Физические величины и единицы измерения. Лабораторная работа 1

Вопрос 1
Физика – это наука о наиболее простых и наиболее общих законах
природы. Основным методом исследования в физике является опыт,
эксперимент.
В результате обобщения экспериментальных фактов, а также
результатов деятельности людей устанавливаются физические законы –
устойчивые повторяющиеся объективные закономерности,
существующие в природе.
Наиболее важные физические законы выражаются в виде
математических соотношений (уравнений) между физическими
величинами.
Под физическими величинами понимают измеряемые
характеристики (свойства) физических объектов (предметов, состояний,
процессов).

Каждая физическая величина представляет собой произведение
численного значения на единицу измерения.
Физическая величина = Численное значение х Единица измерения.
Например, время = 5 секунд (t = 5 c) означает, что
измеренное время составляет пятикратное повторение 1
секунды.

Единицей физической величины А называется условно
выбранная физическая величина, имеющая тот же физический смысл,
что и величина А.
Единицы, которые удаётся воспроизвести в виде определённых тел,
образцов или устройств, называются мерами.
Меры, выполненные с наивысшей достижимой на современном
уровне развития измерительной техники точностью, называются
эталонами.
Например, в качестве эталона массы «1 кг (килограмм)»
принимается определённый цилиндр, изготовленный из
платиноиридиевого сплава (смотрите следующие фото)
Системой единиц называется совокупность
определённым образом установленных единиц физических
величин.

Эталон массы « 1 кг (килограмм)»

Единицы измерения, системы единиц необходимы
для проведения измерений, без которых невозможна
современная жизнь.
Измерением называется процесс сравнения ( с
помощью технических средств) измеряемой величины с
однородной (такой же по природе) физической величиной,
условно принятой за единицу (эталон).
Измерение физической величины может быть
произведено либо непосредственно (например, измерение
длины тела линейкой) либо косвенно с использованием формул .

Вопрос 2.
До 1963 г. Использовалось несколько систем единиц
для различных областей физики. В настоящее время
повсеместно применяется Международная система
единиц (система Си) - единая для всех разделов физики.
Основными единицами называются независимо
установленные единицы для нескольких произвольно
выбранных независимых физических величин.
Основные единицы Международной системы приведены
на следующем слайде.

Основные единицы СИ
Длина
Метр, м: метр есть длина пути, пройденного светом в вакууме за интервал времени 1/299 792 458 доли секунды.
Из этого следует, что скорость света в вакууме равна с = 299 792 458 м/с точно.
Масса
Килограмм, кг: килограмм есть единица массы, равная массе международного прототипа килограмма.
Из этого следует, что масса международного прототипа килограмма всегда равна 1 кг точно.
Время
Секунда, с: секунда есть длительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия – 133.
Из этого следует, что сверхтонкое расщепление атома цезия – 133 в основном состоянии, равно 9 192 631 770 Гц точно.

Количество вещества
Моль, моль:
Моль есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных
элементов, сколько содержится атомов в углероде – 12 массой 0,012 килограмма.
При применении моля должны быть определены структурные элементы,
которыми могут быть отдельные атомы, молекулы, ионы, электроны, другие
частицы или определенные группы таких частиц.
Из этого следует что, молярная масса углерода – 12, М(12С), равна точно 12 г/моль.
Сила света
Кандела, кд: кандела есть сила света в данном направлении от источника,
испускающего монохроматическое излучение с частотой Гц, интенсивность
излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Ватт на стерадиан.
Из этого следует, что спектральная сила света для монохроматического излучения с частотой Гц равна 683 лм/Вт точно.
Семь основных величин, которые соответствуют семи основным единицам, –
это длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая
температура, количество вещества и сила света.

Таблица 1. Основные величины и основные единицы системы Си

Производными единицами называются единицы, устанавливаемые
через основные единицы данной системы на основании физических
законов или определений, выражающих взаимосвязь между
рассматриваемыми физическими величинами и величинами, единицы
которых приняты в качестве основных.
Например (как показано), скорость v и её единица измерения,
плотность вещества ρ и её единица измерения.
Примеры производных величин и их единиц измерения показаны в
таблице 2.

Некоторым производным единицам присвоены специальные
названия, что является упрощенной (компактной) формой
выражения комбинаций часто используемых основных
единиц (например, Джоуль, обозначаемый Дж).
Двадцать две производные единицы со специальными
наименованиями, разрешены в настоящее время к применению.
Некоторые из них показаны в таблице 2.

Таблица 2. Примеры производных величин и единиц измерения

Вопрос 3. Десятичные кратные и дольные единицы
Единицы системы СИ при практическом использовании
часто оказываются слишком большими или слишком
малыми, поэтому с помощью особых приставок могут
быть образованы десятичные кратные и дольные
единицы, если это не запрещено в отдельных случаях.
Сводка этих приставок дана в таблице 3. Существуют правила использования приставок. Важнейшие из них:
Единица измерения не может содержать более одной
приставки.
2. Комбинация сокращённого обозначения приставки и
единицы измерения можно возводить в степень. При этом
скобки не применяются. То есть, если единица возводится
в какую-либо степень, то в ту же степень возводится и
десятичная приставка.

Таблица 3. Приставки для образования кратных (слева) и дольных (справа ) единиц измерения

Стандартный вид положительного числа

Внесистемные единицы Си
В отдельных областях науки и техники широко применяются некоторые
внесистемные единицы СИ. При использовании внесистемных единиц СИ
всегда применяются переводные коэффициенты для перехода (преобразования) к единицам системы СИ. Некоторые внесистемные
единицы приведены в таблице 5 с их переводными коэффициентами [ учебное пособие 1 из списка «Литература»].
Например, распространённая единица объёма «1 литр» не является единицей системы Си и связана c 1 м3 (кубометром, метром кубическим)
переводным коэффициентом 10-3. Показано ниже