Фізична величина-основний понятійний елемент фізики, що відображає кількісні та якісні характеристики явища або об'єкта. Вона описує властивості матерії, її рух і взаємодію з іншими об'єктами. Фізичні величини важливі для науки, так як вони дозволяють описувати і вивчати явища, а також прогнозувати їх поведінку.
Визначення фізичної величини складається з двох основних компонентів: числовий і одиниці виміру. Числове значення фізичної величини характеризує її магнітуду або кількість, тоді як одиниця визначає масштаб і спосіб вимірювання. Наприклад, швидкість можна описати значенням 10 м/сек, де 10 – числове значення, а м/сек – одиниця виміру.
Основним принципом вимірювання фізичної величини є порівняння з еталоном. Вимірювану величину порівнюють з еталоном тієї ж величини і встановлюють співвідношення між ними. Еталоном може бути предмет, який має певні властивості та характеристики, або фізична константа, така як швидкість світла. При вимірюванні фізичної величини важливо враховувати різні фактори, які можуть впливати на точність результатів, такі як похибка вимірювання.
Фізична величина у фізиці
Фізичні величини можуть бути розділені на дві категорії: основні і похідні. Основні фізичні величини не можуть бути виражені через комбінації інших фізичних величин, в той час як похідні фізичні величини виходять шляхом математичних операцій над основними.
Один з фундаментальних принципів вимірювання фізичних величин-це одиниці виміру. Одиниці виміру-це стандартизовані значення, що використовуються для порівняння та опису фізичних величин. Система міжнародних одиниць (СІ) є міжнародно визнаною системою одиниць і включає такі основні одиниці, як метр, кілограм, секунда, ампер, Кельвін, моль і кандела.
Для вимірювання фізичних величин використовуються різні методи і прилади. У фізиці широко використовуються такі методи вимірювання, як прямі вимірювання, непрямі вимірювання, а також методи порівняння та перетворення.
Важливо відзначити, що вимірювання фізичних величин не завжди є абсолютно точним і може бути обмежена систематичними і випадковими похибками. Для обліку та оцінки похибок застосовуються різні методи, такі як методи статистичної обробки даних і методи оцінки похибок вимірювань.
Визначення та класифікація
Фізичні величини діляться на основні і похідні. Основні фізичні величини-це фундаментальні величини, які не можуть бути виражені через інші величини. Вони включають в себе такі величини, як маса, Довжина, час, електричний заряд і т. д.
Похідні фізичні величини отримують шляхом поєднання основних величин за допомогою математичних операцій, таких як додавання, віднімання, множення та ділення. Прикладами похідних величин є швидкість, прискорення, сила і т. д.
Фізичні величини також можуть бути класифіковані на скалярні і векторні. Скалярні величини мають тільки чисельне значення і не володіють напрямком. Прикладами скалярних величин є маса і часовий інтервал. Векторні величини мають не тільки чисельне значення, але і напрямок. Прикладами векторних величин є сила і швидкість.
Фізичні величини також можуть мати одиниці вимірювання, які використовуються для визначення та порівняння значень величин. Одиниці вимірювання можуть бути базовими або похідними, і зазвичай вони мають міжнародні стандарти для забезпечення єдності та точності вимірювань.
Принципи вимірювання фізичних величин
Першим принципом вимірювання є принцип порівнянності. Він полягає в тому, що вимірювана величина повинна бути порівнянна з якоюсь еталонною величиною. Еталонна величина повинна бути стабільною і мати відоме значення. Наприклад, для вимірювання довжини застосовують метр і його різноманіття (кілометр, сантиметр і т.д.).
Другим принципом є принцип інваріантності. Він ґрунтується на тому, що вимірювання має бути незалежним від зовнішніх умов і методів вимірювання. Тобто результат вимірювання не повинен залежати від того, хто, як і де виробляє вимір. Наприклад, маса предмета повинна залишатися постійною і однаковою, не залежно від того, де і ким вона вимірюється.
Третім принципом є принцип разрешимости. Він полягає в тому, що вимірювання повинно бути вирішуваним з достатньою точністю. Тобто існує деяка гранична точність вимірювання, яку можна досягти за допомогою доступних засобів і методів. Визначення цієї точності дозволяє оцінити достовірність результатів.
Четвертим принципом є принцип збереження і відображення інформації. Він грунтується на тому, що при вимірюванні фізичної величини повинна бути збережена і відображена максимально повна інформація про вимірюваному об'єкті. Це включає в себе не тільки значення вимірюваної величини, але і її похибка, умови проведення вимірювання та іншу додаткову інформацію.
Щоб досягти точних і надійних результатів вимірювань, необхідно дотримуватися всіх цих принципів. Використання правильних методів і приладів, а також облік всіх факторів, що впливають на вимір, дозволяють отримати достовірні дані, які можуть бути використані для аналізу і подальших досліджень.
| Принцип | Опис |
|---|---|
| Принцип порівнянності | Вимірювана величина повинна бути порівнянна з еталонною величиною. |
| Принцип інваріантності | Результат вимірювання не повинен залежати від зовнішніх умов і методів вимірювання. |
| Принцип розв'язності | Вимірювання повинно бути вирішуваним з достатньою точністю. |
| Принцип збереження і відображення інформації | При вимірюванні повинна бути збережена і відображена повна інформація про вимірюваному об'єкті. |
Одиниці виміру та їх системи
Існує кілька систем одиниць вимірювання, найпоширенішими з яких є Сі (Міжнародна система одиниць) та СГС (Сантиметр-грам-Секунда).
СІ є найбільш поширеною і широко прийнятою системою одиниць вимірювання у фізиці. У ній основними одиницями вимірювання є метр (м) для вимірювання довжини, кілограм (кг) для вимірювання маси, секунда (з) для вимірювання часу і ампер (А) для вимірювання електричного струму. Окрім основних одиниць, СІ також використовує похідні одиниці для вимірювання інших фізичних величин, таких як сила, енергія, потужність тощо.
СГС, у свою чергу, базується на сантиметрі (см) для вимірювання довжини, грамі (г) для вимірювання маси та секунді (C) для вимірювання часу. У СГС використовуються різні приставки для позначення великих або дрібних значень, такі як Міллі, мікро, Санті і т. д.
Крім СІ і СГС, існують також інші системи одиниць вимірювання, такі як СГСЕ (Сантиметр-грам-Секунда-Ерг), СГСЕМ (Сантиметр-грам-Секунда-Ерг-Максвелл), АМС (абсолютна міра світла) і ін. Однак ці системи менш поширені і використовуються в основному для конкретних цілей і в певних областях фізики.
Вибір системи вимірювання та одиниці вимірювання залежить від конкретної задачі та галузі фізики, в якій проводиться вимірювання. Правильний вибір одиниць вимірювання дозволяє спростити обчислення і зробити результати більш зрозумілими і порівнянними.
Приклади фізичних величин і їх вимір
Фізичні величини відіграють особливу роль у фізиці, так як вони описують різні властивості об'єктів і явищ в природі. Вони можуть бути виміряні за допомогою різних методів та інструментів.
Розглянемо деякі приклади фізичних величин і способи їх вимірювання:
Довжина: Довжина-одна з основних фізичних величин, яка вимірює протяжність об'єкта. Для вимірювання довжини використовуються різні інструменти, такі як лінійка, штангенциркуль або мірна стрічка.
Маса: Маса-фізична величина, що характеризує кількість речовини в об'єкті. Для вимірювання маси використовується ваги або баланси. Маса вимірюється в кілограмах (кг) або інших одиницях, таких як грами (г) або тонни (т).
Час: Час-фізична величина, що вимірюється в секундах (з), яка характеризує протяжність подій в минулому, сьогоденні і майбутньому. Вимірювання часу здійснюється за допомогою годин, секундомірів або інших пристроїв.
Температура: Температура-фізична величина, яка характеризує ступінь нагрітості або охолодження об'єкта. Для вимірювання температури використовуються термометри, які можуть бути ртутними, електронними або інфрачервоними.
Сила: Сила-фізична величина, що характеризує взаємодію між об'єктами. Сила вимірюється в ньютонах (Н) і може бути виміряна за допомогою динамометра або інших пристроїв.
Це лише деякі приклади фізичних величин та способів їх вимірювання. Фізичні величини та їх вимірювання є важливими аспектами фізики і дозволяють нам краще зрозуміти та описати різні явища та процеси в природі.