2. Фізичні величини та одиниці вимірювання
Щоб виміряти якусь величину потрібно порівняти її з етанолом — величиною, яку взяли за одиницю вимірювання.
Існує велика кількість різних фізичних величин і всі вони мають власні одиниці вимірювання.
На сьогодні найпоширенішими є одиниці вимірювання, які наукова спільнота відносить до Міжнародної системи одиниць — її ще називають системою одиниць SI . Створена та затверджена ця система була у 1960 році .
Міжнародна система одиниць SI ( з французької —Systeme International d’Unites) — це система одиниць фізичних величин, яка найчастіше використовується у повсякденному житті, а також у науці та техніці.
- довжина
- час
- температура
- маса
- об’єм
Для однієї фізичної величини може існувати кілька одиниць вимірювання.
- Час може вимірюватися в секундах, хвилинах, годинах, тижнях, місяцях, роках.
- Об’єм — у мілілітрах, літрах, метрах чи сантиметрах кубічних тощо.
- Маса — у грамах, кілограмах тощо.
- Температура — у градусах Цельсія, Фаренгейтах або у Кельвінах.
- Довжина (товщина, відстань) (на прикладівимірів руки вибраної дорослої людини):
сантиметр — довжина нігтьової пластини;
дециметр — довжина руки від пальців до кисті;
метр — довжина руки від кінчиків пальців до шиї.
Можна взяти метр (його використовують у швейні справі) та зробити подібні виміри самостійно. В кожної людини виміри будуть відрізнятися.
У різних країнах можуть використовуватися різні одиниці для вимірювання однієї і тієї ж фізичної величини.
В Україні температуру найчастіше вимірюють у градусах Цельсія.
Щоб описати погоду ми кажемо, що сьогодні 12 градусів (маємо на увазі Цельсія) тепла (так написано і в прогнозі погоди).
Але науковці для своїх розрахунків з температурою часто використовують Кельвіни, або Фаренгейти.
Відома книга (за якою у 2018 році зняли фільм) американського письменника-фантаста Рея Бредбері “451 градус за Фаренгейтом” .
451 градус за Фаренгейтом — це температура за якої загоряється папір.
1. Пізнаємо природу: підр. інтегр. курсу для 5-го кл. заг. серед. освіти/ Дарія Біда, Тетяна Гільберг, Ярина Колісник. – Київ: Видавничий дім “Генеза”, 2022. – 256 с. : іл..
2. Пізнаємо природу: підр. інтегр. курсу для 5-го класу закл. заг. серед. освіти/ Л. Я. Мідак, Н. В. Фоменко, В. Я. Гайда, С. М. Подоляк, В. І. Кравець, І. В. Крацець, І. В. Олійник, В. П. Стахурська, З. М. Пушкар, С. В. Банах, Л. П. Козловська. – Тернопіль : Астон, 2022. – 272 с..
3. Довкілля: підруч. інтегр. курсу для 5 класу закл. заг. серед. освіти/ Олексій Григорович, Юлія Болотіна, Максим Романов. – Харків: Вид-во “Ранок”, 2021.- 176 с. : іл..
Абсолютні і відносні, аналогові і цифрові, звичайні та статистичні вимірювання
Згідно з стандартом ДСТУ 2681-94 вимірювання називається абсолютним, якщо воно базується на прямих вимірюваннях однієї або декількох основних величин і використанні значень фізичних констант, а відносним – вимірювання відношення величини до однойменної, яка відіграє роль одиниці, або вимірювання зміни величини по відношенню до однойменної, що взята за початкову.
Ознакою поділу вимірювань на аналогові і цифрові служить форма вимірювальної інформації, яку несе інформативний параметр вихідного сигналу засобу вимірювань. Результат вимірювань завжди має цифрову форму, але операції квантування і цифрового кодування в аналогових вимірюваннях виконує людина, а в цифрових вони здійснюються автоматично.
Ознакою поділу вимірювань на звичайні і статистичні служить відповідно відсутність і наявність статистичної обробки результатів спостережень. Всі вимірювання (прямі і непрямі) з однократними (одноразовим) спостереженнями – звичайні, а з багатократними (багаторазовим)- статистичні. Вимірювання з багаторазовими спостереженнями називають рівноточними, якщо вимірювана величина і умови вимірювань незмінні, а засоби вимірювань і експериментатор ті самі; якщо ж хоча б одна з цих умов не виконується, то вимірювання вже будуть нерівноточними.
Класифікація методів вимірювань
З визначення поняття вимірювання випливає, що неодмінною його операцією є порівняння інформації про розміри величин. Згідно з ДСТУ 2681-94 метод вимірювання – сукупність способів використання засобів вимірювальної техніки та принципу вимірювань для створення вимірювальної інформації; розрізняють 6 методів:
1 – метод зіставлення ( Messmethode mit direktem Vergleich )- метод прямого вимірювання з одноразовим порівнянням вимірюваної величини з усіма вихідними величинами багатозначної нерегульованої міри. Приклади 1. Вимірювання довжини лінійкою з поділками. 2. Вимірювання інтервалу часу годинником.
2 – метод одного збігу (метод ноніуса) – метод прямого вимірювання з одноразовим порівнянням вихідних величин двох багатозначних нерегульованих мір, з різними за значеннями ступенями, нульові позначки яких зсунуті між собою на вимірювану величину. Приклади 1. Вимірювання довжини за допомогою двох лінійок з поділками, ціни яких знаходяться в певному відношенні (штангенциркуль). 2. Вимірювання часу за допомогою двох послідовностей періодичних імпульсів, періоди яких знаходяться в певному відомому відношенні.
Метод збігу полягає в тому, що різниця міх ефектами, які викликані діяннями вимірюваної і зразкової величини, визначається за збігом шкал або періодичних сигналів. (Приклади: вимірювання довжини штангенциркулем з ноніусом та частоти стробоскопом).
3- метод подвійного збігу (метод коінциденції, Koinzidenzmessmethode ) – метод прямого вимірювання з одноразовим порівнянням двох квантованих фізичних величин: вимірюваної та відтворюваної багатозначною нерегульованою мірою. Приклади 1. Вимірювання зістикованих інтервалів часу за допомогою послідовності періодичних імпульсів з відомим значенням їх періоду. 2. Вимірювання зістикованих відрізків довжини за допомогою лінійки з відомим значенням поділок.
4 – метод зрівноваження з регульованою мірою ( Nullmessmethode ) – метод прямого вимірювання з багаторазовим порівнянням вимірюваної величини та величини, що відтворюється мірою, яка регулюється, до їх повного зрівноваження. Приклад Вимірювання електричної напруги компенсатором; зважування на рівноплечих терезах (метод протиставлення).
Цей метод ще має назву – нульовий метод вимірювання, бо відрізняється тим, що результуючий ефект діяння вимірюваної Х і зразкової X З величин на пристрій порівняння доводять до нуля.
5 – диференційний метод (різницевий метод, Differentielle Messung ) – метод вимірювання, за яким невелика різниця між вимірюваною величиною та вихідною величиною одноканальної міри вимірюється відповідним засобом вимірювання.
Диференціальний метод вимірювань полягає в тому, що на вимірювальний прилад діє різниця вимірюваної Х і зразкової ХЗ величин, тобто D Х = Х – ХЗ З , а результат вимірювання визначається як х = ХЗ + D Х, причому похибка вимірювання величини Х визначається практично похибкою відтворення зразкової величини X З .
6 – метод заміщення ( Substitutions – Messmethode ) – метод непрямого вимірювання з багаторазовим порівнянням до повного зрівноваження вихідних величин вимірювального перетворювача з почерговим перетворенням ним вимірюваної величини та вихідної величини регульованої міри (метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой).
Метод заміщення – метод вимірювань, при якому ефект діяння вимірюваної величини на пристрій порівняння (компаратор, вимірювальний прилад) запам’ятовується, а потім відновлюється діянням на нього зразкової величини. Приклад – вимірювання опору неточною мостовою схемою з застосуванням заміщуючого магазина опору.
З визначень диференціального і нульового методів вимірювань випливає, що вони є окремими випадками інших методів порівняння з мірою, причому кожний з них визначається ступенем повноти реалізації цих методів. Нульовий метод має місце при повній компенсації, повному протиставленні, заміщенні чи збігу (в межах можливостей компаратора), а диференціальний – при неповній реалізації цих методів.
Компенсаційний метод вимірювань полягав в тому, що на вході пристрою порівняння (компаратора) одночасно діють дві величини – полярна або векторна вимірювана і такої ж фізичної природи зразкова величина, розмір якої відтворюється мірою, а співвідношення між їх розмірами визначається за вихідним сигналом пристрою порівняння. Приклад – вимірювання напруги постійного струну за допомогою компенсатора шляхом її порівняння з ЕРС нормального елемента.
Питання для самоконтролю
1. Що таке принцип та метод вимірювання вимірювання?
2. Які Вам відомі методи безпосередньої оцінки фізичної величини?
3. Що являє собою метод безпосередньої оцінки?
4. Що являє собою метод порівняння з мірою та протиставлення?
6. Що являє собою нульовий (компенсаційний) методта диференційний метод?
7. Види вимірювань та їх характеристика.
