Международная система единиц (СИ)

Общепринятой в настоящее время является Международная система единиц (СИ). Она строится на семи основных единицах: единица длины – метр, массы – килограмм, времени – секунда, силы электрического тока – ампер, температуры – кельвин, силы света – кандела, количества вещества – моль. Единицы производных величин образуются на основании уравнений, связывающих эти величины с основными.

Три первые основные единицы (метр, килограмм, секунда) позволяют образовать производные единицы для всех величин, имеющих чисто механическую природу, а три остальные основные единицы (Ампер, градус Кельвина, кандела) дают возможность образовать производные единицы для величин, не сводимых к механическим: Ампер – для электрических и магнитных величин, градус Кельвина – для тепловых величин, кандела – для величин в области фотометрии.

Угловые единицы (радиан и стерадиан) не могут быть введены в число основных, так как это вызвало бы затруднения в трактовке размерностей величин, связанных с вращением (дуги окружностей, площади круга, работы пары сил и т. д.). По существу эти единицы являются производными, хотя и с той особенностью, что имеют одинаковый размер в различных системах единиц.

В таблице 1.1 приведены основные и дополнительные единицы системы СИ.

Размеры основных единиц устанавливаются определениями. Размеры производных единиц определяются по уравнениям между величинами, взятыми в простейшей форме.

Например, единица скорости образуется путем замены в выражении для скорости равномерного движения величин их единицами:

[ ] = (1м) /(1 с).

Это выражение является сокращенной записью словесного определения единицы скорости, т. е. скорости такого равномерного движения, при котором расстояние, равное 1 м, преодолевается за время, равное 1 с.

Таблица 1.1. Основные и дополнительные единицы системы СИ

Физическая величина	Единица
Наименование	Обозначение
русское	международное
Длина	метр	м	m
Масса	килограмм	кг	kg
Время	секунда	с	s
Сила электрического тока	Ампер	А	A
Термодинамическая температура	Кельвин	К	K
Количество вещества	моль	моль	mol
Сила света	кандела	кд	cd
Плоский угол	радиан	рад	rad
Телесный угол	стерадиан	ср	sr

 

Для образования производных единиц вместо уравнений между величинами можно использовать формулы размерности, однако этот способ является в большей степени формальным, так как в сложных случаях не позволяет проследить механизм образования единицы и сформулировать ее словесное определение.

Кроме основных, дополнительных и производных единиц допускается применение кратных и дольных единиц, образованных из единиц СИ с помощью десятичных приставок, т. е. приставок, соответствующих целым (положительным и отрицательным) степеням десяти.

Наименования кратных и дольных единиц образуются присоединением к наименованиям единиц, соответствующих приставок. Если наименование единицы уже содержит приставку, как, например, килограмм, то новая приставка присоединяется к простому наименованию (т.е. взятому без приставки) – в данном случае к наименованию грамм: миллиграмм, килограмм. При соблюдении единого правила образования кратных и дольных единиц переход от них к единицам системы очень прост: приставка заменяется числом 10 в соответствующей степени.

В таблице 1.2, приведены приставки для образования дольных и кратных единиц.

Таблица 1.2. Приставки СИ и множители для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименований

Наименование	Обозначение приставки	Множитель
русское	международное
Кратные	экса	Э	E	1018
пета	П	P	1015
тера	Т	T	1012
гига	Г	G	109
мега	М	M	106
кило	к	k	103
гекто	г	h	102
дека	да	da	101
Дольные	деци	д	d	10-1
санти	с	c	10-2
милли	м	m	10-3
микро	мк	m	10-6
нано	н	n	10-9
пико	п	p	10-12
фемто	ф	f	10-15
атто	а	a	10-18

Физическая величина и ее размерность – это не одно и то же. Одинаковую размерность могут иметь совершенно разные по своей природе физические величины, например, работа и вращающий момент. Размерность не содержит информации о том, является ли данная физическая величина скаляром, вектором или тензором. Однако, величина размерности важна для проверки правильности соотношений между физическими величинами.

При подстановке числовых значений в расчетные формулы все величины должны быть выражены в основных или производных единицах одной и той же системы, что очень важно, так как только при этом условии в формулах не появятся коэффициенты, зависящие от выбора единиц.

Виды измерений

Измерения могут быть прямыми, при которых значения физической величины находят непосредственным отсчетом по шкале измерительного прибора (измерение длины – линейкой, температуры – термометром) и косвенными, при которых значение физической величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, измеряемыми непосредственно. Например, числовое значение сопротивления проводника определяют по формуле , когда сила тока в проводнике и напряжение на его концах измеряются соответственно амперметром и вольтметром; плотность жидкости определяют по формуле , когда масса жидкости измеряется взвешиванием на весах, а объем – мензуркой и т. д.

В зависимости от числа проведенных измерений различают однократные и многократные измерения.

Многократные измерения могут быть равноточными и неравноточными.

Равноточными называют измерения, выполненные с одинаковой точностью (например, одним и тем же прибором, при одинаковых условиях).

В физике и технике не существует абсолютно точных измерительных приборов, следовательно, нет и абсолютно точных результатов измерения. Поэтому, числовые значения всех физических величин являются приближенными, то есть, измеряются с погрешностями и, поэтому любые измерения необходимо повторить минимум два раза!

Численные значения, полученные в результате измерений, всегда дают не истинные, а приближенные значения измеряемой величины. Причина этого лежит в несовершенстве измерительных приборов и наших органов чувств. Даже при работе с самым точным прибором неизбежны погрешности измерений. Поэтому при измерении любой физической величины необходимо указывать погрешность или предел точности данного измерения.

Точность измерений

Измерения никогда не могут быть выполнены абсолютно точно. Результат любого измерения приближенный. Всегда имеется некоторая неопределенность в числовом значении измеряемой физической величины. Эта неопределенность характеризуется погрешностью – отклонением измеренного значения физической величины от ее истинного значения.

Перечислим некоторые из причин, приводящих к появлению погрешностей.

1. Ограниченная точность изготовления средств измерения (например, линейки в большей или меньшей степени отличаются от эталона, по которому были изготовлены); наличие наименьшего значения измеряемой величины, которое можно получить с помощью данного средства измерения.

2. Влияние на измерения неконтролируемых внешних условий (колебание температуры в помещении, непостоянного напряжения в электрической цепи и т. д.).

3. Действия экспериментатора (включение секундомера с запаздыванием, различное положение глá за относительно шкалы измерительного прибора и т. д.).

4. Приближенный характер законов, которые используются для нахождения измеряемой величины или лежат в основе работы приборов.

Перечисленные выше причины появления погрешностей принципиально неустранимы. Часть погрешностей может быть сведена к необходимому минимуму, для другой же части существуют методы их оценки.

Классификация погрешностей

По влиянию на результат измерения можно выделить следующие виды погрешностей измерений: грубые (промахи), систематические, инструментальные, случайные.

Грубые – это погрешности, которые существенно превышают систематические и случайные погрешности. Причинами промахов обычно являются ошибки наблюдателя, неисправность средств измерений.

Если условия проведения опытов позволяют, никогда не следует ограничиваться одним измерением. Промах обычно возникает при проведении первого опыта. Для устранения промахов следует соблюдать аккуратность и тщательность при проведении измерений. В любом случае грубые погрешности должны быть исключены.

Систематические погрешности – это погрешности, соответствующие отклонению измеренного значения физической величины от истинного значения всегда в одну сторону – либо в сторону завышения, либо в сторону занижения. При повторных измерениях в тех же условиях погрешность остается прежней. При закономерном изменении условий измерений погрешность также изменяется закономерно.

Систематические погрешности, обусловленные некоторыми из перечисленных причин, могут быть сведены к минимуму проверкой приборов, их тщательной установкой, анализом необходимых поправок и т. д. Другие причины могут быть скрытыми в течение длительного времени и обнаруживаются при нахождении тех же физических величин принципиально другими методами.

Случайные погрешности – это погрешности, которые непредсказуемым образом меняют свое численное значение и знак при повторных измерениях физической величины в одних и тех же контролируемых условиях. Случайные погрешности вызываются большим числом неконтролируемых причин, влияющих на процесс измерения. Такие причины могут быть объективными (неровности на поверхности измеряемого предмета; дуновение воздуха при открытии двери лаборатории, ведущее к изменению температуры; скачкообразное изменение напряжения в электрической цепи и пр.) и субъективными (разная сила зажима предмета между упорами микрометра; неодинаковое положение глаза относительно шкалы электроизмерительного прибора; различное запаздывание при включении и выключении секундомера). Эти причины могут сочетаться в различных комбинациях, вызывая то уменьшение, то увеличение значения измеряемой величины. Поэтому при нескольких измерениях одной и той же величины получается целый ряд значений этой величины, отличающихся от истинного значения случайным образом.

Влияние случайных погрешностей на результат измерений может быть существенно уменьшено при многократном повторении опыта.

Инструментальная или приборная погрешность – это погрешность обусловлена конструкцией средства измерения, точностью его изготовления и градуировки.

Методика определения инструментальной погрешности прибора приводится в его паспорте. Для характеристики большинства приборов используют понятие приведенной погрешности, равной абсолютной погрешности в процентах диапазона шкалы измерений. По приведенной погрешности приборы разделяются на классы точности. Класс точности указан на панели прибора и может принимать следующие значения: 0, 05; 0, 1; 0, 2; 0, 5 – прецизионные; 1, 0; 1, 5; 2, 5; 4, 0 – технические приборы.

Наибольшая абсолютная инструментальная погрешность может быть рассчитана из соотношения:

, (1.1)

где – класс точности прибора, – наибольшее значение, которое может измерить прибор (предел измерения).

Если сведений о допустимой приборной погрешности не имеется, то в качестве этой погрешности можно принять половину наименьшей цены деления шкалы прибора или половину наименьшего значения измеряемой величины, которое еще может быть получено при помощи данного прибора. Например, при измерении длины миллиметровой линейкой с ценой деления 1 мм за допустимую погрешность принимают 0, 5 мм.

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. A.19. Противопожарная система
2. A.32.4.5.3. Система УСАВП: тест управления рекуперативным торможением
3. II. Поселение в Испании. Взаимоотношения вестготов и римлян. Королевская власть. Система управления. Церковная политика.
4. IV Международная научная конференция
5. XXI МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
6. АВАРИИ НА КОММУНАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ
7. Автоматизированная система мониторинга вычислительной среды и обнаружения сетевых атак.
8. АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОПОВЕЩЕНИЯ И ТУШЕНИЯ ПОЖАРА АСОТП ИГЛА-М.5К-Т И СКТБ
9. Административно-территориальное деление и система местного самоуправления США
10. Анемией, или малокровием, называется уменьшение содержания эритроцитов и гемоглобина в единице объема крови.
11. Антиоксидантная система (АОС).
12. БАЛАНС ВОДЫ В СИСТЕМАХ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ