Η Φυσική ως επιστήμη που μελετά τα φυσικά φαινόμενα, χρησιμοποιεί μια τυπική μεθοδολογία έρευνας. Τα κύρια στάδια μπορούν να ονομαστούν: παρατήρηση, υποβολή μιας υπόθεσης, διεξαγωγή πειράματος, τεκμηρίωση μιας θεωρίας. Κατά τη διάρκεια της παρατήρησης διαπιστώνονται τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του φαινομένου, η πορεία της πορείας του, πιθανές αιτίες και συνέπειες. Η υπόθεση σάς επιτρέπει να εξηγήσετε την πορεία του φαινομένου, να καθορίσετε τα μοτίβα του. Το πείραμα επιβεβαιώνει (ή δεν επιβεβαιώνει) την εγκυρότητα της υπόθεσης. Σας επιτρέπει να ορίσετε την ποσοτική αναλογία των τιμών κατά τη διάρκεια του πειράματος, η οποία οδηγεί σε ακριβή προσδιορισμό των εξαρτήσεων. Η υπόθεση που επιβεβαιώθηκε κατά τη διάρκεια του πειράματος αποτελεί τη βάση μιας επιστημονικής θεωρίας.
Καμία θεωρία δεν μπορεί να ισχυριστεί ότι είναι αληθινή εάν δεν έχει λάβει πλήρη και άνευ όρων επιβεβαίωση κατά τη διάρκεια του πειράματος. Η πραγματοποίηση του τελευταίου συνδέεται με μετρήσεις φυσικών μεγεθών που χαρακτηρίζουν τη διαδικασία. Η φυσική ποσότητα είναι η βάση της μέτρησης.
Τι είναι αυτό
Η μέτρηση αναφέρεται σε εκείνες τις ποσότητες που επιβεβαιώνουν την εγκυρότητα της υπόθεσης σχετικά με τις κανονικότητες. Ένα φυσικό μέγεθος είναι ένα επιστημονικό χαρακτηριστικό ενός φυσικούσώμα, η ποιοτική αναλογία του οποίου είναι κοινή σε πολλά παρόμοια σώματα. Για κάθε σώμα, ένα τέτοιο ποσοτικό χαρακτηριστικό είναι καθαρά ατομικό.
Αν στραφούμε στην ειδική βιβλιογραφία, τότε στο βιβλίο αναφοράς των M. Yudin et al. (έκδοση 1989) διαβάζουμε ότι ένα φυσικό μέγεθος είναι: «ένα χαρακτηριστικό μιας από τις ιδιότητες ενός φυσικού αντικειμένου (φυσικό σύστημα, φαινόμενο ή ποιοτικά για πολλά φυσικά αντικείμενα, αλλά ποσοτικά μεμονωμένα για κάθε αντικείμενο."
Το
Ozhegov's Dictionary (έκδοση 1990) αναφέρει ότι μια φυσική ποσότητα είναι "το μέγεθος, ο όγκος, το μήκος ενός αντικειμένου".
Για παράδειγμα, το μήκος είναι ένα φυσικό μέγεθος. Η μηχανική ερμηνεύει το μήκος ως την απόσταση που διανύθηκε, η ηλεκτροδυναμική χρησιμοποιεί το μήκος του σύρματος, στη θερμοδυναμική μια παρόμοια τιμή καθορίζει το πάχος των τοιχωμάτων των αγγείων. Η ουσία της έννοιας δεν αλλάζει: οι μονάδες των ποσοτήτων μπορεί να είναι ίδιες, αλλά η τιμή μπορεί να είναι διαφορετική.
Ένα διακριτικό χαρακτηριστικό ενός φυσικού μεγέθους, ας πούμε, από ένα μαθηματικό, είναι η παρουσία μιας μονάδας μέτρησης. Το μέτρο, το πόδι, το arshin είναι παραδείγματα μονάδων μήκους.
Μονάδες μέτρησης
Για να μετρήσετε μια φυσική ποσότητα, θα πρέπει να συγκριθεί με την τιμή που λαμβάνεται ως μονάδα. Θυμηθείτε το υπέροχο καρτούν «Σαράντα οκτώ παπαγάλοι». Για να προσδιορίσουν το μήκος του βόα, οι ήρωες μέτρησαν το μήκος του είτε σε παπαγάλους είτε σε ελέφαντες είτε σε πιθήκους. Σε αυτή την περίπτωση, το μήκος του βόα συσφιγκτήρα συγκρίθηκε με το ύψος άλλων χαρακτήρων κινουμένων σχεδίων. Το αποτέλεσμα ποσοτικά εξαρτιόταν από το πρότυπο.
Μια μονάδα ενός φυσικού μεγέθους είναι ένα μέτρο της μέτρησής του σε ένα συγκεκριμένο σύστημα μονάδων. Η σύγχυση σε αυτά τα μέτρα δεν προκύπτει μόνο λόγω της ατέλειας, της ετερογένειας των μέτρων, αλλά μερικές φορές και λόγω της σχετικότητας των μονάδων.
Ρωσικό μέτρο μήκους - arshin - η απόσταση μεταξύ του δείκτη και του αντίχειρα. Ωστόσο, τα χέρια όλων των ανθρώπων είναι διαφορετικά και το arshin που μετριέται με το χέρι ενός ενήλικου άνδρα διαφέρει από το arshin στο χέρι ενός παιδιού ή μιας γυναίκας. Η ίδια ασυμφωνία μεταξύ των μέτρων μήκους ισχύει για την κεφαλή (η απόσταση μεταξύ των άκρων των δακτύλων των χεριών που είναι ανοιχτά) και του αγκώνα (η απόσταση από το μεσαίο δάχτυλο έως τον αγκώνα του χεριού).
Είναι ενδιαφέρον ότι άνδρες μικρού αναστήματος μεταφέρονταν στα καταστήματα ως υπάλληλοι. Οι πονηροί έμποροι έσωσαν ύφασμα χρησιμοποιώντας πολλά μικρότερα μέτρα: arshin, cubit, fathom.
Συστήματα μέτρησης
Τέτοια ποικιλία μέτρων υπήρχε όχι μόνο στη Ρωσία, αλλά και σε άλλες χώρες. Η εισαγωγή μονάδων μέτρησης ήταν συχνά αυθαίρετη, μερικές φορές αυτές οι μονάδες εισήχθησαν μόνο λόγω της ευκολίας της μέτρησής τους. Για παράδειγμα, για τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης, εισήχθη mm Hg. Το γνωστό πείραμα του Torricelli, στο οποίο χρησιμοποιήθηκε ένας σωλήνας γεμάτος υδράργυρο, κατέστησε δυνατή την εισαγωγή μιας τόσο ασυνήθιστης τιμής.
Η ισχύς των κινητήρων συγκρίθηκε με την ιπποδύναμη (που εφαρμόζεται στην εποχή μας).
Διάφορα φυσικά μεγέθη που μετρούν τα φυσικά μεγέθη όχι μόνο το κατέστησαν δύσκολο και αναξιόπιστο, αλλά και περιπλέκουν την ανάπτυξη της επιστήμης.
Ομοιόμορφο σύστημα μέτρων
ΗνωμένηΈνα σύστημα φυσικών ποσοτήτων, βολικό και βελτιστοποιημένο σε κάθε βιομηχανοποιημένη χώρα, έχει γίνει επείγουσα ανάγκη. Η ιδέα της επιλογής όσο το δυνατόν λιγότερων μονάδων υιοθετήθηκε ως βάση, με τη βοήθεια της οποίας θα μπορούσαν να εκφραστούν άλλες ποσότητες σε μαθηματικές σχέσεις. Τέτοιες βασικές ποσότητες δεν πρέπει να σχετίζονται μεταξύ τους, η σημασία τους καθορίζεται ξεκάθαρα και ξεκάθαρα σε οποιοδήποτε οικονομικό σύστημα.
Αυτό το πρόβλημα έχει δοκιμαστεί σε διάφορες χώρες. Η δημιουργία ενός ενοποιημένου συστήματος μέτρων (Metric, GHS, ISS και άλλα) αναλήφθηκε επανειλημμένα, αλλά αυτά τα συστήματα δεν ήταν βολικά είτε από επιστημονική άποψη, είτε για οικιακή, βιομηχανική χρήση.
Το πρόβλημα που τέθηκε στα τέλη του 19ου αιώνα επιλύθηκε μόλις το 1958. Ένα ενοποιημένο σύστημα παρουσιάστηκε σε συνεδρίαση της Διεθνούς Επιτροπής Νομικής Μετρολογίας.
Ομοιόμορφο Σύστημα Μέτρων
Το
1960 σηματοδότησε την ιστορική συνάντηση της Γενικής Διάσκεψης για τα Βάρη και τα Μέτρα. Ένα μοναδικό σύστημα που ονομάζεται «Systeme internationale d'unites» (συντομογραφία SI) υιοθετήθηκε με την απόφαση αυτής της τιμητικής συνέλευσης. Στη ρωσική έκδοση, αυτό το σύστημα ονομάζεται Διεθνές Σύστημα (συντομογραφία SI).
Με βάση 7 βασικές μονάδες και 2 επιπλέον. Η αριθμητική τους τιμή καθορίζεται ως πρότυπο
Πίνακας SI φυσικών μεγεθών
| Όνομα της κύριας μονάδας | Τιμή μέτρησης | Ονομασία | |
| Διεθνής | Ρωσικά | ||
| Βασικές μονάδες | |||
| κιλό | Μάζα | kg | kg |
| meter | Μήκος | m | m |
| second | Ώρα | s | c |
| amps | Τρέχον | A | A |
| kelvin | Θερμοκρασία | K | K |
| mol | Ποσότητα ουσίας | mol | mol |
| candela | Δύναμη του φωτός | cd | cd |
| Πρόσθετες μονάδες | |||
| Radian | Επίπεδη γωνία | rad | happy |
| Steradian | Στερεά γωνία | sr | cf |
Το ίδιο το σύστημα δεν μπορεί να αποτελείται μόνο από επτά μονάδες, αφού η ποικιλία των φυσικών διεργασιών στη φύση απαιτεί την εισαγωγή όλο και περισσότερων νέων ποσοτήτων. Η ίδια η δομή παρέχει όχι μόνο την εισαγωγή νέων μονάδων, αλλά και τη σχέση τους με τη μορφή μαθηματικώναναλογίες (συχνά ονομάζονται τύποι διαστάσεων).
Η μονάδα μιας φυσικής ποσότητας προκύπτει πολλαπλασιάζοντας, αυξάνοντας σε μια ισχύ και διαιρώντας τις βασικές μονάδες στον τύπο διάστασης. Η απουσία αριθμητικών συντελεστών σε τέτοιες εξισώσεις καθιστά το σύστημα όχι μόνο βολικό από όλες τις απόψεις, αλλά και συνεκτικό (συνεπές).
Παράγωγες μονάδες
Οι μονάδες μέτρησης, που σχηματίζονται από τις επτά βασικές, ονομάζονται παράγωγοι. Εκτός από τις βασικές και παράγωγες μονάδες, κατέστη αναγκαία η εισαγωγή και άλλων (ραδιανίων και στεραδιανών). Η διάστασή τους θεωρείται μηδέν. Η έλλειψη οργάνων μέτρησης για τον προσδιορισμό τους καθιστά αδύνατη τη μέτρησή τους. Η εισαγωγή τους οφείλεται στη χρήση σε θεωρητικές μελέτες. Για παράδειγμα, η φυσική ποσότητα "δύναμη" σε αυτό το σύστημα μετριέται σε Newton. Δεδομένου ότι η δύναμη είναι ένα μέτρο της αμοιβαίας δράσης των σωμάτων μεταξύ τους, η οποία είναι η αιτία της μεταβολής της ταχύτητας ενός σώματος ορισμένης μάζας, μπορεί να οριστεί ως το γινόμενο μιας μονάδας μάζας ανά μονάδα ταχύτητας διαιρούμενη με ένα μονάδα χρόνου:
F=k٠M0v/T, όπου k είναι ο συντελεστής αναλογικότητας, M είναι η μονάδα μάζας, v είναι η μονάδα ταχύτητας, T είναι η μονάδα του χρόνου.
Το
SI δίνει τον ακόλουθο τύπο διάστασης: H=kg0m/s2, όπου χρησιμοποιούνται τρεις μονάδες. Και το κιλό, και το μέτρο, και το δεύτερο ταξινομούνται ως βασικά. Ο συντελεστής αναλογικότητας είναι 1.
Είναι δυνατόν να εισαχθούν αδιάστατες ποσότητες, οι οποίες ορίζονται ως αναλογία ομοιογενών μεγεθών. Αυτά περιλαμβάνουν τον συντελεστή τριβής,όπως γνωρίζετε, ίση με την αναλογία της δύναμης τριβής προς τη δύναμη της κανονικής πίεσης.
Πίνακας φυσικών μεγεθών που προέρχονται από βασικές ποσότητες
| Όνομα μονάδας | Τιμή μέτρησης | Τύπος διαστάσεων |
| Joule | ενέργεια | kg0m20s-2 |
| Πασκάλ | πίεση | kg0 m-1 0s-2 |
| Tesla | μαγνητική επαγωγή | kg 0A-1 0с-2 |
| Volt | ηλεκτρική τάση | kg 0m2 0с-30Α-1 |
| Ωμ | Ηλεκτρική αντίσταση | kg 0m2 0с-30Α-2 |
| μενταγιόν | Ηλεκτρική φόρτιση | Α0 με |
| Watt | δύναμη | kg 0m2 0s-3 |
| Farad | Ηλεκτρική χωρητικότητα | μ-20kg-1 0c40A2 |
| Joule to Kelvin | Θερμοχωρητικότητα | kg 0m20s-2 0K-1 |
| Μπεκερέλ | Δραστηριότηταραδιενεργό υλικό | C-1 |
| Weber | Μαγνητική ροή | μ2 0kg 0s-20A-1 |
| Henry | επαγωγή | μ2 0kg 0c-2 0A-2 |
| Hertz | Συχνότητα | c-1 |
| Γκρι | Απορροφημένη δόση | μ2 0s-1 |
| Sievert | Ισοδύναμη δόση ακτινοβολίας | μ2 0s-2 |
| Πολυτέλεια | Φωτισμός | μ-2 0cd 0sr-2 |
| Lumens | Φωτεινή ροή | cd ٠av |
| Newton | Δύναμη, βάρος | m 0kg 0s-2 |
| Siemens | Ηλεκτρική αγωγιμότητα | μ-2 0kg-1 0c3 0A2 |
| Farad | Ηλεκτρική χωρητικότητα | μ-2 0kg-1 0c4 0A2 |
Μονάδες εκτός συστήματος
Επιτρέπεται η χρήση ιστορικά καθορισμένων τιμών που δεν περιλαμβάνονται στο SI ή διαφέρουν μόνο από έναν αριθμητικό συντελεστήκατά τη μέτρηση ποσοτήτων. Αυτές είναι μη συστημικές μονάδες. Για παράδειγμα, mmHg, ακτινογραφία και άλλα.
Οι αριθμητικοί συντελεστές χρησιμοποιούνται για την εισαγωγή υποπολλαπλάσιων και πολλαπλασίων. Τα προθέματα αντιστοιχούν σε έναν συγκεκριμένο αριθμό. Ένα παράδειγμα είναι τα εκατοστά, τα κιλά, τα δεκά-, τα μέγα- και πολλά άλλα.
1 χιλιόμετρο=1000 μέτρα, 1 εκατοστό=0,01 μέτρα.
Τυπολογία τιμών
Ας προσπαθήσουμε να υποδείξουμε ορισμένα βασικά χαρακτηριστικά που σας επιτρέπουν να ορίσετε τον τύπο της τιμής.
1. Κατεύθυνση. Εάν η δράση ενός φυσικού μεγέθους σχετίζεται άμεσα με την κατεύθυνση, ονομάζεται διάνυσμα, άλλα - κλιμακωτή.
2. Διαθεσιμότητα διάστασης. Η ύπαρξη ενός τύπου για τα φυσικά μεγέθη καθιστά δυνατό να τα ονομάσουμε διαστατικά. Αν στον τύπο όλες οι μονάδες έχουν μηδενικό βαθμό, τότε ονομάζονται αδιάστατες. Θα ήταν πιο σωστό να τις ονομάσουμε ποσότητες με διάσταση ίση με 1. Άλλωστε, η έννοια της αδιάστατης ποσότητας είναι παράλογη. Η κύρια ιδιότητα - διάσταση - δεν έχει ακυρωθεί!
3. Προσθήκη αν είναι δυνατόν. Μια προσθετική ποσότητα της οποίας η τιμή μπορεί να προστεθεί, να αφαιρεθεί, να πολλαπλασιαστεί με έναν παράγοντα κ.λπ. (για παράδειγμα, μάζα) είναι μια φυσική ποσότητα που μπορεί να αθροιστεί.
4. σε σχέση με το φυσικό σύστημα. Εκτεταμένο - εάν η τιμή του μπορεί να αποτελείται από τις τιμές του υποσυστήματος. Ένα παράδειγμα είναι η περιοχή που μετράται σε τετραγωνικά μέτρα. Εντατική - μια ποσότητα της οποίας η τιμή δεν εξαρτάται από το σύστημα. Αυτά περιλαμβάνουν τη θερμοκρασία.
