Измерения физических величин Ранее мы говорили что знания

Измерения физических величин Ранее мы говорили, что знания о природе мы получаем благодаря наблюдениям или экспериментам. Мы должны получить какие-то числа, характеризующие явления или процессы. То есть – провести измерения…. Что мы измеряем? 1

Измерения физических величин При исследовании природы приходится иметь дело с измерениями физических величин Что такое «физическая величина» ? А бывает «химическая» , «биологическая» … 2

Измерения физических величин При исследовании природы приходится иметь дело с измерениями физических величин Под физической величиной понимается особенность, свойство, общее в качественном отношении многим физическим явлениям, объектам, физическим системам, их состояниям и т. п. , но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта Приведите примеры…. 3

Измерения физических величин 4

Измерения физических величин Итак, мы измеряем физическую величину. Что такое измерение? 5

Измерения физических величин Измерение – последовательность экспериментальных и вычислительных операций, осуществляемая с целью нахождения значения физической величины, характеризующей некоторый объект или явление. 6

Измерения физических величин Что имеется в виду, когда мы говорим об экспериментальных и вычислительных операциях? Приведите примеры…. 7

Измерения физических величин Законченное измерение включает несколько элементов. Всего – шесть. Какие это элементы? 8

Измерения физических величин 1. 2. 3. 4. 5. 6. Физический объект (явление), Свойство. Единица измерения. Техническое средство измерений, проградуированные в этих единицах. Метод измерения. Наблюдатель (регистрирующее устройство), воспринимающий результат измерений. 9

Измерения физических величин 1. 2. 3. 4. 5. 6. Физический объект (явление), Выбираем мы Свойство. Единица измерения. Техническое средство измерений, проградуированные в этих единицах. Следствие выбора Метод измерения. Наблюдатель (регистрирующее устройство), воспринимающий результат измерений. 10

Измерения физических величин Пример измерений 11

Измерения физических величин Единицы физических величин устанавливаются соглашениями, и каждой из единиц соответствует некоторая образцовая мера, эталон. Эталоном может служить любая, приемлемая для практики мера. 12

Измерения физических величин Эталоном может служить любая, приемлемая для практики мера Локти, пяди, сажени Большинство древних мер длины связано с величиной частей человеческого тела, к примеру, длиной ступни или шага. Египетская мера длины «локоть» , появившаяся в 3000 веке до н. э. , равна длине руки от сгиба локтя до кончиков пальцев. Очевидный недостаток : у разных людей разные длины рук. Чтобы ввести стандарт египтяне сделали из дерева эталон – это был брус длиной 524 мм – королевский локоть, по эталону все могли сделать свой эквивалент. Вершо к — старорусская единица измерения, 4, 445 см. Первоначально равнялась длине большой указательного пальца. 13

Измерения физических величин Эталоном может служить любая, приемлемая для практики мера Са жень или саже нь (сяжень, саженка, прямая жень нь сажень) — старорусская единица измерения расстояния. 1 сажень = 1/500 версты = 3 аршина = 12 пядей = 48 вершков 14

Измерения физических величин Сажень (или прямая сажень) - расстояние от конца пальцев одной руки до конца пальцев другой, ~ 213 см. Слово «сажень» происходит от глагола «сягать» (доставать до чего-либо, хватать, достигать — ср. также «досягать» , «досягаемый» ), который, в свою очередь, произошёл от старославянского сѩгнѫти — «протягивать руку» ). 15

Измерения физических величин Косая сажень — расстояние от пальцев ноги до конца пальцев руки, вытянутой над головой по диагонали ≈ 248 см 16

Измерения физических величин Старые русские меры длины: 1 верста = 500 саженям = 500*3 аршинам = 500*3*16 вершкам = 1. 0668 км. объема: 1 бочка = 40 ведрам = 40*10 штофам = 40*10*2 бутылкам = 40*10*2*5 чаркам = 40*10*2*5*2 шкаликам = 491. 96 л. массы: 1 берковец = 10 пудам = 10*40 фунтам = 10*40*32 лотам = 10*40*32*3 золотникам = 10*40*32*3*96 долям = 163. 085 кг. 17

Измерения физических величин 1 берковец = 10 пудам = 10*40 фунтам = 10*40*32 лотам = 10*40*32*3 золотникам = 10*40*32*3*96 долям = 163. 085 кг. Система старых русских мер не имела постоянного, строго определенного коэффициента, характеризующего отношение между единицами измерений. Однако эта система весьма удобна. Например, такие коэффициенты как 12, 16, 32 и 96, делились на большее (по сравнению с современными коэффициентами 100) количество чисел. 18

Измерения физических величин В 1790 году Франция начала вводить в стране систему мер, созданную Академией наук Convention du Mètre. В 1867 году Д. И. Менделеев обращался к участникам 1 съезда русских естествоиспытателей с призывом: «Облегчим … возможность всеобщего распространения метрической системы и чрез то посодействуем и в этом отношении общей пользе и будущему желанному сближению народов…» . Почему? 19

Измерения физических величин «… желанное сближение народов…» , т. е. экономические интересы, являются главным условием согласования единиц измерения. 20

Измерения физических величин Вопрос выбора основных единиц измерения — это вопрос соглашения мирового сообщества в условиях сложившегося рынка товаров и услуг. Соответствующим соглашением основными единицами для измерения длины, массы, времени, температуры выбраны метр, килограмм, секунда и кельвин. 21

Engineer and physicist William John Macquorn Rankine (1820– 1872) the author of the following poem: n When I was bound apprentice, and learned to use my hands, Folk never talked of measures that came from foreign lands: Now I'm a British Workman, too old to go to school; So whether the chisel or file I hold, I'll stick to my three-foot rule. Some talk of millimetres, and some of kilogrammes, And some of decilitres, to measure beer and drams; But I'm a British Workman, too old to go to school, So by pounds I'll eat, and by quarts I'll drink, and I'll work by my three-foot rule. A party of astronomers went measuring the earth, And forty million metres they took to be its girth; Five hundred million inches, though, go through from pole to pole; So let's stick to inches, feet and yards, and the good old three-foot rule. Когда я был учеником и учился работать, Народ никогда не говорил о мерах, которые прибыли из иностранных государств: Теперь я - британский Рабочий, слишком старый, чтобы пойти в школу; Таким образом, работая, я буду придерживаться своего трехфутового правила. Некоторые говорят о миллиметрах, и некоторые – о килограммах И некоторые децилитрами, измеряют пиво и глотки; Но я - британский Рабочий, слишком старый, чтобы пойти в школу, Таким образом, фунтами я ем, и квартами я пью, и я буду пользоваться своим трехфутовым правилом. Астрономы измеряют землю, И сорок миллионов метров – ее обхват Но пятьсот миллионов дюймов, тем не менее, проходят от полюса полюсу; Поэтому давайте придерживаться дюймов, футов и ярдов и старого доброго трехфутового правила. 22

Измерения физических величин Далее мы рассмотрим, как появляются единицы измерения основных физических величин Длина Время Масса Температура 23

Измерения физических величин Длина– измеряется с метрах. Что такое «длина» ? 24

Измерения физических величин Длина– расстояние между двумя точками в пространстве, пространственная протяженность объекта. Но что такое «пространство» ? 25

Измерения физических величин Пространствона уровне повседневного восприятия интуитивно понимается как арена действий, общий контейнер для всех объектов, сущность некоторой системы. Мы живем в материальном мире. Что такое «материя» ? 26

Измерения физических величин Современное определение дал В. И. Ленин в работе «Материализм и эмпириокритицизм» (1909): материя– это «…философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них» . 27

Измерения физических величин Вакуум Атрибутами, формами существования материи являются пространство и время. 28

Измерения физических величин Длина– расстояние между двумя точками в пространстве. Пространство – форма существования материи. Материя – «…философская категория для…. Заметьте, как далеко мы ушли от казалось бы простого понятия «длина» . 29

Измерения физических величин Эталон длины – метр От латинского «метрум» , что значит измерять. В 1791 г. Академия наук Франции определила метр как одну десятимиллионную часть расстояния от полюса Земли до экватора при прохождении через Париж. Меридиан, идущий через Данкирк (северная Франция) и Барселону (северо-восточная Испания), покрывает около 1/10 расстояния от полюса до экватора через Париж, точное измерение этой части позволило довольно точно подсчитать путь целиком. 30

Измерения физических величин В 1791 г. Академия наук Франции определила метр как одну десятимиллионную часть расстояния от полюса Земли до экватора при прохождении через Париж. Заметим, что в качестве эталона взят размер реально существующего тела - Земли 31

Измерения физических величин В 1961 году в качестве эталона метра принята длина волны оранжевого света, испускаемого изотопом криптона (86 Kr). Один метр составляет 1 650 763, 73 длины волны этого излучения. В 1983 году на Международной конференции по мерам и весам принято новое определение метра: «…метр – длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/2999792458 долю секунды…» . Эталон, лежащий в основе измерений макромира, базируется на пространственных характеристиках микромира. 32

Измерения физических величин Следующий предмет рассмотрения время Что такое «время» ? 33

Измерения физических величин Аврелий Августин (354 - 430) — философ, христианский богослов и политик. «… когда меня не спрашивают, я понимаю, а когда спрашивают, что такое время – не понимаю…» 34

Измерения физических величин Время рассматривается как совокупность прошлого, настоящего и будущего. Но прошлого уже нет, будущего ещё нет, а настоящее — лишь бесконечно краткое мгновение между прошлым и будущим, и оно не имеет какой-либо длительности. Рассуждая на эту тему, Августин приходит к концепции психологического восприятия времени. Прошлое и будущее всё же существуют, но в сознании людей: прошлое — это воспоминание, настоящее — созерцание, будущее — ожидание. 35

Измерения физических величин Вакуум Атрибутами, формами существования , материи являются пространство и время. 36

Измерения физических величин Сейчас мы говорим о времени в практической деятельности человека, об измерениях интервалов времени двумя между последовательными событиями. 37

Измерения физических величин Для определения интервала времени могут быть использованы вполне определенные физические законы. Так, период вращения Земли с очень высокой степенью точности должен оставаться постоянным. Продолжительность суток подвержена различным влияниям. Поэтому за стандарт выбраны средние солнечные сутки 1900 года. 38

Измерения физических величин Период колебаний механического маятника остается постоянным (без учета потерь на трение). То есть движение маятника можно применить для использования в приборах измерения времени. Точность маятниковых часов со времени изобретения в XVII веке Галилеем и Х. Гюйгенсом (1629 -1695) возросла к сегодняшнему дню в тысячи раз и достигает 0. 001 с в сутки. 39

Измерения физических величин Появились атомные часы, основанные на неизменности частоты излучения атомов. Секунда определяется как интервал времени, на котором укладывается 9192631830 периодов колебаний излучения, испускаемого атомом изотопа цезия 133 Cs. 40

Измерения физических Точность 10 -9 сек. /сут. или одна секунда в три величин миллиона лет и определяет точность других основных единиц, таких как, например, метр, содержащих секунду в своём определении «…метр – длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/2999792458 долю секунды…» . 41

Тема следующей лекции: «Измерения физических величин. Масса. Температура» 42