Для чего используют физические величины приведите примеры физических величин
Физическая величина — что это такое, и в чем ее измеряют?
Физика — наука, осуществляющая наблюдения за самыми различными предметами и явлениями. А главная ценность этих наблюдений заключается в том, что их можно описать — и выявить причины, закономерности, возможные следствия.
Для того, чтобы дать понятное описание явлению или предмету, необходимо измерить его сразу по нескольким параметрам. Результаты этих измерений и называются физической величиной.
Определение понятия и его практическая суть
Физическая величина — это характеристика, которая с точки зрения своего качества едина для многих объектов, но в количественно верна только для одного из них. К сожалению, это официальное объяснение звучит не слишком понятно, и после него все еще остаются вопросы.
Простыми словами понятие физической величины можно объяснить немного иначе, на примере.
В обоих случаях речь идет о физической величине — массе. Но индивидуальный показатель массы для объектов отличается.
В чем измеряют физическую величину? Примеры физических величин
Физическая величина — это не только масса объекта. Под это определение попадают длина и температура, сила тока и количество вещества, сила света. Все они характеризуют некий объект или явление и выделяют его из множества.
Таким образом, можно назвать несколько параметров и единиц для измерения физической величины:
Во многих странах существуют локальные единицы измерения, которые сильно отличаются от единиц, принятых в других государствах. Однако официальная наука пользуется унифицированной системой мер и весов. Только при необходимости общепринятые единицы переводят в какие-либо другие, принятые в определенной местности.
Физические величины и их единицы измерения
Всего получено оценок: 126.
Всего получено оценок: 126.
В 7 классе известно, что физика — это наука о природе, о причинах и механизмах явлений, происходящих в ней. Она опирается на наблюдения и опыты и выводит самые общие законы, описывающие всё, что происходит во Вселенной. Эти законы описывают все физические явления, пользуясь специальными мерами — физическими величинами. Рассмотрим эту тему, поговорим о физических величинах и их единицах измерения.
Физическая величина и ее сущность
Любой физический закон выражает взаимосвязь некоторых особенностей тел, явлений и событий в природе в виде формул.
Рис. 1. Физические явления.
Например, закон всемирного тяготения связывает массы двух тел и расстояние между ними с силой тяготения, которая существует между этими телами. Для этого закона важны только четыре перечисленные особенности тел: две массы и расстояние, а также сила, которая возникает между рассматриваемыми телами. Перечисленные четыре особенности — это примеры физических величин.
Физическая величина — это некоторое свойство рассматриваемого объекта или явления, которое можно измерить.
В данном определении можно видеть основные признаки понятия физической величины: во-первых, физическая величина — это свойство, во-вторых, свойство измеряемое.
В упомянутом законе всемирного тяготения две массы — это свойства двух рассматриваемых тел, расстояние — это свойство относится к геометрическому расположению обоих тел, а возникающая сила тяготения — это свойство явления, которое закон описывает. И все четыре свойства можно измерить: масса измеряется весами, расстояние — линейкой, для измерения силы существуют специальные приборы — силомеры или динамометры.
Измерение физических величин
Возможность измерения физической величины — это очень важный признак, который используется всеми без исключения физическими законами. Именно возможность измерения превращает простое наблюдение в физический закон. Например, любой человек из повседневного опыта знает, что предметы падают на землю, однако такое утверждение является лишь наблюдением, а не физическим законом.
Измерение физической величины состоит в том, чтобы сравнить ее с другой величиной того же вида, принятой за единицу (за эталон).
Например, для измерения расстояния следует договориться, какое расстояние будет принято за эталон, и далее все расстояния будут сравниваться с этим расстоянием.
Рис. 2. Измерение физической величины.
Здесь возникает важный вопрос о выборе такого эталона. Действительно, в качестве эталона можно взять совершенно любую величину, важно лишь, чтобы все измерения сравнивались с одним и тем же эталоном, а сама его величина не так важна. Например, сейчас большинство людей в качестве эталона расстояния используют метр. Однако в англоязычных странах по-прежнему нередко используется такая величина, как фут. А еще сто лет назад и в России применялись аршины, сажени, вершки.
Данный вопрос решается постановлением специальных метрологических организаций. В таких постановлениях указываются эталоны, рекомендуемые для измерения всех физических величин.
Измерительная система единиц
В физике существует много величин, для всех есть эталоны, и вся совокупность таких эталонов называется системой единиц. В системе единиц существуют базовые эталоны, которые определяются на основе явлений природы (например, метр изначально приравнивался одной сорокамиллионной части Парижского меридиана), и производные, определяемые на основе базовых (например, квадратный метр — эталон площади).
В настоящее время в мире действует единая система, которая называется СИ (фр. Système international d’unités, SI) и была принята Генеральной конференцией по мерам и весам (CGPM) в 1960 г. Единицы СИ представлены в следующей таблице:
Рис. 3. Таблица единиц.
Что мы узнали?
Физическая величина — это некоторое свойство рассматриваемого объекта или явления, которое можно измерить. Измерение физической величины означает сравнение ее с другой величиной такого же типа, принятой за эталон. Совокупность эталонов, принятая для измерений, называется системой единиц. В настоящее время действует система СИ.
Примеры физических величин. Классификация физических величин
Под физической величиной необходимо понимать свойство, в отношении качества общее для множества отдельных объектов, физических совокупностей, состояний, которыми они определяются, и процессов, происходящих в них. Стоит дополнить, что данное свойство является индивидуальным в отношении количества.
Качественный аспект понятия
Прежде чем рассмотреть физические величины и их измерения, целесообразно дать определение непосредственно термину. Качественный аспект понятия выявляет «род» величины (к примеру, электрическое сопротивление, которое является общим свойством проводников электричества). В свою очередь, количественный — отвечает за ее «размер» (то есть сопротивление конкретного проводника).
Стоит отметить, что значение результата физических величин и их измерений в числах зависит от выбора конкретной единицы. Размер физ. величины целесообразно рассматривать объективно. Иными словами, вне зависимости от того, определен он или нет, он остается одинаковым. Причем неважно, какое значение в числах ему присвоено в различных единицах измерения.
Оцениваемые и измеряемые
В классификации физических величин принято различать оцениваемые и измеряемые величины. Важно знать, что последние выражаются количественно, другими словами, в виде конкретного числа тех или иных единиц измерения. Под размерностью физ. величины следует понимать количественную ее определенность, которая присуща системе, предмету, процессу или явлению.
Оцениваемые величины — это такие, для которых по тем или иным причинам не вводится единица измерения. Именно поэтому их можно только оценить. Категорию оценивания целесообразно рассматривать как операцию приписывания конкретной физической величине того или иного количества единиц, принятых для нее. Стоит дополнить, что данная процедура проводится в соответствии с установленными правилами.
Процедура оценивания
Оценивание реализуется посредством специальных шкал. Под шкалой величины следует понимать последовательность ее значений, которая должным образом упорядочена и принята в соответствии с соглашением на основании показателей точных измерений.
Необходимо иметь в виду, что нефизические величины, в соответствии с которыми единица измерения не может вводиться в принципе, можно исключительно оценивать. Оценка нефиз. величин не включается в задачи теории метрологии.
Классификация категории по разновидностям явлений
Рассмотрим несколько примеров физических величин согласно классификации по разновидностям явлений. Итак:
Классификация по силе условной независимости
В соответствии со степенью условной независимости от иных компонентов данной группы выделяются основные, производные, а также дополнительные величины. На сегодняшний день в самой распространенной системе международного плана СИ применяется семь физических величин: время, длина, масса, сила электрического тока, температура, количество вещества и сила света.
Значение величин
Под значением физической величины следует понимать оценку ее размера в виде того или иного числа единиц измерения, которые приняты. Числовое значение величины следует рассматривать как отвлеченное число, которое выражает отношение ее параметра к конкретной единице этой величины (к примеру, 10 А — не что иное, как показатель силы тока, а 10 — это числовое значение). Так, именно понятие «значение» нужно использовать для выражения количественного аспекта рассматриваемого свойства. К примеру, писать или говорить «физическая величина теплоты» — это неправильно. Правильно так: «значение теплоты». Дело в том, что теплота сама по себе является величиной.
Понятие векторной физической величины
В физике есть две разновидности величин. Это скалярные и векторные физические величины. Основным их отличием является то, что последние характеризуются наличием направления. Что это означает? К примеру, количество картофелин в емкости — это обыкновенное число, то есть скалярная величина. Еще одним ярким примером подобной величины служит температура.
У иных важнейших в физике величин есть направление. Это, к примеру, скорость. Так, у нас имеется необходимость установить не только быстроту передвижения тела, но и непосредственно путь, в соответствии с которым оно движется. Сила и импульс так же, как и смещение, имеют направление. Когда тот или иной человек совершает шаг, можно отметить не только, насколько далеко он шагнул. Мы можем сказать, куда именно он шагает, иными словами, определить направление, свойственное его движению.
Перечень векторных величин
Примеры физических величин векторного типа лучше запомнить. Перечислим их:
Стоит заметить, что над обозначением каждой из них принято ставить вектор (стрелку). Для чего это нужно? Дело в том, что именно так в математике принято обозначать вектор. Действия, связанные со сложением и вычитанием, над приведенными примерами физических величин реализуются в соответствии с математическими правилами. Стоит отметить, что выражение «абсолютное значение» или «модуль скорости» означает «модуль вектора скорости», иными словами, численное значение показателя без учета направления, под которым подразумевается знак «минус» или «плюс».
Скалярные физические величины
Под скаляром следует понимать физическую величину, у которой есть лишь одна характеристика. Речь идет о численном значении. Стоит заметить, что скалярная величина бывает как положительной, так и отрицательной. Среди примеров в данном случае следует отметить температуру, работу, время, массу, а также путь. Математическими действиями с такими величинами называются алгебраические действия.
Что такое параметр?
Итак, мы рассмотрели понятие физической величины и классификацию категории. Далее целесообразно разобрать термин «параметр», который используют для обозначения особенностей величин, которые имеют частные характеристики. К примеру, у конденсатора есть емкость, а его параметром считается не что иное, как температурный коэффициент емкости. Однако иногда параметром принято называть саму физ. величину, фазу, частоту или амплитуду, к примеру.
При определенной оценке величины ее возможно охарактеризовать измеренным, действительным и истинным значениями. Стоит заметить, что нахождение последнего является основной проблемой метрологии. Под истинным следует понимать такое значение, которое наилучшим образом отражает как в количественном, так и в качественном отношениях соответствующую характеристику объекта. Выявить экспериментальным образом его невозможно по причине неизбежных погрешностей в производимых измерениях. Так, истинное значение величины в полной мере соотносится с термином абсолютной истины: его можно получить лишь в результате непрерывного процесса измерений с постоянным совершенствованием методик и инструментов, используемых в них.
Погрешность измерения необходимо рассматривать как отклонение полученного результата от истинного значения той величины, которую измеряют. К примеру, речь идет о диаметре металлического диска круглой формы. Процедура может быть проведена с максимально высокой точностью в случае выбора измерительного инструмента соответствующего качества. Однако когда погрешность последнего достигает размеров молекулы, как правило, обнаруживается размывание границ диска, которое обусловлено хаотическим передвижением молекул. По причине этого за определенным пределом точности повышение ее в дальнейшем является бессмысленным и бесполезным.
Можно сделать вывод, что «истинное» значение диаметра в нашем случае получает вероятностный смысл. Лишь с некоторой вероятностью можно установить интервал тех значений, в котором оно пребывает. Именно поэтому одним из ключевых постулатов метрологии считается положение, определяющее, что истинное значение физ. величины есть, тем не менее, выявить его посредством проведения измерений невозможно.
В связи с этим в измерительной практике принято оперировать термином «действительное значение». Стоит отметить, что его степень приближения к истинному состоит в зависимости от точности инструментов, применяемых для измерения, а также от погрешности в самом процессе измерения.
Под действительным целесообразно рассматривать значение физ. величины, которое найдено экспериментальным методом. Оно до такой степени приближено к истинному, что для этой цели может быть применено вместо него. Именно это значение выявляют с помощью образцовых мер и приборов, в отношении которых возможно пренебрежение погрешностями. Измеренное значение определяется как отсчитанное посредством отсчетного измерительного устройства.
Заключительная часть
Итак, мы в полной мере рассмотрели категорию физических величин, указали классификацию и современные методики их измерения. В заключение следует отметить, что в процессе измерения важнейшую роль играют сопутствующие условия. Под ними необходимо понимать комплекс влияющих величин, которые характеризуют состояние окружающего мира и средства, применяемые для измерений.
В метрологии принято различать предельные, рабочие и нормальные условия. Последние целесообразно рассматривать как характеризуемые комплексом значений или сфер значений влияющих физических величин, в соответствии с которыми изменением показателя измерений пренебрегают по причине малости.
Рабочие условия — те, согласно которым значения влияющих физ. величин пребывают в пределах областей, предназначенных для работы. Под предельными условиями измерений необходимо понимать условия, которые характеризуются экстремальными значениями влияющей и измеряемой величин. Измерительное средство может выдержать их без ухудшения метрологических характеристик или всякого рода разрушений.
Физические величины и их единицы измерения – формулы, примеры, эталоны в СИ (7 класс)
В 7 классе известно, что физика — это наука о природе, о причинах и механизмах явлений, происходящих в ней. Она опирается на наблюдения и опыты и выводит самые общие законы, описывающие всё, что происходит во Вселенной. Эти законы описывают все физические явления, пользуясь специальными мерами — физическими величинами. Рассмотрим эту тему, поговорим о физических величинах и их единицах измерения.
Физическая величина и ее сущность
Любой физический закон выражает взаимосвязь некоторых особенностей тел, явлений и событий в природе в виде формул.
Рис. 1. Физические явления.
Например, закон всемирного тяготения связывает массы двух тел и расстояние между ними с силой тяготения, которая существует между этими телами. Для этого закона важны только четыре перечисленные особенности тел: две массы и расстояние, а также сила, которая возникает между рассматриваемыми телами. Перечисленные четыре особенности — это примеры физических величин.
Физическая величина — это некоторое свойство рассматриваемого объекта или явления, которое можно измерить.
В данном определении можно видеть основные признаки понятия физической величины: во-первых, физическая величина — это свойство, во-вторых, свойство измеряемое.
В упомянутом законе всемирного тяготения две массы — это свойства двух рассматриваемых тел, расстояние — это свойство относится к геометрическому расположению обоих тел, а возникающая сила тяготения — это свойство явления, которое закон описывает. И все четыре свойства можно измерить: масса измеряется весами, расстояние — линейкой, для измерения силы существуют специальные приборы — силомеры или динамометры.
Измерение физических величин
Возможность измерения физической величины — это очень важный признак, который используется всеми без исключения физическими законами. Именно возможность измерения превращает простое наблюдение в физический закон. Например, любой человек из повседневного опыта знает, что предметы падают на землю, однако такое утверждение является лишь наблюдением, а не физическим законом.
Измерение физической величины состоит в том, чтобы сравнить ее с другой величиной того же вида, принятой за единицу (за эталон).
Например, для измерения расстояния следует договориться, какое расстояние будет принято за эталон, и далее все расстояния будут сравниваться с этим расстоянием.
Рис. 2. Измерение физической величины.
Здесь возникает важный вопрос о выборе такого эталона. Действительно, в качестве эталона можно взять совершенно любую величину, важно лишь, чтобы все измерения сравнивались с одним и тем же эталоном, а сама его величина не так важна. Например, сейчас большинство людей в качестве эталона расстояния используют метр. Однако в англоязычных странах по-прежнему нередко используется такая величина, как фут. А еще сто лет назад и в России применялись аршины, сажени, вершки.
Данный вопрос решается постановлением специальных метрологических организаций. В таких постановлениях указываются эталоны, рекомендуемые для измерения всех физических величин.
Измерительная система единиц
В физике существует много величин, для всех есть эталоны, и вся совокупность таких эталонов называется системой единиц. В системе единиц существуют базовые эталоны, которые определяются на основе явлений природы (например, метр изначально приравнивался одной сорокамиллионной части Парижского меридиана), и производные, определяемые на основе базовых (например, квадратный метр — эталон площади).
В настоящее время в мире действует единая система, которая называется СИ (фр. Système international d’unités, SI) и была принята Генеральной конференцией по мерам и весам (CGPM) в 1960 г. Единицы СИ представлены в следующей таблице:
Рис. 3. Таблица единиц.
Что мы узнали?
Физическая величина — это некоторое свойство рассматриваемого объекта или явления, которое можно измерить. Измерение физической величины означает сравнение ее с другой величиной такого же типа, принятой за эталон. Совокупность эталонов, принятая для измерений, называется системой единиц. В настоящее время действует система СИ.
Физическая величина
Физи́ческая величина́ — физическое свойство материального объекта, физического явления, процесса, которое может быть охарактеризовано количественно.
Значение физической величины — одно или несколько (в случае тензорной физической величины) чисел, характеризующих эту физическую величину, с указанием единицы измерения, на основе которой они были получены.
Размер физической величины — значения чисел, фигурирующих в значении физической величины.
Например, автомобиль может быть охарактеризован с помощью такой физической величины, как масса. При этом, значением этой физической величины будет, например, 1 тонна, а размером — число 1, или же значением будет 1000 килограмм, а размером — число 1000. Этот же автомобиль может быть охарактеризован с помощью другой физической величины — скорости. При этом, значением этой физической величины будет, например, вектор определённого направления 100 км/ч, а размером — число 100.
Размерность физической величины — единица измерения, фигурирующая в значении физической величины. Как правило, у физической величины много различных размерностей: например, у длины — нанометр, миллиметр, сантиметр, метр, километр, миля, дюйм, парсек, световой год и т. д. Часть таких единиц измерения (без учёта своих десятичных множителей) могут входить в различные системы физических единиц — СИ, СГС и др.
Часто физическая величина может быть выражена через другие, более основополагающие физические величины. (Например, сила может быть выражена через массу тела и его ускорение). А значит, соответственно, и размерность такой физической величины может быть выражена через размерности этих более общих величин. (Размерность силы может быть выражена через размерности массы и ускорения). (Часто такое представление размерности некоторой физической величины через размерности других физических величин является самостоятельной задачей, которая в некоторых случаях имеет свой смысл и назначение.) Размерности таких более общих величин часто уже являются основными единицами той или другой системы физических единиц, то есть такими, которые сами уже не выражаются через другие, ещё более общие величины.
Пример.
Если физическая величина мощность записывается как
P = 42,3 × 10³ Вт = 42,3 кВт,
Р — это общепринятое литерное обозначение этой физической величины, 42,3 × 10³ Вт — значение этой физической величины, 42,3 × 10³ — размер этой физической величины.
Вт — это сокращённое обозначение одной из единиц измерения этой физической величины (ватт). Литера к является обозначением десятичного множителя «кило» Международной системы единиц (СИ).
Содержание
Размерные и безразмерные физические величины
Аддитивные и неаддитивные физические величины
Экстенсивные и интенсивные физические величины
Некоторые физические величины, такие как момент импульса, площадь, сила, длина, время, не относятся ни к экстенсивным, ни к интенсивным.
От некоторых экстенсивных величин образуются производные величины:
Скалярные, векторные, тензорные величины
Система единиц физических величин
Система единиц физических величин — совокупность единиц измерений физических величин, в которой существует некоторое число так называемых основных единиц измерений, а остальные единицы измерения могут быть выражены через эти основные единицы. Примеры систем физических единиц — Международная система единиц (СИ), СГС.
Символы физических величин
В качестве символов физических величин обычно выступают отдельные прописные и строчные литеры латинского или греческого алфавита. Часто к обозначениям добавляют верхние или нижние индексы, обозначающие, к чему относится величина, например Eп часто обозначает потенциальную энергию, а cp — теплоёмкость при постоянном давлении.