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.
Для того чтобы адекватно описать происходящие события, раскрыть сущность и установить закономерности их протекания, учёные вводят ряд физических величин: скорость, силу, давление, температуру, электрический заряд и т. д. Каждой величине нужно дать точное определение, в котором указать, как эту величину можно измерить, как провести необходимый для этого измерения опыт, чтобы получить её количественное значение. Можно смело утверждать, что какая-либо область физического знания вообще становится наукой лишь с того момента, когда мы вводим в неё измерения (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.
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 xизм 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:
xизм - Δx ≤ x ≤ xизм + Δx.
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.
ε = Δx / xизм .
Часто относительную погрешность измерения выражают в процентах:
ε = Δx / xизм • 100% .
Вопросы:
- Какие формы выражения научного знания вам известны?
- Что означает «измерить физическую величину»?
- Чем различаются прямые и косвенные измерения физических величин? Приведите примеры таких измерений.
- Почему при измерении получают не истинное значение измеряемой величины, а её приближённое значение?
- Что называют:
- абсолютной погрешностью измерения;
- относительной погрешностью измерения?
- Как их определить в случае прямых измерений физических величин?
Источник: По материалам учебника "Физика. 10 класс" Г.Я. Мякишев и др.
Авторkandid