Измерение величин и погоня за точностью

        
         оставить комментарий

Чтобы измерить какую-либо величину нужно иметь возможность сравнить ее с величиной того же типа (длина, масса и т. д.) и установить эталон для сравнения (т. е. какое-либо число). Это сравнение представляет интерес только в том случае, если при повторении в любом месте и в любое время оно дает один и тот же результат, что позволяет определить единицы измерений, которые будут воспроизводимыми и переносимыми с одних измерений на другие. В наше время в мире насчитывается громадное число таких единиц, которые определены и используются локально (фут, галлон, морская миля и т. д.). Для облегчения научных и торговых обменов многие страны приняли общую систему измерений, называемую «Международная система единиц» (СИ). Точность, с которой определяются единицы системы СИ, постоянно возрастает. Генеральная конференция по мерам и весам обеспечивает разработку и распространение в этих странах основных единиц измерений.

Системы единиц. Создатели Международной системы единиц взяли за основу метрическую систему мер, по крайней мере для трех единиц, которые используются в механике (длина, масса и время). К ним были добавлены еще четыре технические единицы. Прогресс в физических знаниях, достигнутый на протяжении XX в., позволил создать систему; основанную на единицах, привязанных к универсальным физическим постоянным, таким как постоянная Планка, скорость света, заряд электрона или гравитационная постоянная. Частично это относится и к единицам времени и длины.

Погоня за точностью

В естественных науках роль измерений первостепенна для получения информации, позволяющей сопоставлять теорию и опыт. Качество измерений зависит от точности, с которой определяются единицы измерений. Это условие было решающим при выборе основных единиц измерений. При разработке метрической системы измерений были выбраны эталоны универсальные, например, метр, который поначалу определили как десятимиллионную часть от четверти земного (Парижского) меридиана. Однако уровень точности, к которому стремились, требовал более тонких определений. Тогда были созданы новые эталоны, основанные на физических явлениях, определяемых тщательнейшим образом. Величина новых эталонов остается, однако, очень близкой к эталонам, принимавшимся ранее.

Новые эталоны. Выше сказанное особенно относится к измерению времени. Единица измерения времени, секунда, поначалу определялась исходя из продолжительности средних солнечных суток, потом из продолжительности солнечного года. Начиная с 1967 г. секунда определяется исходя из частоты колебаний атомного осциллятора, связанного с атомом цезия-133. Трудность состоит в том, чтобы достаточно точно определить эту частоту. В наше время качество атомных часов столь высоко, что точность определения достигает 10-15. Единица длины также определяется с помощью атомной физики и представляет собой расстояние, проходимое светом в вакууме за время точно определенного атомного колебания. Достаточно получать этот световой луч «чистым» (монохроматическим) и стабильным, что в настоящее время позволяют делать лазеры. Точность измерений в настоящее время порядка 10-13. Точность измерения других основных единиц, включая единицу массы, еще выше, чем в предыдущих случаях, она больше зависит от экспериментальных ошибок самого измерения, чем от качества эталона. Поиски еще лучших эталонов и усовершенствование измерительной техники продолжаются.

Шкалы температур Цельсия и Фаренгейта

Чтобы количественно определить температуру, можно выбрать расширение жидкости, которое происходит при постоянном давлении, и принять, что это расширение пропорционально температуре. Таким образом можно получить эмпирическую температурную шкалу, приписав произвольные значения температурам двух фиксированных точек (шкала Цельсия: 0 °С для температуры тающего льда и 100 °С для кипящей воды; шкала Фаренгейта: 32 °F для тающего льда и 96 °F для температуры человеческого тела).

Основные единицы международной системы единиц

Международная система единиц (СИ) принята, начиная с 1960 г., 47 государствами, подписавшими «Конвенцию о метре». Эта система создана на основе 7 базовых единиц: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела.

Величина

Единица

Символ

Определение основного эталона

длина

метр

м

длина пути, проходимого светом в вакууме, за 1/299 792 458 долю секунды

масса

килограмм

кг

масса иридиево-платинового эталона, хранящегося в Международном бюро мер и весов

время

секунда

с

продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133

электрический ток

ампер

А

сила тока, который, проходя по двум параллельным проводникам, расположенным на расстоянии 1 метра друг от друга, создаёт между ними силу взаимодействия в 2 ??· 10-7 ньютонов на линейный метр проводника

температура

кельвин

К

1/273,16 температуры тройной точки чистой воды

количество вещества

моль

моль

количество вещества в системе, содержащей столько структурных единиц, сколько есть атомов в 0,012 килограмма углерода-12

сила света

кандела

кд

сила света, исходящего в данном направлении от источника, излучающего монохроматическое излучение с частотой 540 ??· 1012 герц (длина волны 0,555 мкм) и энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/686 ватта на стерадиан

Словарь

Фундаментальная физическая постоянная - особая величина, значение которой фиксировано (масса и заряд электрона, постоянная Планка и т. д.) и которая играет центральную роль в физических теориях.

Эталон - измерительное устройство, которое хранит или воспроизводит величину единицы измерения и которое служит законно принятой моделью.

Система единиц физических величин - совокупность физически измеряемых величин, из которой выбирают небольшое количество основных (независимых) физических величин, позволяющих определить все другие, называемые производными единицами.

Реклама

Комментарии

Вам будет также интересно

Синонимы к слову «величина»

Все синонимы к слову ВЕЛИЧИНА вы найдёте на Карте слов.

Зачем программистам изучать физику

Многие люди, обучающиеся профессии программиста, искренне не понимают, зачем им нужно изучать такие дисциплины, как физика и математика. В одной из статей мы выяснили, что математика учит думать. Теперь давайте обсудим, зачем люди технических специальностей изучают физику.

Читать далее...

Уроки на сообразительность

Над инженером, физиком и математиком провели эксперимент: посадили в изолированную комнату, поставили туда ящик с пищей и дали ручку и блокнот. Через несколько часов решили посмотреть результаты...

Читать далее...

Уравновешивающая сила пересечения силовых линий энергетических полей

В данной статье предпринята попытка объяснить жесткость тел на молекулярном уровне.

Читать далее...

Открыли бозон, закрыли бозон... Так что это такое — бозон Хиггса?

Ученые, работающие на Большом адронном коллайдере (БАК), заявили об обнаружении частицы, соответствующей параметрам бозона Хиггса. Это может стать одним из величайших научных открытий XXI века. В чем же важность этого элемента, на поиски которого физики потратили больше 40 лет?

Читать далее...

По мнению ученых электрон представляет собой идеальную сферу

Физики определили форму электрона с точностью, которая на много порядков превосходит точность всех сделанных ранее измерений. Работа ученых появилась в журнале Nature, а коротко результаты описаны в пресс-релизе Имперского колледжа Лондона.

Читать далее...

Добавить статью

Приглашаем вас добавить статью и стать нашим автором

Поделитесь с друзьями

Статистика

©  Интернет-журнал «Серый Волк» 2010-2016

Перепечатка материалов приветствуется при обязательном указании имени автора и активной,
индексируемой гиперссылки на страницу материала или на главную страницу журнала.