§ 4. Физические величины. Измерение физических величин.

 § 4. Физические величины. Измерение физических величин

  Измерить физическую величину — это значит сравнить её с однородной величиной, принятой за единицу. Предположим, с помощью рулетки (рис. 6, а) определили, что длина стола составляет два метра. Это означает, что в длине стола укладывается два отрезка длиной в один метр. В этом случае длину стола сравнили с метром. Или другой пример: измеряя длину отрезка, вы прикладываете линейку (рис. 6, б) и определяете, сколько миллиметров укладывается между началом и концом отрезка. Вы сравниваете длину отрезка с одним миллиметром и получаете значение длины в миллиметрах.  

Часто бывает, что значение измеряемой величины гораздо меньше единицы величины. В таких случаях применяют дольные единицы, которые в 10, 100 и т. д. раз меньше принятых. Названия дольных единиц образуются с помощью известных вам приставок (табл. 1). Для записи больших значений физических величин пользуются кратными единицами, которые больше принятых в 10, 100 и т. д. раз. Их названия также образуются с помощью приставок (см. табл. 1). Таблица 1. Приставки к названиям единиц

Для измерения физических величин служат измерительные приборы. Хорошо известными вам измерительными приборами являются линейка (см. рис. 6, б), измерительный цилиндр (рис. 7), секундомер (рис. 8), термометр, весы.Выполняя лабораторные работы, вы познакомитесь с другими приборами (рис. 9, 10), узнаете их принцип действия и научитесь снимать показания. Измерительные приборы бывают цифровые и шкальные (рис. 11, 12). 

Линейка, как и большинство измерительных приборов, снабжена шкалой. Шкала представляет собой совокупность штрихов и чисел, соответствующих различным значениям измеряемой величины. Из курса математики вам известно, чтопромежуток между двумя ближайшими штрихами называют делением шкалы. Определим, какому значению величины соответствует деление шкалы, на примере линейки. Шкала линейки (см. рис. 6, б) имеет штрихи, обозначенные числами, расстояние между которыми разделено на 10 частей штрихами, около которых числа не написаны. Числовые значения нанесены в сантиметрах, значит, деление шкалы соответствует десятой части сантиметра — одному миллиметру. Значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы, называют ценой деления.

Кроме линейки, для измерения длины существуют такие приборы, как рулетка, штангенциркуль, микрометр и другие. Прежде чем выполнять измерение физической величины, нужно определить цену деления шкалы измерительного прибора. Чтобы определить цену деления шкалы измерительного цилиндра (см. рис. 7), выберем два соседних обозначенных штриха, например 40 и 50 мл. Между ними имеется два деления.Таким образом, цена деления шкалы будет равна:                                       (50 мл − 40 мл) / 2 = 5 мл

Ещё одна важная характеристика, которую можно узнать по шкале прибора, — пределы измерения.Пределы измерения — наименьшее и наибольшее значения физической величины, которые могут быть измерены с помощью этого прибора. Так, нижний предел измерительного цилиндра на рисунке 7 равен 10 мл, верхний — 100 мл. Если физическая величина измеряется непосредственно путём снятия данных со шкалы прибора, такое измерение называют прямым. Прямым измерением определяются, например, размеры (длина a, ширина b, высота c) книги линейкой.А вот для того, чтобы рассчитать её объём, нужно полученные значения перемножить: V = abcВ этом случае говорят, что объём книги определён путём косвенных измерений. 

 ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ (стр. 14) 1. Что отличает физическую величину от числа?  2. Что значит измерить какую-либо физическую величину?  3. Каковы единицы длины, времени, массы в СИ?  4. Как определяется цена деления шкалы измерительного прибора?  5. Приведите примеры измерительных приборов, которые имеются у вас дома. Знаете ли вы, какие физические величины ими измеряют?  6. Приведите примеры прямых и косвенных измерений, которые вам приходилось проводить. Сформулируйте общее правило для определения цены деления шкалы измерительного прибора.  

Прочитай вопросы. Не переходи на следующую страницу сразу. Несколько минут поразмышляй, ответь на вопросы сам.                        И только потом перелистывай.

Вопрос Что отличает физическую величину от числа?   ОтветЛюбая физическая величина - это поддающаяся измерению характеристика, описывающая свойства физического объекта или особенности явления. Её неотъемлемыми атрибутами являются численное значение и определённая единица измерения; к примеру, длина традиционно выражается в метрах. Число же, в свою очередь, является фундаментальным абстрактным понятием, служащим для выражения количества. Важно отметить, что, несмотря на свою роль в формировании численного значения физической величины, само число не относится к категории физических величин.

Вопрос Что значит измерить какую-либо физическую величину?   ОтветПредставьте, что эталон — это мерная линейка.Измерить физическую величину значит приложить её к этой линейке и увидеть, сколько «делений» она занимает, или, наоборот, сколько «делений» ей не хватает.Итогом этого сравнения всегда будет число, показывающее её размер, и, конечно же, название той единицы измерения, которой мы пользовались.

Вопрос Каковы единицы длины, времени, массы в СИ?   ОтветВ рамках Международной системы единиц (СИ) установлен перечень базовых физических параметров, каждый из которых имеет свою эталонную единицу измерения:

   Метр (м) это единица, предназначенная для измерения пространственных характеристик.
   Секунда (с) служит для определения временных интервалов.
   Килограмм (кг) применяется для количественного выражения массы объектов.
   Ампер (А) представляет собой единицу измерения интенсивности электрического тока.
   Кельвин (К) используется для обозначения термодинамической температуры.
   Моль (моль) является единицей, определяющей количество вещества.
   Кандела (кд) служит для измерения световой интенсивности.   

Вопрос Как определяется цена деления шкалы измерительного прибора?   ОтветДля установления цены деления измерительной шкалы прибора необходимо выполнить следующие шаги.Сначала идентифицируются две соседние метки на шкале.Затем из числового значения, соответствующего большей отметке, вычитается значение меньшей.Полученный результат далее делится на общее число промежутков, расположенных между этими двумя метками.   

Вопрос Приведите примеры измерительных приборов, которые имеются у вас дома. Знаете ли вы, какие физические величины ими измеряют?   ОтветНаш быт немыслим без регулярного обращения к измерительным приборам, многие из которых постоянно находятся под рукой. Вот перечень типичных домашних инструментов для количественной оценки различных параметров:

   Для пространственных характеристик: Определение длины, ширины, высоты и расстояний осуществляется с помощью линейки или рулетки.
   Для веса: Масса объектов точно устанавливается посредством весов.
   Для теплового состояния: Температурный режим фиксируется термометром.
   Для хронометража: Измерение продолжительности событий и временных отрезков задача часов или секундомера.
   Для электрических параметров: В случае необходимости контроля электрического потенциала, используется вольтметр.   

Вопрос Приведите примеры прямых и косвенных измерений, которые вам приходилось проводить. ОтветПримеры прямых измерений:

• Замер длины комнаты при помощи рулетки.
• Измерение температуры тела с использованием термометра.
• Определение массы продукта на весах.

Примеры косвенных вычислений:

• Нахождение площади комнаты путём измерения её длины и ширины, а затем их перемножения.
• Определение объёма предмета неправильной формы через измерение объёма вытесненной им жидкости.
• Расчёт скорости движения, исходя из измеренного расстояния и затраченного времени.   

Вопрос Сформулируйте общее правило для определения цены деления шкалы измерительного прибора.  ОтветОпределение цены деления шкалы измерительного прибора осуществляется путем выбора двух соседних маркированных штрихов, нахождения разницы их значений (без учета знаков минус для отрицательных чисел) и последующего деления этой разницы на количество интервалов между ними.