У фізиці вимірювання відіграють фундаментальну роль, оскільки саме за допомогою них ми можемо кількісно описати властивості світу та процеси, що в ньому відбуваються. Кожне фізичне явище характеризується низкою величин, які визначають його особливості. І для кожної з цих величин існує певна одиниця виміру, що дозволяє виразити її значення в кількісному вигляді.
Одиниці вимірювання у фізиці поділяються на основні та похідні. Основні одиниці вимірювання не залежать від інших величин і визначаються на експериментальній основі. Система одиниць вимірювання, яка є загальноприйнятою у країнах світу, називається Міжнародною системою одиниць, або СІ. Вона включає сім основних одиниць вимірювання:
- Метр (м) — одиниця довжини.
- Кілограм (кг) — одиниця маси.
- Секунда (с) — одиниця часу.
- Ампер (A) — одиниця електричного струму.
- Кельвін (К) — одиниця температури.
- Моль (моль) — одиниця кількості речовини.
- Кандела (кд) — одиниця сили світла.
З основних одиниць вимірювання за допомогою математичних операцій формують похідні одиниці, що використовуються для вимірювання інших фізичних величин. Наприклад, одиницею вимірювання швидкості є метр на секунду (м/с), одиницею вимірювання сили — ньютон (Н), одиницею вимірювання енергії — джоуль (Дж).
Одиниці вимірювання є важливим інструментом для науки і техніки, оскільки вони дозволяють порівнювати величини, проводити розрахунки і робити висновки про властивості фізичних систем. Стандартизація одиниць вимірювання має велике значення для забезпечення однозначності та відтворюваності наукових результатів.
Крім одиниць СІ, існують також інші системи одиниць вимірювання, які використовуються в різних сферах діяльності. Наприклад, в англомовних країнах часто використовують систему одиниць фут-фунт-секунда (ФФС). У морській навігації застосовують морські милі і вузли для вимірювання відстані та швидкості.
Розуміння одиниць вимірювання є невід'ємною частиною фізичних знань. Вони дозволяють нам кількісно описати навколишній світ, проводити точні вимірювання і робити висновки, що ґрунтуються на наукових даних. Тому вивчення одиниць вимірювання є важливим для всіх, хто цікавиться наукою і технікою.
Фізичні величини та їхні одиниці виміру
У фізиці явища та властивості об'єктів описуються кількісно за допомогою фізичних величин. Кожній фізичній величині приписується числове значення, яке характеризує її величину і якість. Для коректної кількісної характеристики фізичних величин необхідні одиниці виміру.
Одиниця виміру – це фіксована величина визначеного виду, з якою порівнюються інші величини того самого виду. Одиниці виміру поділяються на основні та похідні.
Основні одиниці виміру
Основні одиниці виміру є незалежними одна від одної і визначаються за допомогою фундаментальних фізичних величин. У Міжнародній системі одиниць (СІ) прийнято такі основні одиниці виміру:
- Довжина – метр (м)
- Маса – кілограм (кг)
- Час – секунда (с)
- Електричний струм – ампер (А)
- Температура – кельвін (К)
- Кількість речовини – моль (моль)
- Світловий потік – кандела (кд)
Похідні одиниці виміру
Похідні одиниці виміру утворюються з основних одиниць за допомогою математичних операцій (додавання, віднімання, множення, ділення, піднесення до степеня). Наприклад, одиниця виміру швидкості – метр на секунду (м/с), а одиниця виміру об'єму – кубічний метр (м³).
Система СІ
Міжнародна система одиниць (СІ) – це сучасна система одиниць виміру, заснована на семи основних одиницях. СІ широко використовується в науці, техніці та повсякденному житті.
Типи помилок вимірювань
При вимірюванні фізичних величин можуть виникати різні типи помилок:
- Абсолютна похибка – різниця між виміряним і дійсним значеннями величини.
- Відносна похибка – відношення абсолютної похибки до дійсного значення величини, виражене у відсотках.
- Систематична похибка – похибка, яка повторюється при кожному вимірюванні і має постійне значення.
- Випадкова похибка – похибка, яка змінюється від вимірювання до вимірювання і не має постійного значення.
Важливість одиниць виміру
Одиниці виміру відіграють важливу роль у фізиці, оскільки вони:
- Забезпечують кількісне порівняння фізичних величин;
- Дозволяють проводити розрахунки і оцінювати результати вимірювань;
- Сприяють спілкуванню між вченими і інженерами з різних країн та областей знань.
Думки експертів
Автор: Професор Іван Петренко, доктор фізико-математичних наук
У чому вимірюється фізиці?
Фізика, як і будь-яка наука, має свої власні одиниці вимірювання. Ці одиниці є стандартизованими величинами, які використовуються для опису фізичних властивостей та явищ. Систему одиниць, яка найчастіше використовується у фізиці, називають Міжнародною системою одиниць (СІ).
У СІ існує сім основних одиниць, які використовуються для вимірювання різних величин:
- Довжина: метр (м)
- Маса: кілограм (кг)
- Час: секунда (с)
- Електричний струм: ампер (А)
- Температура: кельвін (К)
- Кількість речовини: моль (моль)
- Світловий потік: кандела (кд)
Ці основні одиниці можуть бути об'єднані для формування похідних одиниць, які використовуються для вимірювання інших фізичних величин. Наприклад:
- Швидкість: м/с
- Прискорення: м/с²
- Сила: Н (кг·м/с²)
- Енергія: Дж (кг·м²/с²)
- Потужність: Вт (Дж/с)
- Електрична напруга: В (Дж/Кл)
- Магнітна індукція: Тл (кг·с²/(А·м))
Використання стандартизованих одиниць вимірювання є важливим, оскільки це дозволяє вченим та інженерам ефективно спілкуватися та обмінюватися інформацією про фізичні явища. Це також забезпечує точність та узгодженість у фізичних розрахунках та експериментах.
Окрім СІ, існують інші системи одиниць, які іноді використовуються у фізиці. До них належать система МКС (метр-кілограм-секунда) та система СГС (сантиметр-грам-секунда). Однак СІ є найбільш широко визнаною та використовуваною системою одиниць у фізичній спільноті.
Узагальнюючи, у фізиці вимірювання проводяться за допомогою одиниць, стандартизованих у Міжнародній системі одиниць (СІ). Ці одиниці забезпечують точну та узгоджену основу для кількісного опису та аналізу фізичних явищ.
Відповіді на питання
Запитання 1: У чому вимірюється маса?
Відповідь: Маса вимірюється в кілограмах (кг). Кілограм визначається як маса міжнародного прототипу кілограма, циліндра з платино-іридієвого сплаву, що зберігається в Міжнародному бюро мір і ваг у Франції.
Запитання 2: У чому вимірюється довжина?
Відповідь: Довжина вимірюється в метрах (м). Метр визначається як відстань, яку світло проходить у вакуумі за 1/299 792 458 секунди.
Запитання 3: У чому вимірюється час?
Відповідь: Час вимірюється в секундах (с). Секунда визначається як тривалість 9 192 631 770 періодів випромінювання, що відповідає переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133.
Запитання 4: У чому вимірюється температура?
Відповідь: Температура вимірюється в кельвінах (К) або градусах Цельсія (°C). Кельвін є одиницею термодинамічної температури, яка визначається як 1/273,16 частини термодинамічної температури потрійної точки води. Градус Цельсія визначається як 1/100 різниці між температурами кипіння та замерзання води при стандартному атмосферному тиску.
Запитання 5: У чому вимірюється сила?
Відповідь: Сила вимірюється в ньютонах (Н). Ньютон визначається як сила, яка надає масі 1 кілограм прискорення 1 метр на секунду в квадраті.