Кратные и дольные величины. Основы теории измерений

Физическая величина - одно из свойств физического объекта (системы или процесса), общее в качественном отношении для многих объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.
Количественная оценка физической величины - выражение её размера в виде некоторого числа принятых для нее единиц.
Кратные единицы — в целое число раз превышают основную единицу измерения величины.

Дольные единицы составляют определённую долю (часть) от установленной единицы измерения. Большинство приставок пришло в СИ при её образовании в 1960 г. из метрической системы, утверждённой во Франции в 1799 г.
Дека происходит от греч. deca — «десять», гекто — от hekaton — «сто», кило — от chiloi — «тысяча», мега — megas - «большой», гига — gigantos— «гигантский», а тера — teratos, что означает «чудовищный».

Дольные микро (micros) и нано (nanos) переводятся как «малый» и «карлик». Как «тысяча» переводится и приставка милли, восходящая к лат. mille. Латинские корни имеют санти — centum («сто») и деци — decimus («десятый»).
Международная система единиц (СИ) рекомендует десятичные приставки для обозначений кратных и дольных единиц:

Производные единицы измерений
Сила – ньютон (1Н = 1 кг · м/с2) равен силе, сообщающей телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2 Скорость – метр в секунду (м/с)
Темп (частота) движений в секунду (с-1)
Ускорение – метр на секунду в квадрате (м/с2)
Момент инерции – килограмм-метр в квадрате (кг·м2)
Момент силы – ньютон-метр (Н·м = 1 кг · м2/с2) равен моменту силы, создаваемому силой 1 Н относительно точки, расположенной на расстоянии 1 м от линии действия силы
Импульс силы – ньютон-секунда (Н·с = 1 кг·м/с)

Виды измеряемых параметров
- интегральные отражают суммарный (кумулятивный) эффект функционального состояния различных систем организма (спортивное мастерство);
- комплексные относятся к одной из функциональных систем организма (физическая подготовленность);
- дифференциальные характеризуют только одно свойство системы (силовые качества);
- единичные раскрывают одну величину (значение) отдельного свойства системы (максимальная сила мышц).

Статистические исследования показывают, что количество измеряемых комплексных параметров в спорте колеблется от 11 до 13 (см. табл.).

Выводы: Параметры внешней формы и состава тела, используемые для диагностики физического состояния, употребляют в ≈ 4,0 раза реже, чем параметры нагрузки, восстановления и физ. подготовленности.
Довольно слабо используют важные компоненты подготовки спортсменов, как параметры тактических действий, сравнительно редко применяют измерения, помогающие изучать параметры влияния внешних условий на тренировочный процесс: атмосферы, воды, почвы, естественных сил природы.

Таким образом, основные контролируемые параметры в спортивной медицине и тренировочном процессе:
• физиологические («внутренние»), физические («внешние») и психологические параметры тренировочной нагрузки и восстановления;
• параметры качеств силы, быстроты, выносливости, гибкости и ловкости;
• функциональные параметры сердечно-сосудистой и дыхательной систем;
• биомеханические параметры спортивной техники

Для изучения параметров используют методы измерений физ. величин:
- силовых (отталкивания, деформации, удары, броски, обороты и вращения при выполнении упражнений);
- величин, относящихся к скорости (скорость разгона, перемещения, остановки и изменения направления в движении);
- временных (промежутки времени и частота действий в единицу времени, темп и ритм движений);
- геометрических (координаты расположения тела; расстояния между двумя точками при измерении результатов в прыжках);

- характеризующих физические свойства (плотность, удельный вес тела, пластичность костно-мышечной системы);
- характеризующих химический состав;
- тепловых (температура тела, теплопроводная способность);
электрических (биопотенциалы сердца, мышц, мозга) ...
Одним из перспективных подходов к решению проблемы выявления наиболее информативных параметров и методов обследований спортсменов служит метод моделирования различных сторон подготовленности.

Измерение - организованное действие, выполняемое для количественного познания свойств физического объекта с помощью определения опытным путем значения физической величины.
Классификация измерений
По характеру зависимости измеряемой величины от времени: статические и динамические;
2. По условиям, определяющим точность результата: максимально высокой точности; контрольно-поверочные; технические.

3. По способу получения результатов:
Прямые -искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных; косвенные -величину определяют на основании известной зависимости между ней и величинами, подвергаемыми прямым измерениям – расчёт максимального потребления кислорода, затрат энергии от скорости движения спортсмена…
Совокупные - измерения, в которых значения величин находят по данным повторных измерений одной или не­скольких одноименных величин

при различных сочетаниях мер или этих ве­личин. Результаты совокупных измерений находят путем решения системы уравнений, составляемых по результатам нескольких прямых измерений.
Совместные измерения – это одновременные измерения (прямые или косвенные) двух или более неоднородных физических величин для опреде­ления функциональной зависимости между ними. Например, определение за­висимости длины тела от температуры.

5. Выполняемые с по­мощью специальных технических средств: автоматизированные (с участием человека); автоматические (без участия);
6. По количеству измерительной информации: однократные и многократные …
7. По отношению к основным единицам измерения делят на абсолютные и относительные. Абсолютными называют такие, при которых используются прямое измерение одной основной ве­личины и физическая константа.

Относительные измерения базируются на установлении отношения измеряемой величины к однородной, применяемой в качестве единицы. Понятно, что искомое значение зависит от ис­пользуемой единицы измерения.
В метрологической практике основой для измерения физической вели­чины служит шкала измерений – упорядоченная совокупность значений фи­з. величины

Основные характеристики измерений:
Принцип измерений - совокупность физических явлений, положенных в основу измерений.
Метод измерений - совокупность приемов использования принципов и средств измерений.
Достоверность измерений делит их на две категории: достоверные и недостоверные. Наличие погрешности ограничивает достоверность измерений.

Точность измерений - характеристика, отражающая близость результатов измерений к истинному значению измеряемой величины. Количественно точность выражается величиной, обратной модулю относительной погрешности.
Правильность измерения определяется как качество измерения, отражающее близость к нулю систематических погрешностей результатов.

Погрешность измерения — оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения.
случайные (в том числе грубые погрешности и промахи), изменяющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины;
систематические погрешности, остающиеся постоянными или закономерно изменяющиеся при повторных измерениях.