Что называется измерением физической величины

Измерение физических величин

Представление о физической величине является полным только тогда, когда она измерена. Потребность в измерении ФВ возникла на ранней стадии познания природы и возрастала по мере развития и усложнения производственной и научной деятельности человека. Требования к точности измерения ФВ постоянно возрастают.

Измерить физическую величину– значит сравнить ее с однородной величиной, условно принятой за единицу измерения.

Измерить неизвестную физическую величину можно двумя способами:

а) Прямым измерением называют измерение, при котором значение ФВ определяют непосредственно из опыта. К прямым измерениям относятся, например, измерение массы с помощью весов, температуры – термометром, длины – масштабной линейкой.

б) Косвенным измерением называют измерение, при котором искомое значение ФВ находят путем прямого измерения других ФВ на основании известной зависимости между ними. Косвенным измерением является, например, определение плотности ρ вещества путем прямых измерений объема V и массы m тела.

(1)

Конкретные реализации одной и той же ФВ называются однородными величинами. Например, расстояние между зрачками ваших глаз и высота Останкинской башни есть конкретные реализации одной и той же ФВ – длины и поэтому они являются однородными величинами. Масса сотового телефона и масса атомного ледокола также однородные физические величины.

Однородные ФВ отличаются друг от друга размером. Размер ФВ – это количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию «физическая величина». Размеры однородных физических величин различных объектов можно сравнивать между собой.

Подчеркнем существенное отличие физических величин от единиц их измерения. Если измеренное значение ФВ отвечает на вопрос «сколько?», то единица измерения отвечает на вопрос «чего?». Некоторые единицы измерения удается воспроизвести в виде каких-то тел или образцов (гири, линейки и т.п.). Такие образцы называются мерами. Меры, выполненные с наивысшей достижимой в настоящее время точностью, называются эталонами.

Значением физической величины является оценка физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Основными единицами измерения называют произвольные единицы измерения для немногих величин (независимых друг от друга), с которыми все остальные находятся в определенной связи. Следует различать истинноеи действительное значения физической величины.

Истинное значение ФВ – это идеальное значение ФВ, существующее объективно независимо от человека и методов его измерения. Однако истинное значение ФВ нам, как правило, неизвестно. И узнать его можно лишь приблизительно с определенной точностью путем измерения.

Действительное значение ФВ – есть значение, найденное экспериментальным путем – измерением. Степень приближения действительного значения ФВ к истинному зависит от совершенства применяемых технических средств измерения.

Измерения ФВ основываются на различных физических явлениях. Например, для измерения температуры используется тепловое расширение тел, для измерения массы тел взвешиванием – явление тяготения и т.д. Совокупность физических явлений, на которых основаны измерения, называют принципом измерения.

К средствам измерения относятся меры, измерительные приборы и др.

Измерительный прибор – это средство измерения, предназначенное для формирования сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия человеком. К измерительным приборам относятся амперметр, динамометр, линейка, весы, манометр и др.

Кроме основных физических величин в физике существуют производные физические величины, которые можно выразить через основные. Для этого необходимо ввести два понятия: размерность производной величины и определяющее уравнение. Производные единицы получаются из основных при помощи уравнений связи между соответствующими величинами.

Чувствительность измерительных приборов – Измерительные приборы характеризуются чувствительностью. Чувствительность измерительного прибора равна отношению линейного (Dl) или углового (Da) перемещения указателя сигнала по шкале прибора к вызвавшему его изменению DX измеряемой величины X. Чувствительность определяет минимальное измеряемое значение ФВ с помощью данного прибора.

Источник

Измерение

Измерение — совокупность операций для определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой за единицу, хранящуюся в техническом средстве (средстве измерений). Получившееся значение называется числовым значением измеряемой величины, числовое значение совместно с обозначением используемой единицы называется значением физической величины. Измерение физической величины опытным путём проводится с помощью различных средств измерений — мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, систем, установок и т. д. Измерение физической величины включает в себя несколько этапов: 1) сравнение измеряемой величины с единицей; 2) преобразование в форму, удобную для использования (различные способы индикации).

Характеристикой точности измерения является его погрешность или неопределённость. Примеры измерений:

В тех случаях, когда невозможно выполнить измерение (не выделена величина как физическая, или не определена единица измерений этой величины) практикуется оценивание таких величин по условным шкалам, например, Шкала Рихтера интенсивности землетрясений, Шкала Мооса — шкала твёрдости минералов.

Наука, предметом изучения которой являются все аспекты измерений, называется метрологией.

Содержание

Классификация измерений

По видам измерений

Согласно РМГ 29-99 «Метрология. Основыне термины и определения» выделяют следующие виды измерений:

Также стоит отметить, что в различных источниках дополнительно выделяют таки виды измерений: метрологически и технические, необходимые и избыточные и др.

По методам измерений

По условиям, определяющим точность результата

По отношению к изменению измеряемой величины

Статические и динамические.

По результатам измерений

Классификация рядов измерений

По точности

По числу измерений

Классификация измеряемых величин

По точности

По результатам измерений

История

Единицы и системы измерения

См. также

Примечания

Литература и документация

Литература

Нормативно-техническая документация

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Измерение» в других словарях:

ИЗМЕРЕНИЕ — представление свойств реальных объектов в виде числовой величины, один из важнейших методов эмпирического познания. В самом общем случае величиной называют все то, что может быть больше или меньше, что может быть присуще объекту в большей или… … Философская энциклопедия

Измерение X — Измерение Икс … Википедия

измерение — замер, обмер; вымеривание, установление, фиксирование, замеривание, распознавание, промер, диагностирование, смеривание, нахождение, обмеривание, определение Словарь русских синонимов. измерение см. установление 2 Словарь синонимов … Словарь синонимов

измерение — (в психологии) научный метод представления числами интересующего психического свойства или параметров психического процесса на основе нек рых процедурных правил. Совокупность теоретико математических представлений и процедурных правил,… … Большая психологическая энциклопедия

ИЗМЕРЕНИЕ — ИЗМЕРЕНИЕ, измерения, ср. 1. Действие по гл. измерить измерять. Измерение роста. 2. Измеряемая величина, протяжение (мат.). Куб имеет три измерения: длину, высоту и ширину. ❖ Четвертое измерение (ирон.) перен. сверхъестественная и бесплодно… … Толковый словарь Ушакова

ИЗМЕРЕНИЕ — последовательность эксперим. и вычислит. операций, осуществляемая с целью нахождения значения физ. величины, характеризующей нек рый объект или явление. И. завершается определением степени приближения найденного значения к истинному значению… … Физическая энциклопедия

ИЗМЕРЕНИЕ — ИЗМЕРЕНИЕ, действия, производимые с целью нахождения числовых значений какой либо величины в принятых единицах измерения. Измерение выполняют с помощью соответствующих средств измерения (линейка, часы, весы и т.д.). Различают прямые… … Современная энциклопедия

ИЗМЕРЕНИЕ — совокупность действий, выполняемых при помощи средств измерений с целью нахождения числового значения измеряемой величины в принятых единицах измерения. Различают прямые измерения (напр., измерение длины проградуированной линейкой) и косвенные… … Большой Энциклопедический словарь

измерение — Сравнение конкретного проявления измеряемого свойства (измеряемой величины) со шкалой (частью шкалы) измерений этого свойства (величины) с целью получения результата измерения (значения величины или оценки свойства). [МИ 2365 96] измерение… … Справочник технического переводчика

Измерение — ИЗМЕРЕНИЕ, действия, производимые с целью нахождения числовых значений какой либо величины в принятых единицах измерения. Измерение выполняют с помощью соответствующих средств измерения (линейка, часы, весы и т.д.). Различают прямые… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Источник

Что называется измерением физической величины

Всероссийский научно-исследовательский институт
оптико-физических измерений

ПОИСК И НАВИГАЦИЯ

МЫ НА YOUTUBE

Измерения физических величин

Измерение физической величины (англ. measurement) – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины.
Примеры:

Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью.

Неравноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.

Однократное измерение – измерение, выполненное один раз. Примечание. Во многих случаях на практике выполняются именно однократные измерения. Например, измерение конкретного момента времени по часам обычно производится один раз.

Многократное измерение – измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т.е. состоящее из ряда однократных измерений.

Статическое измерение (англ. static measurement) – измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.
Примеры

Динамическое измерение (англ. dynamic measurement) – измерение изменяющейся по размеру физической величины.

Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно. Примечание. Термин прямое измерение возник как противоположный термину косвенное измерение. Строго говоря, измерение всегда прямое и рассматривается как сравнение величины с ее единицей. В этом случае лучше применять термин прямой метод измерений.
Примеры

Косвенное измерение – определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Примечание. Во многих случаях вместо термина косвенное измерение применяют термин косвенный метод измерений.

Совокупные измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. Примечание. Для определения значений искомых величин число уравнений должно быть не меньше числа величин.

Совместные измерения – проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними.

Наблюдение при измерении (англ. observation) – операции, проводимые при измерении и имеющие целью своевременно и правильно произвести отсчет.

Отсчет показаний средства измерений – фиксация значения величины или числа по показывающему устройству средства измерений в заданный момент времени.

Измерительный сигнал (англ. measurement signal) – сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине.

Измерительная информация (англ. measurement information) – информация о значениях физических величин.

Измерительная задача – задача, заключающаяся в определении значения физической величины путем ее измерения с требуемой точностью в данных условиях измерений.

Объект измерения – тело (физическая система, процесс, явление и т.д.), которое характеризуется одной или несколькими измеряемыми физическими величинами.

Область измерений – совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой.

Вид измерений – часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин.

Подвид измерений – часть вида измерений, выделяющаяся особенностями измерений однородной величины (по диапазону, по размеру величины и др.).

Источник

Физические величины и их измерения

Физическая величина – одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Можно сказать также, что физическая величина — это величина, которая может быть использована в уравнениях физики, причем, под физикой здесь понимается в целом наука и технологии.

В последнее время все большее распространение получает подразделение величин на физические и нефизические, хотя следует отметить, что пока нет строгого критерия для такого деления величин. При этом под физическими понимают величины, которые характеризуют свойства физического мира и применяются в физических науках и технике. Для них существуют единицы измерения. Физические величины в зависимости от правил их измерения подразделяются на три группы:

— величины, характеризующие свойства объектов (длина, масса);

— величины, характеризующие состояние системы (давление,

— величины, характеризующие процессы (скорость, мощность).

К нефизическим относят величины, для которых нет единиц измерения. Они могут характеризовать как свойства материального мира, так и понятия, используемые в общественных науках, экономике, медицине. В соответствии с таким разделением величин принято выделять измерения физических величин и нефизические измерения. Другим выражением такого подхода являются два разных понимания понятия измерения:

— измерение в узком смысле как экспериментальное сравнение

одной измеряемой величины с другой известной величиной того

же качества, принятой в качестве единицы;

— измерение в широком смысле как нахождение соответствий

между числами и объектами, их состояниями или процессами по

Второе определение появилось в связи с широким распространением в последнее время измерений нефизических величин, которые фигурируют в медико-биологических исследованиях, в частности, в психологии, в экономике, в социологии и других общественных науках. В этом случае правильнее было бы говорить не об измерении, а об оценивании величин, понимая оценивание как установление качества, степени, уровня чего-либо в соответствии с установленными правилами. Другими словами, это операция по приписыванию путем вычисления, нахождения или определения числа величине, характеризующей качество какого-либо объекта, по установленным правилам. Например, определение силы ветра или землетрясения, выставление оценки фигуристам или оценок знаний учащихся по пятибалльной шкале.

Понятие оценивание величин не следует путать с понятием оценки величин, связанным с тем, что в результате измерений мы фактически получаем не истинное значение измеряемой величины, а лишь его оценку, в той или иной степени близкую к этому значению.

Рассмотренное выше понятие «измерение», предполагающее наличие единицы измерения (меры), соответствует понятию измерения в узком смысле и является более традиционным и классическим. В этом смысле оно и будет пониматься ниже — как измерение физических величин.

Ниже приведены основные понятия, относящиеся к физической величине (здесь и далее все основные понятия по метрологии и их определения приводятся по упомянутой выше рекомендации по межгосударственной стандартизации РМГ 29-99):

— размер физической величины — количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу;

— значение физической величины — выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц;

— истинное значение физической величины — значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину (может быть соотнесено с понятием абсолютной истины и получено только в результате бесконечного процесса измерений с бесконечным совершенствованием методов и средств измерений);

— основная физическая величина–физическая величина, входящая в систему величин и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы.

— производная физическая величина – физическая величина, входящая в систему величин и определяемая через основные величины этой системы;

Источник

Физические величины и их измерение

Содержание:

Измерением физической величины называют совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу или воспроизводящего шкалу физической величины, заключающихся в сравнении (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей или шкалой с целью получения значения этой величины в форме, удобной для использования.

На странице -> решение задач по физике собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам физики.

Физические величины и их измерение

Физическая величина — измеряемое качество, признак или свойство материального объекта или явления, общее в качественном отношении для класса материальных объектов или процессов, явлений, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Физические величины имеют род, размер, единицу (измерения) и значение.

Физика — наука о природе

С незапамятных времен люди начали проводить систематические наблюдения за явлениями природы, стремились подметить последовательность происходящих явлений и научились предвидеть ход многих событий в природе, например смену времен года, время разливов рек и многое другое. Эти свои знания они использовали для определения времени посева, уборки урожая и т. д. Постепенно люди убедились в том, что изучение явлений природы приносит им неоценимую пользу.

Тогда появились ученые, которые посвящали свою жизнь изучению явлений природы, обобщали опыт предыдущих поколений. Они записывали результаты наблюдений и опытов, сообщали свои знания ученикам. Вначале учеными были жрецы, которым их знания позволяли держать народ в подчинении. Поэтому записи ученые часто делали в зашифрованном виде, а учеников тщательно отбирали и они должны были хранить свои знания в тайне.

Первые книги о явлениях природы, которые стали достоянием народа, появились, по-видимому, в Древней Греции. Это способствовало быстрому развитию науки в этой стране и появлению многих выдающихся ученых.

Греческое слово «фюзио в переводе означает «природа», поэтому науку о природе стали называть физикой. Начиная с XVII в. происходит быстрое развитие физики. Из нее постепенно выделяются новые науки о природе, например химия. Все науки, изучающие явления природы, стали называть естественными науками.

Многолетнее изучение явлений природы привело ученых к идее о материальности окружающего нас мира. Материя, по определению В. И. Ленина, есть объективная реальность, существующая помимо нашего сознания и данная нам в ощущении. Таким образом, все, реально существующее в природе (а не в нашем воображении), материально. Итак, в основе нашего представления о природе лежит материалистическое миропонимание.

Материя существует не только в форме вещества. Например, радиоволны и свет нельзя назвать веществом. Они представляют собой особую форму материи, называемую электромагнитным полем.

Изучение окружающего нас мира показало, что материя находится в постоянном движении. Любое изменение, происходящее в природе, представляет собой движение материи. Накопленный века

мн опыт убедил ученых, что материя может видоизменяться, но никогда не возникает и не исчезает. Движение материи также может менять свою форму, но само движение материи не создается и не уничтожается. Иначе говоря, окружающий нас мир есть вечно движущаяся и развивающаяся материя. Всеобщей мерой движения материи во всех ее формах является энергия, а неуничтожимость движения материи выражается законом сохранения энергии.

Наиболее общие формы движения материи называются физическими. К ним относятся: механическая, тепловая, электромагнитная, внутриатомная и внутриядерная формы движения материи. Современная физика изучает различные формы движения материи, их взаимные превращения, а также свойства вещества и поля.

Физика и техника

Быстрый прогресс в изучении природы, открытие новых явлений и законов природы способствовали развитию производительных сил общества. Начиная с конца XVIII в. развитие физики сопровождается бурным прогрессом техники. Эту взаимную связь между развитием физики и техники можно проследить на протяжении всей истории нового времени.

Во второй половине XVIII в. и первой половине XIX в. появляются и совершенствуются паровые машины. Одновременно происходит углубленное изучение тепловых процессов и из физики выделяется новая наука — термодинамика. Широкое использование тепловых машин на производстве и транспорте дало повод называть зтот период времени «веком пара».

В конце XIX в. и в начале XX в. появляются и усовершенствуются электрические машины, одновременно совершается множество новых открытий в области электричества и из физики выделяются электротехника, радиотехника и другие науки. Широкое использование электрической энергии в технике дало повод называть это время «веком электричества».

Начиная со второй половины XX в. идет интенсивное изучение свойств атомов и атомных ядер. За это время люди научились получать ядерную энергию и широко использовать ее в технике. Первая в мире атомная электростанция была построена в СССР в 1954 г. Давно уже плавают подводные лодки и корабли, использующие ядерную энергию, строится много атомных электростанций по всему земному шару. Поэтому время, в которое мы живем, можно назвать «атомным веком».

В наше время происходит быстрое освоение космоса человеком. Первый искусственный спутник Земли был запущен в СССР в 1957 г., а в 1970 г. космонавты уже побывали на Луне, межпланетные станции исследуют ближайшие планеты. Таким образом, вторая половина XX в. является началом космической эры.

История развития наук о природе показывает, что именно физика больше всего способствует развитию техники и появлению ее новых областей. Достижения современной физики являются той базой, па которой строится и развивается техника.

Понятие о величине и измерении. Физические величины

Развитие наук о природе, в частности физики, идет по следующему пути. С помощью экспериментов (опытов) накапливается большой фактический материал об определенной группе явлений природы. На основе этого материала создается гипотеза (научное предположение), с единой точки зрения объясняющая эти явления. Справедливость гипотезы проверяется новыми экспериментами. Если правильность гипотезы подтверждается, то на ее основе создается теория, которая должна удовлетворительно объяснять наблюдаемые явления не только с качественной, но и с количественной стороны, а также предсказывать новые явления.

Это означает, что расчеты значений величин с помощью формул, полученных из теории, должны совпадать с результатами измерений этих же значений в экспериментах. Следовательно, эксперименты сопровождаются измерением тех или иных величин.

Все то, что может быть выражено количественно, называют величиной. Так, длина проволоки, скорость движения лодки, «температура воды в стакане являются примерами величин различного рода. Нельзя сравнивать значения разнородных величин, например длину проволоки и скорость движения лодки. А вот сравнить длину проволоки с длиной стола можно. Если при таком сравнении мы установили, что длина проволоки в пять раз больше длины стола, то длина стола является единицей измерения, так как с ней сравнивалась длина проволоки.

Сравнение значений какой-либо величины называется измерением. Чтобы результат измерения некоторой величины был понятен всем, необходимо эту величину сравнивать с одной и той же единицей измерения (например, длину предмета сравнивают с метром). Значение величины, с которым сравниваются все другие значения этой же величины, называют ее единицей измерения. Так, метр является общепринятой единицей длины.

Для каждой величины должна быть установлена своя единица измерения. Число, показывающее, сколько в измеренной величине содержится единиц измерения, называют числовым значением этой величины.

Величины, характеризующие физические свойства материи или характерные особенности физических явлений природы, называются физическими величинами. (Например, длина, время, скорость, мощность и т. д.) Числовые значения физических величин нужно писать с наименованиями их единиц, например: 2,4 метра, 4,5 секунды, или сокращенно: 2,4 м, 4,5 с.

Сначала в каждой стране пользовались своими единицами измерения, но в конце XVIII в. во Франции была создана метрическая система мер, которая в настоящее время применяется во всем мире.

При создании этой системы были установлены единицы измерения: длины — метр, массы — килограмм, времени — секунда.

Прямое и косвенное измерения

Выясним теперь, как находят числовое значение величины при измерении. Измерять длину куска ткани можно, прикладывая к нему метр, как это делается в магазинах. На рис. 1.1 показана миллиметровая сетка, на которой изображен прямоугольник со сторонами l = 12 мм и b = 10 мм. Площадь прямоугольника также можно измерить, укладывая внутри него образец единицы площади, например 1 . Подсчет показывает, что внутри прямоугольника содержится 120 квадратов со стороной в 1 мм, т. е. площадь прямоугольника равна 120 .

Измерение, при котором значение величины определяется непосредственным сравнением с ее единицей, называют прямым измерением. Приведенные выше примеры являются прямыми измерениями длины и площади.

Однако прямое измерение далеко не всегда дает достаточно точный результат, кроме того, оно не всегда выполнимо и удобно. На рис. 1.1 изображена окружность диаметром 7 мм.

Если нужно найти длину l этой окружности, то удобнее измерить не саму окружность, а ее диаметр d и затем вычислить l по формуле , или.

Если требуется измерить площадь круга, то неудобно подсчитывать число квадратных миллиметров внутри окружности. Проще и точнее, измерив диаметр, вычислить эту площадь по формуле , или . Измерив длину и ширину прямоугольника, его площадь можно вычислить по формуле s = lb.

Измерение, при котором числовое значение величины находится по формуле путем вычисления, называется косвенным измерением. На практике (и в науке и в технике) чаще всего приходится выполнять косвенные измерения.

Звездное небо и его видимое вращение

Когда мы смотрим на безоблачное ночное небо, нам кажется, что все небесные тела находятся на внутренней поверхности некоторой сферы, которую мы обычно называем небесным сводом или небом. Чтобы легче было ориентироваться на небе, еще в древности наиболее яркие звезды были условно объединены в группы — созвездия; позднее ПОД созвездиями стали понимать участки звездного неба.

Если наблюдать за звездным небом в течение нескольких часов, легко заметить, что весь небесный свод со всеми находящимися на нем светилами вращается вокруг воображаемой оси, проходящей через точку, где находится наблюдатель, и некоторую неподвижную точку на небосводе, называемую полюсом мира (рис. 1.2). Это видимое вращение небесного свода называют суточным движением, так как одно полное обращение совершается за сутки.

Полюс мира в северном полушарии почти совпадает с Полярной звездой (звезда в Малой Медведице). Ее легко найти на небе, продолжив мысленно линию, соединяющую крайние звезды и ковша Большой Медведицы (рис. 1.2).

Ось видимого вращения небесной сферы называют осью мира. Нетрудно понять, что ось мира параллельна оси вращения Земли, а угол между осью мира и плоскостью горизонта равен

географической широте данной местности. Так, в районе Северного полюса Земли Полярная звезда находится над головой (ось мира вертикальна), а вблизи экватора — у самого горизонта.

Угловые измерения на небе

Большинство объектов, которые исследуются в астрономии, недоступно непосредственному наблюдению, поэтому все сведения о них могут быт ь получены только на основе всестороннего изучения приходящего от них света (или других излучений). О том, как анализируется свет качественно и количественно, будет рассказано дальше. Пока что нам важно, что по направлению луча света, приходящего от небесного тела (светила), можно установить его положение на небе. Это делается путем угловых измерений.

Так, угол между зрительной трубой, направленной на небесное тело, и плоскостью горизонта называется его высотой над горизонтом. Угол между направлениями на две звезды определяет угловое расстояние между ними. Разумеется, угловое расстояние между небесными телами характеризует только их взаимное расположение на небе. Если, например, две звезды находятся друг от друга на малом угловом расстоянии и кажутся расположенными рядом, то это вовсе не означает, что они действительно близки между собой. Одна из них может быть во много раз дальше от Земли, чем другая. Фотографируя звездное небо и измеряя на фотографиях расстояния между звездами, астрономы составляют звездные атласы и карты, схемы и списки точных координат звезд.

Угловые измерения на небе производят не только при разнообразных астрономических наблюдениях, но и широко иcпользуют с давних времен в навигации для ориентирования по Солнцу и звездам. В настоящее время по Солнцу и звездам осуществляют ориентацию спутников и космических кораблей.

Угловые измерения необходимы также для определения размеров небесных тел. Нетрудно понять, что видимые размеры светила зависят от расстояния до него. Например, угловой диаметр Солнца, т. е. угол между направлениями на диаметрально противоположные точки солнечного диска, составляет 0,5°. Луна примерно в 400 раз меньше Солнца, но во столько же раз ближе к Земле; поэтому она имеет такой же угловой диаметр и во время солнечных затмений может полностью закрыть от нас диск Солнца. Звезды же так далеки от нас, что в самые сильные телескопы видны в виде точек, хотя известно, что многие из них гораздо больше Солнца.

Определение расстояний до небесных тел на основе измерения параллаксов

При определении расстояний до небесных тел мы не можем выполнять прямые измерения, и поэтому для этой цели используют различные косвенные методы. Важнейший из них — метод тригонометрического параллакса.

Если смотреть на какой-либо предмет из разных точек (например, на кончик карандаша, поочередно закрывая то левый, то правый глаз), то можно заметить, что его положение на фоне более далеких предметов изменяется. Изменение направления на предмет при перемещении наблюдателя называют параллаксом. Расстояние между точками, из которых производится наблюдение, называют базисом (в рассмотренном примере это расстояние между глазами).

Измерив параллакс, можно вычислить расстояние до удаленного объекта. Подобный принцип используется в дальномере. В этом приборе базисом служит расстояние между двумя объективами. Определив угол р (рис. 1.3) между направлениями на объект S из точек A и В и зная базис АВ = а, можно вычислить расстояние D до объекта.

Заметим, что из точки, где расположен объект S, базис виден под углом р. Расстояние D до объекта всегда несравненно больше базиса а, и угол р всегда очень мал. Если базис перпендикулярен к направлению на объект, то его можно принять равным длине дуги окружности с радиусом D. Тогда а = Dр, где угол р выражен в радианах. Отсюда

С помощью измерения параллаксов вычисляют расстояния до небесных тел в астрономии. Для измерения расстояния до какой-либо планеты можно определить ее положение на фоне звезд одновременно из двух обсерваторий, расстояние между которыми и будет определять базис. Однако на практике гораздо удобнее производить наблюдение из одной обсерватории в разное время суток, используя перемещение обсерватории при вращении Земли вокруг своей оси. Измеренный таким путем параллакс для определенности условились пересчитывать для одного и того же базиса, равного радиусу земного шара.

При определении расстояния до звезд используют перемещение Земли по орбите, поскольку земные расстояния оказываются в этом случае слишком малы, чтобы служить базисом. С помощью телескопа обычно фотографируют одну и ту же область неба с промежутком времени в полгода. Измерив смещение выбранной звезды относительно более далеких звезд, определяют ее параллакс и вычисляют расстояние до нее. Базисом при этом служит расстояние между двумя диаметрально противоположными точками земной орбиты, из которых проводились наблюдения. Измеренный параллакс звезд условились пересчитывать для одного и того же базиса, равного большой полуоси земной орбиты (напомним, что орбита Земли представляет собой эллипс). Определенный таким образом параллакс называют годичным параллаксом звезды. Он равен углу, под которым со звезды видна большая полуось земной орбиты, перпеникулярная направлению на звезду. Если угол р выразить в секундах дуги, то, поскольку 1 рад=206265«, получим:

Подставив в (1.2) вместо а его значение, можно подсчитать, что годичному параллаксу в 1« соответствует расстояние D=3,08 . 10 16 м. Эта величина используется в астрономии в качестве единицы длины и называется парсек (пк) : 1пк = 3,08 . 10 16 м. Расстояние до звезды в парсеках равно обратной величине ее годичного параллакса, выраженного в секундах дуги:

Годичный параллакс самой близкой звезды (альфа Центавра) оказался равным 0,75«. Расстояние до нее в парсеках D=(1/0,75) пк = 1,33 пк.

Основные единицы времени и их связь с движением Земли

Одной из важнейших физических величин является время. Жизнь на Земле тесно связана с периодическим движением Солнца по небосводу, поэтому с давних времен счет времени и определение единиц времени связаны с этим движением. Одна из таких единиц — солнечные сутки — представляет собой промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через наивысшую точку над горизонтом (между двумя полуднями). Для измерения больших промежутков времени используется год — время одного оборота Земли вокруг Солнца. Для измерения малых промежутков времени сутки разделили на 24 часа, час — на 60 минут, минуту — на 60 секунд. Таким образом, секунда составляет 1/86 400 часть солнечных суток.

Долгое время астрономические наблюдения были единственным средством точного измерения времени. С изобретением часов люди получили возможность воспроизводить единицы времени. По мере совершенствования часов все более возрастала их точность; это позволило определить, что суточное вращение Земли происходит не совсем равномерно и длительность суток слегка колеблется. Поэтому для установления единицы времени были использованы средние за год солнечные сутки, причем для определенности был выбран 1900 г., так как оказалось, что продолжительность года уменьшается примерно на полсекунды за столетие. Итак, было принято, что секунда составляет 1/86 400 долю средних солнечных суток 1900 г.

Такое определение эталона секунды, являющейся в физике основной единицей времени, неудобно, так как этот эталон нельзя точно воспроизвести. Развитие атомной физики позволило установить новый эталон секунды, который будет рассмотрен в § 35.16.

Правило вывода единиц физических величин из формул. Международная система единиц СИ

В физике встречается очень много различных величин, каждая из которых имеет свою единицу измерения. Произвольный выбор этих единиц сильно осложняет расчеты, так как в формулах, выражающих связь между различными физическими величинами, появляются числовые коэффициенты, зависящие только от выбора единиц измерения.

Таким образом, при произвольном выборе единиц все физические формулы надо писать с некоторыми коэффициентами пропорциональности . Например, формулу второго закона Ньютона надо записывать в виде , а формулу для работы силы F на отрезке пути s в виде и т. д.

Однако в большинстве формул от этих коэффициентов можно избавиться, т. е. сделать их равными единице, если ввести произвольные единицы только для некоторых физических величин, принятых за основные, а единицы остальных физических величин выводить из формул. Так, в механике можно принять за основные величины длину, массу, время и для них выбрать единицы (например, метр, килограмм, секунда), а единицы остальных механических величин вывести из формул. Выведем, например, единицы силы и работы.

В формуле второго закона Ньютона та коэффициент будет равен единице, если при массе, равной единице, и ускорении, равном единице, сила тоже будет равна единице. Имея единицы массы и ускорения, можно выбрать единицу силы так, чтобы это условие выполнялось. Тогда формулу второго закона Ньютона можно писать без . Подберем теперь нужную нам единицу силы. Для этого подставим на место m и a их единицы с сокращенными наименованиями и выполним алгебраические действия как над числами, так и над наименованиями:

Аналогично для единицы работы получим

Если величина, для которой ищут единицу, не выражена в явном виде, то, рассматривая формулу как уравнение, нужно найти эту величину в буквенном виде, а затем уже подставлять известные единицы измерения. Например, пусть нужно вывести единицу скорости из формулы . Тогда пишем

Сформулируем теперь правило вывода единиц физических величин. Чтобы вывести новую единицу какой-либо физической величины, нужно: 1) подобрать формулу, содержащую эту величину, в которой единицы всех других величин известны; 2) алгебраически найти из формулы буквенное выражение этой величины; 3) в полученное выражение подставить все известные единицы измерения с их размерностями; 4) выполнить все требуемые алгебраические действия как над числами, так и над размерностями; 5) принять полученный результат за искомую единицу и дать ей название.

Для примера выведем теперь единицу мощности:

1) подбираем формулу: A = Nt 2) находим из этой формулы N : N = A/t

3) подставляем единицы работы и времени: N=1 Дж/1 с = (1 кг . м 2 /с 2 )/1 с; 4) выполняем действия: N = 1 кг . м 2 /с 3 ; 5) принимаем этот результат за единицу мощности и даем ей название ватт (Вт):

Те единицы, которые устанавливаются произвольно и независимо друг от друга, например по международному соглашению, называются основными, а те, которые выводятся из формул, называются производными (от основных). Совокупность основных единиц с выведенными из них производными единицами называется системой единиц.

Оказалось, что для получения системы механических единиц целесообразно установить три основные единицы, а все остальные выводить из формул. B приведенных выше примерах основными единицами были: единица длины — 1 м, единица массы — 1 кг и единица времени — 1с. Здесь сокращенные названия м, кг, с называются размерностями основных единиц измерения. Результат действий над этими размерностями, показывающий, как производная единица получилась из основных, называется размерностью производной единицы измерения.

Очевидно, изменяя основные единицы (для одних и тех же физических величин, принятых за основные) или выбирая другие физические величины в качестве основных, можно получить много различных систем единиц. Поскольку физические формулы пишут без коэффициентов , вычисления будут давать правильный результат только в том случае, когда все числовые значения величин будут подставляться в одной и той же системе единиц.

В настоящее время при расчетах следует пользоваться Международной системой единиц, сокращенно — СИ (система интернациональная). Это единая универсальная система, связывающая единицы механических, тепловых, электрических и других физических величин. Она построена на семи основных единицах:

1) единица длины — 1 метр (м);

2) единица массы — 1 килограмм (кг);

3) единица времени — 1 секунда (с);

4) единица температуры — 1 кельвин (К);

5) единица силы тока—1 ампер (А);

6) единица силы света — 1 кандела (кд);

7) единица количества вещества — 1 моль (моль).

Точные определения этих единиц будут приведены дальше при изложении соответствующего материала.

Плотность вещества

Измерение массы и объема тел, сделанных из одинакового вещества, показывает, что их масса прямо пропорциональна объему:

Здесь коэффициент К зависит от выбора единиц измерения и от рода вещества, так как масса тела, кроме объема, зависит еще от рода вещества, из которого состоит тело. Поэтому коэффициент К в формуле (1.4) можно представить в виде произведения двух сомножителей: , выражающего зависимость массы от выбора единиц измерения, и , выражающего зависимость массы от рода вещества тела: . Тогда формула (1.4) примет вид

Как говорилось выше, в формуле (1.5) можно не писать, если воспользоваться ею для вывода новой единицы измерения. Поэтому формулу (1.5) записывают следующим образом»

Величина , характеризующая зависимость массы тела от рода вещества и внешних условий, называется плотностью вещества. Плотность измеряют массой вещества в единице объема:

Объем тела меняется при изменении давления и температуры. Это и означает, что плотность зависит от внешних условий. Теперь выведем единицу плотности:

В СИ за единицу плотности принимают плотность такого вещества, которое в объеме 1 м 3 имеет массу 1 кг. При расчетах плотность вещества берут из таблиц.

Услуги по физике:

Лекции по физике:

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Источник

• визитки установка дверей шаблоны →