Тема 2. Основи теорії вимірювань
2.1. Основні поняття про процес вимірювання.
2.2. Види та етапи системи вимірювань.
2.3. Одиниці вимірювань.
2.4. Фактори, що впливають на якість вимірювань.
2.4. Вимірювальні шкали.
2.5. Точність вимірювання.
2.6. Засоби вимірювань.
2.7. Єдність вимірювань.
2.1. Основні поняття про процес вимірювання.
Найчастіше вимірюванням називають здійснювану за певними правилами операцію, яка полягає у встановленні відповідності між досліджуваними явищами, подіями або об'єктами, з одного боку і числами - з іншої. Існує ще безліч інших визначень поняття вимірювання, наведемо деякі з них.
Вимірювання - сукупність дій, виконуваних за допомогою засобів вимірювань з метою знаходження числового значення вимірюваної величини в прийнятих одиницях виміру.
Вимірюванням називають сукупність операцій, які виконуються за допомогою технічних засобів, що зберігають одиницю величини і дозволяють зіставити з нею вимірювану величину.
Широке поширення одержало визначення: «Вимірювання – це пізнавальний процес, що полягає в порівнянні шляхом фізичного експерименту даної величини з відомою величиною, прийнятої за одиницю порівняння».
У Законі України «Про метрологію та метрологічну діяльність» дано визначення більш лаконічне, але містить ту ж думку: вимірювання - відображення фізичних величин їхніми значеннями за допомогою експерименту та обчислень із застосуванням спеціальних технічних засобів.
Вимірювання - це операція знаходження значення фізичної величини дослідним шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів. Якщо відношення вимірюваної величини X до одиниці виміру Y позначити через n, то X = n • Y. Це рівняння називають основним рівнянням вимірювання, де: n - числове значення вимірюваної величини; добуток n • Y - результат вимірювання.
Вимірюванням називають отримання кількісної інформації про досліджуваному об'єкті. У спорті вимірюється:
- спортивні результати;
- стан здоров'я спортсмена;
- тренувальні навантаження;
- фактори спортивної майстерності (фізична, технічна, психічна, тактична, теоретична підготовленість спортсмена);
- фізичні якості спортсмена (витривалість, сила швидкість, спритність, гнучкість);
- ефективність тренувального процесу та змагальної діяльності;
- взаємини в групі спортсменів;
- якість спортивного інвентарю тощо.
Вимірюванням в широкому сенсі слова називається встановлення відповідності між досліджуваними явищами, з одного боку, і числами, з іншого. Вимірювання фізичної величини - це знаходження дослідним шляхом зв'язку між вимірюваною величиною і одиницею виміру цієї величини, вироблене, як правило, за допомогою спеціальних технічних засобів. При цьому під фізичною величиною розуміється характеристика різних властивостей, загальних в кількісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів, але індивідуальних в якісному відношенні для кожного з них. До фізичних величинам відносяться довжина, час, маса, температура і безліч інших. Отримання відомостей про кількісні характеристики фізичних величин власне і є завданням вимірювань.
Основні елементи, повною мірою характеризують систему вимірювання будь-яких фізичних величин, представлені на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Основні елементи системи вимірювання фізичних величин.
Які б види вимірювань фізичних величин не вироблялися, всі вони можливі тільки при наявності загальноприйнятих одиниць вимірювань (метрів, секунд, кілограмів і т. п.) і шкал вимірювань, що дозволяють упорядкувати вимірювані об'єкти і приписати їм числа. Це забезпечується використанням відповідних засобів вимірів, що дозволяють отримати необхідну точність. Для досягнення єдності вимірювань існують розроблені стандарти і правила. Слід зазначити, що вимірювання фізичних величин є основою всіх без винятку вимірювань в спортивній практиці. Воно може мати самостійний характер, наприклад, при визначенні маси ланок тіла; служити першим етапом оцінювання спортивних результатів і результатів тестів, наприклад, при виставленні оцінки в балах за результатами вимірювання довжини стрибка з місця; побічно впливати на якісну оцінку виконавської майстерності, наприклад, по амплітуді рухів, ритму, положенню ланок тіла.
Метод вимірювання – це прийом порівняння вимірюваної фізичної величини з її одиницею у відповідності до реалізованих принципів вимірювання. Методи вимірювання за можливості повинні мати мінімальну похибку.
Засіб вимірювання – це технічні засоби, що використовуються при вимірюваннях і мають нормовані метрологічні властивості. До засобів вимірювання відносяться міра та вимірювальні прилади.
Міра – засіб вимірювання, призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру (гиря – міра маси).
Вимірювальний прилад – це засіб вимірювання, який дозволяє одержати вимірювальну інформацію у формі, що є доступною для безпосереднього сприйняття її спостерігачем.
До елементів вимірювання відносять:
завдання вимірювання, у якому визначається, яка фізична величина повинна бути виміряна та допустима похибка вимірювань у певних умовах;
об’єкт вимірювання в теоретичній метрології є реальний фізичний об’єкт, властивості якого характеризуються однією чи декількома вимірювальними фізичними величинами (об’єктом вимірювання може бути певна рухова здібність, властивості якої визначають шляхом вимірювань її складових);
суб’єктом вимірювання в спортивній метрології є людина.
Принципи вимірювання:
об’єктивності вимірювання, який вирішує проблему співвідношення об’єктивного та суб’єктивного компонентів у науковому пізнанні;
багаторівневого вимірювання об’єкта (визначення сутності об’єкта можуть стосуватись різних рівнів його існування);
вивчення явищ в їх розвитку, який ґрунтується на розумінні природи особистості як динамічного явища, реалізація цього принципу дає можливість шляхом екстраполяції прогнозувати розвиток явищ у майбутньому;
творчий підхід у реалізації етапності вимірювань, підборі методів вимірювань.
Еталон – це засіб вимірювання, який слугує для збереження та передачі розміру одиниці фізичної величини іншим засобам вимірювання.
Види еталонів:
первинний – забезпечує відтворення і збереження одиниці з найвищою в країні точністю; це унікальні схеми вимірювань, що нерідко являють собою складні вимірювальні комплекси, створені з урахуванням досягнень науки та техніки;
спеціальний – забезпечує відтворення одиниці в особливих умовах, у яких пряма передача одиниці від первинного еталона з відповідною точністю нездійсненна, і служить для цих умов первинним еталоном;
державний – первинний або спеціальний еталон, офіційно затверджений у якості вихідного для країни;
вторинний – зберігає розміри одиниці, одержаної шляхом порівняння з первинним еталоном відповідної фізичної величини.
Точність вимірювання – якість вимірювання, яка характеризує близькість результату вимірювання до істинного значення вимірюваної величини. Це поняття асоціюється з такими поняттями спортивної метрології, як достовірність, правильність вимірювання, відтворюваність результатів вимірювання.
Достовірність вимірювань визначається ступенем довіри до результату вимірювання і характеризується ймовірністю того, що істинне значення вимірюваної величини знаходиться у вказаних межах.
Правильність вимірювань – це якість вимірювання, що відображає близькість один до одного результатів вимірювання, виконаних на однакових умовах.
Відтворюваність результатів вимірювання – це якість вимірювання, що відображає близькість один до одного результатів вимірювання, одержаних за різних умов.
У результаті вимірювань результатів рухової діяльності людини можуть бути похибки. Похибки вимірювань є відхиленням результатів вимірювання від істинного значення вимірюваної величини.