Завантажити з Depositfiles

Лекція 1.Властивість. Розмір. Основне рівняння виміру

2. Вимірювання

Детально величини, вимірювання та засоби вимірювань вивчаються в курсі «Метрологія», який читатиметься на четвертому курсі. Тут ми розглянемо основні моменти, знання яких знадобиться нам у курсі «Геодезичні прилади та вимірювання».

1. Властивість. Розмір. Основне рівняння виміру

Усі об'єкти навколишнього світу характеризуються своїми властивостями.

Наприклад, можна назвати такі властивості предметів як колір, вага, довжина, висота, щільність, твердість, м'якість і т.д. Однак з того факту, що деякий предмет кольоровий або довгий, ми нічого, крім того, що має властивість кольору або протяжності, не дізнаємося.

Для кількісного опису різних властивостей, процесів і фізичних тіл вводиться поняття величини.

Усі величини можна розділити на два види:реальні і ідеальні .

Ідеальні величини ставляться головним чином математики і є узагальненням (моделлю) конкретних реальних понять. Нас вони не цікавлять.

Реальні величини поділяються, у свою чергу, нафізичні і нефізичні .

До нефізичним слід віднести величини, властиві громадським (нефізичним) наук – філософії, соціології, економіки тощо. Ці величини нас не цікавлять.

Фізична величина в загальному випадку може бути визначена як величина, властива матеріальним об'єктам (процесам, явищам), що вивчаються у природних (фізика, хімія) та технічних науках. Саме ці величини і становлять для нас інтерес.

Індивідуальність в кількісному відношенні розуміють у тому сенсі, що властивість може бути для одного об'єкта в кілька разів більше або менше, ніж для іншого.

Наприклад, кожен предмет на Землі має таку властивість як вага. Якщо взяти кілька яблук, то кожне з них має вагу. Але, водночас, вага кожного яблука відрізнятиметься від ваги інших яблук.

Фізичні величини можна поділити навимірювані і оцінювані.

Фізичні величини, для яких з тих чи інших причин не може бути виконано вимір або не може бути введена одиниця виміру, можуть лише оцінені. Такі фізичні величини називаються оцінюваними . Оцінку таких фізичних величин провадять за допомогою умовних шкал. Наприклад, інтенсивність землетрусів оцінюється зашкалою Ріхтера, твердість мінералів – за шкалою Мооса.

За ступенем умовної незалежності з інших величин фізичні величини поділяються на основні (умовно незалежні),похідні (умовно залежні) тадодаткові .

Вся сучасна фізика може бути побудована на семи основних величинах, що характеризують фундаментальні властивості матеріального світу. До них відносятьсясім фізичних величин, вибраних усистемі СІ в якості основних , і дві додаткові фізичні величини.

За допомогою основних семи та двох додаткових величин, введених виключно для зручності, утворюється все різноманіття похідних фізичних величин та забезпечується опис властивостей фізичних об'єктів та явищ.

За наявності розмірності фізичні величини поділяються нарозмірні , тобто. мають розмірність, табезрозмірні .

Концепція розмірності фізичної величини було введено Фур'є 1822 року.

Розмірність якісною її характеристикою і позначається символом
, що походить від слова dimension (англ. - Розмір, розмірність). Розмірність основних фізичних величин позначається відповідними великими літерами. Наприклад, для довжини, маси та часу

Розмірність похідної фізичної величини виражається через розмірності основних фізичних величин за допомогою статечного одночлена:

де ,
,, … - Розмірності основних фізичних величин;

, ,, … - Показники розмірності.

У цьому кожен із показників розмірності може бути позитивним чи негативним, цілим чи дробовим числом, і навіть банкрутом.

Якщо всі показники розмірності рівні нулю , то така величина називається безрозмірною .

Розмір вимірюваної величини єкількісної її характеристикою.

Наприклад, довжина дошки – це кількісна характеристика дошки. Сама довжина може бути визначена тільки в результаті вимірювання.

Сукупність чисел, що відображає різні за розміром однорідні величини, має бути сукупністю однаково іменованих чисел. Це ім'я є одиницею фізичної величини або її частки. Той самий приклад із довжиною дошки. Є сукупність чисел, що характеризують довжину різних дощок: 110, 115, 112, 120, 117. Усі числа називаються сантиметрами. Назва сантиметр є одиницею фізичної величини, у разі одиницею довжини.

Наприклад, метр, кілограм, секунда.

Наприклад, 54.3 метри, 76.8 кілограм, 516 секунд.

Наприклад, 54.3, 76.8, 516.

Усі три перелічені параметри пов'язані між собою співвідношенням

, (3.1) яке називаєтьсяосновним рівнянням виміру .

2. Вимірювання

З основного рівняння виміру випливає, щовимір – це визначення значення величини чи, інакше, це зіставлення величини із її одиницею. Вимірювання фізичних величин провадиться за допомогою технічних засобів. Можна дати таке визначення виміру.

Дане визначення містить чотири ознаки поняття вимір.

1. Вимірювати можна лише фізичні величини(Тобто властивості матеріальних об'єктів, явищ, процесів).

2. Вимір - це оцінювання величини дослідним шляхом, тобто. це завжди експеримент.

Не можна назвати виміром розрахункове визначення величини за формулами та відомими вихідними даними.

3. Вимір здійснюється за допомогою спеціальних технічних засобів - носіїв розмірів одиниць або шкал, званих засобами вимірювань.

4. Вимір - це визначення значення величини, тобто. це зіставлення величини з її одиницею чи шкалою. Такий підхід вироблений багатовіковою практикою вимірів. Він цілком відповідає змісту поняття «вимірювання», який дав понад 200 років тому Л.Ейлер: « Неможливо визначити або виміряти одну величину інакше, як прийнявши як відому іншу величину цього ж роду і вказавши співвідношення, в якому вона знаходиться до неї » .

Вимірювання фізичної величини включає два (взагалі, може бути і кілька) етапу:

а) порівняння вимірюваної величини з одиницею;

б) перетворення у форму, зручну для використання(Різні способи індикації).

У вимірах розрізняють:

а) принцип вимірів– це фізичне явище чи ефект, покладені основою вимірів;

б) метод вимірів– прийом чи сукупність прийомів порівняння вимірюваної фізичної величини з її одиницею відповідно до реалізованого принципу вимірів. Метод вимірів зазвичай обумовлений пристроєм засобів вимірів.

Усі можливі виміри, які у практиці людини, можна класифікувати за кількома напрямами.

1. Класифікація за видами вимірів :

а) прямий вимір - Вимір, при якому шукане значення фізичної величини отримують безпосередньо.

Приклади: вимірювання довжини лінії мірною стрічкою; вимірювання горизонтального або вертикального кутів теодолітом;

б) непрямий вимір - Визначення шуканого значення фізичної величини на підставі результатів прямих вимірювань інших фізичних величин, функціонально пов'язаних з шуканою величиною.

Приклад 1. Вимірювання довжин ліній паралактичним способом, при якому вимірюється горизонтальний кут марки базисної рейки, відстань між якими відомо; довжина, що шукається, обчислюється за формулами, що зв'язують цю довжину з горизонтальним кутом і базисом.

Приклад 2. Вимірювання довжини лінії світломіром. У цьому випадку безпосередньо вимірюється не сама довжина лінії, а час проходження електромагнітного імпульсу між випромінювачем і відбивачем, встановленими над точками, між якими вимірюється довжина лінії.

Приклад 3. Визначення просторових координат точки земної поверхні з використанням Глобальної навігаційної супутникової системи (ГНСС). У цьому випадку вимірюються не координати і навіть не довжини, а час проходження сигналу від кожного супутника до приймача. За виміряним часом непрямим чином визначаються відстані від супутників до приймача, а потім, знову ж таки, непрямим способом, – координати точки стояння.

в) спільні виміри – вимірювання двох або декількох неодноєменних величин, що проводяться одночасно, для визначення залежності між ними.

приклад. Вимірювання довжини металевого стрижня та температури, при якій вимірюється довжина стрижня. Результатом таких вимірювань є визначення коефіцієнта лінійного розширення металу, з якого виконаний стрижень через зміну температури.

г) сукупні виміри – вимірювання кількох однойменних величин, що проводяться одночасно, при яких шукані значення величин визначають шляхом вирішення системи рівнянь, одержуваних при вимірюваннях цих величин у різних поєднаннях.

2. Класифікація за методами вимірів :

а) метод безпосередньої оцінки– метод, при якому значення величини визначають безпосередньо за засобом вимірювань;

приклади вимірювання тиску за барометром або температури за термометром;

б) метод порівняння з мірою– метод вимірювань, у якому вимірювану величину порівнюють з величиною, що відтворюється мірою;

приклади:

прикладаючи лінійку з поділками до будь-якої деталі, по суті порівнюють її розмір з одиницею, що зберігається лінійкою, і, зробивши відлік, набувають значення величини (довжини, висоти, товщини та інших параметрів);

за допомогою вимірювального приладу порівнюють розмір величини (наприклад, кута), перетвореної на переміщення покажчика (алідади), з одиницею, що зберігається шкалою цього приладу (горизонтальним кругом, розподіл кола - це міра), і проводять відлік.

Характеристикою точності вимірювання є його похибка чи невизначеність.

При виробництві вимірів реальний об'єкт виміру завжди замінюють його моделлю, яка внаслідок своєї недосконалості відрізняється від реального об'єкта. Внаслідок цього величини, що характеризують реальний об'єкт також відрізнятимуться від аналогічних величин цього об'єкта. Це призводить до неминучих похибок вимірів, які у випадку підрозділяються на випадкові і систематичні.

Метод вимірів. Вибір методу вимірювань визначається прийнятою моделлю об'єкта вимірювання та доступними засобами вимірів. При виборі способу вимірювань домагаються, щоб похибка способу вимірювань, тобто. складова систематичної похибки вимірів, обумовлена ​​недосконалістю прийнятих моделі та методу вимірів (інакше теоретична похибка), не позначалася помітно на результуючої похибки виміру, тобто. не перевищувала 30% від неї.

Модель об'єкту. Зміни параметрів моделі, що вимірюються, протягом циклу спостережень, як правило, не повинні перевищувати 10% від заданої похибки виміру. Якщо можливі альтернативи, то враховують і економічні міркування: непотрібне завищення точності моделі та методу виміру призводять до необґрунтованих витрат. Те саме стосується й вибору засобів вимірювань.

Засоби вимірів. Вибір засобів вимірювань та допоміжних пристроїв визначається вимірюваною величиною, прийнятим методом вимірювань та необхідною точністю результатів вимірювань (нормами точності). Вимірювання із застосуванням засобів вимірювань недостатньої точності малоцінні (навіть безглузді), оскільки можуть бути причиною неправильних висновків. Застосування надмірно точних засобів вимірювань економічно невигідне. Враховують також діапазон змін вимірюваної величини, умови вимірювання, експлуатаційні якості засобів вимірювання, їх вартість.

Основну увагу приділяють похибкам засобів вимірювань. Необхідно, щоб сумарна похибка результату вимірювання
була меншою за гранично допустиму похибку вимірювань
, тобто.

- Гранична похибка, обумовлена ​​оператором.<

Фізичною величиною називається одна з властивостей фізичного об'єкта (яви, процесу), яке є загальним у якісному відношенні для багатьох – фізичних об'єктів, відрізняючись при цьому кількісним значенням.

Метою вимірювань є визначення значення фізичної величини - деякої кількості прийнятих для неї одиниць (наприклад, результат вимірювання маси виробу становить 2 кг, висоти будівлі -12 м та ін.).

Залежно від ступеня наближення до об'єктивності розрізняють справжнє, дійсне та виміряне значення фізичної величини.

Це значення, що ідеально відображає в якісному та кількісному відношеннях відповідну властивість об'єкта. Через недосконалість засобів та методів вимірювань справжні значення величин практично отримати не можна. Їх можна уявити лише теоретично. А значення величини, отримані при вимірі, лише більшою чи меншою мірою наближаються до справжнього значення.

Це значення величини, знайдене експериментальним шляхом і настільки, що наближається до істинного значення, що для цієї мети може бути використане замість нього.

Це значення, отримане при вимірі із застосуванням конкретних методів та засобів вимірювань.

9. Класифікація вимірювань залежно від вимірюваної величини від часу і за сукупністю вимірюваних величин.

За характером зміни вимірюваної величини - статичні та динамічні виміри.

Динамічний вимір - вимір величини, розмір якої змінюється з часом.Швидка зміна розміру вимірюваної величини вимагає її виміру з найточнішим визначенням часу. Наприклад, вимірювання відстані до рівня поверхні Землі з повітряної кулі або вимірювання постійної напруги електричного струму. Фактично динамічний вимір є виміром функціональної залежності вимірюваної величини від часу.

Статичний вимір - вимірювання величини, яка приймається в відповідно до поставленого вимірювального завдання за незмінну протягом періоду вимірювання.Наприклад, вимірювання лінійного розміру виготовленого виробу при нормальній температурі можна вважати статичним, оскільки коливання температури в цеху на рівні десятих часток вносять похибку вимірювань не більше 10 мкм/м, несуттєву в порівнянні з похибкою виготовлення деталі. Тому в цій вимірювальній задачі можна вважати вимірювану величину незмінною. При калібруванні штрихової міри довжини державному первинному зразку термостатування забезпечує стабільність підтримки температури лише на рівні 0,005 °З. Такі коливання температури зумовлюють у тисячу разів меншу похибку вимірів - трохи більше 0,01 мкм/м. Але в даній вимірювальній задачі вона є суттєвою, і облік змін температури в процесі вимірювання стає умовою забезпечення необхідної точності вимірювань. Тому ці виміри слід проводити за методикою динамічних вимірів.

За сформованими сукупностями вимірюваних величинна електричні (сила струму, напруга, потужність) , механічні (маса, кількість виробів, зусилля); , теплоенергетичні(температура, тиск); , фізичні(Щільність, в'язкість, каламутність); хімічні(Склад, хімічні властивості, концентрація) , радіотехнічніі т.д.

Класифікація вимірів за способом отримання результату (на вигляд).

За способом отримання результатів вимірів розрізняють: прямі, непрямі, сукупні та сумісні виміри.

Прямими називають вимірювання, у яких шукане значення вимірюваної величини знаходять безпосередньо з дослідних даних.

Непрямими називають виміри, у яких шукане значення вимірюваної величини знаходять виходячи з відомої залежності між величиною і величинами, що визначаються за допомогою прямих вимірювань.

Сукупними називають виміри, при яких одночасно вимірюються кілька однойменних величин і значення знаходять, вирішуючи систему рівнянь, яку отримують на підставі прямих вимірювань однойменних величин.

Спільними називають виміри двох чи більше неодноєменних величин для знаходження залежності між ними.

Класифікація вимірювань за умовами, що визначають точність результату та за кількістю вимірювань для отримання результату.

За умовами, що визначають точність результату, виміри поділяються на три класи:

1. Вимірювання максимально можливої ​​точності, яка досягається при існуючому рівні техніки.

До них відносяться насамперед еталонні вимірювання, пов'язані з максимально можливою точністю відтворення встановлених одиниць фізичних величин, і, крім того, вимірювання фізичних констант, насамперед універсальних (наприклад, абсолютного значення прискорення вільного падіння, гіромагнітного відношення протона та ін.).

До цього ж класу належать і деякі спеціальні виміри, що потребують високої точності.

2. Контрольно-перевірочні вимірювання, похибка яких з певною ймовірністю не повинна перевищувати певного заданого значення.

До них відносяться вимірювання, що виконуються лабораторіями державного нагляду за впровадженням та дотриманням стандартів та станом вимірювальної техніки та заводськими вимірювальними лабораторіями, які гарантують похибку результату з певною ймовірністю, що не перевищує деякого, заздалегідь заданого значення.

3. Технічні виміри, у яких похибка результату визначається характеристиками засобів вимірів.

Прикладами технічних вимірювань є вимірювання, що виконуються у процесі виробництва на машинобудівних підприємствах, на щитах розподільчих пристроїв електричних станцій та ін.

За кількістю вимірів виміри поділяються на одноразові та багаторазові.

Одноразове вимір - це вимір однієї величини, зроблений один раз. Одноразові вимірювання на практиці мають велику похибку, у зв'язку з цим рекомендується для зменшення похибки виконувати мінімум три рази вимірювання такого типу, а як результат брати їхнє середнє арифметичне.

Багаторазові виміри - це вимір однієї чи кількох величин, виконаний чотири і більше разів. Багаторазовий вимір є рядом одноразових вимірів. Мінімальна кількість вимірів, у якому вимір може вважатися багаторазовим, - чотири. Результатом багаторазового виміру є середнє арифметичне результатів усіх проведених вимірів. При багаторазових вимірах знижується похибка.

Класифікація випадкових похибок вимірів.

Випадкова похибка - складова похибки вимірювання, що змінюється при повторних вимірах однієї й тієї величини випадковим чином.

1) Груба - не перевищує допустиму похибку

2) Промах - груба похибка, залежить від людини

3) Очікувана- отримана в результаті експерименту при створ. умовах

Поняття про метрологію

Метрологія– наука про вимірювання, методи та засоби забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності. Вона базується на комплексі термінів та понять, найголовніші з яких наведені нижче.

Фізична величина– властивість, у якісному відношенні загальне багатьом фізичним об'єктам, але у кількісному відношенні індивідуально кожному за об'єкта. Фізичними величинами є довжина, маса, щільність, сила, тиск та ін.

Одиницею фізичної величинивважається та величина, якій за визначенням присвоєно значення 1. Наприклад, маса 1кг, сила 1Н, тиск 1Па. У різних системах одиниць одиниці однієї й тієї величини можуть відрізнятися за розміром. Наприклад, для сили 1кгс ≈ 10Н.

Значення фізичної величини- Чисельна оцінка фізичної величини конкретного об'єкта в прийнятих одиницях. Наприклад, значення маси цегли 3,5 кг.

Технічний вимір- Визначення значень різних фізичних величин спеціальними технічними методами та засобами. У ході лабораторних випробувань визначають значення геометричних розмірів, маси, температури, тиску, сили та ін. Усі технічні виміри повинні відповідати вимогам єдності та точності.

Прямий вимір- Експериментальне порівняння даної величини з іншого, прийнятої за одиничну, за допомогою відліку за шкалою приладу. Наприклад, вимір довжини, маси, температури.

Непрямі виміри– результати, одержані з використанням результатів прямих вимірювань шляхом обчислень за відомими формулами. Наприклад, визначення густини, міцності матеріалу.

Єдність вимірів- Стан вимірювань, при якому їх результати виражені в узаконених одиницях та похибки вимірювань відомі із заданою ймовірністю. Єдність вимірювань необхідна, щоб можна було зіставити результати вимірювань, виконаних у різних місцях, у різний час, з використанням різноманітних приладів.

Точність вимірів- Якість вимірювань, що відображає близькість отриманих результатів до справжнього значення вимірюваної величини. Розрізняють справжнє та дійсне значення фізичних величин.

Справжнє значенняфізичної величини в ідеалі відображає у якісному та кількісному відношеннях відповідні властивості об'єкта. Справжнє значення вільне від помилок виміру. Оскільки всі значення фізичної величини перебувають досвідченим шляхом і містять помилки вимірів, то справжнє значення залишається невідомим.

Справжнє значенняфізичну величину знаходять експериментальним шляхом. Воно настільки наближено до справжнього значення, що з певних цілей може бути використане замість нього. При технічних вимірах значення фізичної величини, знайдене з допустимою технічними вимогами похибкою, приймають дійсне значення.

Похибка вимірювання- Відхилення результату вимірювання від справжнього значення вимірюваної величини. Оскільки справжнє значення вимірюваної величини залишається невідомим, на практиці лише приблизно оцінюють похибку вимірювань, порівнюючи результати вимірювання зі значенням цієї ж величини, отриманим з точністю в кілька разів вищою. Так похибка вимірювання розмірів зразка лінійкою, що становить ± 1мм, можна оцінити, вимірявши зразок штангенциркулем з похибкою не більше ±0,5мм.

Абсолютна похибкавиражається в одиницях вимірюваної величини.

Відносна погрішність- Відношення абсолютної похибки до дійсного значення вимірюваної величини.

Засоби вимірів – технічні засоби, що використовуються при вимірах та мають нормовані метрологічні властивості. Засоби вимірювання поділяються на заходи та вимірювальні прилади.

міра- Засіб вимірювання, призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру. Наприклад, гиря – міра маси.

Вимірювальний пристрій– засіб вимірів, який служить відтворення вимірювальної інформації у формі, доступної сприйняття спостерігачем. Найпростіші вимірювальні прилади називають вимірювальним інструментом. Наприклад, лінійка, штангенциркуль.

Основними метрологічними показниками вимірювальних приладів є:

Ціна поділу шкали – різниця значень вимірюваної величини, що відповідає двом сусіднім відміткам шкали;

Початкове та кінцеве значення шкали – відповідно найменше та найбільше значення вимірюваної величини, зазначені на шкалі;

Діапазон вимірювань - область значень вимірюваної величини, для якої нормовані похибки, що допускаються.

Похибка вимірювання-Результат взаємного накладення помилок, що викликаються різними причинами: похибкою самих вимірювальних приладів, похибками, що виникають при користуванні приладом і зчитуванні результатів вимірювань і похибок від недотримання умов вимірювання. При досить великому числі вимірів середнє арифметичне результатів вимірів наближається до справжнього значення, а похибка зменшується.

Систематична похибка- похибка, яка залишається постійною чи закономірно змінюється при повторних вимірах і виникає з цілком відомих причин. Наприклад, усунення шкали приладу.

Випадкова похибка – похибка, у появі якої немає закономірного зв'язку з попередніми чи наступними помилками. Її поява викликається безліччю випадкових причин, вплив яких на кожен вимір не може бути враховано заздалегідь. До причин, що призводять до появи випадкової похибки, можна віднести, наприклад, неоднорідність матеріалу, порушення при відборі проб, похибку у показаннях приладу.

Якщо під час проведення вимірювань з'являється так звана груба похибка, яка суттєво підвищує похибку, очікувану за даних умов, такі результати вимірювань виключають з розгляду як недостовірні.

Єдність всіх вимірів забезпечується встановленням одиниць вимірів та розробкою їх еталонів. З 1960 діє Міжнародна система одиниць (СІ), яка замінила складну сукупність систем одиниць і окремих позасистемних одиниць, що склалися на основі метричної системи заходів. У Росії її система СІ прийнято як стандартної, а області будівництва її застосування регламентовано з1980г.

Лекція 2. ФІЗИЧНІ ВЕЛИЧИНИ. ОДИНИЦІ ВИМІРЮВАНЬ

2.1 Фізичні величини та шкал

2.2 Одиниці фізичних величин

2.3. Міжнародна система одиниць (система СІ

2.4 Фізичні величини технологічних процесів

виробництва продуктів харчування

2.1 Фізичні величини та шкали

Фізична величина – це властивість, загальне в якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів (фізичних систем, їх станів і процесів, що відбуваються в них), але в кількісному відношенні індивідуальне для кожного з них.

Індивідуальне у кількісному відношенніслід розуміти так, що те саме властивість одного об'єкта то, можливо у кілька разів більше чи менше, ніж іншого.

Як правило, термін "фізична величина" застосовується до властивостей або характеристик, які можна оцінити кількісно. До фізичних величин відносяться маса, довжина, час, тиск, температура і т. д. Усі вони визначають загальні в якісному відношенні фізичні властивості, кількісні характеристики їх можуть бути різними.

Фізичні величини доцільно розрізняти вимірювані та оцінювані.Вимірювані ФВ можуть бути кількісно виражені у вигляді певної кількості встановлених одиниць вимірювання. Можливість введення та використання останніх є важливою відмітною ознакою вимірюваних ФВ.

Однак існують такі властивості, як смак, запах тощо, для яких не можуть бути введені одиниці виміру. Такі величини можна оцінити. Величини оцінюють за допомогою шкал.

за точності результатурозрізняють три види значень фізичних величин: справжнє, дійсне виміряне.

Справжнє значення фізичної величини(Справжнє значення величини) – значення фізичної величини, яке в якісному та кількісному відношенні ідеальним чином відображало б відповідну властивість об'єкта.

До постулатів метрології відносять

Істинне значення певної величини існує і воно постійно

Справжнє значення вимірюваної величини знайти неможливо.

Справжнє значення фізичної величини може бути отримано лише внаслідок нескінченного процесу вимірювань із нескінченним удосконаленням методів та засобів вимірювань. До кожного рівня розвитку вимірювальної техніки ми можемо знати лише дійсне значення фізичної величини, яке застосовується замість істинного.

Справжнє значення фізичної величини- Значення фізичної величини, знайдене експериментальним шляхом і настільки близьке до істинного значення, що для поставленого вимірювального завдання може його замінити. Характерним прикладом, що ілюструє розвиток вимірювальної техніки, є час. Свого часу одиницю часу – секунду визначали як 1/86400 частину середньої сонячної доби з похибкою 10 -7 . В даний час визначають секунду з похибкою 10 -14 , Т. е. на 7 порядків наблизилися до справжнього значення визначення часу на еталонному рівні.

За дійсне значення фізичної величини зазвичай приймають середнє арифметичне ряду значень величини, отриманих при рівноточних вимірах, або арифметичне середнє виважене при нерівноточних вимірах.

Виміряне значення фізичної величини- Значення фізичної величини, отримане із застосуванням конкретної техніки.

За видами явищ ФВділять на такі групи :

- речові , тобто. описують фізичні та фізико-хімічні властивості речовин. Матеріалів та виробів з них. До них відносяться маса, щільність і тп. Це ФВ пасивні, т.к. їх вимірювання необхідно використовувати допоміжні джерела енергії, з допомогою яких формується сигнал вимірювальної інформації.

- енергетичні – описують енергетичні характеристики процесів перетворення, передачі та використання енергії (енергія, напруга, потужність. Ці величини активні. Вони можуть бути перетворені на сигнали вимірювальної інформації без використання допоміжних джерел енергії;

- що характеризують перебіг процесів часу . До цієї групи належать різноманітні спектральні характеристики, кореляційні функції та ін.

За ступенем умовної залежності від інших величин ФВділять на основні та похідні

Основна фізична величина– фізична величина, що входить у систему величин і умовно прийнята як незалежно від інших величин цієї системи.

Вибір фізичних величин, що приймаються за основні, та їх кількість здійснюється довільно. Як основні насамперед було обрано величини, що характеризують основні властивості матеріального світу: довжина, маса, час. Інші чотири основні фізичні величини обрані таким чином, щоб кожна з них представляла один із розділів фізики: сила струму, термодинамічна температура, кількість речовини, сила світла.

Кожній основній фізичній величині системи величин надається символ у вигляді малої літери латинського або грецького алфавіту: довжина – L, маса – М, час – Т, сила електричного струму – I, температура – ​​O, кількість речовини – N, сила світла – J. Ці символи входять у назву системи фізичних величин. Так, система фізичних величин механіки, основними величинами якої є довжина, маса та час, називається "система LMT".

Похідна фізична величина– фізична величина, яка входить до системи величин і визначається через основні величини цієї системи.

1.3 Фізичні величини та їх виміри

Фізична величина – одна з властивостей фізичного об'єкта (фізичної системи, явища або процесу), загальна у якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів, але в кількісному відношенні індивідуальна для кожного з них. Можна сказати також, що фізична величина - це величина, яка може бути використана в рівняннях фізики, причому під фізикою тут розуміється в цілому наука та технології.

Слово « величина» часто застосовується у двох сенсах: як взагалі властивість, до якого застосовується поняття більше чи менше, і як кількість цієї властивості. В останньому випадку доводилося б говорити про «величину величини», тому надалі йтиметься про величину саме як властивість фізичного об'єкта, у другому ж сенсі - як про значення фізичної величини.

Останнім часом все більшого поширення набуває підрозділ величин на фізичні та нефізичні Хоча слід зазначити, що поки що немає суворого критерію для такого поділу величин. При цьому під фізичними розуміють величини, які характеризують властивості фізичного світу та застосовуються у фізичних науках та техніці. Їх існують одиниці виміру. Фізичні величини залежно від правил їх виміру поділяються на три групи:

Величини, що характеризують властивості об'єктів (довжина, маса);

величини, що характеризують стан системи (тиск,

температура);

Величини, що характеризують процеси (швидкість, потужність).

До нефізичним відносять величини, котрим немає одиниць виміру. Вони можуть характеризувати як властивості матеріального світу, і поняття, які у суспільних науках, економіці, медицині. Відповідно до такого поділу величин прийнято виділяти вимірювання фізичних величин і нефізичні виміри . Іншим виразом такого підходу є два різні розуміння поняття виміру:

вимір у вузькому значенні як експериментальне порівняння

однієї вимірюваної величини з іншого відомою величиною того

ж якості, прийнятої як одиниця;

вимір у широкому значенні як знаходження відповідностей

між числами та об'єктами, їх станами або процесами

відомих правил.

Друге визначення з'явилося у зв'язку з широким поширенням останнім часом вимірів нефізичних величин, які фігурують у медико-біологічних дослідженнях, зокрема, у психології, економіці, соціології та інших суспільних науках. У цьому випадку правильніше було б говорити не про вимір, а про оцінювання величин , розуміючи оцінювання як встановлення якості, ступеня, рівня чогось відповідно до встановлених правил. Інакше кажучи, це операція з приписування шляхом обчислення, знаходження чи визначення числа величині, що характеризує якість будь-якого об'єкта, за встановленими правилами. Наприклад, визначення сили вітру чи землетрусу, виставлення оцінки фігуристам чи оцінок знань учнів за п'ятибальною шкалою.

Концепція оцінюваннявеличин не слід плутати з поняттям оцінки величин, пов'язаним з тим, що в результаті вимірювань ми фактично отримуємо не справжнє значення вимірюваної величини, а лише його оцінку, тією чи іншою мірою близьку до цього значення.

Розглянуте вище поняття « вимір», Що передбачає наявність одиниці виміру (заходи), відповідає поняттю виміру у вузькому значенні і є більш традиційним і класичним. У цьому сенсі воно і розумітиметься нижче - як вимір фізичних величин.

Нижче наведено про основні поняття , що відносяться до фізичної величини (тут і далі всі основні поняття з метрології та їх визначення наводяться за вищезгаданою рекомендацією з міждержавної стандартизації РМГ 29-99):

- розмір фізичної величини - кількісна визначеність фізичної величини, властива конкретному матеріальному об'єкту, системі, явище чи процесу;

- значення фізичної величини - Вираз розміру фізичної величини у вигляді деякого числа прийнятих для неї одиниць;

- справжнє значення фізичної величини - значення фізичної величини, яке ідеальним чином характеризує в якісному та кількісному відношенні відповідну фізичну величину (може бути співвіднесено з поняттям абсолютної істини та отримано лише внаслідок нескінченного процесу вимірювань із нескінченним удосконаленням методів та засобів вимірювань);

дійсне значення фізичної величини  значення фізичної величини, отримане експериментальним шляхом і настільки близьке до справжнього значення, що у поставленій вимірювальній задачі може бути використане замість нього;

одиниця виміру фізичної величини  фізична величина фіксованого розміру, якій умовно присвоєно числове значення, що дорівнює 1, і застосовується для кількісного вираження однорідних з нею фізичних величин;

система фізичних величин  сукупність фізичних величин, утворена відповідно до прийнятих принципів, коли одні величини приймаються за незалежні, а інші визначаються як функції цих незалежних величин;

основна фізична величина – фізична величина, що входить до системи величин і умовно прийнята як незалежна від інших величин цієї системи.

похідна фізична величина – фізична величина, що входить до системи величин та визначається через основні величини цієї системи;

система одиниць фізичних одиниць  сукупність основних та похідних одиниць фізичних величин, утворена відповідно до принципів для заданої системи фізичних величин.

Метрологія, стандартизація та сертифікація Демидова Н В

4 Поняття про фізичну величину Значення систем фізичних одиниць

Фізична величина є поняттям як мінімум двох наук: фізики та метрології. За визначенням фізична величина є якоюсь властивістю об'єкта, процесу, загальне для цілого ряду об'єктів за якісними параметрами, що відрізняється, проте, в кількісному відношенні (індивідуальна для кожного об'єкта). Існує цілий ряд класифікацій, створених за різними ознаками. Основними є поділу на:

1) активні та пасивні фізичні величини - при розподілі по відношенню до сигналів вимірювальної інформації. Причому перші (активні) у разі є величини, які без використання допоміжних джерел енергії мають можливість бути перетвореними на сигнал вимірювальної інформації. А другі (пасивні) є такими величинами, для вимірювання яких потрібно використовувати допоміжні джерела енергії, що створюють сигнал вимірювальної інформації;

2) адитивні (або екстенсивні) та неадитивні (або інтенсивні) фізичні величини – при розподілі за ознакою адитивності. Вважається, що перші (адитивні) величини вимірюються частинами, крім того, їх можна точно відтворювати за допомогою багатозначної міри, заснованої на підсумовуванні розмірів окремих заходів. А другі (неадитивні) величини прямо не вимірюються, оскільки вони перетворюються на безпосередній вимір величини або вимір шляхом непрямих вимірів. У 1791 р. Національними зборами Франції було прийнято першу історія система одиниць фізичних величин. Вона була метричною системою заходів. До неї входили: одиниці довжин, площ, обсягів, місткостей та ваги. А в їх основу було покладено дві загальновідомі нині одиниці: метр та кілограм.

В основу своєї методики вчений заклав три основні незалежні один від одного величини: масу, довжину, час. А як основні одиниці виміру даних величин математик взяв міліграм, міліметр і секунду, оскільки всі інші одиниці виміру можна з легкістю обчислити за допомогою мінімальних. Так, на етапі розвитку виділяють такі основні системи одиниць фізичних величин:

1) система СГС(1881 р.);

2) система МКГСС(кінець ХІХ ст.);

3) система МКСА(1901 р.)

З книги Творчість як точна наука [Теорія вирішення винахідницьких завдань] автора Альтшуллер Генріх Саулович

ДОДАТОК 3 ЗАСТОСУВАННЯ ДЕЯКИХ ФІЗИЧНИХ ЕФЕКТІВ І ЯВІВ ПРИ РІШЕННІ ВИНАХІДНИХ ЗАВДАНЬ Необхідна дія, властивістьФізичне явище, ефект, фактор, способ1. Вимірювання температуриТеплове розширення і викликана ним зміна-власної частоти

З книги Метрологія, стандартизація та сертифікація автора Демидова Н В

4 Поняття про фізичну величину Значення систем фізичних одиниць Фізична величина є поняттям як мінімум двох наук: фізики та метрології. За визначенням фізична величина є якоюсь властивістю об'єкта, процесу, загальне для цілого ряду об'єктів по

З книги Міжгалузеві правила з охорони праці під час експлуатації газового господарства організацій у питаннях та відповідях. Посібник для вивчення та підготовки до перевірок автора Красник Валентин Вікторович

Додаток 11. Значення крутості укосу

З книги Історія інженерної діяльності автора Морозов В

Тема ХІІІ. ІНЖЕНЕРНА ДІЯЛЬНІСТЬ І НАНОТЕХНОЛОГІЇ: СУТНІСТЬ, ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ, ЗНАЧЕННЯ Людство впевнено вступило в XXI століття, яке, як ми часто чуємо, проходитиме під знаком генетики, біотехнологій та інформаційних технологій. Ми також чуємо, що вчені

З книги Феномен науки [Кібернетичний підхід до еволюції] автора Турчин Валентин Федорович

2.1. Поняття поняття Розглянемо таку нервову мережу, яка на вході має багато рецепторів, а на виході - всього один ефектор, так що нервова мережа ділить безліч всіх ситуацій на дві підмножини: ситуації, що викликають збудження ефектора, та ситуації, що залишають його в

З книги Підручник з ТРВЗ автора Гасанов А І

7.6. Ми майже закінчили аналіз основ логіки з тієї точки зору, яка розглядає мозок як чорний ящик. Залишилося лише визначити загальне поняття «логічне поняття». Визначення це просто: поняття – це предикат чи логічна зв'язка. Заснування

З книги Промислове освоєння космосу автора Ціолковський Костянтин Едуардович

3. Поняття ідеальності

З книги Загальний устрій суден автора Чайніков К. Н.

Значення індустрії* Л. Н. Толстой та І. С. Тургенєв мріяли про щасливого мужика і вороже ставилися до фабриці. Толстой уявляв собі всяку щасливу людину у вигляді селянина із землею та сім'єю. Він має кінь, корову, овець та курей, свиней та інше. Чоловік мав міцну

З книги Нанотехнології [Наука, інновації та можливості] автора Фостер Лінн

§ 25. Поняття міцності судна Міцністю судна називається здатність його корпусу не руйнуватися і змінювати своєї форми під впливом постійних і тимчасових сил. Розрізняють загальну та місцеву міцність судна. Загальною поздовжньою міцністю корпусу судна називається його

З книги Історія електротехніки автора Колектив авторів

12.1. Роль і значення федеральних лабораторій В даний час основні федеральні відомства (і відповідно підпорядковані їм лабораторії) включені до програми дій Національної нанотехнологічної ініціативи (ННІ) та беруть активну участь у різноманітних

З книги Технічний регламент щодо вимог пожежної безпеки. Федеральний закон №123-ФЗ від 22 липня 2008 р. автора Колектив авторів

4.2. СТАНОВЛЕННЯ ФІЗИЧНИХ ОСНОВ ТЕ Д.К. Максвелл протягом 1855-1873 рр.., Узагальнивши результати експериментальних досліджень, відомих у вигляді законів Ш. Кулона, А. Ампера, законів та ідей М. Фарадея та Е.Х. Ленца сформував на їх основі систему рівнянь ЕМП, що описує

З книги Матеріалознавство. Шпаргалка автора Буслаєва Олена Михайлівна

З книги Мотоцикл в армії автора Ернест Н.

З книги автора

19. Значення механічних та фізичних властивостей при експлуатації виробів Властивості як показники якості матеріалу Властивості металів діляться на фізичні, хімічні, механічні та технологічні. До фізичних властивостей відносяться: колір, питома вага, плавність,

З книги автора

25. Залежність механічних та фізичних властивостей від складу в системах різного типу Властивість – це кількісна або якісна характеристика матеріалу, що визначає його спільність або відмінність з іншими матеріалами.

З книги автора

Значення мотоцикла У наші дні мотоцикл став необхідною приналежністю господарського та культурного життя країни; він проник і до армії. На так давно мотоциклу у військовій справі приписували виключно допоміжну роль як засобу зв'язку; в даний час він має

Фізична величина та її характеристика.

Усі об'єкти матеріального світу мають низку властивостей, що дозволяють відрізняти один об'єкт від іншого.

Властивістьоб'єкта - це об'єктивна особливість, що виявляється при його створенні, експлуатації та споживанні.

Властивість об'єкта має бути виражено якісно - як словесного описи, і кількісно - як графіків, цифр, діаграм, таблиць.

Метрологічна наука вимірює кількісні характеристики матеріальних об'єктів. фізичних величин

Фізична величина- це властивість, у якісному відношенні властиве багатьом об'єктам, а кількісному відношенні індивідуально кожному за них.

Наприклад, масумають усі матеріальні об'єкти, але в кожного з них величина масиіндивідуальна.

Фізичні величини поділяються на вимірюваніі оцінювані.

Вимірюваніфізичні величини бувають виражені кількісно у вигляді певного числа встановлених одиниць виміру.

Наприкладзначення напруги в мережі становить 220 У.

Фізичні величини, які мають одиниці виміру, бувають лише оцінені. Наприклад, запах, смак. Їхня оцінка здійснюється дегустуванням.

Деякі величини можна оцінити за шкалою. Наприклад: твердість матеріалу - за шкалою Вікерса, Брінєля, Роквелла, силу землетрусу - за шкалою Ріхтера, температуру - за шкалою Цельсія (Кельвіна).

Фізичні величини можна кваліфікувати за метрологічними ознаками.

за видам явищвони поділяються на

а) речові, що описують фізичні та фізико-хімічні властивості речовин, матеріалів та виробів з них.

Наприклад, маса, щільність, електричний опір (для вимірювання опору провідника по ньому повинен проходити струм, такий вимір називають пасивним).

б) енергетичні, що описують характеристики процесів перетворення, передачі та використання енергії

До них відносяться: струм, напруга, потужність, енергія. Ці фізичні величини називають активними. Вони не вимагають допоміжного джерела енергії.

Існує група фізичних величин, які характеризують перебіг процесів у часі, наприклад, спектральні показники, кореляційні функції.

за приладдядо різних груп фізичних процесів, величини бувають

· Просторово-часові,

· механічні,

· Електричні,

· магнітні,

· Теплові,

· акустичні,

· Світлові,

· Фізико-хімічні,

· Іонізуючих випромінювань, атомної та ядерної фізики.

за ступеня умовної незалежностіфізичні величини ділять на

· Основні (незалежні),

· Похідні (залежні),

· Додаткові.

за наявності розмірностіфізичні величини ділять на розмірні та безрозмірні.

прикладом розмірнийвеличини є сила, безрозмірною– рівень звукової потужності.

Щоб оцінити кількісно фізичну величину, вводиться поняття розмірфізичної величини.

Розмір фізичної величини- це кількісна визначеність фізичної величини, властива конкретному матеріальному об'єкту, системі, процесу чи явищу.

Наприклад, кожне тіло має певної масою, отже, їх можна розрізняти за масою, т.е. за розміром фізичної величини.

Вираз розміру фізичної величини у вигляді деякої кількості прийнятих для неї одиниць визначено як значення фізичної величини.

Значення фізичної величини -це вираз фізичної величини у вигляді деякого числа прийнятих для неї одиниць виміру.

Процес виміру - це процедура порівняння невідомої величини з відомою фізичною величиною (порівнюваною) і у зв'язку з цим вводиться поняття справжнє значенняфізичної величини.

Справжнє значення фізичної величини- Це значення фізичної величини, це ідеальним чином характеризує в якісному і кількісному співвідношенні відповідну фізичну величину.

Справжнє значення незалежних фізичних величин відтворено у тому зразках.

Істинне значення застосовують рідко, більше користуються дійсним значеннямфізичної величини.

Справжнє значення фізичної величини- Це значення, отримане експериментальним шляхом і трохи близьке до справжнього значення.

Раніше було поняття «вимірювані параметри», зараз за нормативним документом РМГ 29-99 рекомендується поняття «вимірювані величини».

Фізичних величин багато та їх систематизують. Система фізичних величин - це сукупність фізичних величин, утворена відповідно до прийнятих правил, коли одні величини приймають за незалежні, інші визначають як функції незалежних величин.

У назві системи фізичних величин застосовують символи величин, які прийняті як основні.

Наприклад, в механіці, де як базові прийняті довжина - L , маса - m і час - t , назва системи відповідно - Lm t .

Система базових величин, що відповідають міжнародній системі одиниць СІ, виражається символами LmtIKNJ , І.О. застосовані символи базових величин: довжина - L , маса - М , час - t , сила струму - I , температура - K, кількість речовини - N , сила світла - J .

Основні фізичні величини залежить від значень інших величин цієї системи.

Похідна фізична величина- це фізична величина, що входить до системи величин і визначається через основні величини цієї системи. Наприклад, сила окреслюється маса прискорення.

3. Одиниці виміру фізичних величин.

Одиницею вимірювань фізичної величини прийнято називати величина, якій за визначенням присвоєно чисельне значення, що дорівнює 1 і яка застосовується для кількісного вираження однорідних із нею фізичних величин.

Одиниці фізичних величин поєднують у систему. Перша система була запропонована Гаусом К (міліметр, міліграм, секунда). Наразі діє система СІ, раніше був стандарт країн РЕВ.

Одиниці вимірів ділятьсяна основні, додаткові, похідні та позасистемні.

У системі СІсім базових одиниць:

· довжина (метр),

· маса (кілограм),

· час (секунда),

· термодинамічна температура (кельвін),

· кількість речовини (моль),

· сила електричного струму (ампер),

· сила світла (кандела).

Таблиця 1

Позначення базових одиниць системи СІ

Фізична величина	Одиниця вимірів
Найменування	Позна-чення	Найменування	Позначення
російська	міжнародне
основні
Довжина	L	метр	м	m
Маса	m	кілограм	кг	kg
Час	t	секунда	з	s
Сила електричного струму	I	ампер	А	А
Термодинамічна температура	Т	кельвін	До	До
Кількість речовини	n, v	моль	моль	mol
Сила світла	J	кандела	кд	сd
додаткові
Плоский кут	-	радіан	радий	rad
Тілесний кут	-	стерадіан	ср	sr

Примітка. Радіан - це кут між двома радіусами кола, дуга між якими по довжині дорівнює радіусу. У градусному вирахуванні радіан дорівнює 57 0 17 ’ 48 ’’ .

Стерадіан - це тілесний кут, вершина якого розташована в центрі сфери і який вирізує на поверхні сфери площу, рівну площі квадрата зі стороною по довжині рівної радіусу сфери. Вимірюють тілесний кут шляхом визначення плоских кутів та проведення додаткових розрахунків за формулою:

Q = 2p (1 - соsa/2),

де Q- тілесний кут,a - Плоский кут при вершині конуса, утвореного всередині сфери даним тілесним кутом.

Тілесному кутку 1 ср відповідає плоский кут, рівний 65 0 32 ’ , куткуp порівн - Плоский кут 120 0 , кутку2pср - 180 0 .

Додаткові одиниці СІ використані для утворення одиниць кутової швидкості, кутового прискорення та деяких інших величин.

Самі собою радіан і стерадиан застосовуються переважно для теоретичних побудов і розрахунків, т.к. більшість важливих для практики значень кутів (повний кут, прямий кут тощо) у радіанах виражаються трансцендентними числами ( 2p, p/2).

Похідниминазивають одиниці виміру, одержувані з допомогою рівнянь зв'язку між фізичними величинами. Наприклад, одиниця сила в СІ - Ньютон ( Н ):

Н = кг∙м/с 2 .

Незважаючи на те, що система СІ універсальна, вона дозволяє використовувати деякі позасистемні одиниціякі знайшли широке практичне застосування (наприклад, гектар).

Позасистемними називаютьодиниці, що не увійшли до жодної із загальноприйнятих систем одиниць фізичних величин.

Для багатьох практичних випадків вибрані розміри фізичних величин незручні - надто малі чи великі. З цієї причини у практиці вимірювань часто користуються кратнимиі дольнимиодиницями.

Кратнийприйнято називати одиниця в ціле число разів більше системної чи позасистемної одиниці. Наприклад, кратна одиниця 1км = 1000 м.

Подовжнійприйнято називати одиниця, в ціле число разів менше системної чи позасистемної одиниці. Наприклад, дольна одиниця 1 см = 0,01 м.

Після вжиття метричної системи заходів було прийнято десяткову систему утворення кратних і дольних одиниць, що відповідає десятковій системі нашого числового рахунку. Наприклад, 10 6 – мега, а 10 -6 – мікро.

Фізична величина та її характеристика. - Поняття та види. Класифікація та особливості категорії "Фізична величина та її характеристика." 2017, 2018.