Классификация физических величин.

Классифицировать физические величины возможно по разным отличительным признакам. Для нас представляет интерес классификация по степени условной независимости от других величин.

Итак, физические величины могут быть основными (условно независимыми) и производными (условно зависимыми).

Например: длинна может считаться одной из основных величин. А площадь или обьем будут являться производными величинами.

Основные физические величины в общем случае могут быть выбраны произвольно. Производные физические величины выражаются через основные на основании известных уравнений связи между ними.

В системе СИ в качестве основных физических величин приняты: длина, время, масса, температура, сила электрического тока, сила света, количество вещества (моль). В качестве производных величин выступают плотность, объем, площадь, масса и т.д.

Каждой физической величине присваивается единица (измерения) физической величины Совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, называется системой единиц физических величин.

Свойства объекта могут по-разному себя проявлять. Они могут вступать в отношение эквивалентности, порядка, аддитивности.

Отношение эквивалентности — это отношение, в котором данное свойство у различных объектов может оказаться только одинаковым или неодинаковым.

Например: беременна — не беременна,

одушевленный — неодушевленный,

поврежденный — исправный.

Отношение порядка — это отношение, в котором данное свойство у объектов может оказаться только больше, меньше или равно (нельзя сказать, во сколько раз больше).

Например: твердость,

запах,

вкус,

шторм.

Отношение аддитивности — это отношение, в котором возможно указать, что это свойство одного объекта больше (или меньше) этого же свойства другого объекта в несколько раз.

Например: длина,

масса,

скорость,

сила тока.

Система физических величин и их единиц

Пример: пусть длина доски составляет 254 см. Тогда, в соответствии с уравнением измерения размер доски (длина) может быть выражен различными способами.

Размер доски — понятие абсолютное, не зависимое от выбранной единицы измерения. Но он может быть выражен по-разному в виде значения физической величины в зависимости от выбранной единицы измерения. В зависимости от единицы измерения будет меняться значение физической величины и ее числовое значение, в то время как размер физической величины (в примере — размер доски) будет оставаться постоянным.

Приведенный пример наглядно иллюстрирует одно из необходимых условий обеспечения единства измерений, а именно необходимость существования общепринятой (на данной территории) системы единиц измерения (для нас это система СИ). Поэтому единицы измерения физических величин и их размеры устанавливаются путем их законодательного закрепления государственными метрологическими органами.

Совокупность основных и производных единиц физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, называется системой единиц физических величин.

Основной называется физическая величина, входящая в систему величин и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы.

В системе единиц основных единиц несколько.

Производной называется физическая величина, входящая в систему, и определяемая через основные величины этой системыв соответствии с уравнениями связи.

Производные единицы бывают когерентными и некогерентными.

Когерентной называется производная единица физической величины, связанная с другими единицами системы уравнением, в котором числовой множитель принят равным единице. Например, единицу скорости образуют с помощью уравнения, определяющего скорость прямлинейного и равномерного движения точки: (ФОРМУЛА), где L – длина пройденного пути, t – время движения. Как видим, скорость является когерентной производной величиной.

Хотя при формировании системы единиц возможен произвольный подход в выборе основных единиц, тем не менее, чтобы система единиц была удобной и рациональной, следует руководствоваться определенными принципами. Вот некоторые из них.

• Единицы измерения основных физических величин должны быть относительно легко сохраняемы и воспроизводимы с помощью эталонов.

• Количество основных единиц должно быть минимально возможным.

• Коэффициенты пропорциональности в уравнениях связи (уравнения, которые связывают основные и дополнительные величины) должны быть по возможности равны единице (или кратны 10).

• Неуничтожимость эталонов основных единиц, т.е. возможность их воссоздания в случае утраты.

• Близость размеров основных и производных единиц к размерам физических величин, наиболее часто встречающихся на практике.

• В случае введения новой системы единиц должна иметь место преемственность единиц, т.е. сохранение их размеров и наименований.

Эти критерии часто вступают в противоречия друг с другом, поэтому стремятся выбрать наиболее выгодный для практического применения вариант.

В мире существует несколько систем физических величин, поэтому возможно существование физических величин, принадлежащих разным системам. Возможно также существование и применение и внесистемных единиц.

Внесистемна единица — это единица физической величины, не входящая ни в одну из принятых систем единиц.

Понятие «система единиц» существовало не всегда. Конечно, для измерения различных величин использовались единицы измерения, но они не были взаимосвязаны друг с другом, т.е. не образовывали систему.

Первоначально единицы физических величин выбирались произвольно, без какой либо связи друг с другом, что создавало большие трудности. Значительное число произвольных единиц одной и той же величины затрудняло сравнение результатов измерений. По мере развития науки и международных связей трудности использования результатов измерений возрастали и тормозили дальнейший научно — технический прогресс.

Первой системой единиц физических величин являлась так называемая метрическая система. Метрическая система законодательно была введена во Франции с первого января 1840 года. Затем на нее поэтапно перешел ряд европейских стран. Россия подписала метрическую конвенцию в 1875 году (в числе 17 государств).

В различное время вводились и другие системы единиц физических величин, не получившие повсеместного распространения.

В настоящее время в России, как и в большинстве стран, действует система СИ.