Физика
Тестирование онлайн
Единица измерения. Величина
Рассмотрим физическую запись m=4кг. В этой формуле "m" - обозначение физической величины (массы), "4" - численное значение или величина, "кг" - единица измерения данной физической величины.
Величины бывают разного рода. Приведем два примера:1) Расстояние между точками, длины отрезков, ломаных - это величины одного и того же рода. Их выражают в сантиметрах, метрах, километрах и т.д.
2) Длительности промежутков времени тоже величины одного и того же рода. Их выражают в секундах, минутах, часах и т.д.
Величины одного и того же рода можно сравнивать и складывать:
НО! Бессмысленно спрашивать, что больше: 1 метр или 1 час, и нельзя сложить 1 метр с 30 секундами. Длительность промежутков времени и расстояние - величины разного рода. Их сравнивать и складывать нельзя.
Величины можно умножать на положительные числа и ноль.
Приняв какую-либо величину e за единицу измерения, можно с ее помощью измерять любую другую величину а того же рода. В результате измерения получим, что а=xe, где x - число. Это число x называется числовым значением величины а при единице измерения e.
Бывают безразмерные физические величины. Они не имеют единиц измерения, то есть ни в чем не измеряются. Например, коэффициент трения.
Что такое СИ?
Помните мультик "38 попугаев"? Длина удава равна 38 попугаев или 5 мартышек, или 2 слоненка. Предположение, что удав в попугаях длиннее, конечно же неверное. Для того, чтобы не происходило путаницы между народами, в научном мире договорились о введении Международной системы единиц измерения (System International), сокращенно СИ. Каждую физическую величину измеряют международно принятым эталоном. Например, эталоном длины является 1 метр, он равен примерно части земного меридиана, изготовлен из очень прочного сплава иридия и платины. Эталоном времени является 1 секунда - это 9192631770 периодов излучения атомов цезия при переходе между двумя уровнями состояний. Для любого человека на Земле эталон всегда будет такой же, как у остальных. Измеряя одну и ту же физическую величину, американский и африканский ученые получат одинаковые численные значения, если измерения провели верно.
Основные единицы измерения
В Международной системе единиц существует 7 основных величин. Основные единицы измерения используют для определения других величин этой системы.
Выделенное необходимо запомнить
Производные единицы измерения
Как определить единицу измерения, например, скорости? Во-первых, необходимо вспомнить формулу скорости. Во-вторых, вспомнить основные единицы измерения величин, входящих в эту формулу.
А сейчас определим единицу измерения ускорения
Некоторые соединения основных единиц измерения носят свои названия. Такие как, Ньютон, Джоуль, Ампер, Ватт и многие другие
Перевод единиц измерения
Ознакомимся с таблицей приставок СИ для десятичных (и дольных) преобразований.
Пояснения к таблице:
1) Обратите внимание на математическое пояснение множителя;
2) "Наименование приставки" - это то слово, которое добавляется впереди наименования единицы измерения. Например, километр, сантиметр, миллиметр, декаметр или наносекунда, килопаскаль, мегаджоуль и т.п.;
3) Что означает приставка? В километре содержится 1000 метров; в сантиметре содержится 0,01 метр (или в метре содержится 100 сантиметров); декаметр это 10 метров; наносекунда = секунд или 0,000000001 секунды и т.д.
А сейчас о внесистемных единицах измерения. Это тоже полноценные единицы измерения, которые привычно используются народами. Например, русскоговорящими странами принято температуру измерять в градусах Цельсия, а американцы длину измеряют в милях, массу - в фунта, температуру - в Фаренгейтах. А слыхали о лошадиных силах? Внесистемных единиц измерения немало. Необходимо уметь переводить подобные единицы измерения в СИ. Для этого необходимо обладать информацией о том, сколько единиц СИ содержится в нашей внесистемной единице.
Примеры
Могут возникнуть затруднения с действиями со степенями
Сколько весит килограмм?
Согласно данным профессора Питера Кампсона и доктора Наоко Сано из университета Ньюкасла, опубликованным в журнале Metrology (Метрология), эталон килограмма прибавляет в среднем около 50 микрограмм за сто лет, что в итоге может существенно отразиться на очень многих физических величинах.
Килограмм – единственная единица СИ, которая до сих пор определяется с помощью эталона. Все остальные меры (метр, секунда, градус, ампер и др.) могут быть определены с необходимой точностью в физической лаборатории. Килограмм входит в определение других величин, например, единица измерения силы – ньютон, которая определяется как сила, изменяющая за 1 секунду скорость тела массой 1 кг на 1 м/с в направлении действия силы. От величины ньютона зависят другие физические величины, так что в итоге цепочка может привести к изменению значения многих физических единиц.
Самый главный килограмм представляет собой цилиндр диаметром и высотой 39 мм, состоящий из сплава платины и иридия (90% платины и 10% иридия). Он был отлит в 1889 году и хранится в сейфе в Международном бюро мер и весов в городе Севр вблизи Парижа. Первоначально килограмм определялся как масса одного кубического дециметра (литра) чистой воды при температуре 4 °C и стандартном атмосферном давлении на уровне моря.
С эталона килограмма первоначально было сделано 40 точных копий, которые разошлись по всему миру. Две из них находятся в России, в ВНИИ метрологии им. Менделеева. Позднее была отлита еще одна серия реплик. Платина в качестве основного материала для эталона была выбрана потому, что отличается высокой устойчивостью к окислению, высокой плотностью и низкой магнитной восприимчивостью. Эталон и его реплики используются для стандартизации массы в самых разных отраслях. В том числе и там, где микрограммы имеют существенное значение.
Физики считают, что колебания веса стали результатом атмосферных загрязнений и изменения химического состава в поверхности цилиндров. Несмотря на то, что эталон и его реплики хранятся в специальных условиях, это не спасает металл от взаимодействия с окружающей средой. Точный вес килограмма установили с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Оказалось, что килограмм «поправился» на почти что 100 мкг.
Вместе с тем, копии эталона с самого начала отличались от оригинала и их вес изменяется также по-разному. Так, главный американский килограмм изначально весил на 39 микрограмм меньше эталона, а проверка в 1948 году показала, что он увеличился на 20 мкг. Другая американская копия напротив, теряет в весе. В 1889 году килограмм под номером 4 (К4) весил на 75 мкг меньше эталона, а в 1989 уже на 106.