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Conférence 1. Propriété. Ordre de grandeur. Équation de mesure de base

2. Mesures

Grandeurs, mesures et instruments de mesure sont étudiés en détail dans le cours « Métrologie », qui vous sera dispensé en quatrième année. Nous examinerons ici les principaux points que nous aurons besoin de connaître dans le cours « Instruments et mesures géodésiques ».

1. Propriété. Ordre de grandeur. Équation de mesure de base

Tous les objets du monde environnant sont caractérisés par leurs propriétés.

Par exemple, nous pouvons nommer des propriétés d'objets telles que la couleur, le poids, la longueur, la hauteur, la densité, la dureté, la douceur, etc. Cependant, du fait qu'un objet est coloré ou long, nous n'apprenons rien sinon qu'il a la propriété de couleur ou de longueur.

Pour une description quantitative de diverses propriétés, processus et corps physiques, le concept de quantité est introduit.

Toutes les quantités peuvent être divisées en deux types :réel Et parfait .

Idéal les quantités concernent principalement les mathématiques et constituent une généralisation (modèle) de concepts réels spécifiques. Ils ne nous intéressent pas.

Réel les quantités sont divisées, à leur tour, parphysique Et non physique .

À non physique les valeurs inhérentes aux sciences sociales (non physiques) - philosophie, sociologie, économie, etc. devraient être incluses. Ces quantités ne nous intéressent pas.

Physique une grandeur dans le cas général peut être définie comme une grandeur caractéristique des objets matériels (processus, phénomènes) étudiés dans les sciences naturelles (physique, chimie) et techniques. Ce sont ces quantités qui nous intéressent.

L'individualité en termes quantitatifs s'entend dans le sens où une propriété peut être un certain nombre de fois plus grande ou moindre pour un objet que pour un autre.

Par exemple, chaque objet sur Terre possède une propriété telle que le poids. Si vous prenez plusieurs pommes, chacune d'elles a du poids. Mais en même temps, le poids de chaque pomme sera différent du poids des autres pommes.

Les grandeurs physiques peuvent être divisées enmesurable Et évalué.

Les grandeurs physiques pour lesquelles, pour une raison ou une autre, une mesure ne peut être effectuée ou une unité de mesure ne peut être saisie, ne peuvent être qu'estimées. De telles grandeurs physiques sont appelées évaluable . Ces grandeurs physiques sont évaluées à l'aide d'échelles conventionnelles. Par exemple, l'intensité des tremblements de terre est estimée parÉchelle de Richter, dureté minérale - Échelle de Mohs.

Selon le degré d'indépendance conditionnelle par rapport aux autres grandeurs, les grandeurs physiques sont divisées en basique (conditionnellement indépendant),dérivés (conditionnellement dépendant) etsupplémentaire .

Toute physique moderne peut être construite sur sept grandeurs fondamentales qui caractérisent les propriétés fondamentales du monde matériel. Ceux-ci inclusSept grandeurs physiques sélectionnées danssystème SI comme principal , Et deux supplémentaire grandeurs physiques.

À l'aide des sept grandeurs principales et de deux grandeurs supplémentaires, introduites uniquement pour des raisons de commodité, toute la variété des grandeurs physiques dérivées est formée et une description des propriétés des objets et phénomènes physiques est fournie.

Selon la présence de dimension, les grandeurs physiques sont divisées endimensionnel , c'est à dire. ayant une dimension, etadimensionnelle .

Concept dimensions d'une grandeur physique a été présenté Fourier en 1822.

Dimension qualité ses caractéristiques et est indiqué par le symbole
, venant du mot dimension (Anglais - taille, dimension). Dimension principal les quantités physiques sont indiquées par les lettres majuscules appropriées. Par exemple, pour la longueur, la masse et le temps

La dimension d'une grandeur physique dérivée est exprimée à travers les dimensions des grandeurs physiques de base à l'aide d'un monôme de puissance :

Où ,
,, … – dimensions des grandeurs physiques de base ;

, ,, … – indicateurs de dimension.

De plus, chacun des indicateurs de dimension peut être positif ou négatif, un nombre entier ou fractionnaire, ainsi que zéro.

Si tous les indicateurs de dimension sont égaux à zéro , alors cette quantité s'appelle adimensionnelle .

Taille la quantité mesurée estquantitatif ses caractéristiques.

Par exemple, la longueur d’une planche est une caractéristique quantitative d’une planche. La longueur elle-même ne peut être déterminée qu'à la suite d'une mesure.

Un ensemble de nombres représentant des quantités homogènes de tailles différentes doit être un ensemble de nombres portant le même nom. Cette dénomination est unité de quantité physique ou sa part. Le même exemple avec la longueur de la planche. Il existe un ensemble de nombres caractérisant la longueur des différentes planches : 110, 115, 112, 120, 117. Tous les nombres sont appelés centimètres. Le centimètre de dénomination est une unité de quantité physique, en l’occurrence une unité de longueur.

Par exemple, mètre, kilogramme, seconde.

Par exemple, 54,3 mètres, 76,8 kilogrammes, 516 secondes.

Par exemple, 54,3, 76,8, 516.

Les trois paramètres répertoriés sont interconnectés par la relation

, (3.1) qui est appeléeéquation de mesure de base .

2. Mesures

De l'équation de mesure de base, il s'ensuit quela mesure - c'est la détermination de la valeur d'une grandeur ou, en d'autres termes, c'est la comparaison d'une grandeur avec son unité. Les mesures de grandeurs physiques sont effectuées à l'aide de moyens techniques. La définition suivante de la mesure peut être donnée.

Cette définition contient quatre caractéristiques du concept de mesure.

1. Seules les grandeurs physiques peuvent être mesurées(c'est-à-dire les propriétés des objets matériels, des phénomènes, des processus).

2. La mesure est l'estimation expérimentale d'une quantité, c'est à dire. c'est toujours une expérience.

La détermination calculée d'une quantité à l'aide de formules et de données initiales connues ne peut pas être qualifiée de mesure.

3. La mesure est effectuée à l'aide de moyens techniques spéciaux - des supports de tailles unitaires ou d'échelles, appelés instruments de mesure.

4. La mesure est la détermination de la valeur d'une quantité, c'est-à-dire est la comparaison d'une quantité avec son unité ou son échelle. Cette approche a été développée au cours de siècles de pratique de mesure. Cela correspond pleinement au contenu de la notion de « mesure », donnée il y a plus de 200 ans par L. Euler : « Il est impossible de définir ou de mesurer une grandeur, sauf en prenant pour connue une autre grandeur de même espèce et en indiquant le rapport dans lequel elle se trouve à elle. » .

La mesure d'une grandeur physique comprend deux (en général, il peut y en avoir plusieurs) étapes :

UN) comparaison d'une grandeur mesurée avec une unité;

b) transformation en une forme pratique à utiliser(différentes méthodes d'affichage).

Les mesures distinguent :

UN) principe de mesure– il s'agit d'un phénomène ou d'un effet physique sous-jacent aux mesures ;

b) méthode de mesure– une technique ou un ensemble de techniques permettant de comparer une grandeur physique mesurée avec son unité conformément au principe de mesure mis en œuvre. La méthode de mesure est généralement déterminée par la conception des instruments de mesure.

Toutes les mesures possibles rencontrées dans la pratique humaine peuvent être classées dans plusieurs directions.

1. Classification par types de mesures :

UN) mesure directe – une mesure dans laquelle la valeur souhaitée d'une grandeur physique est obtenue directement.

Exemples : mesurer la longueur d'une ligne avec un ruban à mesurer, mesurer des angles horizontaux ou verticaux avec un théodolite ;

b) mesure indirecte – détermination de la valeur souhaitée d'une grandeur physique sur la base des résultats de mesures directes d'autres grandeurs physiques fonctionnellement liées à la grandeur souhaitée.

Exemple 1. Mesure des longueurs de lignes à l'aide de la méthode de parallaxe, dans laquelle l'angle horizontal est mesuré sur les repères du rail de base dont la distance est connue ; la longueur requise est calculée à l'aide de formules reliant cette longueur à l'angle horizontal et à la base.

Exemple 2. Mesurer la longueur d'une ligne avec un télémètre. Dans ce cas, ce n'est pas la longueur de ligne elle-même qui est directement mesurée, mais le temps de passage de l'impulsion électromagnétique entre l'émetteur et le réflecteur installé au-dessus des points entre lesquels la longueur de ligne est mesurée.

Exemple 3. Détermination des coordonnées spatiales d'un point de la surface terrestre à l'aide du système mondial de navigation par satellite (GNSS). Dans ce cas, ce ne sont pas les coordonnées ni même les longueurs qui sont mesurées, mais encore une fois le temps nécessaire au signal pour voyager de chaque satellite jusqu'au récepteur. À l'aide du temps mesuré, les distances entre les satellites et le récepteur sont déterminées indirectement, puis, encore une fois, de manière indirecte, les coordonnées du point d'arrêt sont déterminées.

V) mesures conjointes – mesures simultanées de deux ou plusieurs grandeurs différentes pour déterminer la relation entre elles.

Exemple. Mesurer la longueur d'une tige métallique et la température à laquelle la longueur de la tige est mesurée. Le résultat de ces mesures est la détermination du coefficient de dilatation linéaire du métal à partir duquel la tige est fabriquée en raison des changements de température.

G) mesures globales – mesures de plusieurs grandeurs du même nom effectuées simultanément, dans lesquelles les valeurs souhaitées des grandeurs sont déterminées en résolvant un système d'équations obtenu en mesurant ces grandeurs dans diverses combinaisons.

2. Classification par méthodes de mesure :

UN) méthode d'évaluation directe– une méthode dans laquelle la valeur d'une grandeur est déterminée directement à partir de l'instrument de mesure indicateur ;

exemples de mesure de pression avec un baromètre ou de température avec un thermomètre ;

b) méthode de comparaison avec mesure– une méthode de mesure dans laquelle la valeur mesurée est comparée à la valeur reproduite par la mesure ;

exemples:

en appliquant une règle avec des divisions à n'importe quelle pièce, ils comparent essentiellement sa taille avec l'unité stockée par la règle et, après avoir effectué une lecture, obtiennent la valeur de la quantité (longueur, hauteur, épaisseur et autres paramètres) ;

à l'aide d'un appareil de mesure, la taille d'une grandeur (par exemple un angle), convertie en mouvement d'un pointeur (alidade), est comparée à l'unité mémorisée par l'échelle de cet appareil (un cercle horizontal, divisant un cercle est une mesure), et un décompte est effectué.

Une caractéristique de la précision des mesures est son erreur ou son incertitude.

Lors des mesures, l'objet réel mesuré est toujours remplacé par son modèle qui, en raison de son imperfection, diffère de l'objet réel. En conséquence, les quantités caractérisant un objet réel différeront également des quantités similaires du même objet. Cela conduit à des erreurs de mesure inévitables, qui sont généralement divisées en erreurs aléatoires et systématiques.

Méthode de mesure. Le choix de la méthode de mesure est déterminé par le modèle adopté de l'objet à mesurer et les instruments de mesure disponibles. Lors du choix d'une méthode de mesure, il est assuré que l'erreur de la méthode de mesure, c'est-à-dire la composante de l'erreur de mesure systématique, due à l'imperfection du modèle et de la méthode de mesure adoptés (sinon l'erreur théorique), n'a pas affecté de manière notable l'erreur de mesure résultante, c'est-à-dire n'a pas dépassé 30% d'elle.

Modèle objet. En règle générale, les modifications des paramètres mesurés du modèle au cours du cycle d'observation ne doit pas dépasser 10 % de l'erreur de mesure spécifiée. Si des alternatives sont possibles, des considérations économiques sont également prises en compte : une surestimation inutile de la précision du modèle et de la méthode de mesure entraîne des coûts déraisonnables. Il en va de même pour le choix des instruments de mesure.

Instruments de mesure. Le choix des instruments de mesure et des appareils auxiliaires est déterminé par la grandeur mesurée, la méthode de mesure adoptée et la précision requise des résultats de mesure (normes de précision). Les mesures utilisant des instruments de mesure d'une précision insuffisante ont peu de valeur (voire dénuée de sens), car elles peuvent conduire à des conclusions erronées. L’utilisation d’instruments de mesure trop précis n’est pas économiquement rentable. L'éventail des changements dans la valeur mesurée, les conditions de mesure, les caractéristiques de performance des instruments de mesure et leur coût sont également pris en compte.

L'attention principale est portée aux erreurs des instruments de mesure. Il est nécessaire que l'erreur totale du résultat de la mesure
était inférieur à l’erreur de mesure maximale tolérée
, c'est à dire.

— erreur maximale due à l'opérateur.<

Une grandeur physique est l'une des propriétés d'un objet physique (phénomène, processus), qualitativement commune à de nombreux objets physiques, tout en différant par sa valeur quantitative.

Le but des mesures est de déterminer la valeur d'une grandeur physique - un certain nombre d'unités acceptées pour celle-ci (par exemple, le résultat de la mesure de la masse d'un produit est de 2 kg, la hauteur d'un bâtiment est de 12 m, etc. ).

Selon le degré d'approximation de l'objectivité, on distingue les valeurs vraies, réelles et mesurées d'une grandeur physique.

Il s'agit d'une valeur qui reflète idéalement la propriété correspondante d'un objet en termes qualitatifs et quantitatifs. En raison de l'imperfection des outils et méthodes de mesure, il est pratiquement impossible d'obtenir les vraies valeurs des grandeurs. Ils ne peuvent être imaginés que théoriquement. Et les valeurs obtenues lors de la mesure ne se rapprochent que plus ou moins de la valeur réelle.

Il s’agit d’une valeur d’une quantité trouvée expérimentalement qui est si proche de la vraie valeur qu’elle peut être utilisée à la place dans un but donné.

Il s'agit de la valeur obtenue par mesure à l'aide de méthodes et d'instruments de mesure spécifiques.

9. Classification des mesures selon la dépendance de la valeur mesurée au temps et selon des ensembles de valeurs mesurées.

Selon la nature du changement de la valeur mesurée - mesures statiques et dynamiques.

Mesure dynamique - une mesure d'une quantité dont la taille change avec le temps. Un changement rapide de la taille de la quantité mesurée nécessite sa mesure avec la détermination la plus précise du moment. Par exemple, mesurer la distance à la surface de la Terre depuis un ballon ou mesurer la tension constante d'un courant électrique. Essentiellement, une mesure dynamique est une mesure de la dépendance fonctionnelle de la grandeur mesurée au temps.

Mesure statique - mesure d'une grandeur prise en compte conformément à la tâche de mesure assignée et ne change pas tout au long de la période de mesure. Par exemple, mesurer la taille linéaire d'un produit fabriqué à température normale peut être considéré comme statique, car les fluctuations de température dans l'atelier au niveau des dixièmes de degré introduisent une erreur de mesure ne dépassant pas 10 μm/m, ce qui est insignifiant par rapport à à l'erreur de fabrication de la pièce. Par conséquent, dans cette tâche de mesure, la grandeur mesurée peut être considérée comme inchangée. Lors de l'étalonnage d'une mesure de longueur de ligne par rapport à l'étalon primaire de l'État, la thermostatisation garantit la stabilité du maintien de la température au niveau de 0,005 °C. De telles fluctuations de température entraînent une erreur de mesure mille fois plus petite – pas plus de 0,01 μm/m. Mais dans cette tâche de mesure, cela est essentiel, et la prise en compte des changements de température au cours du processus de mesure devient une condition pour garantir la précision de mesure requise. Ces mesures doivent donc être effectuées en utilisant la technique de mesure dynamique.

Basé sur des ensembles de valeurs mesurées existants sur électrique ( courant, tension, puissance) , mécanique ( masse, nombre de produits, effort) ; , Energie thermique(température, pression) ; , physique(densité, viscosité, turbidité) ; chimique(composition, propriétés chimiques, concentration) , ingénierie radio etc.

Classement des mesures selon la méthode d'obtention du résultat (par type).

Selon le mode d'obtention des résultats de mesure, on les distingue : mesures directes, indirectes, cumulatives et conjointes.

Les mesures directes sont celles dans lesquelles la valeur souhaitée de la quantité mesurée est trouvée directement à partir de données expérimentales.

Les mesures indirectes sont celles dans lesquelles la valeur souhaitée de la grandeur mesurée est trouvée sur la base d'une relation connue entre la grandeur mesurée et les grandeurs déterminées à l'aide de mesures directes.

Les mesures cumulatives sont celles dans lesquelles plusieurs quantités du même nom sont mesurées simultanément et la valeur déterminée est trouvée en résolvant un système d'équations obtenu sur la base de mesures directes de quantités du même nom.

Les mesures de deux ou plusieurs quantités différentes pour trouver la relation entre elles sont appelées conjointes.

Classification des mesures selon les conditions qui déterminent l'exactitude du résultat et le nombre de mesures pour obtenir le résultat.

Selon les conditions qui déterminent l'exactitude du résultat, les mesures sont divisées en trois classes :

1. Mesures de la plus haute précision possible avec le niveau technologique existant.

Il s'agit tout d'abord de mesures standard liées à la plus grande précision possible de reproduction des unités établies de grandeurs physiques et, en outre, de mesures de constantes physiques, principalement universelles (par exemple, la valeur absolue de l'accélération de la gravité, la rapport gyromagnétique d'un proton, etc.).

Cette classe comprend également certaines mesures spéciales qui nécessitent une grande précision.

2. Mesures de contrôle et de vérification dont l'erreur, avec une certaine probabilité, ne doit pas dépasser une certaine valeur spécifiée.

Il s'agit notamment des mesures effectuées par des laboratoires pour le contrôle de l'État sur la mise en œuvre et le respect des normes et de l'état des équipements de mesure et des laboratoires de mesure en usine, qui garantissent l'erreur du résultat avec une certaine probabilité ne dépassant pas une certaine valeur prédéterminée.

3. Mesures techniques dans lesquelles l'erreur du résultat est déterminée par les caractéristiques des instruments de mesure.

Des exemples de mesures techniques sont les mesures effectuées pendant le processus de production dans les entreprises de construction de machines, sur les tableaux électriques des centrales électriques, etc.

En fonction du nombre de mesures, les mesures sont divisées en simples et multiples.

Une mesure unique est une mesure d’une quantité effectuée une seule fois. En pratique, les mesures uniques comportent une erreur importante ; par conséquent, pour réduire l'erreur, il est recommandé d'effectuer des mesures de ce type au moins trois fois et de prendre leur moyenne arithmétique comme résultat.

Les mesures multiples sont des mesures d'une ou plusieurs quantités effectuées quatre fois ou plus. Une mesure multiple est une série de mesures uniques. Le nombre minimum de mesures pour lequel une mesure peut être considérée comme multiple est de quatre. Le résultat de plusieurs mesures est la moyenne arithmétique des résultats de toutes les mesures prises. Avec des mesures répétées, l'erreur est réduite.

Classification des erreurs de mesure aléatoires.

L'erreur aléatoire est une composante de l'erreur de mesure qui change de manière aléatoire lors de mesures répétées de la même quantité.

1) Rugueux - ne dépasse pas l'erreur tolérée

2) Un échec est une erreur grossière, cela dépend de la personne

3) Attendu - obtenu à la suite de l'expérience lors de la création. conditions

Concept de métrologie

Métrologie– la science des mesures, les méthodes et moyens permettant d'assurer leur unité et les méthodes permettant d'atteindre la précision requise. Il repose sur un ensemble de termes et de concepts dont les plus importants sont indiqués ci-dessous.

Quantité physique- une propriété qualitativement commune à de nombreux objets physiques, mais quantitativement individuelle pour chaque objet. Les grandeurs physiques sont la longueur, la masse, la densité, la force, la pression, etc.

Unité de quantité physique est considérée comme la quantité à laquelle, par définition, on attribue une valeur égale à 1. Par exemple, masse 1 kg, force 1 N, pression 1 Pa. Dans différents systèmes d'unités, les unités d'une même quantité peuvent différer en taille. Par exemple, pour une force de 1 kgf ≈ 10 N.

Valeur de la grandeur physique– évaluation numérique de la taille physique d'un objet spécifique en unités acceptées. Par exemple, la masse d’une brique est de 3,5 kg.

Dimension technique– détermination des valeurs de diverses grandeurs physiques à l'aide de méthodes et moyens techniques particuliers. Lors des tests en laboratoire, les valeurs des dimensions géométriques, de la masse, de la température, de la pression, de la force, etc. sont déterminées. Toutes les mesures techniques doivent répondre aux exigences d'unité et de précision.

Mesure directe– comparaison expérimentale d'une valeur donnée avec une autre, prise comme unité, par lecture sur l'échelle de l'instrument. Par exemple, mesurer une longueur, une masse, une température.

Mesures indirectes– les résultats obtenus à partir des résultats de mesures directes par des calculs utilisant des formules connues. Par exemple, déterminer la densité et la résistance d’un matériau.

Unité de mesures– un état de mesures dans lequel leurs résultats sont exprimés en unités légales et les erreurs de mesure sont connues avec une probabilité donnée. L'unité des mesures est nécessaire pour pouvoir comparer les résultats de mesures prises en différents endroits, à différents moments, à l'aide de divers instruments.

Précision des mesures– la qualité des mesures, reflétant la proximité des résultats obtenus avec la valeur réelle de la valeur mesurée. Distinguer les valeurs vraies et réelles des grandeurs physiques.

Véritable signification la quantité physique reflète idéalement les propriétés correspondantes de l'objet en termes qualitatifs et quantitatifs. La vraie valeur est exempte d'erreurs de mesure. Étant donné que toutes les valeurs d'une grandeur physique sont trouvées empiriquement et qu'elles contiennent des erreurs de mesure, la vraie valeur reste inconnue.

Valeur réelle les grandeurs physiques sont trouvées expérimentalement. Elle est si proche de la valeur réelle qu’elle peut être utilisée à certaines fins. Dans les mesures techniques, la valeur d'une grandeur physique trouvée avec une erreur acceptable par les exigences techniques est considérée comme la valeur réelle.

Erreur de mesure– écart du résultat de mesure par rapport à la valeur réelle de la valeur mesurée. La valeur réelle de la grandeur mesurée restant inconnue, en pratique l'erreur de mesure n'est estimée qu'approximativement en comparant les résultats de mesure avec la valeur de la même grandeur obtenue avec une précision plusieurs fois supérieure. Ainsi, l'erreur de mesure des dimensions d'un échantillon avec une règle, qui est de ± 1 mm, peut être estimée en mesurant l'échantillon avec un pied à coulisse avec une erreur ne dépassant pas ± 0,5 mm.

Erreur absolue exprimé en unités de la quantité mesurée.

Erreur relative- le rapport de l'erreur absolue à la valeur réelle de la valeur mesurée.

Les instruments de mesure sont des moyens techniques utilisés dans les mesures et possédant des propriétés métrologiques normalisées. Les instruments de mesure sont divisés en mesures et instruments de mesure.

Mesure– un instrument de mesure conçu pour reproduire une grandeur physique d’une taille donnée. Par exemple, un poids est une mesure de masse.

Appareil de mesure– un instrument de mesure qui sert à reproduire des informations de mesure sous une forme accessible à la perception par un observateur. Les instruments de mesure les plus simples sont appelés instruments de mesure. Par exemple, une règle, un pied à coulisse.

Les principaux indicateurs métrologiques des instruments de mesure sont :

La valeur de division d'échelle est la différence des valeurs de la grandeur mesurée, correspondant à deux graduations adjacentes ;

Les valeurs initiales et finales de l'échelle sont respectivement les plus petites et les plus grandes valeurs de la valeur mesurée indiquée sur l'échelle ;

La plage de mesure est la plage de valeurs de la valeur mesurée pour laquelle les erreurs tolérées sont normalisées.

Erreur de mesure– le résultat de la superposition mutuelle d'erreurs provoquées par diverses raisons : erreurs des instruments de mesure eux-mêmes, erreurs survenant lors de l'utilisation de l'appareil et de la lecture des résultats de mesure et erreurs dues au non-respect des conditions de mesure. Avec un nombre de mesures suffisamment important, la moyenne arithmétique des résultats de mesure se rapproche de la valeur réelle et l'erreur diminue.

Erreur systématique- une erreur qui reste constante ou change naturellement avec des mesures répétées et survient pour des raisons bien connues. Par exemple, le décalage de l'échelle de l'instrument.

Une erreur aléatoire est une erreur dans laquelle il n’existe aucun lien naturel avec des erreurs précédentes ou ultérieures. Son apparition est provoquée par de nombreuses raisons aléatoires dont l'influence sur chaque mesure ne peut être prise en compte à l'avance. Les raisons conduisant à l'apparition d'une erreur aléatoire comprennent, par exemple, l'hétérogénéité du matériau, les irrégularités lors de l'échantillonnage et les erreurs dans les lectures des instruments.

Si le soi-disant erreur grossière, ce qui augmente considérablement l'erreur attendue dans des conditions données, alors ces résultats de mesure sont exclus de la considération comme peu fiables.

L'unité de toutes les mesures est assurée par l'établissement d'unités de mesure et l'élaboration de leurs étalons. Depuis 1960, le Système international d'unités (SI) est en vigueur, qui remplace l'ensemble complexe de systèmes d'unités et d'unités individuelles non systémiques développés sur la base du système de mesures métriques. En Russie, le système SI est adopté comme norme et son utilisation dans le domaine de la construction est réglementée depuis 1980.

Conférence 2. QUANTITÉS PHYSIQUES. UNITÉS DE MESURE

2.1 Grandeurs physiques et échelles

2.2 Unités de grandeurs physiques

2.3. Système international d'unités (Système SI)

2.4 Grandeurs physiques des processus technologiques

production alimentaire

2.1 Grandeurs physiques et échelles

Une grandeur physique est une propriété qualitativement commune à de nombreux objets physiques (systèmes physiques, leurs états et processus qui s'y déroulent), mais quantitativement individuelle pour chacun d'eux.

Individuel en termes quantitatifs doit être compris de telle manière que la même propriété pour un objet peut être un certain nombre de fois supérieure ou inférieure à celle d'un autre.

Généralement, le terme « quantité physique » est utilisé pour désigner des propriétés ou des caractéristiques qui peuvent être quantifiées. Les grandeurs physiques comprennent la masse, la longueur, le temps, la pression, la température, etc. Toutes déterminent des propriétés physiques générales en termes qualitatifs, leurs caractéristiques quantitatives peuvent être différentes ;

Il convient de distinguer les grandeurs physiques en mesuré et évalué. Le FE mesuré peut être exprimé quantitativement sous la forme d'un certain nombre d'unités de mesure établies. La possibilité d'introduire et d'utiliser ce dernier est une caractéristique distinctive importante du FE mesuré.

Cependant, il existe des propriétés telles que le goût, l’odeur, etc., pour lesquelles il n’est pas possible de saisir des unités. De telles quantités peuvent être estimées. Les valeurs sont évaluées à l'aide d'échelles.

Par précision du résultat Il existe trois types de valeurs de grandeurs physiques : vraies, réelles, mesurées.

La vraie valeur d'une grandeur physique(vraie valeur d'une quantité) - la valeur d'une quantité physique qui, en termes qualitatifs et quantitatifs, refléterait idéalement la propriété correspondante de l'objet.

Les postulats de la métrologie comprennent

La vraie valeur d'une certaine quantité existe et elle est constante

La vraie valeur de la quantité mesurée ne peut pas être trouvée.

La vraie valeur d'une grandeur physique ne peut être obtenue qu'à la suite d'un processus de mesure sans fin avec une amélioration sans fin des méthodes et des instruments de mesure. Pour chaque niveau de développement de la technologie de mesure, nous ne pouvons connaître que la valeur réelle d'une grandeur physique, qui est utilisée à la place de la vraie.

Valeur réelle d'une grandeur physique– la valeur d'une grandeur physique trouvée expérimentalement et si proche de la valeur réelle qu'elle peut la remplacer pour la tâche de mesure donnée. Un exemple typique illustrant le développement de la technologie de mesure est la mesure du temps. Autrefois, l'unité de temps - la seconde - était définie comme 1/86 400 du jour solaire moyen avec une erreur de 10 -7 . Actuellement, la seconde est déterminée avec une erreur de 10 -14 , c'est-à-dire que nous sommes 7 ordres de grandeur plus proches de la vraie valeur de détermination du temps au niveau de référence.

La valeur réelle d'une grandeur physique est généralement considérée comme la moyenne arithmétique d'une série de valeurs de grandeurs obtenues avec des mesures de précision égale, ou la moyenne arithmétique pondérée avec des mesures de précision inégale.

Valeur mesurée d'une grandeur physique– la valeur d'une grandeur physique obtenue à l'aide d'une technique spécifique.

Par type de phénomène PV répartis dans les groupes suivants :

- réel , ceux. décrivant les propriétés physiques et physico-chimiques des substances. Matériaux et produits fabriqués à partir de ceux-ci. Ceux-ci incluent la masse, la densité, etc. Ce sont des PV passifs, car pour les mesurer, il est nécessaire d'utiliser des sources d'énergie auxiliaires, à l'aide desquelles un signal d'informations de mesure est généré.

- énergie – décrire les caractéristiques énergétiques des processus de transformation, de transmission et d'utilisation de l'énergie (énergie, tension, puissance. Ces grandeurs sont actives. Elles peuvent être converties en signaux d'information de mesure sans recours à des sources d'énergie auxiliaires ;

- caractériser le flux des processus temporels . Ce groupe comprend divers types de caractéristiques spectrales, de fonctions de corrélation, etc.

Selon le degré de dépendance conditionnelle à d'autres valeurs de PV divisé en basique et dérivé

Quantité physique de base– une grandeur physique incluse dans un système de grandeurs et conventionnellement acceptée comme indépendante des autres grandeurs de ce système.

Le choix des grandeurs physiques acceptées comme fondamentales et de leur nombre s'effectue arbitrairement. Tout d'abord, les grandeurs qui caractérisent les propriétés fondamentales du monde matériel ont été choisies comme principales : longueur, masse, temps. Les quatre grandeurs physiques de base restantes sont choisies de telle sorte que chacune d'elles représente l'une des branches de la physique : intensité du courant, température thermodynamique, quantité de matière, intensité lumineuse.

Chaque grandeur physique de base d'un système de grandeurs se voit attribuer un symbole sous la forme d'une lettre minuscule de l'alphabet latin ou grec : longueur - L, masse - M, temps - T, courant électrique - I, température - O, quantité de substance - N, intensité lumineuse - J. Ces symboles sont inclus dans le nom du système de grandeurs physiques. Ainsi, le système des grandeurs physiques de la mécanique, dont les principales grandeurs sont la longueur, la masse et le temps, est appelé « système LMT ».

Quantité physique dérivée– une grandeur physique incluse dans un système de grandeurs et déterminée à travers les grandeurs de base de ce système.

1.3 Grandeurs physiques et leurs mesures

Quantité physique – une des propriétés d'un objet physique (système physique, phénomène ou processus), commune qualitativement à de nombreux objets physiques, mais quantitativement individuelle pour chacun d'eux. On peut aussi dire qu'une grandeur physique est une grandeur qui peut être utilisée dans les équations de la physique, et par physique nous entendons ici la science et la technologie en général.

Mot " ordre de grandeur" est souvent utilisé dans deux sens : comme propriété générale à laquelle la notion de plus ou de moins s'applique, et comme quantité de cette propriété. Dans ce dernier cas, il faudrait parler de « grandeur d'une quantité », donc dans ce qui suit nous parlerons de quantité précisément comme une propriété d'un objet physique, et dans le second sens, comme la signification d'une quantité physique. .

Récemment, la division des quantités en physique et non physique , même s'il convient de noter qu'il n'existe pas de critère strict pour une telle division des valeurs. En même temps, sous physique comprendre les quantités qui caractérisent les propriétés du monde physique et qui sont utilisées en sciences physiques et en technologie. Il existe des unités de mesure pour eux. Les grandeurs physiques, selon les règles de leur mesure, sont divisées en trois groupes :

Grandeurs caractérisant les propriétés des objets (longueur, masse) ;

grandeurs caractérisant l’état du système (pression,

température);

Grandeurs caractérisant les processus (vitesse, puissance).

À non physique font référence à des quantités pour lesquelles il n’existe pas d’unités de mesure. Ils peuvent caractériser à la fois les propriétés du monde matériel et les concepts utilisés en sciences sociales, en économie et en médecine. Conformément à cette division des grandeurs, il est d'usage de distinguer les mesures de grandeurs physiques et mesures non physiques . Une autre expression de cette approche réside dans deux compréhensions différentes du concept de mesure :

mesure dans au sens étroit à titre de comparaison expérimentale

une quantité mesurable avec une autre quantité connue

la même qualité adoptée comme une unité ;

mesure dans dans un sens large comment trouver des correspondances

entre les nombres et les objets, leurs états ou processus selon

règles connues.

La deuxième définition est apparue en lien avec l'utilisation généralisée récente de mesures de grandeurs non physiques qui apparaissent dans la recherche biomédicale, notamment en psychologie, économie, sociologie et autres sciences sociales. Dans ce cas, il serait plus correct de parler non pas de mesure, mais de estimation des quantités , comprenant l'évaluation comme établissant la qualité, le degré, le niveau de quelque chose conformément aux règles établies. Autrement dit, il s'agit d'une opération consistant à attribuer, par calcul, recherche ou détermination d'un nombre, une quantité caractérisant la qualité d'un objet, selon des règles établies. Par exemple, déterminer la force du vent ou d'un tremblement de terre, noter les patineurs artistiques ou évaluer les connaissances des élèves sur une échelle de cinq points.

Concept évaluation les quantités ne doivent pas être confondues avec la notion d'estimation des quantités, associée au fait qu'à la suite des mesures, nous ne recevons en réalité pas la vraie valeur de la grandeur mesurée, mais seulement son évaluation, à un degré ou à un autre proche de cette valeur.

Le concept évoqué ci-dessus la mesure", qui suppose la présence d'une unité de mesure (mesure), correspond à la notion de mesure au sens étroit et est plus traditionnelle et classique. En ce sens, il sera compris ci-dessous comme une mesure de grandeurs physiques.

Vous trouverez ci-dessous environ concepts de base , liés à une grandeur physique (ci-après, tous les concepts de base en métrologie et leurs définitions sont donnés conformément à la recommandation de normalisation interétatique RMG 29-99 susvisée) :

- taille d'une grandeur physique - certitude quantitative d'une grandeur physique inhérente à un objet matériel, un système, un phénomène ou un processus spécifique ;

- valeur de la grandeur physique - expression de la taille d'une grandeur physique sous la forme d'un certain nombre d'unités acceptées pour celle-ci ;

- valeur vraie d'une grandeur physique - la valeur d'une grandeur physique qui caractérise idéalement la grandeur physique correspondante en termes qualitatifs et quantitatifs (peut être corrélée au concept de vérité absolue et n'est obtenue qu'à la suite d'un processus de mesures sans fin avec une amélioration sans fin des méthodes et des instruments de mesure );

valeur réelle d'une grandeur physique  la valeur d'une grandeur physique obtenue expérimentalement et si proche de la valeur vraie qu'elle peut être utilisée à sa place dans la tâche de mesure donnée ;

unité de mesure d'une grandeur physique  une grandeur physique de taille fixe, à laquelle est classiquement attribuée une valeur numérique égale à 1, et utilisée pour l'expression quantitative de grandeurs physiques qui lui sont similaires ;

système de grandeurs physiques  un ensemble de grandeurs physiques formées conformément à des principes acceptés, lorsque certaines grandeurs sont considérées comme indépendantes, tandis que d'autres sont définies en fonction de celles-ci quantités indépendantes;

principal quantité physique – une grandeur physique incluse dans un système de grandeurs et conventionnellement acceptée comme indépendante des autres grandeurs de ce système.

grandeur physique dérivée – une grandeur physique incluse dans un système de grandeurs et déterminée à travers les grandeurs de base de ce système ;

système d'unités d'unités physiques  un ensemble d'unités de base et dérivées de grandeurs physiques, formées conformément aux principes d'un système donné de grandeurs physiques.

Métrologie, normalisation et certification Demidova N.V.

4 Le concept de grandeur physique La signification des systèmes d'unités physiques

Une grandeur physique est un concept d'au moins deux sciences : la physique et la métrologie. Par définition, une grandeur physique est une certaine propriété d'un objet ou d'un processus, commune à un certain nombre d'objets en termes de paramètres qualitatifs, mais différant cependant en termes quantitatifs (individuels pour chaque objet). Il existe un certain nombre de classifications créées selon divers critères. Les principaux sont répartis en :

1) grandeurs physiques actives et passives – lorsqu'elles sont divisées par rapport aux signaux d'information de mesure. De plus, les premières (actives) dans ce cas sont des grandeurs qui, sans l'utilisation de sources d'énergie auxiliaires, ont la probabilité d'être converties en un signal d'information de mesure. Et les secondes (passives) sont des grandeurs pour lesquelles il est nécessaire d'utiliser des sources d'énergie auxiliaires qui créent un signal d'information de mesure ;

2) grandeurs physiques additives (ou extensives) et non additives (ou intensives) - lors de la division sur la base de l'additivité. On pense que les premières quantités (additionnelles) sont mesurées en parties ; de plus, elles peuvent être reproduites avec précision à l'aide d'une mesure à plusieurs valeurs basée sur la somme des tailles des mesures individuelles. Mais les secondes grandeurs (non additives) ne sont pas mesurées directement, puisqu'elles sont converties en une mesure directe d'une grandeur ou en une mesure par mesures indirectes. En 1791, le tout premier système d'unités de grandeurs physiques fut adopté par l'Assemblée nationale française. C'était un système métrique de mesures. Il comprenait : les unités de longueur, de surface, de volume, de capacité et de poids. Et ils étaient basés sur deux unités désormais bien connues : le mètre et le kilogramme.

Le scientifique a basé sa méthodologie sur trois grandeurs principales indépendantes : la masse, la longueur et le temps. Et le mathématicien a pris le milligramme, le millimètre et la seconde comme principales unités de mesure pour ces quantités, puisque toutes les autres unités de mesure peuvent être facilement calculées en utilisant les unités minimales. Ainsi, au stade actuel de développement, on distingue les principaux systèmes d'unités de grandeurs physiques suivants :

1) Système SGH(1881) ;

2) Système MKGSS(fin 19e siècle) ;

3) Système MKSA(1901)

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Quantité physique et ses caractéristiques.

Tous les objets du monde matériel possèdent un certain nombre de propriétés qui nous permettent de distinguer un objet d'un autre.

Propriété un objet est une caractéristique objective qui se manifeste lors de sa création, de son exploitation et de sa consommation.

La propriété d'un objet doit être exprimée qualitativement - sous forme de description verbale, et quantitativement - sous forme de graphiques, figures, diagrammes, tableaux.

La science métrologique traite de la mesure des caractéristiques quantitatives des objets matériels - grandeurs physiques.

Quantité physique- ϶ᴛᴏ une propriété qualitativement inhérente à de nombreux objets, et quantitativement individuelle pour chacun d'eux.

Par exemple, masse avoir tous les objets matériels, mais chacun d'eux valeur de masse individuel.

Les grandeurs physiques sont divisées en mesurable Et évalué.

Mesurable les quantités physiques peuvent être exprimées quantitativement sous la forme d'un certain nombre d'unités de mesure établies.

Par exemple, la valeur de la tension du réseau est 220 DANS.

Les grandeurs physiques qui n'ont pas d'unité de mesure peuvent uniquement être estimées. Par exemple, l'odorat, le goût. Leur évaluation s'effectue par dégustation.

Certaines quantités peuvent être estimées sur une échelle. Par exemple : dureté du matériau - sur l'échelle Vickers, Brinel, Rockwell, résistance aux tremblements de terre - sur l'échelle de Richter, température - sur l'échelle Celsius (Kelvin).

Les grandeurs physiques peuvent être qualifiées par des critères métrologiques.

Par types de phénomènes ils sont divisés en

UN) réel, décrivant les propriétés physiques et physico-chimiques des substances, matériaux et produits fabriqués à partir de ceux-ci.

Par exemple, la masse, la densité, la résistance électrique (pour mesurer la résistance d'un conducteur, il faut qu'un courant le traverse, cette mesure s'appelle passif).

b) énergie, décrivant les caractéristiques des processus de transformation, de transmission et d'utilisation de l'énergie.

Ceux-ci inclus: courant, tension, puissance, énergie. Ces grandeurs physiques sont appelées actif. Ils ne nécessitent pas de source d'énergie auxiliaire.

Il existe un groupe de grandeurs physiques qui caractérisent l'évolution des processus dans le temps, par exemple les caractéristiques spectrales, les fonctions de corrélation.

Par accessoiresà divers groupes de processus physiques, les quantités sont

· spatio-temporel,

· mécanique,

· électrique,

· magnétique,

· thermique,

· acoustique,

· lumière,

· physique et chimique,

· rayonnements ionisants, physique atomique et nucléaire.

Par degrés d'indépendance conditionnelle les grandeurs physiques sont divisées en

· principal (indépendant),

· dérivés (dépendants),

· supplémentaire.

Par présence de dimension les grandeurs physiques sont divisées en dimensions et sans dimension.

Exemple dimensionnel l'ampleur est forcer, adimensionnelle- niveau puissance sonore.

Pour quantifier une grandeur physique, le concept est introduit taille quantité physique.

Taille de la quantité physique- c'est la certitude quantitative d'une grandeur physique inhérente à un objet matériel, un système, un processus ou un phénomène spécifique.

Par exemple, chaque corps a une certaine masse, on peut donc les distinguer par leur masse, ᴛ.ᴇ. par taille physique.

L'expression de la taille d'une grandeur physique sous la forme d'un certain nombre d'unités acceptées pour elle est définie comme la valeur d'une grandeur physique.

La valeur d'une grandeur physique est Il s'agit d'une expression d'une grandeur physique sous la forme d'un certain nombre d'unités de mesure acceptées pour elle.

Le processus de mesure est une procédure permettant de comparer une quantité inconnue avec une quantité physique connue (comparée) et à cet égard le concept est introduit véritable signification quantité physique.

La vraie valeur d'une grandeur physique- ϶ᴛᴏ la valeur d'une grandeur physique, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ caractérise idéalement la grandeur physique correspondante en rapport qualitatif et quantitatif.

La vraie valeur des grandeurs physiques indépendantes est reproduite dans leurs étalons.

Le vrai sens est rarement utilisé, plus utilisé valeur réelle quantité physique.

Valeur réelle d'une grandeur physique- valeur ϶ᴛᴏ obtenue expérimentalement et assez proche de la vraie valeur.

Auparavant, il y avait la notion de « paramètres mesurables », mais désormais, selon le document réglementaire RMG 29-99, la notion de « grandeurs mesurables » est recommandée.

Il existe de nombreuses grandeurs physiques et elles sont systématisées. Un système de grandeurs physiques est un ensemble de grandeurs physiques formées conformément aux règles acceptées, lorsque certaines grandeurs sont considérées comme indépendantes, tandis que d'autres sont définies comme des fonctions de grandeurs indépendantes.

Au nom d'un système de grandeurs physiques, des symboles de grandeurs acceptées comme fondamentales sont utilisés.

Par exemple, en mécanique, où les longueurs sont considérées comme fondamentales - L , poids - m et le temps - t , le nom du système est donc Lm t .

Le système de grandeurs de base correspondant au système international d'unités SI est exprimé par des symboles LmtIKNJ , ᴛ.ᴇ. des symboles de grandeurs de base sont utilisés : longueur - L , poids - M , temps - t , force actuelle - je , température - K, la quantité de substance - N , le pouvoir de la lumière - J. .

Les grandeurs physiques de base ne dépendent pas des valeurs des autres grandeurs de ce système.

Quantité physique dérivée- ϶ᴛᴏ grandeur physique incluse dans un système de grandeurs et déterminée à travers les grandeurs de base de ce système. Par exemple, la force est définie comme la masse multipliée par l’accélération.

3. Unités de mesure des grandeurs physiques.

Une unité de mesure d'une grandeur physique est généralement appelée une grandeur à laquelle, par définition, on attribue une valeur numérique égale à 1 et qui sert à l'expression quantitative de grandeurs physiques qui lui sont homogènes.

Les unités de grandeurs physiques sont combinées dans un système. Le premier système a été proposé par Gauss K (millimètre, milligramme, seconde). Aujourd'hui, le système SI est en vigueur ; auparavant, il existait une norme des pays du CAEM.

Les unités de mesure sont divisées en basique, supplémentaire, dérivé et non systémique.

Dans le système SI sept unités de base :

· longueur (mètre),

· poids (kilogramme),

· temps (seconde),

· température thermodynamique (kelvin),

· quantité de substance (mol),

· intensité du courant électrique (ampère),

· intensité lumineuse (candela).

Tableau 1

Désignation des unités de base SI

Quantité physique	Unité de mesure
Nom	Désignation	Nom	Désignation
russe	international
basique
Longueur	L	mètre	m	m
Poids	m	kilogramme	kg	kg
Temps	t	deuxième	Avec	s
Force du courant électrique	je	ampère	UN	UN
Température thermodynamique	T	Kelvin	À	À
Quantité de substance	n,v	taupe	taupe	mole
Le pouvoir de la lumière	J.	bougie	CD	CD
supplémentaire
Angle plat	-	radian	content	rad
Angle solide	-	stéradian	Épouser	sr

Note. Un radian est l'angle entre deux rayons d'un cercle dont l'arc entre eux est égal en longueur au rayon. En degrés, un radian est égal à 57 0 17 ’ 48 ’’ .

Le stéradian est un angle solide dont le sommet est situé au centre de la sphère et qui découpe à la surface de la sphère une aire égale à l'aire d'un carré de longueur de côté égale au rayon de la sphère. . L'angle solide est mesuré en déterminant les angles plans et en effectuant des calculs supplémentaires à l'aide de la formule :

Q = 2p (1 - cosa/2),

Où Q- angle solide,un - un angle plan au sommet d'un cône formé à l'intérieur d'une sphère par un angle solide donné.

Angle solide 1 Épouser correspond à un angle plan égal à 65 0 32 ’ , coinp moyenne - angle plat 120 0 , coin2pср - 180 0 .

Des unités SI supplémentaires sont utilisées pour former les unités de vitesse angulaire, d'accélération angulaire et certaines autres quantités.

Le radian et le stéradian eux-mêmes sont principalement utilisés pour des constructions et des calculs théoriques, car La plupart des valeurs d'angle pratiques (angle complet, angle droit, etc.) en radians sont exprimées par des nombres transcendantaux ( 2p, p/2).

Dérivés sont appelées unités de mesure obtenues à l'aide d'équations de connexion entre grandeurs physiques. Par exemple, l'unité SI de force est le newton ( N ):

N = kg∙m/s 2 .

Malgré le fait que le système SI soit universel, il permet l'utilisation de certains unités non systémiques, qui ont trouvé une large application pratique (par exemple, un hectare).

Ils sont dits non systémiques unités qui ne sont incluses dans aucun des systèmes d'unités de grandeurs physiques généralement acceptés.

Dans de nombreux cas pratiques, les tailles de grandeurs physiques sélectionnées ne sont pas pratiques - trop petites ou trop grandes. Pour cette raison, dans la pratique des mesures, ils utilisent souvent multiples Et sous-multiple unités.

Plusieurs Il est d'usage d'appeler une unité un nombre entier de fois supérieur à une unité systémique ou non systémique. Par exemple, un multiple de un 1kilomètres = 1000 m.

Dolnoï Il est d'usage d'appeler une unité un nombre entier de fois inférieur à une unité systémique ou non systémique. Par exemple, une unité sous-multiple 1 cm = 0,01 m.

Après l'adoption du système métrique de mesures, un système décimal pour la formation des multiples et sous-multiples a été adopté, correspondant au système décimal de notre comptage numérique. Par exemple, 10 6 – méga, UN 10 -6 – micro.

Quantité physique et ses caractéristiques. - concept et types. Classification et caractéristiques de la catégorie "Grandeur physique et ses caractéristiques". 2017, 2018.