1.2. Система единиц физических величин

Это совокупность узаконенных и допущенных к применению основных и производимых единиц величин.

Основные единицы – это те, которые являются самостоятельными, не зависящими от других.

Производные единицы определяются через основные по известным зависимостям.

В России постановлением Правительства узаконена и допущена к применению Международная система единиц – система СИ (SI), которая на международном уровне была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г. В России она действует с 1982 г. по настоящее время. Она содержит семь основных единиц, две дополнительные к основным и множество производных.

К основным относятся следующие.

1. Единица массы – килограмм, кг. Реализуется международным эталоном в виде гири цилиндрической формы из платиново-иридиевого сплава диаметром 39 мм и высотой 39 мм. Хранится эталон во Франции в МБМВ в г. Севре. Содержится в сосуде и в вакууме.

2. Единица длины – метр, м  путь, пройденный светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды. Эталон метра естественный, создается и хранится каждым государством самостоятельно и не требует международных сличений с эталоном метра других государств.

3. Единица времени – секунда, с  9192631770 периодов колебаний излучения, соответствующих переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атомов цезия 133-Сs¹³³.

4. Единица температуры – градус Кельвина, К  1/273,16 часть температуры тройной точки воды, т.е. когда пар, вода и лед находятся в равновесии и не переходят друг в друга.

5. Единица силы тока – ампер, А. Это сила не изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м, вызывает на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 210^7 Н.

6. Единица количества вещества – моль – количество вещества системы, содержащей столько же структурных единиц, сколько содержится в углероде 12 массой 0,012 кг.

7. Единица силы света – кандела – сила света в заданном направлении от источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 54010¹² Гц, энергетическая сила излучения которого составляет 1/683 ВтСр^1.

Дополнительные величины: радиан и стерадиан.

Радиан – единица плоского угла между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу. 1 рад = 5717'45".

Стерадиан – единица измерения телесного угла. Это угол конуса с вершиной в центре сферы, вырезающего на поверхности сферы площадь, равную квадрату радиуса.

1.3. Измерения

Измерение – определение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Измерения классифицируются по следующим признакам.

1. По способу получения измерительной информации: прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения  это измерения, при которых искомое значение определяется непосредственно из опытных данных по показаниям средств измерения.

Косвенные измерения  это измерения, при которых значение искомой величины находят по результату прямого измерения другой величины, используя зависимость между искомой и измеряемой величинами. Например, нахождение диаметра вала d на основе измерения длины его окружности L, используя зависимость .

Совокупное измерение, при котором значения одноименных искомых величин находят на основе результатов измерения их комбинаций путем решения системы уравнений. Применяется с целью уменьшения погрешности измерения. Например, необходимо измерить массы х₁, х₂, х₃ трех предметов, значения которых близки к цене деления средства измерения. Измеряют три раза в следующих сочетаниях

Решив систему, получим

х₁ = 3, х₂ = 4, х₃ = 5

Совместное измерение, при котором последовательно измеряют несколько разноименных величин, с целью нахождения зависимости между ними или значение какой-либо величины. Например, чтобы определить плотность вещества, надо измерить его объем V и массу m, затем вычислить плотность .

2. По характеру измеряемой величины: статические и динамические.

Статическое измерение – измерение физической величины, принятой неизменяющейся в связи с тем, что скорость реакции средства измерения превышает скорость изменения измеряемой величины.

Динамическое изменение – измерение изменяющейся величины, когда скорость изменения измеряемой величины превосходит скорость реакции прибора.

3. По области применения: технические и метрологические.

Технические измерения – измерение величины с целью определения их значений.

Метрологические измерения – измерение величины, относящейся к средствам измерения, с помощью эталонов с целью определения метрологических характеристик средств измерения.

Технические измерения производятся на производстве, в лабораториях технических измерений; метрологические – в метрологических лабораториях.

4. По повторяемости: однократные и многократные.

Однократное измерение – измерение физической величины один раз.

Многократное измерение – следующие друг за другом измерения одной и той же величины. Технические измерения чаще всего однократные, а метрологические – всегда многократные.

5. По точности: равноточные и неравноточные.

Равноточные, выполненные на одном или нескольких средствах измерения одинаковой точности в одинаковых условиях.

Неравноточные, выполненные на средствах измерения разной точности в разных условиях.

6. По характеру взаимодействия с объектом измерения: контактные и бесконтактные.

Контактное измерение, при котором в процессе измерения имеется механический контакт средства измерения с измеряемой поверхностью объекта измерения.

Бесконтактный, при котором отсутствует вышеуказанный контакт.

7. По отношению к измеряемой величине: абсолютные и относительные.

Абсолютное, при котором значение измеряемой величины определяется на основе прямого измерения этой величины.

Относительное измерение, при котором значение измеряемой величины определяется на основе измерения отклонений ее от известной величины. Например, измерение размеров деталей с помощью измерительных головок.

8. По методу измерения: непосредственные, сравнения с мерой, нулевой метод, метод замещения.

Непосредственное измерение, при котором значение величины определяется непосредственно по показаниям прибора.

Нулевой метод, при котором производится сравнение с мерой, и результирующий эффект воздействия измеряемой величины доводят до нуля. Например, взвешивание на рычажных весах с помощью гирь, когда результат равен сумме значений гирь.

Метод сравнения, при котором измеряемую величину сравнивают с мерой. Например, взвешивание на стрелочных весах с помощью гирь.

Метод замещения – метод сравнения с мерой, при котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.