Основні тези лекції

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

НОВОКАХОВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ КОЛЕДЖ

Затверджую:

Заступник директора з НР

___________ Л.В.Саврадім

«___» ___________ 200__р.

Методичні вказівки

до самостійної роботи студентів № 1

з дисципліни «Фізика (електрика)»

спеціальності 5.0501031 “Розробка програмного забезпечення“

Тема: Вимірювання фізичних величин. Система одиниць СІ

Розробив виклкдач

_________О.А.Ходарєва

Нова Каховка

СРС 1

Тема: Вимірювання фізичних величин. Система одиниць СІ.

Питання, які треба опрацювати:

2.1 Встановлення основних і похідних одиниць вимірювання фізичних віеличин.

2.2 Міжнародна система СІ.

2.3 Основні одиниці у системі СІ.

2.4 Похідні одиниці у системі СІ.

2.5 Вимірювання фізичних величин.

2.6 Визначення абсолютної та відносної похибок вимірювання.

Основні тези лекції

Одиниці фізичних величин

Одиницю будь-якої фізичної величини, взагалі кажучи, можна вста-новити довільно. Але якщо одиниці всіх фізичних величин уста­новити неза-лежно одну від одної, то до формул, які пов'язують різні фізичні величини, треба вводити багато перевідних коефіцієнтів, що ускладнить як самі форму-ли, так і обчислення. К. Гаусс показав, що " для побудови системи одиниць фізичних величин досить узяти кілька незалежних одна від одної одиниць. Ці одиниці називають основ­ними. Одиниці фізичних величин, які визначають, користуючись рів­няннями, за допомогою основних одиниць, називають похідними.

Сукупність основних і похідних одиниць називають системою одиниць.

При виборі основних одиниць треба враховувати таке,

1. Визначення основних теоретичних одиниць повинні охоплювати фізичний зміст кожної з них, не допускаючи різних тлумачень.

2. Основні теоретичні одиниці мають бути встановлені так, щоб можна було з великою точністю виготовити еталони і взірцеві прак­тичні міри.

Залежно від того, які фізичні величини взято за основні і які оди­ниці встановлено для їх вимірювання, можна утворити ті чи інші системи одиниць.

Багато держав, виходячи з одиниць, які історично склалися в них, створили свої системи одиниць, що призвело до серйозних утруднень у міжнародній торгівлі, обміні новинами в галузі науки і техніки.

Питання про створення універсальної системи одиниць обговорюва­лось на IX (1948 р.), X (1954 р.), XI (жовтень 1960 р.) Генеральних конфе-ренціях з мір і ваги (ГКМВ). На XI ГКМВ було прийнято рі­шення про вста-новлення для міжнародних зносин практичної системи одиниць, яка дістала скорочене міжнародне найменування 51, в росій­ській транскрипції СИ, в українській — СІ. Цю систему було уточне­но на наступних XII—XV ГКМВ.

З грудня 1978 р. навчальний процес у всіх навчальних закладах оснований на обов'язковому застосуванні Міжнародної системи оди­ниць, десяткових кратних і дольних одиниць від них.

Міжнародна система одиниць складається з 7 основних одиниць, 2 додаткових і великої кількості похідних одиниць.

За основні взято такі одиниці.

Метр — довжина шляху, що проходить світло у вакуумі за інтервал часу 1/299792458 с.

Кілограм —одиниця маси—дорівнює масі міжнародного прототипу кілограма.

Секунда — час, який дорівнює 9 192 631 770 періодам випроміню­вання, що відповідає переходу між двома надтонкими рівнями основ­ного стану атома цезію-133.

Ампер — сила незмінюваного струму, який при проходженні по двох паралельних прямолінійних провідниках нескінченної довжини і дуже малої площі поперечного перерізу, розміщених у вакуумі на відстані 1 м один від одного, спричинив би на кожній ділянці провід­ника довжиною 1 м силу взаємодії, яка дорівнює 2 • 10^~7 Н.

Кельвін — одиниця температури, яка дорівнює 1/273, 16 термо­динамічної температури потрійної точки води.

Моль — кількість речовини системи, яка містить стільки ж структурних елементів, скільки міститься атомів у вуглеці-12 ма­сою 0, 012 кг.

Кандела — сила світла у заданому напрямі джерела, що дає моно­хроматичне випромінення частотою 540 • 101а Гц, енергетична сила світла якого у цьому напрямі становить 1/683 Вт/ср.

Для утворення похідних одиниць з основних використовують визначальні рівняння зв'язку між величинами. Вважають, що числові коефіцієнти в них дорівнюють 1, а величини виражають в основних одиницях СІ. Деякі похідні одиниці, які дістали спеціальні назви, можна використати для утворення інших похідних одиниць СІ. Ско­рочені по-значення одиниць, названих на честь учених, пишуть з вели­кої букви.

Спеціальні найменування, присвоєні ГКМВ, обов'язкові для за­стосування. Так, для роботи та енергії треба застосовувати одиницю джоуль (Дж), а не ньютон-метр (Н • м), хоч 1 Н • м = 1 Дж.

Вимірювання фізичних величин

Фізика — дослідна наука, тому вміння спостерігати фізичні про­цеси і вимірювати різні фізичні величини набуває особливого зна­чення. Усі зміни, які відбуваються під час фізичних явищ, оцінюють кіль­кісно за допомогою вимірювань.

Виміряти величину—означає порівняти її з однорідною величиною, яку умовно взято за її одиницю.

Основним завданням фізичного досліду є визначення числових значень фізичних величин і встановлення кількісних залежностей між ними. Процес виконання досліду складається з вимірювань ве­личин і обробки результатів вимірювання. Вимірювання класифіку­ють за ознаками:

1. Безпосередні вимірювання, під час яких числове значення вимірюваної величини дістають або безпосереднім порівнянням з мірою (на­приклад, довжини, маси), або за допомогою приладів, проградуйованих в одиницях вимірюваної величини (наприклад, сила світла, освітленість).

2. Посередні вимірювання, під час яких визначають деякі величини, зв'язані певною закономірністю з вимірюваною величиною, і за ними обчислюють вимірювану величину. Наприклад, для визначення швидкості вимірюють шлях і час проходження цього шляху, потім обчислюють швидкість.

Вимірювання фізичних величин принципово не можуть бути абсолют-но точними. Точність результатів вимірювань залежить від точності приладів і точності методу вимірювання. Твердження, що певну величину довжини ви-міряно з точністю до 0, 1 мм, означає, що виміряне значення відрізняється від справжнього менше ніж на 0, 1 мм. Як правило, точність приладу визнача-ється ціною його най­меншої поділки.

У процесі всіх вимірювань, через недосконалість вимірювальних приладів, ми дістаємо лише наближені результати. Отже, результати вимірювань містять деякі похибки. Похибки вимірювань бувають трьох видів: систематичні, випадкові і промахи.

Систематичні похибки виникають в основному через несправність приладу, помилковість методу вимірювання або постійний односторон­ній зовнішній вплив. Уникають цих похибок старанною перевіркою приладів, удосконаленням методу вимірювання і внесенням потріб­них поправок до результатів вимірювань.

Випадкові похибки зумовлені переважно тією неточністю, якою не­минуче супроводиться спостереження показів приладів, а також не­точністю відліків, яку мимовільно може внести кожний експеримента­тор. Випадкові похибки однаково можливі як у бік збільшення, так і в бік зменшення значення вимірюваної величини. Уникнути їх під час вимірювань не можна. Зменшують вплив випадкових похибок на результат вимірювання повтор-ними вимірюваннями.

Промахи (або грубі похибки) зумовлені неуважністю відліку на при­ладі, неправильним вмиканням приладу або іншими порушеннями умов вимірювання. Про грубу похибку в окремому вимірюванні свід­чить різка відмінність його результатів від закономірності, яка позна­чилась у ряді вимірювань. Обчислюючи вимірювані величини, такі помилкові дані слід відкидати і виконувати повторне (контрольне) вимірювання.

Щоб оцінити похибку результату, користуються такими спроще­ними методами обчислення похибок.

1. Якщо N1, N2, N3,..., Nп — результати окремих вимірювань величини х, то середній результат дорівнює їх сумі, поділеній на число вимірювань:

2. Різницю між результатом окремого вимірювання і середнім результатом, узяту за модулем, називають абсолютною похибкою окремого вимірювання:

3. Середню абсолютну похибку визначають аналогічно середньому результату:

4. Відносну похибку визначають як відношення середньої абсолют­ної похибки до середнього результату:

5. Остаточний результат записують так:

Такий запис означає, що значення х лежить між N — ∆ N і N + ∆ N. Не можна вважати, що величина х має значення N — ∆ N і N + ∆ N.

Слід зазначити, що за своїм фізичним змістом абсолютна похибка не може бути менша від половини ціни поділки даного приладу. На­приклад, довжину вимірюють штангенциркулем з ціною поділки 0, 1 мм. У цьому разі абсолютна похибка не може бути меншою від 0, 05 мм.

Якщо результат обчислюють за формулою, до якої входять знай­дені вимірюванням величини, то абсолютну і відносну.похибки обчис­люють за правилами диференціального числення.