Що таке шкала фізичної величини

Одиниця фізичної величини [Q] - це ФВ фіксованого розміру, якої умовно присвоєно числове значення, рівне одиниці і застосовується для кількісного вираження однорідних ФВ. Значення фізичної величини Q - це оцінка її розміру у вигляді деякого числа прийнятих для неї одиниць.

Шкали фізичних величин.

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

Шкала фізичної величини - це впорядкована послідовність значень ФВ, прийнята за згодою на підставі результатів точних вимірювань. Терміни та визначення теорії шкал вимірювань викладені в документі МІ 2365-96.

Відповідно до логічної структурою прояви властивостей розрізняють п'ять основних типів шкал вимірювань.

1. Шкали найменувань (шкали класифікації). Такі шкали використовуються для класифікації емпіричних об'єктів, властивості яких проявляються лише в відношенні еквівалентності. Ці властивості можна вважати фізичними величинами, тому шкали такого виду не є шкалами ФВ. Це найпростіший тип шкал, заснований на приписуванні якісним властивостям об'єктів чисел, що грають роль імен.

Прикладом шкал найменувань є широко поширені атласи квітів, призначені для ідентифікації кольору.

2. Шкали порядку (шкали рангів). Якщо властивість даного емпіричного об'єкта проявляє себе в відношенні еквівалентності і порядку за зростанням або спаданням кількісного прояву властивості, то для нього може бути побудована шкала порядку. Вона є монотонно зростаючої чи спадаючої і дозволяє встановити відношення більше / менше між величинами, що характеризують вказане властивість. У шкалах порядку принципово не можна ввести одиниці виміру. так як для них не встановлено відношення пропорційності і відповідно немає можливості судити, у скільки разів більше або менше конкретні прояви властивості.

Умовна шкала - це шкала порядку ФВ, вихідні значення якої виражені в умовних одиницях. Наприклад, шкала в'язкості Енглера, 12-бальна шкала Бофорта для вимірювання сили морського вітру.

Широке поширення отримали шкали порядку з нанесеними на них крапками реперів. 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 - # 9632; 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 G) на ньому залишається слід, а після ортоклаза F) - не залишається, то твердість Пацієнта матеріалу становить понад 6, але менше 7. Більш точної відповіді в цьому випадку дати неможливо.

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. Шкали інтервалів (шкали різниць). Ці шкали є подальшим розвитком шкал порядку і застосовуються для об'єктів, властивості яких задовольняють відносин еквівалентності, порядку та адитивності. 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.

На шкалі інтервалів визначені дії додавання і віднімання інтервалів. Дійсно, за шкалою часу інтервали можна підсумувати або віднімати і порівнювати, у скільки разів один інтервал більше іншого, але складати дати будь-яких подій безглуздо.

4. Шкали відносин. Ці шкали описують властивості емпіричних об'єктів, які задовольняють відносин еквівалентності, порядку та адитивності (шкали другого роду - адитивні), а в ряді випадків і пропорційності (шкали першого роду - пропорційні). Їх прикладами є шкали маси (другого роду) і термодинамічної температури (першого роду).

У шкалах відносин існує однозначний природний критерій нульового кількісного прояву властивості і одиниця вимірювання. З формальної точки зору шкала відносин є шкалою інтервалів з природним початком відліку. До значенням, отриманим за цією шкалою, застосовні всі арифметичні дії, що має важливе значення при вимірюванні ФВ. Шкали відносин - найдосконаліші. Вони описуються рівнянням Q = q [Q], де Q - ФВ, для якої будується шкала; [Q] - її одиниця виміру; q - числове значення ФВ. Перехід від однієї шкали відносин до іншої відбувається відповідно до рівняння q2 = ql [Q1] / [Q2].

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. Для утворення багатьох похідних одиниць в системі СІ використовуються безрозмірні і рахункові одиниці абсолютних шкал.