Фізичні властивості і величини - студопедія

Всі об'єкти навколишнього світу характеризуються своїми властивостями. У загальному випадку властивостей, якими володіє даний об'єкт або явище - незліченна безліч. Але завдяки цим властивостям, ми можемо відрізнити один об'єкт від іншого або, навпаки, згрупувати їх, т. Е. Віднести до якогось одного класу об'єктів. Наприклад, великий, теплий, важкий. Властивість об'єкта проявляється тільки в його взаємодії з іншими об'єктами. Наприклад, властивість пружності м'яча проявляється при його взаємодії з підлогою.

Величина - це властивість чого-небудь, що може бути виділено серед інших властивостей і оцінений той чи інший спосіб, в тому числі і кількісно. Величина не існує сама по собі, вона має місце лише остільки, оскільки існує об'єкт з властивостями, вираженими даною величиною.

Величини можна розділити на два види: реальні та ідеальні.

Ідеальні величини головним чином відносяться до математики і є узагальненням (моделлю) конкретних реальних понять.

Реальні величини діляться, в свою чергу, нафізіческіе і нефізичні. Фізична величина (ФВ) в загальному випадку може бути визначена як величина, властива матеріальним об'єктам (процесам, явищам), що вивчаються в природних (фізика, хімія) і технічних науках. До нефізичні слід віднести величини, що належать громадським (нефізичних) наук - філософії, соціології, економіці і т. Д.

Фізична величина - одна з властивостей фізичного об'єкта, в якісному відношенні загальне для багатьох фізичних об'єктів, а в кількісному - індивідуальне для кожного з них. Індивідуальність в кількісному відношенні розуміють в тому сенсі, що властивість може бути для одного об'єкта в певне число разів більше або менше, ніж для іншого. Наприклад, фізичні об'єкти мають масу - це їх загальна властивість. Але кожне тіло має в кількісному відношенні своє значення маси. Таким чином, фізичні величини - це виміряні властивості фізичних об'єктів і процесів, за допомогою яких вони можуть бути вивчені.

Фізичні величини доцільно розділити на вимірювані і оцінювані. Вимірювані ФВ можуть бути виражені кількісно у вигляді певного числа встановлених одиниць виміру. Можливість введення і використання останніх є важливою відмітною ознакою вимірюваних ФВ. Фізичні величини, для яких з тих чи інших причин не може бути введена одиниця виміру, можуть бути тільки оцінені. Величини оцінюють за допомогою шкал.

Шкала величини - упорядкована послідовність її значень, прийнята за згодою на підставі результатів точних вимірювань.

Нефізичні величини, для яких одиниця виміру в принципі не може бути введена, можуть бути тільки оцінені. Оцінювання нефізичних величин не входить в завдання теоретичної метрології.

Одиниця фізичної величини [Q] - це ФВ фіксованого розміру, якої умовно присвоєно числове значення, рівне одиниці, застосовується для кількісного вираження однорідних ФВ.

Значення фізичної величини Q - це оцінка її розміру у вигляді деякого числа прийнятих для неї одиниць.

Числове значення фізичної величини q - абстрактне число, що виражає відношення значення величини до відповідної одиниці даної ФВ.

називають основним рівнянням вимірювання.

Вимірювання - пізнавальний процес, що полягає в порівнянні шляхом фізичного експерименту даної ФВ з відомою ФВ, прийнятої за одиницю виміру.

У практичній діяльності необхідно проводити вимірювання різних величин, що характеризують властивості тіл, речовин, явищ і процесів. Деякі властивості прояви (кількісні або якісні) будь-якого властивості утворюють безлічі, відображення елементів яких на впорядкована множина чисел або в більш загальному випадку умовних знаків утворюють шкали вимірювання цих властивостей. Шкала вимірювань кількісного властивості є шкалою ФВ.

Шкала фізичної величини - це впорядкована послідовність значень ФВ, прийнята за згодою на підставі результатів точних вимірювань.

Розрізняють п'ять основних типів шкал вимірювань.

1. Шкала найменувань (шкала класифікації). Шкали такого виду не є шкалами ФВ. Це найпростіший тип шкал, заснований на приписуванні якісним властивостям об'єктів чисел, що грають роль імен. У цих шкалах віднесення об'єкту, що відбивається властивості до того чи іншого класу еквівалентності здійснюється за допомогою органів почуттів людини - це найбільш адекватний результат, обраний більшістю експертів. Нумерація об'єктів за шкалою найменувань здійснюється за принципом: «не приписуй одну і ту ж цифру різним об'єктам". У цих шкалах відсутні поняття нуля, "більше" або "менше" і одиниці вимірювання. Прикладом шкал найменувань є широко поширені атласи квітів. призначені для ідентифікації кольору.

2. Шкала порядку (шкала рангів). У шкалах порядку існує чи не існує нуль, але принципово не можна ввести одиниці виміру. Ці шкали є монотонно зростаючими або зменшуються, що дозволяє встановити відношення більше / менше між величинами. До таких шкалами, наприклад, відноситься шкала Мооса для визначення твердості мінералів, яка містить 10 опорних (реперних) мінералів з різними умовними числами твердості: тальк - 1; гіпс - 2; кальцій - 3; флюорит - 4; апатит - 5; ортоклаз - 6; кварц - 7; топаз - 8; корунд - 9; алмаз - 10. Віднесення мінералу до тієї чи іншої градації твердості здійснюється на підставі експерименту, який полягає в тому, що випробуваний матеріал дряпається опорним. Якщо після дряпання випробуваного мінералу кварцом (7) на ньому залишається слід, а після ортоклаза (6) не залишається, то твердість випробуваного матеріалу становить понад 6, але менше 7. Більш точної відповіді в цьому випадку дати неможливо. В умовних шкалах однаковим інтервалах між розмірами цієї величини не відповідають однакові розмірності чисел, що відображають розміри. Визначення значення величин за допомогою шкал порядку не можна вважати виміром, так як на цих шкалах не можуть бути введені одиниці вимірювання. Операцію по приписування числа необхідної величини слід вважати оцінюванням. Оцінювання за шкалами порядку є неоднозначним і досить умовним.

3. Шкала інтервалів (шкала різниць). Шкала інтервалів складається з однакових інтервалів, має одиницю вимірювання і довільно вибране початок - нульову точку. До таких шкалами відноситься літочислення з різних календарів, в яких за початок відліку прийнято або створення світу, або Різдво Христове і т. Д. Температурні шкали Цельсія, Фаренгейта і Реомюра також є шкалами інтервалів.

Шкала інтервалів величини Q можна представити у вигляді рівняння:

де q - числове значення величини; Q0 - початок відліку шкали; [Q] - одиниця даної величини.

Така шкала повністю визначається значенням початку відліку Q0 шкали і одиниці цієї величини [Q]. Встановлення шкали можна двома шляхами. При першому шляху вибираються два значення Q0 і Q1 величини, які відносно легко реалізовані фізично. Ці значення називаються опорними точками. або основними реперами. а інтервал (Q1 -Q0) - основним інтервалом. Точка Q0 приймається за початок відліку, а величина:

за одиницю виміру.

4. Шкала відносин. Їх прикладами є шкала маси, термодинамічної температури. У шкалах відносин існує однозначний природний критерій нульового кількісного прояву властивості і одиниця вимірювання. Шкали відносин - найдосконаліші. Вони описуються рівнянням:

де Q - ФВ, для якої будується шкала; [Q] - її одиниця виміру; q - числове значення ФВ.

5. Абсолютні шкали. Під абсолютними розуміють шкали, що володіють усіма ознаками шкал відносин, але додатково мають природне однозначне визначення одиниці виміру і не залежать від прийнятої системи одиниць вимірювання. Такі шкали відповідають відносним величинам: коефіцієнту посилення, ослаблення і ін.

Шкали найменувань і порядку називають Неметричні (концептуальними), а шкали інтервалів і відносин - метричними (матеріальними).