Păcatul judecății este considerat pe drept unul dintre cele mai distructive și...
MĂSURĂTORI
Etapa actuală a progresului științific și tehnologic se caracterizează printr-o creștere intensă a interesului pentru măsurători. Interesul tot mai mare pentru măsurători se datorează faptului că acestea joacă un rol din ce în ce mai semnificativ și uneori decisiv în rezolvarea atât a problemelor fundamentale ale cunoașterii, cât și a problemelor practice ale progresului științific și tehnologic, a problemelor sociale, precum și în creșterea eficienței tuturor activităților sociale utile. Măsurătorile reprezintă procesul principal de obținere a informațiilor obiective despre proprietățile diferitelor obiecte materiale asociate activităților umane practice. De exemplu, putem judeca adecvarea unei piese pe baza dimensiunilor sale numai după măsurarea acestor dimensiuni.
Măsurare- este procesul de obţinere a unor informaţii obiective care reflectă potenţialul material, ştiinţific şi tehnic real, şi nu asumat, al societăţii, nivelul atins de producţie socială etc. Deciziile organelor de management al dezvoltării economice la toate nivelurile se bazează pe informațiile obținute prin măsurători.
Toate întreprinderile ale căror activități sunt legate de dezvoltarea, testarea, producția, controlul produselor, operarea transporturilor și comunicațiilor, asistența medicală etc., efectuează un număr nenumărat de măsurători. Pe baza rezultatelor măsurătorilor se iau decizii specifice.
În diagrama prezentată în fig. 1.1 prezintă principalele elemente care sunt interconectate logic în timpul măsurătorilor.
Măsurătorile se bazează pe compararea proprietăților identice ale obiectelor materiale. Pentru proprietățile pentru compararea cantitativă a căror metode fizice sunt utilizate, a fost stabilit un singur concept generalizat - o mărime fizică.
Conform GOST 16263 mărime fizică- aceasta este o proprietate care este comună calitativ multor obiecte fizice (sisteme fizice, stările și procesele lor care au loc în ele), dar individuală cantitativ pentru fiecare obiect. Individualitatea în termeni cantitativi trebuie înțeleasă în sensul că o proprietate poate fi pentru un obiect de un anumit număr de ori mai mare sau mai mică decât pentru altul.
Mărimile fizice includ: lungimea, masa, timpul, mărimile electrice (curent, tensiune, etc.), presiunea, viteza etc.
Fig.1.1. Diagrama principalelor elemente implicate în măsurători
Dar mirosul nu este o cantitate fizică, deoarece se stabilește prin senzații subiective.
Definiția „cantității fizice” poate fi susținută de un exemplu. Să luăm două obiecte: rulmentul de rulare al unui aspirator de uz casnic și rulmentul de rulare al roților căruciorului. Proprietățile lor calitative sunt aceleași, dar proprietățile lor cantitative sunt diferite. Astfel, diametrul inelului exterior al rulmentului de rulare al roților de transport este de multe ori mai mare decât diametrul similar al rulmentului unui aspirator. În mod similar, se poate judeca relația cantitativă dintre masă și alte proprietăți. Dar pentru asta trebuie să știi valoarea mărimii fizice, adică estima o mărime fizică sub forma unui anumit număr de unităţi acceptate pentru aceasta. De exemplu, valoarea masei rulmentului de rulare al roților de transport este de 8 kg, raza globului este de 6378 km, diametrul găurii este de 0,5 mm.
GOST 16263 oferă o serie de definiții legate de conceptul de „cantitate fizică”.
Valoarea adevărată a unei mărimi fizice- aceasta este valoarea unei mărimi fizice care ar reflecta în mod ideal proprietatea corespunzătoare a obiectului în termeni calitativi și cantitativi. Este limita până la care valoarea unei mărimi fizice se apropie cu o precizie crescândă de măsurare.
Este imposibil să se determine experimental valoarea adevărată a unei mărimi fizice, aceasta rămâne necunoscută experimentatorului. În acest sens, dacă este necesar (de exemplu, la verificarea instrumentelor de măsură), în loc de valoarea adevărată a unei mărimi fizice, se folosește valoarea reală a acesteia.
Valoarea reală a unei mărimi fizice este o valoare a unei mărimi fizice găsită experimental și atât de apropiată de valoarea adevărată încât poate fi folosită în schimb în acest scop.
Atunci când se află valoarea reală a unei mărimi fizice, verificarea instrumentelor de măsurare trebuie efectuată folosind măsuri și instrumente standard, ale căror erori pot fi neglijate.
În măsurătorile tehnice, valoarea unei mărimi fizice găsită cu o eroare acceptabilă este acceptată ca valoare reală.
Mărimea fizică de bază este o mărime fizică inclusă într-un sistem și acceptată convențional ca independentă de alte cantități ale acestui sistem. De exemplu, în sistemul SI principalele mărimi fizice, independente de altele, sunt lungimea l, greutate m, timp t etc.
Mărimea fizică derivată– o mărime fizică inclusă în sistem și determinată prin mărimile de bază ale acestui sistem. De exemplu, viteza v este determinată în cazul general de ecuația:
v=dl/dt, (1.1)
Unde l- distanta; t- timp.
Un alt exemplu. Forța mecanică în același sistem este determinată de ecuația:
F=m*a, (1.2)
Unde m- greutate; o- accelerația cauzată de acțiunea forței F.
O măsură pentru compararea cantitativă a proprietăților identice ale obiectelor este unitate de mărime fizică– o mărime fizică căreia, prin definiție, i se atribuie o valoare numerică egală cu unu. Unităților de mărimi fizice li se atribuie o denumire simbolică completă și prescurtată - dimensiune. De exemplu, masa – kilogram (kg), timpul – secunda (s), lungimea – metrul (m), forța – Newton (N).
Definițiile de mai sus ale unei mărimi fizice și ale valorii acesteia fac posibilă definirea măsurării ca fiind găsirea experimentală a valorii unei mărimi fizice folosind mijloace tehnice speciale (GOST 16263).
Această definiție este valabilă atât pentru cazurile cele mai simple, când, prin aplicarea unei rigle cu diviziuni la o piesă, se compară mărimea acesteia cu unitatea de lungime stocată de riglă, sau când, folosind un dispozitiv, mărimea unei valori convertită în mișcarea indicatorului este comparată cu unitatea stocată de scara acestui dispozitiv, deci și pentru cele mai complexe - atunci când se utilizează un sistem de măsurare (pentru măsurarea mai multor cantități simultan).
Pentru o dezvăluire mai completă a conceptului de „măsurare”, doar cunoașterea esenței sale nu este suficientă. De asemenea, este necesar să se identifice acele condiții, a căror respectare este obligatorie la efectuarea măsurătorilor. Aceste condiții pot fi formulate pe baza practicii metrologice, generalizându-i cerințele, dar și pe baza definiției conceptului de „cantitate fizică măsurată”:
măsurătorile sunt posibile cu condiția să fi fost stabilită certitudinea calitativă a proprietății, permițând distingerea acesteia de alte proprietăți (adică, atunci când se distinge o mărime fizică de altele);
o unitate este definită pentru a determina cantitatea;
exista posibilitatea de materializare (reproducere sau depozitare) a unitatii;
menținerea mărimii unității neschimbate (în limita preciziei stabilite) cel puțin în perioada de măsurare.
Dacă cel puțin una dintre aceste condiții este încălcată, măsurătorile sunt imposibile. Condițiile de mai sus pot servi ca bază, în primul rând, atunci când se analizează conținutul conceptului de „măsurare”, și în al doilea rând, atunci când se stabilește o graniță clară între măsurare și alte tipuri de evaluări cantitative. De la termenul „măsurare” provine termenul „a măsura”, care este utilizat pe scară largă în practică. Cu toate acestea, se folosesc adesea termeni incorecți: „măsură”, „a măsura”, „a măsura”, „a măsura”, care nu se încadrează în sistemul de termeni metrologici.
În literatura tehnică dedicată măsurătorilor sau instrumentelor de măsurare, uneori puteți citi despre măsurare procese sau dependențe. Procesul ca obiect nu poate fi măsurat. Se măsoară mărimile fizice care le caracterizează. De exemplu, nu puteți spune: „măsurați o parte”. Este necesar să se clarifice exact ce mărimi fizice caracteristice piesei urmează să fie măsurate (lungime, diametru, masă, duritate etc.). Același lucru este valabil și pentru procese, inclusiv pentru cele de mare viteză, precum și pentru dependențele dintre cantitățile fizice.
Astfel, atunci când se constată dependența scăderii lungimii unui corp de o modificare a temperaturii, mărimile măsurate vor fi creșterea temperaturii și alungirea corpului, din valorile cărora se calculează dependența indicată.
Aceste calcule pot fi efectuate folosind calculatoare asociate unui instrument de măsurare, dar asta nu înseamnă că dependența este măsurată (se calculează). Atunci când se utilizează așa-numitele instrumente de măsurare statistică (în procese rapide), sunt permise expresii precum „măsurarea valorii rădăcină-pătrată medie a tensiunii unui proces aleator”, „măsurarea densității distribuției probabilităților” etc.
Trebuie remarcat faptul că nu toate mărimile fizice pot fi reproduse cu dimensiuni date și direct comparabile cu propriul lor fel. Astfel de cantități includ, de exemplu, temperatura, duritatea materialelor etc. În acest caz, se folosește metoda scalelor naturale (de referință), care constă în următoarele. Obiectele și fenomenele care au anumite proprietăți omogene sunt aranjate într-un rând natural secvenţial, astfel încât fiecare obiect din acest rând va avea mai multă o proprietate dată decât cea anterioară și mai puțin decât următorul. În continuare, mai mulți membri ai seriei sunt selectați și prelevați ca mostre. Eșantioanele selectate formează o scară (scara) de puncte de referință pentru compararea obiectelor sau fenomenelor cu proprietatea dată. Exemple de scale de referință sunt scala de duritate mineralogică și scala forței vântului în „punctele Beaufort”.
Un dezavantaj semnificativ al unor astfel de scale este dimensiunea arbitrară a intervalelor dintre punctele de referință și imposibilitatea de a specifica mărimea unei mărimi fizice în interval.
În acest sens, în tehnologia de măsurare se acordă preferință scalelor funcționale, a căror construcție utilizează dependența funcțională a oricărei mărimi fizice convenabile pentru măsurarea directă asupra mărimii fizice măsurate. Cel mai adesea, această dependență este liniară. Un exemplu este o scară de temperatură, cum ar fi Celsius. La construirea unei scale, se folosesc puncte de referință, cărora li se atribuie anumite valori de temperatură, de exemplu, punctul de topire al gheții (0,000 o C), punctul de fierbere al apei (100.000 o C), etc. În intervalele dintre temperaturile punctelor de referință, interpolarea se realizează folosind anumite convertoare de temperatură - termometre cu mercur, termocupluri, termometre cu rezistență din platină. În acest caz, temperatura măsurată este convertită în mișcarea capătului unei coloane de mercur, în fem-ul unui termocuplu sau în rezistența unui rezistor de platină.
Specialist metrologie M.F. Pentru a rezolva problemele metrologice, Malikov a propus împărțirea tuturor măsurătorilor în două grupuri, numindu-le „de laborator” și „tehnice”.
LA laborator Acestea includ astfel de măsurători, erorile rezultatelor obținute sunt evaluate în timpul procesului de măsurare în sine și fiecare rezultat are propria sa estimare a erorii. LA tehnic M.F. Malikov s-a referit la astfel de măsurători, ale căror posibile erori ale rezultatelor au fost studiate și determinate în prealabil, astfel încât să nu mai fie evaluate în procesul măsurătorilor în sine.
Măsurătorile de laborator sunt măsurători efectuate, de regulă, în timpul cercetării fundamentale. Caracteristica lor este dorința de a oferi o precizie mai mare a rezultatelor măsurătorilor. Aceasta conduce la caracteristicile specifice măsurătorilor de laborator: este de dorit să se extragă din instrumentele de măsurare utilizate toată precizia de care sunt capabile; este de dorit să se elimine (sau să se reducă) erorile aleatorii în fiecare rezultat al măsurării, pentru care se efectuează măsurători multiple, ale căror rezultate sunt prelucrate matematic folosind metoda aleasă; Este de dorit să se elimine (sau să se reducă) erorile sistematice în fiecare rezultat de măsurare, pentru care se folosesc metode speciale de măsurare. În acest sens, principala caracteristică a măsurătorilor de laborator este evaluarea erorii fiecărui rezultat individual de măsurare în timpul procesului de măsurare în sine.
Măsurătorile tehnice reprezintă cea mai mare parte a măsurătorilor efectuate în economia națională. O caracteristică distinctivă a măsurătorilor tehnice este că acestea sunt efectuate folosind tehnici de măsurare special dezvoltate, studiate anterior și certificate.
În cele ce urmează ne vom ocupa doar de măsurători tehnice iar prin termenul „măsurători” vom înțelege „măsurători tehnice”.
În știință și tehnologie, se folosesc unități de măsură ale mărimilor fizice care formează anumite sisteme. Setul de unități stabilit de standard pentru utilizare obligatorie se bazează pe unitățile Sistemului Internațional (SI). În secțiunile teoretice ale fizicii, unitățile sistemelor SGS sunt utilizate pe scară largă: SGSE, SGSM și sistemul Gaussian simetric SGS. Unitățile sistemului tehnic al MKGSS și unele unități non-sistem sunt, de asemenea, utilizate într-o anumită măsură.
Sistemul Internațional (SI) este construit pe 6 unități de bază (metru, kilogram, secundă, kelvin, amper, candela) și 2 unități suplimentare (radian, steradian). Versiunea finală a proiectului standardului „Unități de mărimi fizice” conține: unități SI; unități permise pentru utilizare împreună cu unitățile SI, de exemplu: tonă, minut, oră, grad Celsius, grad, minut, secundă, litru, kilowatt-oră, rotații pe secundă, rotații pe minut; unități ale sistemului GHS și alte unități utilizate în secțiunile teoretice de fizică și astronomie: an lumină, parsec, hambar, electronvolt; unități permise temporar pentru utilizare, cum ar fi: angstrom, kilogram-forță, kilogram-forță-metru, kilogram-forță pe centimetru pătrat, milimetru de mercur, cai putere, calorie, kilocalorie, roentgen, curie. Cele mai importante dintre aceste unități și relațiile dintre ele sunt prezentate în Tabelul A1.
Denumirile abreviate ale unităților date în tabele sunt utilizate numai după valoarea numerică a cantității sau în titlurile coloanelor din tabel. Nu puteți utiliza abrevieri în locul numelor complete ale unităților din text fără valoarea numerică a cantităților. Când se utilizează atât simboluri rusești, cât și internaționale ale unităților, se folosește un font drept; denumirile (abreviate) ale unităților ale căror nume sunt date de numele oamenilor de știință (newton, pascal, watt etc.) trebuie scrise cu majuscule (N, Pa, W); În desemnările unităților, un punct nu este folosit ca semn de abreviere. Denumirile unităților incluse în produs sunt separate prin puncte ca semne de înmulțire; O bară oblică este de obicei folosită ca semn de divizare; Dacă numitorul include un produs de unități, atunci acesta este cuprins între paranteze.
Pentru a forma multipli și submultipli, se folosesc prefixe zecimale (vezi Tabelul A2). Este recomandat în special să folosiți prefixe care reprezintă o putere de 10 cu un exponent care este multiplu de trei. Este recomandabil să folosiți submultipli și multipli de unități derivate din unitățile SI și care rezultă în valori numerice cuprinse între 0,1 și 1000 (de exemplu: 17.000 Pa ar trebui să fie scris ca 17 kPa).
Nu este permisă atașarea a două sau mai multe atașamente la o unitate (de exemplu: 10 –9 m ar trebui să fie scris ca 1 nm). Pentru a forma unități de masă, prefixul este adăugat la numele principal „gram” (de exemplu: 10 –6 kg = 10 –3 g = 1 mg). Dacă numele complex al unității originale este un produs sau o fracțiune, atunci prefixul este atașat la numele primei unități (de exemplu, kN∙m). În cazurile necesare, este permisă utilizarea submultiplelor unități de lungime, suprafață și volum în numitor (de exemplu, V/cm).
Tabelul A3 prezintă principalele constante fizice și astronomice.
Tabelul P1
UNITĂȚI DE MĂSURĂ ALE MANTITĂȚILOR FIZICE ÎN SISTEMUL SI
ȘI RELAȚIA LOR CU ALTE UNITĂȚI
| Denumirea cantităților | Unități de măsură | Abreviere | Dimensiune | Coeficient de conversie în unități SI | ||
| GHS | MKGSS și unități nesistemice | |||||
| Unități de bază | ||||||
| Lungime | metru | m | 1 cm=10 –2 m | 1 Å=10 –10 m 1 an lumină=9,46×10 15 m | ||
| Greutate | kilograme | kg | 1g=10 –3 kg | |||
| Timp | doilea | Cu | 1 oră=3600 s 1 min=60 s | |||
| Temperatură | kelvin | LA | 10 C=1 K | |||
| Puterea curentă | amper | O | 1 SGSE I = =1/3×10 –9 A 1 SGSM I =10 A | |||
| Puterea luminii | candela | CD | ||||
| Unități suplimentare | ||||||
| Unghi plat | radian | bucuros | 1 0 =p/180 rad 1¢=p/108×10 –2 rad 1²=p/648×10 –3 rad | |||
| Unghi solid | steradian | mier | Unghi plin solid=4p sr | |||
| Unități derivate | ||||||
| Frecvenţă | hertz | Hz | s –1 | |||
Continuarea tabelului P1
| Viteza unghiulara | radiani pe secundă | rad/s | s –1 | 1 r/s=2p rad/s 1 rpm= =0,105 rad/s | |
| Volum | metru cub | m 3 | m 3 | 1cm 2 =10 –6 m 3 | 1 l=10 –3 m 3 |
| Viteză | metru pe secundă | Domnișoară | m×s –1 | 1cm/s=10 –2 m/s | 1km/h=0,278 m/s |
| Densitate | kilogram pe metru cub | kg/m3 | kg×m –3 | 1 g/cm 3 = =10 3 kg/m 3 | |
| Rezistenţă | newton | N | kg×m×s –2 | 1 din=10 –5 N | 1 kg=9,81N |
| Muncă, energie, cantitate de căldură | joule | J (N×m) | kg×m 2 ×s –2 | 1 erg=10 –7 J | 1 kgf×m=9,81 J 1 eV=1,6×10 –19 J 1 kW×h=3,6×10 6 J 1 cal=4,19 J 1 kcal=4,19×10 3 J |
| Putere | watt | W (J/s) | kg×m 2 ×s –3 | 1erg/s=10 –7 W | 1cp=735W |
| Presiune | pascal | Pa (N/m2) | kg∙m –1 ∙s –2 | 1 dină/cm2 = 0,1 Pa | 1 atm=1 kgf/cm 2 = =0,981∙10 5 Pa 1 mm.Hg.=133 Pa 1 atm= =760 mm.Hg.= =1,013∙10 5 Pa |
| moment de forta | newtonmetru | N∙m | kgm 2 ×s –2 | 1 dină×cm= =10 –7 N×m | 1 kgf×m=9,81 N×m |
| Moment de inerție | kilogram-metru pătrat | kg×m 2 | kg×m 2 | 1 g×cm 2 = =10 –7 kg×m 2 | |
| Vâscozitate dinamică | pascal-secunda | Pa×s | kg×m –1 ×s –1 | 1P/poise/==0,1Pa×s |
Continuarea tabelului P1
| Vâscozitatea cinematică | metru pătrat pe secundă | m2/s | m 2 × s –1 | 1St/Stokes/= =10 –4 m 2 /s | |
| Capacitatea termică a sistemului | joule pe kelvin | J/C | kg×m 2 x x s –2 ×K –1 | 1 cal/ 0 C = 4,19 J/K | |
| Căldura specifică | joule pe kilogram-kelvin | J/ (kg×K) | m 2 ×s –2 ×K –1 | 1 kcal/(kg × 0 C) = =4,19 × 10 3 J/(kg × K) | |
| Sarcina electrica | pandantiv | Cl | А×с | 1SGSE q = =1/3×10 –9 C 1SGSM q = =10 C | |
| Potențial, tensiune electrică | volt | V (W/A) | kg×m 2 x x s –3 ×A –1 | 1SGSE u = =300 V 1SGSM u = =10 –8 V | |
| Intensitatea câmpului electric | volt pe metru | V/m | kg×m x x s –3 ×A –1 | 1 SGSE E = =3×10 4 V/m | |
| Deplasare electrică (inducție electrică) | pandantiv pe metru pătrat | C/m2 | m –2 ×s×A | 1SGSE D = =1/12p x x 10 –5 C/m 2 | |
| Rezistenta electrica | ohm | Ohm (V/A) | kg×m 2 ×s –3 x x A –2 | 1SGSE R = 9×10 11 Ohm 1SGSM R = 10 –9 Ohm | |
| Capacitate electrică | farad | F (Cl/V) | kg –1 ×m –2 x s 4 ×A 2 | 1SGSE S = 1 cm = =1/9×10 –11 F |
Sfârșitul tabelului P1
| Fluxul magnetic | weber | Wb (W×s) | kg×m 2 ×s –2 x x A –1 | 1SGSM f = =1 Mks (maxvel) = =10 –8 Wb | |
| Inductie magnetica | tesla | Tl (Wb/m2) | kg×s –2 ×A –1 | 1SGSM V = =1 G (gauss) = =10 –4 T | |
| Intensitatea câmpului magnetic | amperi pe metru | Vehicul | m –1 ×A | 1SGSM N = =1E(oersted) = =1/4p×10 3 A/m | |
| Forța magnetomotoare | amper | O | O | 1SGSM Fm | |
| Inductanţă | Henry | Gn (Wb/A) | kg×m 2 x x s –2 ×A –2 | 1SGSM L = 1 cm = =10 –9 Hn | |
| Fluxul luminos | lumen | lm | CD | ||
| Luminozitate | candela pe metru pătrat | cd/m2 | m –2 ×cd | ||
| Iluminare | lux | Bine | m –2 ×cd |
INTRODUCERE
O mărime fizică este o caracteristică a uneia dintre proprietățile unui obiect fizic (sistem fizic, fenomen sau proces), care este comună calitativ multor obiecte fizice, dar individuală cantitativ pentru fiecare obiect.
Individualitatea este înțeleasă în sensul că valoarea unei cantități sau mărimea unei cantități poate fi pentru un obiect de un anumit număr de ori mai mare sau mai mică decât pentru altul.
Valoarea unei mărimi fizice este o estimare a mărimii acesteia sub forma unui anumit număr de unități acceptate pentru ea sau a unui număr pe o scară acceptată pentru aceasta. De exemplu, 120 mm este o valoare liniară; 75 kg este valoarea greutății corporale.
Există valori adevărate și reale ale unei mărimi fizice. Valoarea adevărată este o valoare care reflectă în mod ideal proprietatea unui obiect. Valoarea reală este o valoare a unei mărimi fizice găsită experimental, care este suficient de apropiată de valoarea adevărată pentru a putea fi folosită în schimb.
Măsurarea unei mărimi fizice este un ansamblu de operații care implică utilizarea unui mijloc tehnic care stochează o unitate sau reproduce o scară a unei mărimi fizice, care constă în compararea (explicit sau implicit) a mărimii măsurate cu unitatea sau scara ei pentru a obțineți valoarea acestei cantități în forma cea mai convenabilă pentru utilizare.
Există trei tipuri de mărimi fizice, a căror măsurare se efectuează conform unor reguli fundamental diferite.
Primul tip de mărimi fizice include mărimi pe setul de mărimi ale cărora sunt definite doar relații de ordine și echivalență. Acestea sunt relații precum „mai blând”, „mai greu”, „mai cald”, „mai rece”, etc.
Cantitățile de acest fel includ, de exemplu, duritatea, definită ca abilitatea unui corp de a rezista pătrunderii altui corp în el; temperatura, ca gradul de încălzire a corpului etc.
Existența unor astfel de relații este stabilită teoretic sau experimental folosind mijloace speciale de comparație, precum și pe baza observațiilor rezultatelor influenței unei mărimi fizice asupra oricăror obiecte.
Pentru al doilea tip de mărimi fizice, relația de ordine și echivalență are loc atât între dimensiuni, cât și între diferențele în perechi de mărimi ale acestora.
Un exemplu tipic este scala intervalului de timp. Astfel, diferențele de intervale de timp sunt considerate egale dacă distanțele dintre marcajele corespunzătoare sunt egale.
Al treilea tip constă din mărimi fizice aditive.
Mărimile fizice aditive sunt mărimi pe setul de mărimi ale cărora sunt definite nu numai relațiile de ordine și echivalență, ci și operațiile de adunare și scădere.
Astfel de cantități includ, de exemplu, lungimea, masa, curentul etc. Ele pot fi măsurate în părți, precum și reproduse utilizând o măsură multivalorică bazată pe însumarea măsurilor individuale.
Suma maselor a două corpuri este masa corpului care este echilibrată pe cântare cu brațe egale de primele două.
Dimensiunile oricăror două PV-uri omogene sau oricare două dimensiuni ale aceluiași PV pot fi comparate între ele, adică puteți afla de câte ori unul este mai mare (sau mai mic) decât celălalt. Pentru a compara m dimensiunile Q", Q", ..., Q (m) între ele, este necesar să se ia în considerare C m 2 din relațiile lor. Este mai ușor să comparăm fiecare dintre ele cu o dimensiune [Q] a unui PV omogen, dacă o luăm ca unitate de dimensiune PV (abreviată ca unitate de PV). În urma acestei comparații, obținem expresii pentru dimensiunile Q", Q", ... , Q (m) sub forma unor numere n", n", .. . ,n (m) unități PV: Q" = n" [Q]; Q" = n"[Q]; ...; Q(m) = n(m)[Q]. Dacă comparația este efectuată experimental, atunci vor fi necesare doar m experimente (în loc de C m 2), iar o comparație a dimensiunilor Q", Q", ... , Q (m) poate fi efectuată doar între ele prin calcule de genul
unde n (i) / n (j) sunt numere abstracte.
Egalitatea de tip
numită ecuația de măsurare de bază, unde n [Q] este valoarea mărimii PV (abreviată ca valoare PV). Valoarea PV este un număr numit format din valoarea numerică a mărimii PV (abreviată ca valoare numerică a PV) și numele unității PV. De exemplu, cu n = 3,8 și [Q] = 1 gram dimensiunea masei este Q = n [Q] = 3,8 grame, cu n = 0,7 și [Q] = 1 amper dimensiunea curentului Q = n [ Q] = 0,7 amperi. De obicei, în loc de „dimensiunea masei este de 3,8 grame”, „dimensiunea curentului este de 0,7 amperi”, etc., ei spun și scriu mai pe scurt: „masa este de 3,8 grame”, „curentul este de 0,7 amperi”. ””, etc.
Mărimea PV este cel mai adesea determinată prin măsurarea acestuia. Măsurarea mărimii PV (abreviată ca măsurare PV) constă în găsirea experimentală a valorii PV utilizând mijloace tehnice speciale și evaluarea apropierii acestei valori de valoarea care reflectă în mod ideal mărimea acestui PV. Valoarea PV găsită în acest fel va fi numită nominală.
Aceeași dimensiune Q poate fi exprimată în termeni diferiți cu valori numerice diferite în funcție de alegerea unității de măsură a PV (Q = 2 ore = 120 minute = 7200 secunde = = 1/12 zile). Dacă luăm două unități diferite și , atunci putem scrie Q = n 1 și Q = n 2, din care
n 1 /n 2 = /,
adică valorile numerice ale PV sunt invers proporționale cu unitățile sale.
Din faptul că dimensiunea PV nu depinde de unitatea aleasă, urmează condiția pentru măsurători neechivoce, care constă în faptul că raportul dintre două valori ale unui anumit PV nu ar trebui să depindă de ce unități au fost utilizate în măsurarea. De exemplu, raportul dintre vitezele unei mașini și ale unui tren nu depinde dacă aceste viteze sunt exprimate în kilometri pe oră sau în metri pe secundă. Această condiție, care la prima vedere pare imuabilă, din păcate, nu a fost încă îndeplinită la măsurarea anumitor PV (duritate, fotosensibilitate etc.).
1. PARTEA TEORETICĂ
1.1 Conceptul de mărime fizică
Obiectele cu greutate ale lumii înconjurătoare se caracterizează prin proprietățile lor. Proprietatea este o categorie filozofică care exprimă un astfel de aspect al unui obiect (fenomen, proces) care determină diferența sau comunitatea acestuia cu alte obiecte (fenomene, procese) și se dezvăluie în relațiile sale cu acestea. Proprietate - categorie de calitate. Pentru a descrie cantitativ diverse proprietăți ale proceselor și corpurilor fizice, este introdus conceptul de cantitate. Mărimea este o proprietate a ceva care poate fi distinsă de alte proprietăți și evaluată într-un fel sau altul, inclusiv cantitativ. O cantitate nu există de la sine, ea există numai în măsura în care există un obiect cu proprietăți exprimate printr-o cantitate dată.
Analiza cantităților ne permite să le împărțim (fig. 1) în două tipuri: cantități de tip material (real) și cantități de modele ideale ale realității (ideal), care se referă în principal la matematică și sunt o generalizare (model) a cantităților specifice. concepte reale.
Mărimile reale, la rândul lor, sunt împărțite în fizice și non-fizice. O mărime fizică în cazul cel mai general poate fi definită ca o mărime caracteristică obiectelor materiale (procese, fenomene) studiate în științe naturale (fizică, chimie) și tehnice. Mărimile non-fizice includ cantități inerente științelor sociale (nefizice) - filozofie, sociologie, economie etc.
Orez. 1. Clasificarea cantităților.
Documentul RMG 29-99 interpretează o mărime fizică ca una dintre proprietățile unui obiect fizic, care este comună calitativ pentru multe obiecte fizice, dar individuală cantitativ pentru fiecare dintre ele. Individualitatea în termeni cantitativi este înțeleasă în sensul că o proprietate poate fi de un anumit număr de ori mai mare sau mai mică pentru un obiect decât pentru altul.
Este recomandabil să împărțiți mărimile fizice în măsurate și estimate. EF măsurată poate fi exprimată cantitativ sub forma unui anumit număr de unități de măsură stabilite. Posibilitatea de a introduce și de a utiliza astfel de unități este o trăsătură distinctivă importantă a EF măsurată. Mărimile fizice pentru care, dintr-un motiv sau altul, nu se poate introduce o unitate de măsură, pot fi doar estimate. Evaluarea este înțeleasă ca operația de atribuire a unui anumit număr unei valori date, efectuată după reguli stabilite. Valorile sunt evaluate folosind scale. O scară de mărime este un set ordonat de valori ale unei mărimi care servește drept bază inițială pentru măsurarea unei cantități date.
Mărimile nefizice, pentru care o unitate de măsură nu poate fi introdusă în principiu, pot fi doar estimate. Trebuie remarcat faptul că evaluarea mărimilor nefizice nu face parte din sarcinile metrologiei teoretice.
Pentru un studiu mai detaliat al PV, este necesar să se clasifice și să identifice caracteristicile metrologice generale ale grupurilor lor individuale. Posibilele clasificări ale PV sunt prezentate în Fig. 2.
În funcție de tipurile de fenomene, PV sunt împărțite în:
Adevărat, adică cantități care descriu proprietățile fizice și fizico-chimice ale substanțelor, materialelor și produselor realizate din acestea. Acest grup include masa, densitatea, rezistența electrică, capacitatea, inductanța etc. Uneori, aceste PV sunt numite pasive. Pentru măsurarea acestora este necesară utilizarea unei surse auxiliare de energie, cu ajutorul căreia se generează un semnal de informare de măsurare. În acest caz, PV-urile pasive sunt convertite în cele active, care sunt măsurate;
Energia, adică cantități care descriu caracteristicile energetice ale proceselor de transformare, transmitere și utilizare a energiei. Acestea includ curent, tensiune, putere, energie. Aceste cantități sunt numite active.
Ele pot fi convertite în semnale de informare de măsurare fără utilizarea surselor auxiliare de energie;
Caracterizând cursul proceselor în timp, acest grup include diferite tipuri de caracteristici spectrale, funcții de corelare și alți parametri.
Dimensiunea fizică este o proprietate fizică a unui obiect material, proces, fenomen fizic, caracterizată cantitativ.
Valoarea cantității fizice exprimat prin unul sau mai multe numere care caracterizează această mărime fizică, indicând unitatea de măsură.
Mărimea unei mărimi fizice sunt valorile numerelor care apar în valoarea unei mărimi fizice.
Unităţi de măsură ale mărimilor fizice.
Unitatea de măsură a mărimii fizice este o cantitate de mărime fixă căreia i se atribuie o valoare numerică egală cu unu. Este folosit pentru exprimarea cantitativă a mărimilor fizice omogene cu acesta. Un sistem de unități de mărimi fizice este un set de unități de bază și derivate bazate pe un anumit sistem de mărimi.
Doar câteva sisteme de unități s-au răspândit. În majoritatea cazurilor, multe țări folosesc sistemul metric.
Unități de bază.
Măsurați o mărime fizică -înseamnă a-l compara cu o altă mărime fizică similară luată ca unitate.
Lungimea unui obiect este comparată cu o unitate de lungime, masa unui corp cu o unitate de greutate etc. Dar dacă un cercetător măsoară lungimea în brațe și altul în picioare, le va fi dificil să compare cele două valori. Prin urmare, toate mărimile fizice din întreaga lume sunt de obicei măsurate în aceleași unități. În 1963, a fost adoptat Sistemul Internațional de Unități SI (System international - SI).
Pentru fiecare mărime fizică din sistemul de unități trebuie să existe o unitate de măsură corespunzătoare. Standard unități de măsură este implementarea sa fizică.
Standardul de lungime este metru- distanta dintre doua curse aplicata pe o tija de forma speciala dintr-un aliaj de platina si iridiu.
Standard timp servește ca durată a oricărui proces care se repetă regulat, pentru care se alege mișcarea Pământului în jurul Soarelui: Pământul face o revoluție pe an. Dar unitatea de timp este considerată a nu fi un an, ci doilea.
Pe unitate viteză luați viteza unei astfel de mișcări rectilinie uniforme la care corpul se mișcă 1 m în 1 s.
O unitate de măsură separată este utilizată pentru suprafață, volum, lungime etc. Fiecare unitate este determinată la alegerea unui anumit standard. Dar sistemul de unități este mult mai convenabil dacă doar câteva unități sunt selectate ca principale, iar restul sunt determinate prin cele principale. De exemplu, dacă unitatea de lungime este un metru, atunci unitatea de suprafață va fi un metru pătrat, volumul va fi un metru cub, viteza va fi un metru pe secundă etc.
Unități de bază Mărimile fizice din Sistemul Internațional de Unități (SI) sunt: metru (m), kilogram (kg), secundă (s), amper (A), kelvin (K), candela (cd) și mol (mol).
|
Unități SI de bază |
|||
|
Magnitudinea |
Unitate |
Desemnare |
|
|
Nume |
rusă |
internaţional |
|
|
Puterea curentului electric |
|||
|
Temperatura termodinamica |
|||
|
Puterea luminii |
|||
|
Cantitatea de substanță |
|||
Există, de asemenea, unități SI derivate care au propriile nume:
|
Unități SI derivate cu nume proprii |
||||
|
Unitate |
Expresia unitară derivată |
|||
|
Magnitudinea |
Nume |
Desemnare |
Prin alte unități SI |
Prin unitățile SI majore și suplimentare |
|
Presiune |
m -1 ChkgChs -2 |
|||
|
Energie, muncă, cantitate de căldură |
m 2 ChkgChs -2 |
|||
|
Putere, flux de energie |
m 2 ChkgChs -3 |
|||
|
Cantitatea de energie electrică, sarcină electrică |
||||
|
Tensiune electrică, potențial electric |
m2 ChkgChs -3 ChA -1 |
|||
|
Capacitate electrică |
m -2 Chkg -1 Ch 4 Ch 2 |
|||
|
Rezistenta electrica |
m2 ChkgChs -3 ChA -2 |
|||
|
Conductivitate electrică |
m -2 Chkg -1 Ch 3 Ch 2 |
|||
|
Flux de inducție magnetică |
m2 ChkgChs -2 ChA -1 |
|||
|
Inductie magnetica |
kgHs -2 HA -1 |
|||
|
Inductanţă |
m2 ChkgChs -2 ChA -2 |
|||
|
Fluxul luminos |
||||
|
Iluminare |
m 2 ChkdChsr |
|||
|
Activitatea surselor radioactive |
becquerel |
|||
|
Doza de radiație absorbită |
||||
ŞImăsurători. Pentru a obține o descriere precisă, obiectivă și ușor reproductibilă a unei mărimi fizice, se folosesc măsurători. Fără măsurători, o mărime fizică nu poate fi caracterizată cantitativ. Definiții precum presiunea „scăzută” sau „înaltă”, temperatură „scăzută” sau „înaltă” reflectă doar opinii subiective și nu conțin comparații cu valorile de referință. La măsurarea unei mărimi fizice, i se atribuie o anumită valoare numerică.
Măsurătorile se efectuează folosind instrumente de măsurare. Există un număr destul de mare de instrumente și dispozitive de măsură, de la cele mai simple la cele mai complexe. De exemplu, lungimea se măsoară cu o riglă sau o bandă de măsurare, temperatura cu un termometru, lățimea cu șublere.
Instrumentele de măsurare se clasifică: după metoda de prezentare a informațiilor (afișare sau înregistrare), după metoda de măsurare (acțiune directă și comparare), după forma de prezentare a citirilor (analogică și digitală) etc.
Următorii parametri sunt tipici pentru instrumentele de măsură:
Domeniul de măsurare- intervalul de valori ale valorii măsurate pentru care este proiectat dispozitivul în timpul funcționării sale normale (cu o anumită precizie de măsurare).
Pragul de sensibilitate- valoarea minimă (prag) a valorii măsurate, distinsă de dispozitiv.
Sensibilitate- conectează valoarea parametrului măsurat și modificarea corespunzătoare a citirilor instrumentului.
Precizie- capacitatea dispozitivului de a indica valoarea adevărată a indicatorului măsurat.
Stabilitate- capacitatea dispozitivului de a menține o anumită precizie de măsurare pentru un anumit timp după calibrare.
Pentru o descriere cantitativă a diferitelor proprietăți ale obiectelor fizice, sistemelor fizice, fenomenelor sau proceselor, RMG 29-99 (Recomandări pentru standardizarea interstatală) a introdus conceptul cantități.
Magnitudinea- aceasta este o proprietate care poate fi distinsă de alte proprietăți și evaluată într-un fel sau altul, inclusiv cantitativ.
Cantitatile se impart in perfectŞi real .
Valori ideale se referă în principal la domeniul matematicii și reprezintă o generalizare (model) a unor concepte reale specifice. Sunt calculate într-un fel sau altul.
Valori reale sunt împărțite în fizice și non-fizice.
Cantitatea fizicăîn cazul general, poate fi definită ca o cantitate caracteristică unor obiecte materiale (procese, fenomene) studiate în ştiinţele naturii (fizică, chimie) şi tehnice. Mărimile fizice includ masa, temperatura, timpul, lungimea, tensiunea, presiunea, viteza etc.
LA non-fizică Acestea includ cantități inerente științelor sociale (non-fizice) - filozofie, sociologie, economie etc. Mărimile non-fizice pentru care o unitate nu poate fi introdusă pot fi doar estimate. Exemple de cantități non-fizice: evaluarea elevilor pe o scară de 5 puncte, numărul de angajați dintr-o organizație, prețul unui produs, cota de impozitare etc. Evaluarea cantităților non-fizice nu face parte din sarcinile teoretice. metrologie.
Cantitatea fizică– una dintre proprietățile unui obiect fizic, comună în sens calitativ pentru multe obiecte fizice, dar individuală cantitativ pentru fiecare dintre ele (latura calitativă determină „tipul” unei mărimi, de exemplu, rezistența electrică ca proprietate generală a conductorii de electricitate, iar partea cantitativă – „dimensiunea” acesteia „, de exemplu, rezistența unui anumit conductor).
Există mărimi fizice măsurabileŞi evaluat.
Mărimi fizice măsurate poate fi exprimat cantitativ în termenii unui număr specific de unităţi de măsură stabilite.
Mărimi fizice estimate– cantități pentru care, din anumite motive, nu se poate introduce o unitate de măsură și pot fi doar estimate.
Evaluare- operatia de atribuire a unui anumit numar de unitati acceptate pentru acesta unei marimi fizice date, efectuata dupa reguli stabilite. Evaluarea se realizează folosind cântare.
Pentru a exprima conținutul cantitativ al unei proprietăți a unui anumit obiect, este utilizat conceptul de „dimensiune a mărimii fizice”, a cărui evaluare este stabilită în timpul procesului de măsurare.
Mărimea mărimii fizice(mărimea unei cantități) este determinarea cantitativă a unei mărimi fizice inerente unui obiect material, sistem, fenomen sau proces specific.
De exemplu, fiecare persoană are o anumită înălțime și greutate, în urma cărora oamenii se pot distinge prin înălțimea sau greutatea lor, adică. după mărimile mărimilor fizice care ne interesează.
Mărimea este o caracteristică cantitativă obiectivă care nu depinde de alegerea unităților de măsură.
De exemplu, dacă scriem 3,5 kg și 3500 g, atunci acestea sunt două reprezentări de aceeași dimensiune. Fiecare dintre ei este sens mărimea fizică (în acest caz, masa).
Valoarea cantității fizice este o expresie a mărimii unei mărimi fizice sub forma unui anumit număr de unități acceptate pentru aceasta.
Valoarea cantității fizice Q obţinută în urma măsurării şi calculată în conformitate cu ecuația de măsură de bază:
Q = q[Q], (1)
unde q este un număr abstract numit valoare numericăși [Q] – dimensiunea unității măsurarea unei mărimi fizice date.
Valoarea numerică a unei mărimi fizice– un număr abstract care exprimă raportul dintre valoarea unei mărimi și unitatea corespunzătoare unei mărimi fizice date.
Valoare numerică Rezultatul măsurării va depinde de alegerea unității de măsură a mărimii fizice. (Exemplu despre un boa constrictor dintr-un desen animat).
Numerele 3.5 și 3500 sunt numere abstracte incluse în valoarea unei mărimi fizice și indicând valorile numerice ale unei mărimi fizice. În exemplul dat, masa obiectului este dată de numerele - 3,5 și 3500, iar unitățile sunt kilogramul (kg) și gramul (g).
Sens valorile nu trebuie confundate cu dimensiune. Mărimea mărimii fizice a unui obiect dat există cu adevărat și indiferent dacă o știm sau nu, dacă o exprimăm în orice unitate sau nu. Valoarea unei mărimi fizice apare numai după ce mărimea cantității unui obiect dat este exprimată folosind o unitate.
Unitatea de măsură fizică- o mărime fizică de mărime fixă, căreia i se atribuie în mod convențional o valoare numerică egală cu unu. Este folosit pentru exprimarea cantitativă a cantităților fizice omogene.
Mărimile fizice omogene sunt mărimi fizice care sunt exprimate în aceleași unități și pot fi comparate între ele (de exemplu, lungimea și diametrul unei piese).
Mărimile fizice sunt combinate în sistem.
Sistem de mărimi fizice(sistemul de mărimi) este un set de mărimi fizice format în conformitate cu principii acceptate, când unele mărimi sunt luate ca independente, iar altele sunt determinate ca funcții ale acestor mărimi independente.
Toate mărimile incluse în sistemul de mărimi fizice sunt împărțite în de bazăŞi derivate.
Mărimea fizică de bază- o mărime fizică inclusă într-un sistem de mărimi și acceptată convențional ca independentă de alte mărimi ale acestui sistem.
Mărimea fizică derivată– o mărime fizică inclusă într-un sistem de mărimi și determinată prin mărimile de bază ale acestui sistem.
O reflectare oficială a diferenței calitative în mărimile fizice este lor dimensiune.
Dimensiunea unei marimi fizice - aceasta este o expresie care reflectă relația unei mărimi date cu mărimile fizice acceptate într-un sistem dat de unități ca fiind de bază cu un coeficient de proporționalitate egal cu unu.
Dimensiunea unei marimi fizice este indicata prin simbolul dim (din latinescul dimensiune - dimensiune).
Dimensiunile mărimilor fizice de bază sunt indicate prin majuscule corespunzătoare:
lungime - dim l = L
masa - dim m = M
timp - dim t = T
puterea curentului electric – dim i= eu
temperatura termodinamică – dim Q = Q
cantitate de substanță - dim n = N
intensitatea luminoasă – dim j = J
Dimensiune dim x orice derivată a unei mărimi fizice X determinată prin ecuaţia conexiunii dintre mărimi. Are forma unui produs de cantități de bază ridicate la puterile corespunzătoare:
dim x = L a M b T g I e Qi N v J t ,(2)
unde L, M, T, I... - simboluri ale principalelor marimi ale acestui sistem;
a, b, g, e... - indicatori de dimensiune, fiecare dintre care poate fi pozitiv sau negativ, un număr întreg sau fracționar, precum și zero.
Indicator de dimensiune - exponent la care se ridică dimensiunea unei mărimi fizice de bază inclusă în dimensiunea unei mărimi fizice derivate.
În funcție de prezența dimensiunii, mărimile fizice sunt împărțite în dimensionalăŞi fără dimensiuni.
Mărimea fizică dimensională– o mărime fizică în dimensiunea căreia cel puțin una dintre mărimile fizice de bază este ridicată la o putere diferită de zero.
Mărimea fizică fără dimensiuni– toți indicatorii de dimensiune sunt egali cu zero. Nu au unități de măsură, adică nu se măsoară în nimic ( De exemplu, coeficientul de frecare).
Cântare de măsurare
Evaluarea și măsurarea mărimilor fizice se realizează folosind diverse scale.
Scala de măsurare este un set ordonat de valori ale unei mărimi fizice care servește drept bază pentru măsurarea acesteia.
Să explicăm acest concept folosind exemplul scalelor de temperatură. Pe scara Celsius, temperatura de topire a gheții este luată ca punct de plecare, iar punctul de fierbere al apei este luat ca interval principal (punct de referință). O sutime din acest interval este unitatea de temperatură (grad Celsius).
Se disting următoarele tipuri principale: scale de măsurare: nume, ordine, diferențe (intervale), rapoarte și scale absolute.
Numiți cântare reflectă proprietăți de calitate. Elementele acestor scale se caracterizează numai prin relații de echivalență (egalitate) și asemănare a manifestărilor calitative specifice ale proprietăților.
Un exemplu de astfel de scale este scala de clasificare (evaluare) a culorii obiectelor după nume (roșu, portocaliu, galben, verde etc.), bazată pe atlase de culori standardizate, sistematizate prin similitudine. Măsurătorile în scara de culori se fac prin compararea, sub anumite lumini, a mostrelor de culoare din atlas cu culoarea obiectului studiat și stabilirea egalității (echivalenței) culorilor acestora.
Scalele de denumire nu conțin concepte precum „zero”, „unitate de măsură”, „dimensiune”, „mai mult” sau „mai puțin”. Scala de denumire poate consta din orice simbol (număr, nume, alte simboluri). Numerele sau numerele unui astfel de cântar nu sunt altceva decât semne de cod.
Scala de denumire vă permite să faceți clasificări, să identificați și să distingeți obiectele.
Scala de comandă(scala de rang) - aranjează obiectele în raport cu oricare dintre proprietățile lor în ordine descrescătoare sau crescătoare.
Seria ordonată rezultată se numește clasat. El poate da răspunsuri la întrebările: „Ce este mai mult sau mai puțin?”, „Ce este mai rău sau mai bun?”. Scala de comandă nu poate oferi informații mai detaliate - cât de mult mai mult sau mai puțin, de câte ori mai bine sau mai rău.
Un exemplu de scară de ordine este un grup de oameni construit după înălțime, în care fiecare următor este mai jos decât toți precedentele; notarea cunoștințelor; locul sportivului; scara vântului (scara Beaufort) și cutremur (scara Richter); scale de numere de duritate (scări Rockwell, Brinell, Vickers), etc.
Scalele de comandă pot avea sau nu un element zero ( de exemplu, clasele de precizie clasate ale instrumentelor (0,1 și 2)).
Folosind scalele de ordine, puteți măsura indicatori calitativi care nu au o măsură cantitativă strictă. Aceste scale sunt utilizate mai ales pe scară largă în științe umaniste: pedagogie, psihologie, sociologie.
Scala diferențelor(intervale) conține diferența dintre valorile unei mărimi fizice. Pentru aceste scale, relațiile de echivalență, ordine și însumarea intervalelor (diferențelor) dintre manifestările cantitative ale proprietăților au sens.
Această scară constă din intervale identice, are o unitate de măsură convențională (acceptată prin acord) și un punct de referință ales arbitrar - zero.
