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

Все объекты окружающего мира характеризуются своими свойствами. В общем случае свойств, которыми обладает данный объект или явление – бесчисленное множество. Но благодаря этим свойствам, мы можем отличить один объект от другого или, наоборот, сгруппировать их, т. е. отнести к какому-то одному классу объектов. Например, большой, теплый, тяжелый. Свойство объекта проявляется только в его взаимодействии с другими объектами. Например, свойство упругости мяча проявляется при его взаимодействии с полом.

Свойство– философская категория, выражающая такую сторону объекта (явление процесса), которая обусловливает его различность или общность с другими объектами (явлениями, процессами) и обнаруживается в его отношениях к ним. Свойство – категория качественная. Для количественного описания различных свойств процессов и физических тел вводится понятие величины.

Величина – это свойство чего-либо, что может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно. Величина не существует сама по себе, она имеет место лишь постольку, поскольку существует объект со свойствами, выраженными данной величиной.

Величины можно разделить на два вида: реальные и идеальные.

Идеальные величины главным образом относятся к математике и являются обобщением (моделью) конкретных реальных понятий.

Реальные величины делятся, в свою очередь, нафизические и нефизические. Физическая величина (ФВ) в общем случае может быть определена как величина, свойственная материальным объектам (процессам, явлениям), изучаемым в естественных (физика, химия) и технических науках. К нефизическим следует отнести величины, принадлежащие общественным (нефизическим) наукам – философии, социологии, экономике и т. д.

Физическая величина – одно из свойств физического объекта, в качественном отношении общее для многих физических объектов, а в количественном – индивидуальное для каждого из них. Индивидуальность в количественном отношении понимают в том смысле, что свойство может быть для одного объекта в определенное число раз больше или меньше, чем для другого. Например, физические объекты обладают массой – это их общее свойство. Но каждое тело имеет в количественном отношении свое значение массы. Таким образом, физические величины – это измеренные свойства физических объектов и процессов, с помощью которых они могут быть изучены.

Физические величины целесообразно разделить на измеряемые и оцениваемые. Измеряемые ФВ могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерения. Возможность введения и использования последних является важным отличительным признаком измеряемых ФВ. Физические величины, для которых по тем или иным причинам не может быть введена единица измерения, могут быть только оценены. Величины оценивают при помощи шкал.

Шкала величины – упорядоченная последовательность ее значений, принятая по соглашению на основании результатов точных измерений.

Нефизические величины, для которых единица измерения в принципе не может быть введена, могут быть только оценены. Оценивание нефизических величин не входит в задачи теоретической метрологии.

Единица физической величины [Q] – это ФВ фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное единице, применяется для количественного выражения однородных ФВ.

Значение физической величины Q – это оценка ее размера в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Числовое значение физической величины q – отвлеченное число, выражающее отношение значения величины к соответствующей единице данной ФВ.

Уравнение

Q=q[Q] (1)

называют основным уравнением измерения.

Измерение – познавательный процесс, заключающийся в сравнении путем физического эксперимента данной ФВ с известной ФВ, принятой за единицу измерения.

В практической деятельности необходимо проводить измерения различных величин, характеризующих свойства тел, веществ, явлений и процессов. Некоторые свойства проявления (количественные или качественные) любого свойства образуют множества, отображения элементов которых на упорядоченное множество чисел или в более общем случае условных знаков образуют шкалы измерения этих свойств. Шкала измерений количественного свойства является шкалой ФВ.

Шкала физической величины – это упорядоченная последовательность значений ФВ, принятая по соглашению на основании результатов точных измерений.

Различают пять основных типов шкал измерений.

1. Шкала наименований (шкала классификации). Шкалы такого вида не являются шкалами ФВ. Это самый простой тип шкал, основанный на приписывании качественным свойствам объектов чисел, играющих роль имен. В этих шкалах отнесение отражаемого свойства к тому или иному классу эквивалентности осуществляется с помощью органов чувств человека – это наиболее адекватный результат, выбранный большинством экспертов. Нумерация объектов по шкале наименований осуществляется по принципу: “не приписывай одну и ту же цифру разным объектам”. В этих шкалах отсутствуют понятия нуля, “больше” или “меньше” и единицы измерения. Примером шкал наименований являются широко распространенные атласы цветов, предназначенные для идентификации цвета.

2. Шкала порядка (шкала рангов). В шкалах порядка существует или не существует нуль, но принципиально нельзя ввести единицы измерения. Эти шкалы являются монотонно возрастающими или убывающими, что позволяет установить отношение больше/меньше между величинами. К таким шкалам, например, относится шкала Мооса для определения твердости минералов, которая содержит 10 опорных (реперных) минералов с различными условными числами твердости: тальк – 1; гипс – 2; кальций – 3; флюорит – 4; апатит – 5; ортоклаз – 6; кварц – 7; топаз – 8; корунд – 9; алмаз – 10. Отнесение минерала к той или иной градации твердости осуществляется на основании эксперимента, который состоит в том, что испытуемый материал царапается опорным. Если после царапанья испытуемого минерала кварцем (7) на нем остается след, а после ортоклаза (6) не остается, то твердость испытуемого материала составляет более 6, но менее 7. Более точного ответа в этом случае дать невозможно. В условных шкалах одинаковым интервалам между размерами данной величины не соответствуют одинаковые размерности чисел, отображающих размеры. Определение значения величин при помощи шкал порядка нельзя считать измерением, так как на этих шкалах не могут быть введены единицы измерения. Операцию по приписыванию числа требуемой величине следует считать оцениванием. Оценивание по шкалам порядка является неоднозначным и весьма условным.

3. Шкала интервалов (шкала разностей). Шкала интервалов состоит из одинаковых интервалов, имеет единицу измерения и произвольно выбранное начало – нулевую точку. К таким шкалам относится летоисчисление по различным календарям, в которых за начало отсчета принято либо сотворение мира, либо Рождество Христово и т. д. Температурные шкалы Цельсия, Фаренгейта и Реомюра также являются шкалами интервалов.

Шкала интервалов величины Q можно представить в виде уравнения:

Q=Q0+q[Q],

где q – числовое значение величины; Q0 – начало отсчета шкалы; [Q] – единица рассматриваемой величины.

Такая шкала полностью определяется значением начала отсчета Q0 шкалы и единицы данной величины [Q]. Задать шкалу можно двумя путями. При первом пути выбираются два значения Q0 и Q1 величины, которые относительно просто реализованы физически. Эти значения называются опорными точками, или основными реперами, а интервал (Q1-Q0) – основным интервалом. Точка Q0 принимается за начало отсчета, а величина:

за единицу измерения.

4. Шкала отношений. Их примерами являются шкала массы, термодинамической температуры. В шкалах отношений существует однозначный естественный критерий нулевого количественного проявления свойства и единица измерений. Шкалы отношений – самые совершенные. Они описываются уравнением:

Q=q[Q],

где Q – ФВ, для которой строится шкала; [Q] – ее единица измерения; q – числовое значение ФВ.

5. Абсолютные шкалы. Под абсолютными понимают шкалы, обладающие всеми признаками шкал отношений, но дополнительно имеющие естественное однозначное определение единицы измерения и не зависящие от принятой системы единиц измерения. Такие шкалы соответствуют относительным величинам: коэффициенту усиления, ослабления и др.

Шкалы наименований и порядка называют неметрическими (концептуальными), а шкалы интервалов и отношений – метрическими (материальными).