato necessario introdurne di aggiuntive (radianti e steradianti). La loro dimensione è considerata zero. L'assenza di strumenti di misura per la loro determinazione rende impossibile misurarli. La loro introduzione è dovuta alla loro applicazione nella ricerca teorica. Ad esempio, la quantità fisica "forza" in questo sistema è misurata in newton. Poiché la forza è una misura dell'azione reciproca dei corpi l'uno sull'altro, che è la ragione per variare la velocità di un corpo di una certa massa, allora può essere definita come il prodotto di un'unità di massa per unità di velocità, divisa per un'unità di tempo:
F = k٠M٠v / T, dove k è il coefficiente di proporzionalità, M è l'unità di massa, v è l'unità di velocità, T è l'unità di tempo.
SI fornisce la seguente formula dimensionale: H = kg٠m / s2dove vengono utilizzate tre unità. E il chilogrammo, il metro e il secondo sono classificati come base. Il rapporto di aspetto è 1.
È possibile introdurre quantità adimensionali chesono definiti come un rapporto di quantità omogenee. Questi includono il coefficiente di attrito, come è noto, uguale al rapporto tra la forza di attrito e la forza della pressione normale.
Tabella delle grandezze fisiche derivate da base
Nome unità | Valore misurato | Formula dimensionale |
Joule | energia | kg٠m2٠s-2 |
Pascal | pressione | kg٠ m-1 ٠s-2 |
Tesla | induzione magnetica | kg ٠A-1 ٠s-2 |
Volt | tensione elettrica | kg ٠m2 ٠s-3٠A-1 |
Ohm | Resistenza elettrica | kg ٠m2 ٠s-3٠A-2 |
pendente | Carica elettrica | A٠ con |
Watt | energia | kg ٠m2 ٠s-3 |
Farad | Capacità elettrica | m-2٠kg-1 ٠c4٠A2 |
Joule a Kelvin | Capacità termica | kg ٠m2٠s-2 ٠K-1 |
Becquerel | Attività radioattiva | C-1 |
Weber | Flusso magnetico | m2 ٠kg ٠s-2٠A-1 |
Henry | Induttanza | m2 ٠kg ٠s-2 ٠A-2 |
Hertz | Frequenza | con-1 |
Grigio | Dose assorbita | m2 ٠s-1 |
Sievert | Dose di radiazioni equivalente | m2 ٠s-2 |
lusso | Illuminazione | m-2 ٠kd ٠sr-2 |
Lumen | Flusso di luce | cd ٠sr |
Newton | Forza, peso | m ٠kg ٠s-2 |
Siemens | Conduttività elettrica | m-2 ٠kg-1 ٠s3 ٠A2 |
Farad | Capacità elettrica | m-2 ٠kg-1 ٠c4 ٠A2 |
Unità non di sistema
L'uso di valori storici non lo èincluso in SI o differisce solo per un coefficiente numerico, è consentito quando si misurano quantità. Queste sono unità non sistemiche. Ad esempio, mm di mercurio, raggi X e altri.
I coefficienti numerici vengono utilizzati per inserire multipli e multipli. I prefissi corrispondono a un numero specifico. Un esempio sono centi, kilo, deca, mega e molti altri.
1 chilometro = 1000 metri,
1 centimetro = 0,01 metri.
Tipologia delle quantità
Cerchiamo di indicare alcune caratteristiche fondamentali che ci consentono di stabilire il tipo di valore.
1 Direzione. Se l'azione di una grandezza fisica è direttamente correlata alla direzione, si chiama vettore, altre sono scalari.
2. Disponibilità di dimensione.L'esistenza di una formula per le quantità fisiche rende possibile chiamarle dimensionali. Se nella formula tutte le unità hanno il grado zero, vengono chiamate adimensionali. Sarebbe più corretto chiamarle quantità con una dimensione uguale a 1. Dopo tutto, il concetto di quantità adimensionale è illogico. La proprietà principale - dimensione - non è stata cancellata!
3. Se possibile, aggiunta. Una quantità additiva, il cui valore può essere sommato, sottratto, moltiplicato per un coefficiente, ecc. (Ad esempio, massa) è una quantità fisica sommabile.
4. In relazione al sistema fisico.Ampio - se il suo valore può essere composto dai valori del sottosistema. Un esempio è l'area misurata in metri quadrati. Intensivo: un valore il cui valore non dipende dal sistema. Questi includono la temperatura.
