פיזיקה כמדע החוקר תופעות טבע,משתמש בשיטות מחקר סטנדרטיות. ניתן לקרוא לשלבים העיקריים: תצפית, העלאת השערה, עריכת ניסוי, ביסוס תיאוריה. במהלך ההתבוננות, נקבעים המאפיינים הייחודיים של התופעה, מהלך מהלך שלה, סיבות ותוצאות אפשריות. ההשערה מאפשרת להסביר את מהלך התופעה, לבסס את הדפוסים שלה. הניסוי מאשר (או לא מאשר) את תקפות ההשערה. מאפשר לך להגדיר את היחס הכמותי של ערכים במהלך הניסוי, מה שמוביל לביסוס מדויק של תלות. ההשערה שאושרה במהלך הניסוי מהווה בסיס לתיאוריה מדעית.
שום תיאוריה לא יכולה לטעון לכךמהימנות, אם לא קיבל אישור מלא ובלתי מותנה במהלך הניסוי. ביצוע האחרון קשור למדידות של כמויות פיזיקליות המאפיינות את התהליך. כמות פיזיקלית היא הבסיס למדידות.
מה זה
מדידה מתייחסת לאותן כמויות שלאשר את תקפות ההשערה לגבי חוקיות. כמות פיזיקלית היא מאפיין מדעי של גוף פיזי, שהיחס האיכותי שלו משותף לגופים דומים רבים. עבור כל גוף, מאפיין כמותי כזה הוא אינדיבידואלי גרידא.
בהתייחס לספרות המתמחה,ספר עזר M. Yudin et al. (מהדורת 1989) קראנו שכמות פיזיקלית היא: "מאפיין של אחת מתכונותיו של אובייקט פיזי (מערכת פיזית, תופעה או תהליך), המשותף מבחינה איכותית לאובייקטים פיזיקליים רבים, אבל אינדיבידואלית מבחינה כמותית לכל אובייקט."
מילון אוז'גוב (מהדורת 1990) טוען שכמות פיזיקלית היא "הגודל, הנפח, האורך של חפץ".
לדוגמה, אורך הוא כמות פיזית.המכניקה מפרשת את האורך כמרחק שעבר, האלקטרודינמיקה משתמשת באורך החוט, בתרמודינמיקה ערך דומה קובע את עובי דפנות הכלים. מהות המושג אינה משתנה: יחידות הכמויות יכולות להיות זהות, אך הערך יכול להיות שונה.
מאפיין ייחודי של כמות פיזיקלית, למשל, מכמות מתמטית, הוא נוכחותה של יחידת מדידה. מטר, רגל, ארשין הם דוגמאות ליחידות אורך.
יחידות
כדי למדוד כמות פיזית, זה צריךלהשוות עם הערך שנלקח כיחידה. זכור את הקריקטורה הנפלאה "ארבעים ושמונה תוכים". כדי לקבוע את אורכו של מכווץ הבואה, הגיבורים מדדו את אורכו בתוכים, או בפילים, או בקופים. במקרה זה, אורך ה-boa constrictor הושווה לגובהן של דמויות מצוירות אחרות. התוצאה הייתה תלויה מבחינה כמותית בתקן.
היחידה של כמות פיזיקלית היא מדד למדידתה במערכת מסוימת של יחידות. הבלבול במידות אלו נובע לא רק בגלל חוסר השלמות וההטרוגניות של המידות, אלא לפעמים גם בגלל היחסיות של היחידות.
מידת אורך רוסית - ארשין - המרחק ביןאצבעות מורה ואגודל. אולם הידיים של כל האנשים שונות, והארשין הנמדד ביד גבר מבוגר שונה מהארשין ביד ילד או אישה. אותה סתירה בין מידות האורך חלה על הרחפן (המרחק בין קצות אצבעות הזרועות הפרושות) והמרפק (המרחק מהאצבע האמצעית למרפק היד).
מעניין שגברים בעלי שיעור קומה הוכנסו לחנויות כפקידים. סוחרים ערמומיים הצילו בד בעזרת כמה מידות קטנות יותר: ארשין, אמה, פתום.
מערכות של אמצעים
מגוון כזה של אמצעים היה קיים לא רק ברוסיה, אבל גם במדינות אחרות. הכנסת יחידות מדידה הייתה לרוב שרירותית, לפעמים יחידות אלו הוצגו רק בגלל נוחות המדידה שלהן. לדוגמה, כדי למדוד לחץ אטמוספרי, הוזן mm Hg. הניסוי הידוע של טוריצ'לי, שבו נעשה שימוש בצינור מלא כספית, איפשר להכניס כמות כה חריגה.
כמויות פיזיקליות שונות הפכו את מדידת הכמויות הפיזיקליות לא רק לקשה ולא אמינה, אלא גם סיבכו את התפתחות המדע.
מערכת אחידה של אמצעים
מערכת מאוחדת של כמויות פיזיות, נוחה ואופטימיזציה בכל מדינה מתועשת, הפך להיות צורך דחוף. הרעיון לבחור כמה שפחות יחידות אומץ כבסיס, בעזרתו ניתן לבטא כמויות אחרות ביחסים מתמטיים. כמויות בסיסיות כאלה לא אמורות להיות קשורות זו לזו, המשמעות שלהן נקבעת באופן חד משמעי וברור בכל מערכת כלכלית.
מדינות שונות ניסו לפתור בעיה זו.יצירת מערכת אחידה של אמצעים (מטרית, GHS, ISS ואחרות) נעשתה שוב ושוב, אך מערכות אלו היו לא נוחות מנקודת מבט מדעית או בשימוש ביתי, תעשייתי.
המשימה, שנקבעה בסוף המאה ה-19, נפתרה רק ב-1958. מערכת מאוחדת הוצגה בישיבת הוועדה הבינלאומית למטרולוגיה משפטית.
מערכת אחידה של אמצעים
שנת 1960 הייתה בסימן מפגש היסטוריועידה כללית על משקלים ומידות. מערכת ייחודית בשם "Systeme internationale d" units "(בקיצור SI) אומצה בהחלטת ישיבת כבוד זו. בנוסח הרוסית מערכת זו נקראת System International (ראשי תיבות SI).
7 יחידות בסיסיות ו-2 יחידות נוספות נלקחות כבסיס. ערכם המספרי נקבע בצורה של תקן
טבלת הכמויות הפיזיקליות SI
שם היחידה הראשית | ערך מדוד | ייעוד | |
בינלאומי | רוּסִי | ||
יחידות בסיסיות | |||
קִילוֹגרָם | מִשׁקָל | ק"ג | ק"ג |
מטר | אורך | מ | מ |
שְׁנִיָה | זמן | עם | עם |
אַמְפֵּר | חוזק נוכחי | א | א |
קלווין | טמפרטורה | כדי | כדי |
חֲפַרפֶּרֶת | כמות החומר | מול | חֲפַרפֶּרֶת |
קנדלה | כוחו של האור | CD | CD |
יחידות נוספות | |||
רדיאן | פינה שטוחה | rad | שַׂמֵחַ |
סטרדיאן | זווית חדה | סר | היינו עושים |
המערכת עצמה לא יכולה להיות מורכבת משבעה בלבדיחידות, שכן מגוון התהליכים הפיזיקליים בטבע מחייב הכנסת עוד ועוד כמויות חדשות. המבנה עצמו מספק לא רק הכנסת יחידות חדשות, אלא גם הקשר ביניהם בצורה של קשרים מתמטיים (לעיתים קרובות הם נקראים נוסחאות מימד).
יחידת הכמות הפיזית מתקבלת מיישום כפל, אקספונציה וחלוקה של היחידות הבסיסיות בנוסחת הממד. היעדר מקדמים מספריים במשוואות כאלה הופך את המערכת לא רק לנוחה מכל הבחינות, אלא גם לקוהרנטית (עקבית).
יחידות נגזרות
יחידות מדידה, שנוצרות משבעבסיסי, נקראים נגזרות. בנוסף ליחידות הבסיסיות והנגזרות, היה צורך להכניס יחידות נוספות (רדיאנים וסטרדיאנים). המימד שלהם נחשב לאפס. היעדר מכשירי מדידה לקביעתם לא מאפשר למדוד אותם. ההקדמה שלהם נובעת מהשימוש בלימודים תיאורטיים. לדוגמה, הכמות הפיזיקלית "כוח" במערכת זו נמדדת בניוטון. מכיוון שכוח הוא מדד לפעולה ההדדית של גופים זה על זה, שהוא הגורם לשינוי מהירותו של גוף בעל מסה מסוימת, ניתן להגדיר אותו כמכפלה של יחידת מסה ליחידת מהירות חלקי יחידת זמן:
F = k٠M٠v/T, where k is the proportionality factor, M is the unit of mass, v is the unit of speed, T is the unit of time.
SI נותן את הנוסחה הבאה למידות: N = kg * m/s2שבו משתמשים בשלוש יחידות. והקילוגרם, והמטר, והשני מסווגים כבסיסיים. גורם המידתיות הוא 1.
אפשר להכניס כמויות חסרות מימד, אשרמוגדרים כיחס של כמויות הומוגניות. אלה כוללים את מקדם החיכוך, כידוע, השווה ליחס בין כוח החיכוך לכוח הלחץ הרגיל.
טבלת כמויות פיזיקליות הנגזרות מהעיקריות
שם היחידה | ערך מדוד | נוסחת מידות |
ג'אוּל | אֵנֶרְגִיָה | ק"ג מ"מ2ס-2 |
פסקל | לַחַץ | ק"ג מ-1 ס-2 |
טסלה | אינדוקציה מגנטית | ק"ג א-1 ס-2 |
ווֹלט | מתח חשמלי | ק"ג ק"מ2 ס-3א-1 |
אוהם | התנגדות חשמלית | ק"ג ק"מ2 ס-3א-2 |
תליון | מטען חשמלי | כפי ש |
וואט | כּוֹחַ | ק"ג ק"מ2 ס-3 |
פאראד | קיבול חשמלי | מ-2ק"ג-1 ٠c4א2 |
ג'ול לקלווין | קיבולת חום | ק"ג ק"מ2ס-2 ק-1 |
בקרל | פעילותו של חומר רדיואקטיבי | ג-1 |
וובר | שטף מגנטי | מ2 ٠kg ٠s-2א-1 |
הנרי | הַשׁרָאוּת | מ2 ٠kg ٠s-2 א-2 |
הרץ | תדירות | עם-1 |
אפור | מינון נספג | מ2 ס-1 |
זיברט | מינון קרינה שווה ערך | מ2 ס-2 |
סוויטה | תְאוּרָה | מ-2 ٠cd ٠sr-2 |
לומן | זרם חלש | CD AV |
ניוטון | חוזק, משקל | מ' ק"ג שס-2 |
סימנס | מוליכות חשמלית | מ-2 ק"ג-1 ס3 א2 |
פאראד | קיבול חשמלי | מ-2 ק"ג-1 ٠c4 א2 |
יחידות מחוץ למערכת
השימוש בערכים היסטוריים, לאכלול ב-SI או שונה רק על ידי מקדם מספרי, מותר בעת מדידת כמויות. מדובר ביחידות לא מערכתיות. לדוגמה, mmHg, רנטגן ואחרים.
מקדמים מספריים משמשים להכנסת תת-כפולות וכפולות. קידומות מתאימות למספר מסוים. דוגמה לכך היא סנטי, קילו, דקה, מגה ועוד רבים אחרים.
קילומטר אחד = 1000 מטר,
1 סנטימטר = 0.01 מטר.
טיפולוגיה של ערכים
בואו ננסה להצביע על כמה תכונות בסיסיות המאפשרות לכם להגדיר את סוג הערך.
1. כיוון. אם הפעולה של כמות פיזיקלית קשורה ישירות לכיוון, היא נקראת וקטור, אחרים נקראים סקלרים.
2. נוכחות הממד.קיומה של נוסחה לכמויות פיזיקליות מאפשר לקרוא להן מימדיות. אם בנוסחה לכל היחידות יש מעלה אפס, אז הן נקראות חסרות מימד. נכון יותר יהיה לקרוא להן כמויות בעלות מימד השווה ל-1. הרי המושג של כמות חסרת מימד הוא לא הגיוני. הנכס המרכזי - מימד - לא בוטל!
3. אם אפשר, תוספת. כמות מתווספת שניתן להוסיף, לגרוע, להכפיל את ערכה במקדם וכו' (למשל מסה) היא כמות פיזיקלית הניתנת לסיכום.
4. ביחס למערכת הפיזית.נרחב - אם הערך שלו יכול להיות מורכב מערכי תת המערכת. דוגמה לכך היא השטח הנמדד במטרים רבועים. אינטנסיבי - כמות שערכה אינו תלוי במערכת. אלה כוללים טמפרטורה.
