2. Величины, физические величины

Многообразие черт окружающего нас мира проявляется, прежде всего, в свойствах различных физических объектов, явлений и процессов. Каждый физический объект может быть описан с помощью различных свойств, присущих этому объекту.

Свойство – категория качественная, оно отражает такую сторону объекта (явления или процесса), которая характеризует его с новой стороны и в этом смысле обусловливает его отличие от других объектов или общность с ними.

Величина – свойство чего-либо, которое может быть выделено среди других свойств и оценено тем или иным способом, в том числе и количественно.

Величина не существует сама по себе, она имеет место лишь постольку, поскольку существует объект со свойствами, выраженными данной величиной.

Все величины можно разделить на два вида: идеальные (математические) и реальные.

Идеальные величины, главным образом, относятся к области математики и являются обобщенной моделью конкретных реальных понятий. Они вычисляются тем или иным способом и при определенных условиях могут не иметь погрешности вычислений, чего нельзя сказать о реальных величинах.

Реальные величины в свою очередь делят на физические и нефизические.

Для нефизических величин единица измерения не может быть введена в принципе. Они могут быть только оценены с использованием экспертных оценок, балльной системы, расчетных коэффициентов и т.п. Нефизические величины к объектам метрологии не относятся. Эти величины изучают такие науки как философия, социология, экономика и т.д. Метрология как наука занимается физическими величинами.

Физическая величина – величина, присущая свойствам материального объекта, а также физических явлений и процессов. Эти величины изучают в рамках естественных и технических наук.

Физическая величина – свойство материального объекта, в качественном отношении общее для многих объектов, а в количественном – индивидуальное для каждого из них.

Индивидуальность в количественном отношении понимают в том смысле, что свойство может быть для одного объекта в определенное число раз больше или меньше, чем для других.

Физические величины могут быть измеряемые и оцениваемые.

Измеряемые величины могут быть выражены количественно в виде определенного числа установленных единиц измерений. Физические величины, для которых по тем или иным причинам не может быть введена единица измерений, могут быть только оценены. Под оцениванием понимается операция приписывания данной величине определенного числа, проводимая по установленным правилам.

Для того чтобы можно было установить для каждого объекта различия в количественном содержании свойства, отображаемого физической величиной, в метрологии введены понятия ее размера и значения.

Размер физической величины – количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию «физическая величина».

Значение физической величины – оценка размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Его получают в результате измерения физической величины или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения:

Q= q [Q], (3)

где Q – физическая величина;

q – числовое значение физической величины;

[Q] – единица измерений.

Например, значение длины отрезка 10 см, полученное в результате измерения линейкой, имеющей деления в см и мм, может быть записано следующим образом:

Q₁ = 10 см при q₁ = 10 [Q]₁ = 1 см;

Q₂ = 100 мм при q₂ = 100 [Q]₂ – 1 мм.

Единица физической величины – физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение равное единице и которая применяется для количественного выражения однородных физических величин.

Важной характеристикой физической величины является ее размерность. Размерность физической величины – качественная ее характеристика. Обозначается размерность: dim (от латинского «dimension» – размерность).

Размерность основных величин обозначается соответствующими латинскими заглавными буквами: длина – L, масса – М, время – Т и т.д.;

Размерность производных ФВ выражается через размерность основных физических величин с помощью степенного одночлена:

Х= Lα*М^β.*Т^γ..., (4)

где L, М, Т… – размерности соответствующих основных физических величин:

α, β,γ – показатели размерности.

Каждый из показателей размерности может быть положительным или отрицательным, целым или дробным числом, нулем. Если все показатели размерности равны нулю, то такая величина называется безразмерной. Она может быть относительной, определяемой как отношение одноименных величин, (например, относительная диэлектрическая проницаемость), и логарифмической, определяемой как логарифм относительной величины (например, логарифм отношения мощностей или напряжений).

Например, если скорость определяется по формуле V = ℓ/t, то размерность скорости можно записать следующим образом:

dim V = L/T = LT^-1.

Сила рассчитывается по формуле: F=ma, a=l/t², следовательно, размерность силы – dim F = L M T ^-2.