Какое свойство тел или явлений характеризует физическая величина

Все объекты материального мира обладают рядом свойств, позволяющих отличать один объект от другого.

Свойство объекта – это объективная особенность, проявляющаяся при его создании, эксплуатации и потреблении.

Свойство объекта может быть выражено качественно – в виде словесного описания, и количественно – в виде графиков, цифр, диаграмм, таблиц.

Метрологическая наука занимается измерением количественных характеристик материальных объектов – физических величин.

Физическая величина – это свойство, в качественном отношении присущее многим объектам, а в количественном отношении индивидуально для каждого из них.

Например, массу имеют все материальные объекты, но у каждого из них величина массы индивидуальна.

Физические величины делятся на измеряемые и оцениваемые.

Измеряемые физические величины могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения.

Например, значение напряжения в сети составляет 220В.

Физические величины, которые не имеют единицы измерения, могут быть только оценены. Например, запах, вкус. Их оценка осуществляется дегустированием.

Некоторые величины можно оценить по шкале. Например: твердость материала – по шкале Викерса, Бринеля, Роквелла, силу землетрясения – по шкале Рихтера, температуру – по шкале Цельсия (Кельвина).

Физические величины можно квалифицировать по метрологическим признакам.

По видам явлений они делятся на

а) вещественные, описывающие физические и физико-химические свойства веществ, материалов и изделий из них.

Например, масса, плотность, электрическое сопротивление (для измерение сопротивления проводника по нему должен проходить ток, такое измерение называют пассивным).

б) энергетические, описывающие характеристики процессов преобразования, передачи и использования энергии.

К ним относятся: ток, напряжение, мощность, энергия. Эти физические величины называют активными. Они не требуют вспомогательного источника энергии.

Есть группа физических величин, которые характеризуют протекание процессов во времени, например, спектральные характеристики, корреляционные функции.

По принадлежности к различным группам физических процессов, величины могут быть

· пространственно-временные,

· механические,

· электрические,

· магнитные,

· тепловые,

· акустические,

· световые,

· физико-химические,

· ионизирующих излучений, атомной и ядерной физики.

По степени условной независимости физические величины делят на

· основные (независимые),

· производные (зависимые),

· дополнительные.

По наличию размерности физические величины делят на размерные и безразмерные.

Примером размерной величины является сила, безразмерной – уровень звуковой мощности.

Чтобы оценить количественно физическую величину вводится понятие размерфизической величины.

Размер физической величины – это количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, процессу или явлению.

Например, каждое тело обладает определенной массой, следовательно, их можно различать по массе, т.е. по размеру физической величины.

Выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц определено как значение физической величины.

Значение физической величины – это выражение физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц измерения.

Процесс измерения – это процедура сравнения неизвестной величины с известной физической величиной (сравниваемой) и в этой связи вводится понятие истинное значение физической величины.

Истинное значение физической величины – это значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном соотношении соответствующую физическую величину.

Истинное значение независимых физических величин воспроизведено в их эталонах.

Истинное значение применяют редко, больше пользуются действительным значением физической величины.

Действительное значение физической величины – это значение, полученное экспериментальным путем и несколько близкое к истинному значению.

Раньше было понятие «измеряемые параметры», сейчас по нормативному документу РМГ 29-99 рекомендуется понятие «измеряемые величины».

Физических величин много и их систематизируют. Система физических величин – это совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми правилами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин.

В названии системы физических величин применяют символы величин, принятые как основные.

Например, в механике, где в качестве основных приняты длина – L, масса – m и время – t, название системы соответственно – Lm t.

Система основных величин, соответствующих международной системе единиц СИ выражается символами LmtIKNJ, т.е. применены символы основных величин: длина – L, масса – М, время – t , сила тока – I, температура – K, количество вещества – N, сила света – J.

Основные физические величины не зависят от значений других величин этой системы.

Производная физическая величина – это физическая величина, входящая в систему величин и определяемая через основные величины этой системы. Например, сила определяется как масса на ускорение.

3. Единицы измерения физических величин.

Единицей измерений физической величины называется величина, которой по определению присвоено численное значение равное 1 и которая применяется для количественного выражения однородных с ней физических величин.

Единицы физических величин объединяют в систему. Первая система была предложена Гауссом К (миллиметр, миллиграмм, секунда). Сейчас действует система СИ, ранее был стандарт стран СЭВ.

Единицы измерений делятся на основные, дополнительные, производные и внесистемные.

В системе СИ семь основных единиц:

· длина (метр),

· масса (килограмм),

· время (секунда),

· термодинамическая температура (кельвин),

· количество вещества (моль),

· сила электрического тока (ампер),

· сила света (кандела).

Таблица 1

Обозначение основных единиц системы СИ

Примечание. Радиан – это угол между двумя радиусами окружности, дуга между которыми по длине равна радиусу. В градусном исчислении радиан равен 57017’48’’.

Стерадиан – это телесный угол, вершина которого расположена в центре сферы и который вырезает на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной по длине равной радиусу сферы. Измеряют телесный угол путем определения плоских углов и проведения дополнительных расчетов по формуле:

Q = 2p (1 – соsa/2),

где Q – телесный угол, a – плоский угол при вершине конуса, образованного внутри сферы данным телесным углом.

Телесному углу 1ср соответствует плоский угол, равный 65032’, углу p ср – плоский угол 1200, углу 2pср – 1800.

Дополнительные единицы СИ использованы для образования единиц угловой скорости, углового ускорения и некоторых других величин.

Сами по себе радиан и стерадиан применяются в основном для теоретических построений и расчетов, т.к. большинство важных для практики значений углов (полный угол, прямой угол и т.д.) в радианах выражаются трансцендентными числами (2p, p/2).

Производными называют единицы измерения, получаемые с помощью уравнений связи между физическими величинами. Например, единица сила в СИ – ньютон (Н):

Н = кг∙м/с2.

Несмотря на то, что система СИ универсальна, она разрешает применять некоторые внесистемные единицы, которые нашли широкое практическое применение (например, гектар).

Внесистемными называют единицы, не вошедшие ни в одну из общепринятых систем единиц физических величин.

Для многих практических случаев выбранные размеры физических величин неудобны – слишком малы или велики. Поэтому в практике измерений часто пользуются кратными и дольными единицами.

Кратной называется единица в целое число раз больше системной или внесистемной единицы. Например, кратная единица 1км = 1000 м.

Дольной называется единица, в целое число раз меньше системной или внесистемной единицы. Например, дольная единица 1 см = 0,01 м.

После принятия метрической системы мер была принята десятичная система образования кратных и дольных единиц, соответствующая десятичной системе нашего числового счета. Например, 106– мега, а 10-6 – микро.

Описание физических величин по плану.

ЧТО НАДО ЗНАТЬ О ВЕЛИЧИНАХ.

Какое явление или свойство тел характеризует данная величина.
Определение величины.
Определительную формулу (для производной величины – формула, выражающая связь данной величины с другими).
Какая это величина – скалярная или векторная.
Единицу измерения данной величины.
Обозначение величины.
Направление величины.
Способы измерения величины.

Скорость.
при равномерном движении.

№
Вопрос

Ответ

1
Какое явление или свойство тел характеризует данная величина
Характеристика движения или быстрота перемещения и направления движения материальной точки.

2
Определение величины
Физическая величина равная отношению перемещения тела ко времени, за которое оно совершено.

3
Определительную формулу (для производной величины – формула, выражающая связь данной величины с другими)

4
Какая это величина – скалярная или векторная

Скорость величина
векторная.

5
Единицу измерения данной величины

Единица измерения скорости
в СИ 1 м/с

6

Обозначение величины

7
Направление величины

Вектор скорости сонаправлен с вектором перемещения.

8
Способы измерения величины
Скорость можно измерить через косвенные измерения: по формуле вычислив перемещение и время, за которое оно пройдено.

Время.

№
Вопрос

Ответ

1
Какое явление или свойство тел характеризует данная величина

Время является априорной характеристикой мира или протекания события.

2
Определение величины
Время – это абсолютная, непрерывная величина, определяющая ход всех процессов в мире.

3
Определительную формулу (для производной величины – формула, выражающая связь данной величины с другими)

4
Какая это величина – скалярная или векторная
Время величина
скалярная.

5
Единицу измерения данной величины

Единица измерения времени в СИ 1 с.

6
Обозначение величины

7
Направление величины

–

8
Способы измерения величины
Время можно измерить с помощью секундомера, часов и т.д.

Перемещение.

№
Вопрос

Ответ

1
Какое явление или свойство тел характеризует данная величина.
Перемещение характеризует изменение положения материальной точки.

2
Определение величины.
Перемещением называют вектор, проведены из начального положения движущейся материальной точки в её конечное положение.

3
Определительную формулу (для производной величины – формула, выражающая связь данной величины с другими).

S =
· t

S=
·0t+13 QUOTE 1415

4
Какая это величина – скалярная или векторная.
Перемещение величина векторная.

5
Единицу измерения данной величины.
Единица измерения перемещения в СИ 1 м

6
Обозначение величины.
S

7
Направление величины

Вектор перемещения совпадает с направлением движения материальной точки.

8
Способы измерения величины
Перемещение можно измерить через косвенные измерения: по формуле вычислив, начальную скорость, ускорение и время движения материальной точки.

Ускорение.

№
Вопрос

Ответ

1
Какое явление или свойство тел характеризует данная величина.
Ускорение характеризует быстроту изменения скорости.

2
Определение величины.
Ускорением называют физическую величину, равную отношению изменения скорости тела ко времени, за которое это изменение произошло.

3
Определительную формулу (для производной величины – формула, выражающая связь данной величины с другими).

4
Какая это величина – скалярная или векторная.
Ускорение векторная величина.

5
Единицу измерения данной величины.
Единица измерения ускорения в СИ
1 м/с2.

6
Обозначение величины.

7
Направление величины.

Направление ускорения совпадает с направлением вектора изменения скорости.

8
Способы измерения величины.
Ускорение можно измерить через косвенные измерения: по формуле вычислив, изменение скорости и измерив, время движения материальной точки.

Заголовок 215

Физическая величина – это характеристика физических объектов или явлений материального мира, общая для множества объектов или явлений в качественном отношении, но индивидуальная в количественном отношении для каждого из них. Например, масса, длина, площадь, температура и т.д.

Каждая физическая величина имеет свои качественную и количественную характеристики.

Качественная характеристика определяется тем, какое свойство материального объекта или какую особенность материального мира эта величина характеризует. Так, свойство “прочность” в количественном отношении характеризует такие материалы, как сталь, дерево, ткань, стекло и многие другие, в то время как количественное значение прочности для каждого из них совершенно разное

Для выявления количественного различия содержания свойства в каком-либо объекте, отображаемого физической величиной, вводится понятие размера физической величины. Этот размер устанавливается в процессе измерения– совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины (ФЗ «Об обеспечении единства измерений»

Целью измерений является определение значения физической величины – некоторого числа принятых для нее единиц (например, результат измерения массы изделия составляет 2 кг, высоты здания -12 м и др.). Между размерами каждой физической величины существуют отношения в виде числовых форм (типа «больше», «меньше», «равенства», «суммы» и т.п.), которые могут служить моделью этой величины.

В зависимости от степени приближения к объективности различают истинное, действительное и измеренное значения физической величины.

Истинное значение физической величины – это значение, идеально отражающее в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Из-за несовершенства средств и методов измерений истинные значения величин практически получить нельзя. Их можно представить только теоретически. А значения величины, полученные при измерении, лишь в большей или меньшей степени приближаются к истинному значению.

Действительное значение физической величины – это значение величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

Измеренное значение физической величины – это значение, полученное при измерении с применением конкретных методов и средств измерений.

При планировании измерений следует стремиться к тому, чтобы номенклатура измеряемых величин соответствовала требованиям измерительной задачи (например, при контроле измеряемые величины должны отражать соответствующие показатели качества продукции).

Для каждого параметра продукции должны соблюдаться требования:

– корректность формулировки измеряемой величины, исключающая возможность различного толкования (например, необходимо четко определять, в каких случаях определяется “масса” или “вес” изделия, “объем” или “вместимость” сосуда и т.д.);

– определенность подлежащих измерению свойств объекта (например, “температура в помещении не более …°С “• допускает возможность различного толкования. Необходимо так изменить формулировку требования, чтобы было ясно, установлено ли это требование к максимальной или к средней температуре помещения, что будет в дальнейшем учтено при выполнении измерений);

– использование стандартизованных терминов.

Физические единицы

Физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице, называетсяединицей физической величины.

Многие единицы физических величин воспроизводятся мерами, применяемыми для измерений (например, метр, килограмм). На ранних стадиях развития материальной культуры (в рабовладельческих и феодальных обществах) существовали единицы для небольшого круга физических величин – длины, массы, времени, площади, объёма. Единицы физических величин выбирались вне связи друг с другом, и притом различные в разных странах и географических районах. Так возникло большое количество часто одинаковых по названию, но различных по размеру единиц – локтей, футов, фунтов.

По мере расширения торговых связей между народами и развития науки и техники количество единиц физических величин увеличивалось и всё более ощущалась потребность в унификации единиц и в создании систем единиц. О единицах физических величин и их системах стали заключать специальные международные соглашения. В 18 в. во Франции была предложена метрическая система мер, получившая в дальнейшем международное признание. На её основе был построен целый ряд метрических систем единиц. В настоящее время происходит дальнейшее упорядочение единиц физических величин на базе Международной системы единиц (СИ).

Единицы физических величин делятся на системные, т. е. входящие в какую-либо систему единиц, и внесистемные единицы (например, мм рт. ст., лошадиная сила, электрон-вольт).

Системные единицы физических величин подразделяются на основные, выбираемые произвольно (метр, килограмм, секунда и др.), и производные, образуемые по уравнениям связи между величинами (метр в секунду, килограмм на кубический метр, ньютон, джоуль, ватт и т. п.).

Для удобства выражения величин, во много раз больших или меньших единиц физических величин, применяются кратные единицы (например, километр – 103 м, киловатт – 103 Вт) и дольные единицы (например, миллиметр – 10-3 м, миллисекунда – 10-3 с)..

В метрических системах единиц кратные и дельные единицы физических величин (за исключением единиц времени и угла) образуются умножением системной единицы на 10n, где n – целое положительное или отрицательное число. Каждому из этих чисел соответствует одна из десятичных приставок, принятых для образования кратных и дельных единиц.

В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам Международной организации мер и весов (МОМВ) была принята Международная системаединиц (SI).

Основными единицами в международной системе единиц являются: метр (м) – длина, килограмм (кг) – масса, секунда (с) – время, ампер (А) – сила электрического тока, кельвин (К) – термодинамическая температура, кандела (кд) – сила света, моль – количество вещества.

Наряду с системами физических величин в практике измерений по-прежнему используются так называемые внесистемные единицы. К их числу относятся, например: единицы давления – атмосфера, миллиметр ртутного столба, единица длины – ангстрем, единица количество теплоты – калория, единицы акустических величин – децибел, фон, октава, единицы времени – минута и час и т. п. Однако в настоящее время наметилась тенденция к их сокращению до минимума.

Международная система единиц имеет целый ряд достоинств: универсальность, унификация единиц для всех видов измерений, когерентность (согласованность) системы (коэффициенты пропорциональности в физических уравнениях безразмерны), лучшее взаимопонимание между различными специалистами в процессе научно-технических и экономических связей между странами.

В нашей стране Международная система единиц (СИ) применяется с 1 января 1963 года.

В настоящее время применение единиц физических величин в России узаконено Конституцией РФ (ст. 71) (стандарты, эталоны, метрическая система и исчисление времени находятся в ведении Российской Федерации) и федеральным законом “Об обеспечении единства измерений”. Статья 6 Закона определяет применение в Российской Федерации единиц величин Международной системы единиц, принятых Генеральной конференцией по мерам и весам и рекомендованные к применению Международной организацией законодательной метрологии. В то же время в Российской Федерации могут быть допущены к применению наравне с единицами величин СИ внесистемные единицы величин, наименование, обозначения, правила написания и применения которых устанавливаются Правительством Российской Федерации.

В практической деятельности следует руководствоваться единицами физических величин, регламентированных ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин».

Стандартом наряду с обязательным применением основных и производных единиц Международной системы единиц, а также десятичных кратных и дольных этих единиц допускается применять некоторые единицы, не входящие в СИ, их сочетания с единицами СИ, а также некоторые нашедшие широкое применение на практике десятичные кратные и дольные перечисленных единиц.

Стандарт определяет правила образования наименований и обозначений десятичных кратных и дольных единиц СИ с помощью множителей (от 10–24 до 1024) и приставок, правила написания обозначений единиц, правили образования когерентных производных единиц СИ

Множители и приставки, используемые для образования наименований и обозначений десятичных кратных и дольных единиц СИ приведены в табл.

Таблица

Множители и приставки, используемые для образования наименований и обозначений десятичных кратных и дольных единиц СИ

Когерентные производные единицы Международной системы единиц, как правило, образуют с помощью простейших уравнений связи между величинами (определяющих уравнений), в которых числовые коэффициенты равны 1. Для образования производных единиц обозначения величин в уравнениях связи заменяют обозначениями единиц СИ.

Если уравнение связи содержит числовой коэффициент, отличный от 1, то для образования когерентной производной единицы СИ в правую часть подставляют обозначения величин со значениями в единицах СИ, дающими после умножения на коэффициент общее числовое значение, равное 1.