ФІЗИЧНІ ВЕЛИЧИНИ. ЗАСОБИ ВИМІРЮВАННЯ. МІЖНАРОДНА СИСТЕМА ОДИНИЦЬ СІ
Розділ І Фізика як природнича наука. Методи наукового пізнання
& 5. ФІЗИЧНІ ВЕЛИЧИНИ. ЗАСОБИ ВИМІРЮВАННЯ. МІЖНАРОДНА СИСТЕМА ОДИНИЦЬ СІ
Фізичні величини
Явища природи і властивості тіл у фізиці описують за допомогою точних термінів, які однозначно виражають конкретні поняття, наприклад: рух, траєкторія, стан спокою. Описуючи рух (мал. 5.1), можна вказати куди рухається тіло (вперед, назад чи вгору), велике воно, чи маленьке; рухається воно по прямій чи повертає (вліво чи вправо), а може взагалі не рухається – такий опис називають
Як правило, нас цікавлять і кількісні характеристики: з якою швидкістю рухався автомобіль, яку відстань він проїхав. Кількісною характеристикою явища слугує фізична величина. Фізична величина у стислій формі описує певну властивість тіла або явища. Вона характеризується числовим значенням і, як правило, одиницею вимірювання. Наприклад: автомобіль проїхав відстань 30 кілометрів.
Мал. 5.1. Явище руху.
Фізичну величину можна виміряти на досліді або обчислити за формулою.
Одиниці вимірювання
Щоб описати явище падіння деякого тіла, можна застосувати такі фізичні
Довжину ми будемо позначати літерами L або l, діаметр круглих предметів літерою d, шлях – літерою s. Усі ці фізичні величини вимірюють в одиницях довжини: метрах (м), сантиметрах (скорочено: см), міліметрах (мм), кілометрах (км).
Якщо нас цікавить одиниця вимірювання фізичної величини, а не її числове значення, то цю величину пишуть у квадратних дужках. Наприклад, діаметр труби становить, а назва одиниці вимірювання (розмірність): [d] = см.
Засоби вимірювання
Прямі вимірювання фізичних величин здійснюють за допомогою приладів. Довжину вимірюють лінійкою, час – годинником, масу – на терезах. Для визначення розмірів дуже малих тіл або великих відстаней використовують більш складні прилади.
Виміряти фізичну величину – означає порівняти її з певною мірою, яка є копією загальноприйнятого зразка-еталону. Еталонів порівняно небагато, і зберігаються вони в спеціальних метрологічних лабораторіях.
З історії науки. Для вимірювання часу використовували витікання або капання води в посудину з поділками або пересипання піску (мал. 5.2). Рух Сонця по небу дозволяв вимірювати час за допомогою сонячного годинника (мал. 5.3).
Мал. 5.2. Пісковий годинник.
Такими годинниками люди користувалися кілька тисячоліть, проте вони мали суттєвий недолік – були досить неточними.
Нині з’явилися дуже точні “кварцові” годинники, які відраховують час у наручних годинниках, мобільному телефоні чи комп’ютері. Для потреб навігації й науки використовують атомні годинники, які “ходять” настільки точно, що допускають похибку в одну секунду за 500 000 років!
Мал. 5.3. Древній Сонячний годинник.
Міжнародна система одиниць вимірювання – СІ
З потреб міжнародного співробітництва у 1960 році більшістю країн світу було підписано угоду про єдину для усіх Міжнародну систему одиниць вимірювання SI – Systeme International (українською мовою – СІ).
В СІ є 7 основних одиниць вимірювання, які забезпечені відповідними еталонами. Решта одиниць вимірювання можуть бути виражені через основні одиниці. Для початку нам знадобляться три основні одиниці: метр, кілограм і секунда.
Еталон метра зображено на мал. 5.4, це рейка певного профілю, довжина якої, згідно визначення, становить одну сорокамільйонну частину меридіану, що проходить через Париж. Перший еталон метра був виготовлений у Франції в 1795 році.
У 1983 році еталон довжини змінено, тепер метр визначено як відстань, яку проходить світло у вакуумі за 1 / 299 792 458 долю секунди.
Еталон кілограма – циліндр з платино-ірідієвого сплаву, висота якого дорівнює його діаметру і становить
39 мм (мал. 5.5).
З еталоном секунди ви ознайомитесь у 11 класі.
Мал. 5.4. Еталон метра зберігається в Міжнародному бюро мір та ваги в Парижі.
Мал. 5.5. Еталонкілограма.
Таблиця 5.1
Величина | Символ | Розмірність | |
Укр. | Міжнар. | ||
Довжина | L | М | M |
Маса | M | Кг | Kg |
Час | T | С | S |
Площа | S, | М2 | M2 |
Об’єм | V | М3 | M3 |
Швидкість | V | М/с | M/s |
Площу в СІ вимірюють в м2 (квадратні метри), об’єм – в м3 (кубічні метри).
В таблиці 5.1. площа, об’єм і швидкість є похідними одиницями, їх розмірності походять від основних одиниць вимірювання.
У розрахунках використовують також кратні одиниці, які в цілу ступень десятки перевищують основну одиницю вимірювання. Наприклад: 1 км = 1000 м, 1 дм = 10 см (сантиметрів), 1 м = 100 см, 1 кг = 1000 г. Або частинні одиниці, які в цілий ступень десятки менше від встановленої одиниці вимірювання: 1 см = 0,01 м, 1 мм = 0,1 см.
З одиницями часу трохи інакше: 1 хв. = 60 с, 1 год. = 3600 с. Частинними є лише 1 мс (мілісекунда) = 0,001 с і 1 мкс (мікросекунда) = 10-6с.
З історії науки. Для вимірювання довжини треба мати зразок, довжина якого відповідає загальноприйнятим одиницям вимірювання. Зараз це – 1 м. Еталон (зразок) метра зберігається в метрологічних лабораторіях, головна з яких знаходиться у м. Севрі (Франція).
Вимірювати довжину можна ще й іншими одиницями вимірювання – канцелярськими скріпками, наприклад, або сірниками і сказати – мій зріст складає 80 скріпок чи 36 сірникових коробок. Проте в інших людей скріпки або сірники можуть виявитися іншого розміру, що ускладнить обмін інформацією. У давні часи так і було: користувалися футами (довжина ступні, 30 см), дюймами (довжина останньої фаланги великого пальця, приблизно 2,5 см), ярдами, п’ядями, сажнями, ліктями (мал. 5.6).
Ініціаторами переходу на метричну систему одиниць були французи. Згідно з домовленістю, один метр визначили як одну сорокамільйонну частину довжини меридіана, який проходить через Париж. Для визначення довжини меридіана достатньо було виміряти його частину, що простирається від півдня Іспанії до півночі Норвегії. Розпочався цей процес у часи Великої французької революції. Днем народження метричної системи мір вважається 10 грудня 1799 р.
Мал. 5.6. Дюйм дорівнював довжині трьох ячмінних зерен, складених в рядок, ярд – відстані від кінчика носа до вказівного пальця витягнутої руки англійського короля…
На території нашої країни метричну систему мір запроваджено спеціальним декретом 14 вересня 1918 р. Перехід на нові стандарти вимірювань пов’язаний зі зміною звичок, необхідністю перевидання довідників, переобладнання метричних лабораторій, з перепідготовкою персоналу тощо. Усе це коштує досить дорого. Для США, наприклад, перехід на нові стандарти обійшовся в 11 млрд. доларів.
Таблиця 5.2.
Префікси для позначень кратних і частинних одиниць
Кратність | Префікс | Позначення | Приклад | ||
Українське | Міжнародне | Українське | Міжнародне | ||
102 | Гекто | Hecto | Г | H | ГПа – гектопаскаль |
103 | Кіло | Kilo | К | K | Кг – кілограм |
106 | Мега | Mega | М | M | МДж – мегаджоуль |
109 | Гіга | Г | G | ГГц – гігагерц | |
Частка | |||||
10-1 | Деци | Deci | Д | D | Дм – дециметр |
10-2 | Санти | Centi | С | C | См – сантиметр |
10-3 | Мілі | Milli | М | M | Мл – мілілітр |
10-6 | Мікро | Micro | Мк | µ | Мкм – мікрометр, мікрон |
10-9 | Нано | Nano | Н | N | Нм – нанометр |
Дослід 5.2
Чому потрібно вимірювати
Накресліть на аркуші паперу горизонтальний відрізок. Потім проведіть із середини цього відрізка перпендикулярний до нього відрізок такої самої довжини “на око”. Виміряйте довжину відрізків лінійкою і ви пересвідчитеся, що вертикальний відрізок коротший. Ось чому потрібно проводити вимірювання.
Підведемо підсумки
– Фізичні величини кількісно описують певні властивості тіл і явищ.
– Основні механічні одиниці вимірювання фізичних величин в СІ: метр, кілограм і секунда.
– Виміряти певну фізичну величину означає – порівняти її з мірою – еталоном.
Творчі завдання
5.1. Які космічні явища чи об’єкти можна використовувати як дуже точний годинник? Підготуйте невеличкий реферат на цю тему.
5.2. В якій послідовності відбуваються будь-які події? Напишіть невеликий реферат на тему “Що таке час?”
Вправа 5
1. Рух, відстань, час, траєкторія. Які з цих термінів описують фізичні величини, а які – поняття?
2. Навіщо використовують фізичні величини?
3. В яких одиницях вимірюють відстань?
4. З якою метою була створена Міжнародна система одиниць вимірювання СІ?
5. Перелічіть відомі вам типи годинників.
6. Який годинник найточніше вимірює час?
7. Навіщо потрібні еталони?
8. В яких установах зберігаються еталони?
9. Чому потрібно проводити вимірювання?
10. Скільки метрів в одному кілометрі?
11. Яку частину від дециметра складає один сантиметр?
12. Скільки міліметрів в одному метрі?
13. Які одиниці вимірювання називають похідними?
14. Виразіть діаметр дводюймової труби в сантиметрах.
15. Виразіть 1/6 години в хвилинах.
16. Яку частину кілограма становить один грам?
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...