Единицы физических величин

Физической величиной, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице, называется единицей физической величины .

В зависимости от способа образования физические величины делятся на основные, производные, кратные и дольные.

Единицы, образующие какую-нибудь систему, называют системными единицами, единицы, которые не входят ни в одну из систем, - внесистемными единицами. Наличие внесистемных единиц объясняется тем, что некоторые из них очень удобны о своему размеру, другие сохранились в силу чисто исторических традиций.

К первым из них - единицам, удобным по размеру, - относятся такие, как тонна, ангстрем, литр, карат, минута, час, сутки. Одни из них равны кратным или дольным системным единицам, но по сути дела имеют собственное наименования: тонна=10³ кг, ангстрем = 10^-10 м, литр = 1 дм³, гектар = 10⁴ м² и так далее; в основу образования этих единиц положен десятичный принцип; минута = 60 с, час = 3600 с - здесь множителем является число 610ⁿ . Другие единицы не связаны с системными - это, например, лошадиная сила, калория, угловой градус.

Историческими традициями объясняется применение старых русских единиц (например, пуда) или неметрических единиц Англии и США (морская миля, дюйм и др.).

Основной принцип измерения. Уравнение измерения

Для того, чтобы проиллюстрировать основной принцип измерения (определение неизвестной величины х), рассмотрим два простейших примера.

Пример 1. Пусть х - неизвестная длина бруска. Определить значение х можно следующим образом. Нужно взять линейку с нанесенными на нее значениями длины в единицах длины, приложить ее к бруску так, как показано на рис. 1, и по шкале линейки считать значение х_и. Главное в этой процедуре измерения - сравнение неизвестной физической величины х с известной величиной того же рода х_и. В силу неидеальности сравнения имеет место соотношение х_и  х (х_и  х).

Пример 2. Пусть х - неизвестная масса бруска. Для того, чтобы ее оценить, воспользуемся рычажными весами и набором гирь с известными массами (рис. 2). На одну чашу весов положим брусок - на другую набор гирь. В состоянии равновесия угол  наклона коромысла весов равен нулю. Набор гирь составляет суммарную массу х_и бруска. Основным в этом измерении является также сравнение измеряемой физической величины с известной физической величиной того же рода.

Из приведенных примеров с очевидностью следует, что всякое измерение строится на принципе сравнения неизвестных физических величин с известной.

Процесс измерения реализуется с участием следующих функциональных элементов;

0. Мера (М) - устройство, воспроизводящее известное значение физической величины х (в примерах - это линейка и набор гирь с известными массами);

1. Устройство сравнения (УС) - устройство, выявляющее наличие несовпадения значений х и х_и, которое обозначим e(x,x) (в примерах - это глаз человека и рычажные весы;

2. Устройство управления (УУ) - устройство, изменяющее х таким образом, чтобы e(x,x)0 (в примерах - это сам оператор).

Взаимодействие указанных элементов может быть представлено структурной схемой, изображен­­ной на рис. 3.

Таким образом, в процессе измерения имеет место преобразование измеряемой физической величины в результат измерения. Графически изображение указанного преобразования дано на рис. 4, на котором использованы следующие обозначения: х - измеряемая физическая величина , у - результат измерения, СИ - средство измерения.

Можно определить предмет, методы и средства метрологии. Предмет метрологии – извлечение количественной и качественной информации о свойствах объектов и процессов.

Методы метрологии – совокупность физических и математических методов, используемых для извлечения измерительной информации с заданной точностью и достоверностью (методы: измерительных преобразований, измерений, обработки результатов наблюдений, планирование измерительного эксперимента).

Средства метрологии – совокупность средств измерений и контроля.