Системы единиц физических величин

ИЗМЕРЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Для более детального изучения физических величин их классифицируют на группы (рис. 1.1). По принадлежности к различным группам физических явлений физические величины делятся на пространственно-временные, механические, тепловые, электрические и магнитные, акустические, световые, физико-химические и др.

Рис. 1.1. Классификация физических величин

По степени условной независимости от других величин физические величины подразделяют на основные и производные. В настоящее время в Международной системе единиц используют семь величин, выбранных в качестве основных (независимых одна от другой): длина, время, масса, температура, сила электрического тока, количество вещества и сила света. Остальные величины, такие как плотность, сила, энергия, мощность и др. являются производными (т.е. зависимыми от других величин).

По наличию размерности физические величины делят на размерные, т.е. имеющие размерность и безразмерные.

Размер физической величины характеризует количественное содержание свойства в каждом объекте. Значение физической величины – это выражение ее размера в виде некоторого числа принятых для нее единиц измерения. Например, 0,001км; 1 м; 100 см; 1000мм – 4 варианта представления одного и того же размера длины.

Числовое значение физической величины – это число, выражающее отношение значения величины к соответствующей единице измерения.

Единица измерения представляет собой величину фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1, и применяемое для количественного выражения однородных с ней физических величин.

В настоящее время установлено следующее определение измерения:

Измерение есть совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с ее единицей и получения значения этой величины.

Итак, если имеется некоторая величина Q, принятая для нее единица измерения, равная [Q], то размер физической величины

Q = q×[Q], (*)

где q – числовое значение величины Q.

Выражение q×[Q] – есть результат измерения, оно составлено из двух частей: числового значения q, которое является отношением измеряемой величины к единице измерения (оно может быть целым или дробным), и единицы измерения [Q]. Обычно единицу физической величины хранит используемое для измерения техническое устройство – средство измерения.

Допустим, при измерении длины детали получен результат измерения 101,6 мм. В этом случае за единицу длины принят [1 мм], числовое значение q = 101,6. Если же за единицу принять [1 см], то q = 10,16.

Уравнение (*) называют основным уравнением измерений, т.к. оно описывает измерение как процесс сравнения физической величины с её единицей измерения.

Для измерения величины могут быть выбраны различные единицы, т.е.

Q = q₁×[Q]₁ = q₂×[Q]₂

Из этого выражения следует, что числовое значение величины обратно пропорционально размеру единицы: чем больше размер единицы, тем меньше числовое значение величины, и наоборот:

Кроме того, уравнение показывает, что размер физической величины Q не зависит от выбора единицы измерения.

Таким образом, числовые значения измеряемых величин зависят от того, какие используются единицы измерения. Выбор единиц имеет большое значение для обеспечения сравнимости результатов измерений; допустить произвол в выборе единиц – значить нарушить единство измерений. Именно поэтому в большинстве стран мира размеры единиц измерений закреплены законодательно (т.е. узаконены). В России в соответствии с Законом «Об обеспечении единства измерений» допускаются к применению единицы Международной системы единиц.

Измерение значимо лишь тогда, когда по его результату можно оценить истинное значение величины. При анализе измерений следует четко различать эти два понятия: истинное значение физической величины и его эмпирическое проявление – результат измерения.

Шкалы измерений

Шкала измерения служит исходной основой для измерений данной величины. Она представляет собой упорядоченную совокупность значений величины.

Системы единиц физических величин

Наличие ряда систем единиц физических величин, значительного числа внесистемных единиц, а также неудобства, связанные с пересчетом при переходе от одной системы единиц к другой, потребовало унификации единиц измерений. Рост научно-технических и экономических связей между разными странами обусловливал необходимость такой унификации в международном масштабе.

Требовалась единая универсальная система единиц величин, практически удобная и охватывающая различные области измерений, которая могла бы стать международной. При этом она должна обладать когерентностью (равенством единице коэффициента пропорциональности в уравнениях связи между физическими величинами).

В 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и весам утвердила Международную систему единиц, обозначаемую сокращенно SI (начальные буквы французского наименования Systeme International d¢Unites), в русской транскрипции – СИ.