2.3.4 Подготовка к работе

Самостоятельная подготовка студентов к выполнению лабораторной работы осуществляется по следующим разделам:

– физические величины [1, 2, 12];

– свойства объектов [2, 9];

– объекты измерения [1, 2, 3];

2.3.5 Вопросы для самопроверки

1 Что такое свойство?

2 Приведите примеры простых и сложных свойств объекта.

3 Что представляет собой величина? Какие величины Вы знаете?

4 Что является объектом измерения?

5 Дайте определение физической величине.

6 Приведите пример оцениваемых физических величин.

7 Приведите примеры измеряемых и оцениваемых физических величин.

2.3.6 Порядок выполнения работы

1 Выбрать по желанию любой объект для исследования, например, «стол» как это показано в таблице 1.

2 Найти пять простых и пять сложных свойств объекта, определяемых физическими величинами. Указать единицы измерения (основные или производные). Записать размерность и способ определения указанного свойства.

3 Выбрать простое свойство объекта и определить причины, мешающие точно измерить его.

4 Указать причины, ведущие к разрушению объекта.

Таблица 1 – Определение свойств объекта «стол»

Свойства	Единицы измерения	Размерность	Количество	Способ определения свойства
1 Масса	кг	М	10	взвешивание
2 Длина	м	L	1	рулетка
………
6 Объем			0,3	вычисление
7 Плотность материала			3,5	вычисление
10…….

2.3.7 Содержание отчета

Отчёт по лабораторной работе оформляется в соответствии с п. 1.4. Отчёт по практической части работы должен содержать: письменные ответы на вопросы для самопроверки; таблицу и выполненные задания согласно п.п. 2.3.6.

2.4 Лабораторная работа № 4. ОБЪЕКТЫ ИЗМЕРЕНИЯ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

2.4.1 Цель работы

Закрепление и углубление знаний при изучении количественных и качественных характеристик измеряемых физических величин. Приобретение практических навыков при решении задач с использованием размерного анализа.

2.4.2 Содержание работы

Лабораторная работа предполагает работу с раздаточным материалом, типа «карточки», а также со справочным материалом касательно системы единиц физических величин

2.4.3 Количественные и качественные характеристики

измеряемой величины

Величина характеризуется двумя показателями: количественной и качественной характеристиками.

Целью измерения является получение количественной информации об измеряемой величине. Для количественной характеристики служит понятие – размер физической величины. Размер – объективная реальность, не зависит от того, знаем мы его или нет.

Размер ФВ – это количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию «ФВ». Например, каждое тело обладает определенной массой, вследствие чего тела можно различать по их массе, т.е по размеру интересующей нас ФВ. При измерении, определяя размер величины, сравнивая его с каким-либо известным размером, который называют единицей величины, получают значение измеряемой величины.

Значение ФВ Q – это оценка ее размера в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Уравнение Q=q[Q] называют основным уравнением измерения; q – числовое значение ФВ, отвлеченное число; [Q] – единица ФВ. Например, 20 Ом; 0,02 кОм; 1,5 А.

Среди всех величин было выбрано семь, которые названы основными, т.е. такие, которые могут быть воспроизведены с наибольшей точностью: длина, масса, время, температура, сила электрического тока; сила света. Соответственно семь основных единиц: м, кг, с, А, К, моль, кд и две дополнительные – плоский и телесный угол.

Остальные единицы, называемые производными, выражаются через основные на основе известных уравнений связи между ними.

– коэффициент пропорциональности;

А, В, С – основные величины;

– показатели степени.

Основные величины отличаются от производных тем, что условно не зависят от всех других величин. Широкое применение находят дольные и кратные единицы ФВ.

Дольная единица – единица ФВ в целое число раз меньше основной или производной единицы.

Кратная единица – единица ФВ, в целое число раз превышающая системную единицу.

Эти единицы формируются из основных и производных путем умножения на , где р – целое число, принимающее значение p=[-18; 18].

Наименование дольных и кратных единиц образуется из наименования базовой единицы с добавлением соответствующих приставок.

Единицы ФВ делятся на системные и внесистемные. Системная единица – единица ФВ, входящая в одну из принятых систем. Все основные, производные, дольные и кратные являются системными. Внесистемная единица – не входит ни в одну из принятых систем единиц.

Кроме системных единиц на практике используются единицы измерения, допущенные к применению. Эти допущения зафиксированы в соответствующих ГОСТах и относятся к тем областям деятельности, где необходимо применение этих единиц. (Космос – световой год; морское дело – миля, узел; ювелирное дело – карат).

Качественной характеристикой измеряемой величины является размерность. Размерность ФВ – выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных ФВ в различных степенях и отражающее связь данной ФВ с ФВ, принятыми в данной системе величин за основные с коэффициентом пропорциональности, равном единице.

Общий вид размерности ФВ в системе величин, построенной на семи основных величинах, выражается формулой , где … – показатели размерности ФВ.

Понятие размерности широко используется:

– для перевода единиц из одной системы в другую;

– для проверки правильности сложных расчетных формул, полученных в результате теоретического вывода;

– при выяснении зависимости между величинами;

– в теории физического подобия.

Размерность (dimention) – dim– основных ФВ обозначается заглавными буквами dim l=L , dim m=M, dim t=T.

Понятие «размерность» распространяется и на основные величины. Размерность основной В. в отношении самой себе равна единице и не зависит от других величин, т.е. формула размерности совпадает с ее символом. Размерность длины – L, массы – M.

Размерность следует обозначать знаком dim: dim I=1, [I]=1A.

Размерность величины одновременно является размерностью ее единицы.

Показатель размерности ФВ – показатель степени, в которую возведена размерность основной ФВ, входящей в размерность производной ФВ. Показатели размерности ФВ могут принимать различные значения: целые и дробные, положительные и отрицательные. Некоторые показатели размерности данной производной величины могут оказаться равными нулю.

Размерная ФВ – ФВ, в размерность которой хотя бы одна из основных ФВ возведена в степень, не равную нулю.

Безразмерная ФВ – ФВ, в размерность которой основные ФВ входят в степени равной нулю. Безразмерными В. Является относительная деформация, кпд и любая величина, равная отношению двух однородных величин.

Над размерностями можно производить действия деления, умножения, возведения в степень и извлечение корня. Существует алгебра размерностей, которая определяет правило установления разности производных величин.

2.4.4 Подготовка к работе

Самостоятельная подготовка студентов к выполнению лабораторной работы осуществляется по следующим разделам:

– международная система единиц СИ [12, 13, 14];

– основы теории подобия, размерности и моделирования [1];

– физические величины [2, 9].

2.4.5 Вопросы для самопроверки

1 Назовите показатели, характеризующие величину.

2 Что является целью измерения?

3 Что такое размер и значение физической величины?

4 Что такое размерность?

5 Дайте понятие основным, производным, дольным и кратным единицам.

6 Расскажите об алгебре размерностей.

7 Дайте понятие показателю размерности, размерным и безразмерным величинам.

2.4.6 Порядок выполнения работы

1 Получить у преподавателя карточку, в которой указано для каких десяти физических величин следует определить размерности и указать единицы измерения физических величин.

2 Порядок выполнения каждого из десяти заданий может быть следующим:

1) Определение размерности напряжения

; .

2) Для лучшего усвоения студентом задания, данная выкладка может быть расписана более подробно.

2.4.7 Содержание отчета

Отчёт по лабораторной работе оформляется в соответствии с п. 1.4. Отчёт по практической части работы должен содержать: письменные ответы на вопросы для самопроверки; определение размерностей и единиц измерения физических величин по предложенным преподавателем карточкам.

2.5 Лабораторная работа № 5. ПРИЧИННО-СЛЕДСТВЕННАЯ ДИАГРАММА

2.5.1 Цель работы

Изучить, отобразить и обеспечить технологию поиска истинных причин рассматриваемой проблемы для эффективного ее разрешения с использованием причинно-следственной диаграммы (схема Каору Исикавы, «рыбьего скелета»).

2.5.2 Содержание работы

Использовать инструмент в виде причинно-следственной диаграммы, обеспечивающей системный подход к определению фактических причин возникновения проблемы для успешного ее разрешения.

2.5.3 Диаграмма Исикавы. Общие правила построения

Причинно-следственная диаграмма – это инструмент, обеспечивающий системный подход к определению фактических причин возникновения проблем. Применяется при разработке и непрерывном совершенствовании продукции.

Цель диаграммы – изучить, отобразить и обеспечить технологию поиска истинных причин рассматриваемой проблемы для эффективного их разрешения.

Причинно-следственная диаграмма – это ключ к решению возникающих проблем. Диаграмма позволяет в простой и доступной форме систематизировать все потенциальные причины рассматриваемых проблем, выделить самые существенные и провести поуровневый поиск первопричины.

В соответствии с известным принципом Парето, среди множества потенциальных причин (причинных факторов, по Исикаве), порождающих проблемы (следствие), лишь 2-3 являются наиболее значимыми, их поиск и должен быть организован. Для этого осуществляется:

1) сбор и систематизация всех причин, прямо или косвенно влияющих на исследуемую проблему;

2) группировка этих причин по смысловым и причинно- следственным блокам;

3) ранжирование их внутри каждого блока;

4) анализ получившейся картины.

В результате получаем информацию, необходимую для принятия управленческих решений.

Достоинством диаграмма Исикавы является:

– стимулирование творческого мышления;

– представление взаимосвязи между причинами и сопоставление их относительной важности.

В качестве недостатка следует отметить то, что не рассматривается логическая проверка цепочки причин, ведущих к первопричине, т.е. отсутствуют правила проверки в обратном направлении от первопричины к результатам. Сложная, не всегда четко структурированная диаграмма не позволяет делать правильные выводы (рисунок 3).

Задавая при анализе каждой причины вопрос «почему?», можно определить первопричину проблемы. Способ заглянуть на логику в направлении «почему?» состоит в том, чтобы рассматривать это направление в виде процесса постепенного раскрытия всей цепи последовательно связанных между собой причинных факторов, оказывающих влияние на проблему качества.

Рисунок 3 – Причинно-следственная диаграмма