Вимірювання фізичних величин

Посеред оцінок фізичних величин особливе місце займають вимірювання.

Вимірюванням називається пізнавальний процес, що полягає у порівнянні фізичної величини з деяким її значенням, прийнятим за одиницю.

Якщо – величина, яка вимірюється, – одиниця виміру та – чисельне значення вимірюваної величини, то:

.

Дане співвідношення є основним рівнянням вимірювання. Права його частина ( ) називається результатом вимірювання.

З іншого боку можна дати таке визначення вимірювання:

Вимірюванням називається знаходження чисельного значення фізичної величини дослідним шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів вимірювання.

Існує два основних види вимірювання.

Прямі вимірювання – вимірювання, при яких результат отримується із дослідних даних декількох вимірів тієї самої величини.

До таких вимірювань відносяться більшість вимірювань, які здійснюються або за допомогою приладів, які проградуйовані заздалегідь у відповідних одиницях, або шляхом безпосереднього порівняння вимірюваної фізичної величини з її мірою.

Міра – засіб виміру, який застосовується для відтворення фізичної величини заданого розміру.

Наприклад, вимірювання довжини за допомогою лінійки, штангенциркуля, мікрометра; вимірювання часу за допомогою годинника, секундоміра; маси – за допомогою гирі на рівноплечих терезах; температури – термометру тощо.

Однак, отримати значення фізичної величини за допомогою прямих вимірювань можна не завжди. Тоді застосовують непрямі вимірювання.

Непрямі (посередні) вимірювання – вимірювання, при яких шукане значення величини отримується на основі відомої функціональної залежності (формули, графіку тощо) між цією величиною та величинами, які піддаються прямим вимірюванням.

Наприклад, вимірювання опору провідника за допомогою амперметра та вольтметра із застосуванням закону Ома; вимірювання густини тіла за допомогою вагів (вимірювання маси) та лінійки (вимірювання об’єму).

Крім того розрізняють ще й сукупні та спільні вимірювання.

Сукупні вимірювання – виконувані одночасно вимірювання кількох однойменних величин, при яких шукані значення величин знаходять розв’язуванням системи рівнянь, отриманих при прямих вимірюваннях різних сполучень цих величин або при зміні умов вимірювань.

Наприклад, вимірювання, при яких маси окремих гир набору знаходять за відомою масою однієї з них та за результатами прямих порівнянь мас різних сполучень.

Спільні вимірювання – одночасно виконувані вимірювання двох або кількох не однойменних величин для знаходження залежності між ними.

Наприклад, електричний опір при 20^о С і температурні коефіцієнти вимірювального резистора визначають за даними прямих вимірювань його опору в різних температурних режимах.

Про засоби вимірювання ми поговоримо пізніше в розділі 3.

Розділ 2. Механіка

2.1. Предмет механіки. Класична, релятивістська та квантова механіки.Простір та час

Механіка – розділ фізики, який вивчає найбільш просту і найбільш загальну форму руху матерії – механічний рух, тобто зміну положення тіла в просторі з часом. Механіка поділяється на три частини:

кінематика – вивчає рух тіл без виявлення причин, що зумовили цей рух;

динаміка – вивчає закони руху тіл і причини, що зумовили цей рух;

статика – вивчає закони рівноваги тіл або системи тіл.

К ласична механіка (Механіка Галілея¹ – Ньютона) вивчає рух макроскопічних тіл, що рухаються зі швидкостями, значно меншими за швидкість світла ( ).

Релятивістська механіка (Механіка Ейнштейна²) вивчає рух макроскопічних тіл зі швидкостями, порівнянними зі швидкістю світла ( ).

Квантова механіка (хвильова механіка) вивчає рух мікроскопічних тіл (окремих атомів та елементарних частинок з розмірами  м ). Існує релятивістська квантова механіка.

Для фізики та інших природничих наук поняття простору та часу є основним. В класичній механіці простору та часу надавали абсолютний характер. Тобто вважали, що простір є абсолютною пустотою, яка має три виміри, а час є характеристикою тривалості події. Простір та час у класичній механіці Галілея – Ньютона розглядали у відриві один від одного.

Теорія відносності А. Ейнштейна вважає, що простір та час є взаємопов’язаними і цей зв’язок встановлюється певним рухом матерії в просторі та часі. Згідно з теорією Ейнштейна кожний матеріальний об’єкт має об’єм, тобто йому притаманна просторова протяжність, а час – виявляє послідовність явищ, процесів. Теорія відносності стверджує, що просторово-часові характеристики події залежать від швидкості руху даної системи відносно спостерігача та концентрації мас, в полі яких рухається ця система.