что означает измерить физическую величину

Что означает измерить физическую величину

При изучений физических явлений проводят различные измерения.
Физики измеряют физические величины.

При изучении падение тела, надо измерить высоту, с которой падает тело, массу тела, его скорость и время падения.
Чтобы узнать, например, зависит ли объем воды или другой жидкости от ее температуры и как зависит, нужно, нагревая воду, измерять и объем, и температуру.
Объем и температура, время и длина, площадь, скорость, масса, сила — это физические величины.

1. Что значит измерить?

Измерить какую-либо физическую величину — это значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу этой величины.

Измерить длину стола — значит сравнить ее с другой длиной, которая принята за единицу длины, например с метром.
В результате измерения величины получаем ее числовое значение, выраженное в принятых единицах.

2. Какие бывают единицы имерения?

Для каждой физической величины приняты свои единицы измерения.

Очень удобно пользоваться одинаковыми единицами физических величин во всех странах мира.
Поэтому с 1963 г. применяется Международная система единиц — СИ (система интернациональная).

единица длины — 1 метр (1м),
единица времени — 1 секунда (1с),
единица массы — 1 килограмм (1 кг).

Кроме того, используются кратные единицы (кратные основной единице), которые в 10, 100, 1000 и т. д. раз больше.
Эти единицы получили наименования с приставками, взятыми из греческого языка.
«Дека» — 10, «гекто» — 100, «кило» — 1000 и др.

Используются и дольные единицы, которые в 10, 100, 1000 и т. д. раз меньше принятых единиц величин.
В них применяют приставки, также взятые из латинского языка. «Деци» — 0,1, «санти» — 0,01, «милли» — 0,001 и др.

Некоторые приставки к названиям единиц:

г — гекто (100 или 10 2 )
к — кило (1000 или 10 3 )
М — мега (1 000 000 или 10 6 )

3. Что такое измерителный прибор?

Для измерения физических величин нужны измерителные приборы.

Есть измерителные приборы для простых измерений. Например, измерительная линейка, рулетка, мензурка, применяемая для измерения объема жидкости.
Есть сложные измерительные приборы: секундомеры, термометры и другие.
По мере развития физики и техники приборы усложнялись и появились, например, приборы, при помощи которых изучают строение вещества.

У измерительных приборов есть измерительная шкала, на которой штрихами нанесены деления и написаны значения величин.

Между двумя большими штрихами могут быть дополнительно нанесены несколько делений, не обозначенных числами.

Значение измеряемой величины между ближайшими штрихами называется ценой деления прибора.

Например, у обычной школьной линейки расстояние между двумя ближайшими штрихами составляет 1 мм, это цена деления линейки.

4. Как определить цену деления измерительной шкалы прибора?

Прежде чем использовать измерительный прибор, надо определить цену деления этого прибора.
Надо установить, какому значению величины соответствует каждое самое малое деление.

Для того чтобы определить цену деления, необходимо:
— найти два ближайших штриха шкалы, возле которых написаны значения величины;
— вычесть из большего значения меньшее и полученное число разделить на число делений, находящихся между ними.

5. Примеры определения цены деления

а) Определение цены деления секундомера.
Используем любые два штриха, около которых нанесены значения измеряемой величины (времени), например штрихи с обозначениями 5 и 10 с.
Расстояние между этими штрихами разделено на 10 делений. Значит, цена каждого деления равна:

Секундомер показывает 22 с.

6. Что такое точность и погрешность измерений?

Любое измерение может быть выполнено с большей или меньшей точностью.
В физике допускаемую при измерении неточность называют погрешностью измерения.
Погрешность измерения не может быть больше цены деления измерительного прибора.

Из этого примера видно, что точность измерений зависит от цены деления шкалы прибора.
Чем меньше цена деления, тем больше точность измерения.
При измерении принято считать, что: погрешность измерений равна половине цены деления шкалы измерительного прибора.

При записи величин, с учетом погрешности, пользуются формулой:

где А — измеряемая величина,
а — результат измерений,
дельта а — погрешность измерений (треуголник — греч. буква «дельта»).

Если длина книги 20 см, а цена деления линейки 1 мм, то погрешность измерения будет равна 0,5 мм, или 0,05 см.
Следовательно, длину книги можно записать так:
L = (20 ±0,05) см,
где L — длина книги.
Истинное значение длины книги находится в интервале от 19,95 см до 20,05 см.

Главное:

Измерить какую-либо величину — это значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу этой величины.
Основные единицы системы СИ: метр, килограмм, секунда.
Для того чтобы определить цену деления, необходимо:
— найти два ближайших штриха шкалы, возле которых написаны значения величины;
— вычесть из большего значения меньшее и полученное число разделить на число делений, находящихся между ними.

Источник

Нередко в школе у учеников просят измерить физическую величину. Важно, чтобы школьник понимал что означает это задание, какими бывают физические величины и зачем их нужно измерять. Об этом и пойдет речь в предложенной статье.

Что нужно делать, чтобы измерить физическую величину?

Первым делом нужно понять о какой именно физической величине идет речь. Существуют основные величины и производные (которые можно посчитать через другие параметры).

Ниже вы увидите пример основных физических величин:

Каждый из этих параметров описывает какое-то свойство предмета. Измерительные приборы тоже подбираются индивидуально. К примеру, чтобы узнать длину, достаточно взять в руки линейку, а чтобы посчитать продолжительность события, то есть время, достаточно иметь при себе секундомер.

Но есть и более сложные величины, такие как сила тока. Для того, чтобы узнать этот параметр, необходимо воспользоваться амперметром. А что касается производных величин, вроде объема, площади, энергии, плотности, эти параметры можно посчитать, зная значение основных величин. К примеру, площадь можно узнать, если измерить длину двух сторон объекта; а для нахождения плотности достаточно измерить вес и посчитать объем.

Как решать задания, где нужно измерить физическую величину?

Во-первых, вы должны узнать какую именно величину вам нужно измерить. После этого вы должны сравнить свойства вашего объекта с единичной физической величиной, то есть определить количество секунд, килограмм, моль, амперов и т. п.

Во-вторых, вы должны определить каким необходимо воспользоваться измерительным прибором (линейкой, термометром, весами). Узнайте цену деления на приборе, а после этого произведите замеры.

Конечный результат записывайте в отчете, согласно системе СИ. То есть переведите полученные величины в нормативные (минуты в секунды, граммы в килограммы и т. д.).

Если вы столкнулись с заданием, с которым не можете справиться, и оно касается измерения физических параметров, можете написать об этом в комментариях. Вам помогут!

Видео

Источник

Измерение физических явлений. СИ

Содержание

Спектр объектов и явлений, изучаемых в физике, огромен. От невероятной скорости электромагнитной волны до возраста Земли, от крошечных размеров частиц до площади наблюдаемой вселенной, от силы, создаваемой прыгающей блохой, до силы притяжения между Землей и Луной.

Мы определяем физическую величину либо путем измерения с помощью соответствующих приборов, либо путем расчета на основе других измерений. Например, мы определяем расстояние, полагаясь на то, что оно рассчитывается как скорость, умноженная на время в пути.

Однако все известные физические величины выражаются в единицах, которые являются стандартизованными значениями. Например, длина забега, которая тоже является физической величиной, может быть выражена в метрах (для спринтеров) или в километрах (для бегунов на длинные дистанции). Без стандартизированных единиц ученым было бы чрезвычайно сложно вычислить и сравнить измеренные значения.

Измерить какую либо величину — это значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу.

Система единиц измерения

Во всем мире используются такая система единиц измерения как “единицы СИ” (сокращение от французского Le Système International d’Unités, также известное как метрическая система).

В этой системе основной единицей длины является метр (м), единицей времени — секунда (с), единицей массы — килограмм (кг). Но так было не всегда!

Существует также такая система единиц измерения как имперская система или английские единицы измерения. Эта система исторически использовались в странах, когда-то находившихся под управлением Британской империей. Сегодня Соединенные Штаты — единственная страна, в которой до сих пор широко используется имперская система.

Часто, когда мы применяем систему единиц СИ, нам может понадобиться выразить единицы, которые больше принятых единиц в 10, 100, 1000 раз. Здесь все просто – к наименованиям единиц СИ нужно добавить соответствующую приставку на греческом языке:
если эта единица больше СИ в 10 раз – к названию добавляется приставка “дека”,
в 100 раз – “гекто”,
в 1000 раз – “кило” и т.д.

Если же нужно выразить единицы, которые меньше принятых в 10, 100, 1000 раз, то к названиям единиц добавляются приставки на латинском языке: “деци”, “санти”, “милли” и т.д.

Пример:

Пачка макарон весит 300 грамм (г). Выразите ее вес в килограммах (кг).

Для того чтобы решить эту задачу, нам нужно вспомнить, что в одном килограмме – 1000 грамм. Следовательно, нам всего лишь остается разделить 300 грамм на 1000. Получается, что в килограммах, пачка макарон будет весить 0,3 кг.

Как измерить величину с максимальной точностью?

В древние времена человек использовал части своего тела в качестве инструментов измерения, такие как рука, ладонь и ступня.

Для измерения времени люди использовали природные явления, такие как восход, закат и фазы Луны.

Так, в Древней Руси мерой длины мог быть сам человек. Например, косая сажень — расстояние от носка левой ноги до конца среднего пальца поднятой вверх правой руки. Пядь, или четверть, – расстояние между концами расставленных большого и указательного пальцев руки.

Измерительные инструменты со временем совершенствовались, они были необходимы человеку в точном описании явлений и изучении законов физики.

Используемый измерительный инструмент зависит от измеряемой физической величины. Для измерения длины существуют такие инструменты, как линейка, штангенциркуль и микрометр.

Для получений различных параметров электрического тока — амперметр, вольтметр, омметр. Для вычисления времени, мы прибегнем к использованию таймеров и секундомеров.

Цена деления

Как правило, все измерительные приборы имеют свою шкалу. Для точности подсчета, на панель прибора нанесено несколько делений, подписанных соответствующими значениями, между которыми, в свою очередь, находится еще несколько делений поменьше, обычно эти промежуточные деления числами не обозначены.

В науке об измерениях, такие деления показывают наименьшее и самое точное значение измеряемой величины, и называются они — цена деления. Как нетрудно догадаться, что чем меньше цена деления, тем точнее измерения.

Линейка с ценой деления 1 см

Например, на наручных часах могут быть только 12 отметок часов текущего времени суток, то есть цена деления этого прибора — один час.

Секундомер, используемый для измерения времени при проведении спортивных состязаний, может иметь цену деления до сотых долей секунды. Все потому, что секундомер более точен при измерении временных интервалов, чем обычные часы, поэтому у него больше “интервалов” в каждый час прошедшего времени.

Цена деления — одна из самых важных характеристик для получения точных показаний такого инструмента, как штангенциркуль, используемого в различных экспериментах.

Линейка с ценой деления 2 мм

Источник

Измерение физических величин

Представление о физической величине является полным только тогда, когда она измерена. Потребность в измерении ФВ возникла на ранней стадии познания природы и возрастала по мере развития и усложнения производственной и научной деятельности человека. Требования к точности измерения ФВ постоянно возрастают.

Измерить физическую величину– значит сравнить ее с однородной величиной, условно принятой за единицу измерения.

Измерить неизвестную физическую величину можно двумя способами:

а) Прямым измерением называют измерение, при котором значение ФВ определяют непосредственно из опыта. К прямым измерениям относятся, например, измерение массы с помощью весов, температуры – термометром, длины – масштабной линейкой.

б) Косвенным измерением называют измерение, при котором искомое значение ФВ находят путем прямого измерения других ФВ на основании известной зависимости между ними. Косвенным измерением является, например, определение плотности ρ вещества путем прямых измерений объема V и массы m тела.

(1)

Конкретные реализации одной и той же ФВ называются однородными величинами. Например, расстояние между зрачками ваших глаз и высота Останкинской башни есть конкретные реализации одной и той же ФВ – длины и поэтому они являются однородными величинами. Масса сотового телефона и масса атомного ледокола также однородные физические величины.

Однородные ФВ отличаются друг от друга размером. Размер ФВ – это количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию «физическая величина». Размеры однородных физических величин различных объектов можно сравнивать между собой.

Подчеркнем существенное отличие физических величин от единиц их измерения. Если измеренное значение ФВ отвечает на вопрос «сколько?», то единица измерения отвечает на вопрос «чего?». Некоторые единицы измерения удается воспроизвести в виде каких-то тел или образцов (гири, линейки и т.п.). Такие образцы называются мерами. Меры, выполненные с наивысшей достижимой в настоящее время точностью, называются эталонами.

Значением физической величины является оценка физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Основными единицами измерения называют произвольные единицы измерения для немногих величин (независимых друг от друга), с которыми все остальные находятся в определенной связи. Следует различать истинноеи действительное значения физической величины.

Истинное значение ФВ – это идеальное значение ФВ, существующее объективно независимо от человека и методов его измерения. Однако истинное значение ФВ нам, как правило, неизвестно. И узнать его можно лишь приблизительно с определенной точностью путем измерения.

Действительное значение ФВ – есть значение, найденное экспериментальным путем – измерением. Степень приближения действительного значения ФВ к истинному зависит от совершенства применяемых технических средств измерения.

Измерения ФВ основываются на различных физических явлениях. Например, для измерения температуры используется тепловое расширение тел, для измерения массы тел взвешиванием – явление тяготения и т.д. Совокупность физических явлений, на которых основаны измерения, называют принципом измерения.

К средствам измерения относятся меры, измерительные приборы и др.

Измерительный прибор – это средство измерения, предназначенное для формирования сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия человеком. К измерительным приборам относятся амперметр, динамометр, линейка, весы, манометр и др.

Кроме основных физических величин в физике существуют производные физические величины, которые можно выразить через основные. Для этого необходимо ввести два понятия: размерность производной величины и определяющее уравнение. Производные единицы получаются из основных при помощи уравнений связи между соответствующими величинами.

Чувствительность измерительных приборов – Измерительные приборы характеризуются чувствительностью. Чувствительность измерительного прибора равна отношению линейного (Dl) или углового (Da) перемещения указателя сигнала по шкале прибора к вызвавшему его изменению DX измеряемой величины X. Чувствительность определяет минимальное измеряемое значение ФВ с помощью данного прибора.

Источник

10 класс

§ 2. Измерение физических величин

Физические величины.

Особенность физики состоит в том, что объекты её изучения обладают количественными характеристиками. Их называют физическими величинами.

Благодаря возможности получать количественные значения физических величин мы можем точно предсказать наступление определённых событий. Например, если бы хмы не умели измерять температуру тела, то никогда не смогли бы дать точный ответ на вопрос: когда закипит вода? Умея же измерять температуру тела, такой ответ можно дать без труда — вода закипит при температуре 100 °C (при нормальном атмосферном давлении). Следя за изменением температуры воды, мы можем предсказать момент её закипания.

Физические законы и теории.

Для того чтобы из наблюдений над явлениями сделать общие выводы, найти причины явлений, нужно установить количественные зависимости между различными величинами. Если такая зависимость найдена, то мы говорим, что открыт физический закон. Установление зависимостей между физическими величинами избавляет нас от необходимости проводить опыт в каждом отдельном случае. C помощью несложных вычислений можно получить ответ на вопрос в интересующей нас области явлений.

Изучая экспериментально количественные связи между физическими величинами, можно выявить некоторые частные закономерности. На их основе создают теорию явлений, объединяющую в одно целое отдельные законы.

Физическая теория обобщает, систематизирует экспериментальные данные, выявляет закономерные, существенные связи между понятиями, объясняет физические явления. Общих законов природы или фундаментальных физических теорий сравнительно немного, но они охватывают огромную совокупность явлений. К числу таких фундаментальных теорий относятся: классическая механика, молекулярно-кинетическая теория, термодинамика, электродинамика, квантовая механика и др.

Фундаментальные связи могут быть установлены только на основе эксперимента. Однако теория — это не простое объединение опытных закономерностей, она является результатом творческой работы, размышлений и воображения. Теория позволяет не только объяснить наблюдаемые явления, но и предсказывать новые. Так, русский учёный Дмитрий Иванович Менделеев (1834—1907) на основе открытого им Периодического закона предсказал существование нескольких новых химических элементов. Британский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831 —1879) предсказал существование электромагнитных волн и давления света на основе созданной им теории электромагнитного поля. C развитием и углублением теории появляется возможность объяснить многие понятия, введённые в начале исследования. Например, только с появлением молекулярно-кинетической теории был установлен физический смысл температуры как средней меры интенсивности беспорядочного (хаотического) движения молекул.

Измерение физических величин.

1 Пo словам Д. И. Менделеева, «наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры».

Согласованная Международная система единиц физических величин была принята в 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам. В Международной системе СИ (сокращение от фр. Systeme International d’Unites, SI) зафиксировано семь основных единиц (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела, моль), две дополнительные единицы (радиан, стерадиан), а также даны приставки для образования кратных и дольных единиц. При этом от основных единиц образуют производные единицы.

Измерить физическую величину — это значит сравнить опытным путём её значение с эталоном этой физической величины. Целью эксперимента является определение численного значения физической величины. Для измерения величин используют специальные средства измерения. Например, линейка предназначена для измерения длины, секундомер — времени, термометр — температуры тел, амперметр — силы тока, вольтаметр — напряжения и т. д.

Прямые и косвенные измерения.

В физике различают прямые и косвенные измерения физических величин. Измерение называют прямым, если значение физической величины определяют непосредственно из опытных данных с помощью измерительных приборов. В качестве примеров можно привести измерения промежутков времени, длины, температуры, массы. При косвенном измерении значение физической величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и другими величинами, определяемыми путём прямых измерений, т. е. вычисляют по формуле. Например, требуется определить ускорение тела при его равноускоренном прямолинейном движении без начальной скорости. Прямым измерением определяют время t (по секундомеру) и путь s (по линейке), пройденный телом за это время. Тогда модуль ускорения α тела можно определить по формуле: α = 2s / t 2 т. е. косвенным измерением.

Понятие погрешности измерения.

При проведении измерений вследствие несовершенства методов и средств измерений, изменяющихся внешних условий, получают не истинное значение измеряемой величины, а её приближённое значение. Поэтому процесс измерений можно считать завершённым только в том случае, когда указано не только значение измеряемой величины, но и возможное отклонение его от истинного значения, т. е. погрешность измерения.

По форме числового выражения различают два вида погрешности измерения: абсолютную и относительную.

Абсолютная погрешность Δx измерения — величина возможного отклонения измеренного значения x_изм от истинного.

Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины и определяет границы числового интервала, в котором с большой вероятностью находится истинное значение величины x.

Для истинного значения величины справедливо соотношение:

Числовой интервал 2Δx, в котором с вероятностью, близкой к единице, находится истинное значение величины х, называют доверительным интервалом (рис. 1.1).

Относительная погрешность ε измерения — безразмерная величина, равная отношению абсолютной погрешности к измеренному значению величины.

Часто относительную погрешность измерения выражают в процентах:

Вопросы:

1. Какие формы выражения научного знания вам известны?

2. Что означает «измерить физическую величину»?

3. Чем различаются прямые и косвенные измерения физических величин? Приведите примеры таких измерений.

4. Почему при измерении получают не истинное значение измеряемой величины, а её приближённое значение?

а) абсолютной погрешностью измерения;

б) относительной погрешностью измерения?

Как их определить в случае прямых измерений физических величин?

Источник