Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью.

Неравноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.

Однократное измерение – измерение, выполненное один раз. Примечание. Во многих случаях на практике выполняются именно однократные измерения. Например, измерение конкретного момента времени по часам обычно производится один раз.

Многократное измерение – измерение физической величины одного и того же размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, т.е. состоящее из ряда однократных измерений.

Статическое измерение (англ. static measurement) – измерение физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения.

Примеры:
- Измерение длины детали при нормальной температуре.
- Измерение размеров земельного участка

Динамическое измерение (англ. dynamic measurement) – измерение изменяющейся по размеру физической величины.

Абсолютное измерение – измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант. Пример. Измерение силы F=mg основано на измерении основной величины - массы m и использовании физической постоянной g (в точке измерения массы). Примечание. Понятие абсолютное измерение применяется как противоположное понятию относительное измерение и рассматривается как измерение величины в ее единицах. В таком понимании это понятие находит все большее и большее применение.

Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно. Примечание. Термин прямое измерение возник как противоположный термину косвенное измерение. Строго говоря, измерение всегда прямое и рассматривается как сравнение величины с ее единицей. В этом случае лучше применять термин прямой метод измерений.

Примеры:
- Измерение длины детали микрометром.
- Измерение силы тока амперметром.
- Измерение массы на весах.

Косвенное измерение – определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Примечание. Во многих случаях вместо термина косвенное измерение применяют термин косвенный метод измерений.

Совокупные измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. Примечание. Для определения значений искомых величин число уравнений должно быть не меньше числа величин.

Совместные измерения – проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними.

Наблюдение при измерении (англ. observation) – операции, проводимые при измерении и имеющие целью своевременно и правильно произвести отсчет.

Отсчет показаний средства измерений – фиксация значения величины или числа по показывающему устройству средства измерений в заданный момент времени.

Измерительный сигнал (англ. measurement signal) – сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине.

Измерительная информация (англ. measurement information) – информация о значениях физических величин.

Измерительная задача – задача, заключающаяся в определении значения физической величины путем ее измерения с требуемой точностью в данных условиях измерений.

Объект измерения – тело (физическая система, процесс, явление и т.д.), которое характеризуется одной или несколькими измеряемыми физическими величинами.

Область измерений – совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой.

Вид измерений – часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин.

Подвид измерений – часть вида измерений, выделяющаяся особенностями измерений однородной величины (по диапазону, по размеру величины и др.).

Официальный сайт

Прямые измерения

Физические измерения: основные понятия и определения

Познание окружающего нас мира, изучение происходящих в нем явлений, практическая деятельность человека связаны с необходимостью осуществлять измерения физических величин.

Измерение – последовательность экспериментальных и вычислительных операций, осуществляемых с целью нахождения значения физической величины, характеризующей явление или определенное свойство какого-либо объекта. Физическими величинами являются, например, масса тел и их температура, сила, напряженность электрического поля, магнитная проницаемость вещества и т.п. Общее число используемых в настоящее время физических величин достигает нескольких тысяч.

Величина - одно из основных математических понятий, смысл которого в процессе развитии науки подвергался неоднократным обобщениям. Первоначальное понятие "величина" введено как непосредственное обобщение более конкретных понятий: длины, площади, объема, массы и т.н. Каждый конкретный род величин связан с определенным способом сравнения физических тел или других объектов. Всякое измерение реализует операцию сравнения однородных свойств физических величин по признаку "больше - меньше".

Значением физической величины называется ее оценка в виде некоторого числа принятых для нее единиц намерения. Например, если длина тела 15 м, а масса 10 кг, то 15 и 10 числовые значения физической величины, а метр и килограмм - соответствующею единицы намерений.

Единицы физических величин - конкретные физические величины, которым по определению присвоены числовые значения, равные единице.

Следует различать истинное и действительное значения физических величин. Истинное значение (х ист .) - значение физической величины, которое идеально отражает соответствующее свойство объекта измерений. Действительное (измеренное) значение (х изм .) - значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному, что в конкретной ситуации может быть использованным вместо него.

Законченное измерение включает следующие элементы: физический объект (явление), свойство или состояние которого характеризует измеряемая величина; единицу этой величины; технические средства измерений, проградуированные в выбранных единицах; метод измерений; наблюдателя (регистрирующее устройство), воспринимающего результат измерений; полученное значение измеряемой величины и оценку его отклонения от истинного значения, т.е. погрешность намерений. Точность и воспроизводимость результатов измерений зависит от качества используемых единиц измерения.

Эталон единицы измерения - это средство, обеспечивающее воспроизведение и хранение единицы измерения физической величины. Существуют четыре уровня эталонов:

1) международные эталоны, представляющие собой единицы измерения, воспроизводящиеся с максимально возможной точностью;

2) первичные эталоны, хранящиеся в национальных лабораториях стран и обеспечивающие в их пределах наивысшую точность измерений;

3) вторичные эталоны, хранящиеся в метрологических лабораториях отраслей производства;

4) рабочие эталоны, предназначенные для контроля и калибровки измерительных инструментов, используемых в повседневной практике.

Эталоны более низкого уровня периодически контролируются по эталонам более высокого уровня. Так обеспечивается неизменная точность измерений.

Все измерения делятся на прямые и косвенные.

Прямое измерение - измерение, при котором значение физической величины определяется непосредственно по показаниям используемого средства измерений (секундомера, линейки, амперметра, и т.п.).

Косвенное измерение – измерение, при котором значение физической величины находят с помощью заранее известной связи между ней и величинами, определяемыми с помощью прямых намерений. Например, плотность тела ρ может быть найдена по полученным в результате прямых измерений массе m и объему V с помощью известной формулы ρ = m / V . Аналогично, электрическое сопротивление R определяется с помощью закона Ома R = U / I по измеренным значениям напряжения и силы тока.

Система единиц физических величия СИ

Все известные физические величины связаны между собой определенными соотношениями и формулами. Это позволяет выражать одни величины через другие. Совокупность единиц физических величин, связанных между собой определенными зависимостями, называется системой единиц физических величин. Физические величины, входящие в систему и условно принятые в качестве независимых, носят название основных величин системы. Физические величины, входящие в систему и определенные через основные величины этой системы, называются производными величинами.

Общепринятой в настоящее время является международная система единиц физических величин СИ в соответствии е решением 11-й Генеральной конференции по мерам и весам в I960 году. Система СИ включает в себя семь основных величин: масса, время, длина, сила электрического тока, температура, сила света, количество вещества.

Основные единицы системы СИ

Таблица 1

Килограмм. Один килограмм ранен массе международного прототипа, хранящегося в Международном бюро мер и весов (г. Савр, Франции). Прототип килограмма сделан из платино-иридиевого сплава (90% Pt ,10% Ir ) в виде цилиндрической гири диаметром и высотой 39мм.

Секунда. Одна секунда раина 9192631770 периодам колебаний напряженности поля электромагнитной волны, излученной при переходе между двумя энергетическими ypовнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия . Государственный эталон времени России представляет собой атомно-лучевую трубку с пучком атомовCs и радиоустройство, дающее набор электрических колебаний фиксированных частот.

M етр. Один метр - расстояние, пробегаемое светом в вакууме за время 1/299792458 секунды. Это определение международного эталона мер принято в 1983 году. До этого метр определялся как 1650763.73 длины волны в вакууме излучения, возникающего при переходе между уровнями 2р 10 и 5d 5 атома криптона

. Причина, по которой был изменен эталон метра, связан с погрешностями воспроизведения эталонов длины и времени. Более подробно она обсуждается в следующем разделе.

Ампер. Один ампер равен силе неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии один метр один от другого, вызвал бы на участие проводника длиной один метр силу взаимодействия, равную 210 -7 ньютона.

Кельвин. Один кельвин равен 1/273.16 термодинамической температуры тройной точки воды. Тройной точкой в термодинамике называется равновесное состояние, в котором сосуществуют три фазы вещества (например, твердая, жидкая и газообразная). Такому состоянию соответствуют единственные значения давления и температуры.

Кандела. Одна кандела - сила света, испускаемого с площади 1/60 см 2 поверхности абсолютно черного тела в перпендикулярном к этой поверхности направлении при нормальном давлении (101326 Па) и температуре тела, равной температуры затвердевания платины (2042 К). Абсолютно черным

называется тело, поглощающее всю энергию падающего на него излучения.

Моль. Один моль - количество вещества, в котором содержится столько же структурных элементов (молекул, атомов, ионов), сколько атомов содержится в 0.012 кг углерода 12 С .

Кроме основных в производных единиц в системе СИ существуют дополнительные единицы: радиан - единица измерения плоского угла и стерадиан - единица измерении телесного угла.

Погрешности прямых измерений

Измерить какую-либо физическую величину абсолютно точно невозможно. Полученное экспериментальным путем ее действительное (измеренное) значение х изм . всегда отличается от истинного значения х ист на некоторую величину  х :

(1)

Величина  х называется абсолютной погрешностью измерений. Она несет информацию об их точности.

Очень часто на практике вместо указания абсолютной погрешности проведенных измерений приводят величину относительной погрешности. Относительная погрешность измерений  равна отношению абсолютной погрешности  х к истинному значению измеряемой величины, выраженному в процентах:

(2)

Относительная погрешность более наглядно характеризует качество выполненных измерений. Например, абсолютная погрешность, равная 1 мм, при измерении длины комнаты (10 м) приводит к относительной погрешности  =10 -2 %, однако если с такой же абсолютной погрешностью измерить толщину шариковой ручки (5 мм), то относительная погрешность получается уже значительной (20%).

Очень малая величина относительной погрешности характерна для воспроизводства первичных эталонов. Так, первичный эталон метра, существовавший до 1983 года, воспроизводится с относительной погрешностью 510 -7 %. Однако, относительная погрешность воспроизводства эталона времени еще в 500 раз меньше – 10 -9 %. Именно поэтому более целесообразно, полагая, что скорость света равна 299792458 м/с, определить эталон метра мерой расстояние, которое проходит свет за время 1/299792458 с, как это и установлено действующим в настоящее время эталоном длины. В этом случае относительная погрешность воспроизводства эталона длины такая же, как и эталона времени. Следует отметить, что формулы (1) и (2) необходимо рассматривать лишь как определения абсолютной и относительной погрешностей. Использовать их для расчета величин погрешностей невозможно, поскольку входящее в них истинное значение физической величины х ист известно никогда не бывает (иначе отпала бы необходимость измерений). На практике искомое значение физической величины х оценивают по измеренному значению, а достоверность такой оценки характеризуют соответствующей погрешностью измерений, представляя конечный результат в форме:

(3)

Запись результата в виде (3) показывает, что значение физической величины х точно не известно. Оно может оказаться любым в интервале [

].

В процессе оценки величины погрешности  х необходимо учитывать, условия проведения эксперимента, особенности выбранной методики измерений, качество используемых средств измерений и характер проявления погрешности. При этом следует исходить из принятой классификации погрешностей измерений.

Классификация погрешностей измерений

В основе классификации погрешностей лежат признаки, по которым она производится.

По закономерности проявления погрешности делятся на случайные, систематические и грубые.

Погрешность называется случайной, если ее величина или знак непредсказуемо (хаотически) изменяются при многократном повторении одного и того же опыта.

Погрешность называется систематической, если ее величина и знак остаются неизменными при многократном повторении одного и того же опыта, или изменяются по известному закону.

Грубые погрешности, возникают при неправильном считывании экспериментатором показаний приборов, неисправности средств измерений, резких изменениях условий эксперимента. Как правило, грубая погрешность имеет большую величину и может быть легко обнаружена при внимательном анализе полученных результатов.

По источнику возникновения погрешности делятся на инструментальные и методические .

Составляющая погрешности, обусловленная свойствами применяемых средств измерений, называется инструментальной погрешностью.

Следует различать несколько составляющих

инструментальной погрешности: основную, дополнительную и обусловленную взаимодействием средств и объекта измерений.

Погрешности, имеющие место при нормальных условиях применения средств измерений (температуре 296 К, определенной влажности, атмосферном давлении 760 мм рт. ст. и т.п.), называются основными; погрешности, вызванные отклонениями от нормальных условий, влияющих на результат измерений, называются дополнительными.

Подключение к исследуемому объекту средства измерений во многих случаях приводит к изменению значения регистрируемой величины. Например, амперметр, включаемый в электрическую цепь для измерения силы тока, всегда обладает конечным внутренним сопротивлением, что изменяет полное сопротивление цепи и силу тока, текущего в ней. Эта составляющая инструментальной погрешности зависит от свойств средства и объекта измерений.

Методическая погрешность возникает вследствие пренебрежения теми или иными особенностями физических процессов в изучаемом объекте, неточного соответствия объекта измерений и его идеализированной модели. Например, при измерениях размеров тела обычно полагают, что оно точно совпадает с каким-либо идеальным телом (параллелепипедом, шаром, конусом и т.п.). Отличие реальной формы тела от идеальной способно привести к погрешностям. Допустим, противоположные грани тела, имеющего форму, близкую к параллелепипеду, не строго параллельны. Тогда при измерениях

его длины будут получаться несколько различающиеся результаты в зависимости от выбора точек приложения линейки или штангенциркуля.

Обработка результатов прямых измерений

Как оценить величину случайной погрешности

Для того, чтобы оценить величину случайной погрешности, один и тот же опыт необходимо повторить несколько раз. Предположим, что выполнена серия из девяти измерений некоторой физической величины х и получены несколько отличающиеся друг от друга результаты. Обозначим результат одного из измерений х i , где i - номер соответствующего измерении. Очевидно, что в данном случае i может принимать значения от 1 до N . Расположим результаты измерений на числовой оси, как это показано на рис.1.

В качестве наилучшего приближения измеряемой величины x используют среднее арифметическое числовой последовательности {х i }:

(4)

где N - число измерений (в данном случае N =9).

Выделим на числовой оси (рис.1а) интервал 2 х , в который попадают 2/3 общего числа точек, соответствующих экспериментальным результатам. Существует аналитическая формула, позволяющая по результатам измерений

оценить размер этого интервала:

(5)

Результат вычислений по формуле (5) тем точнее совпадает с графическим, чем больше N . Расчет основан на вычислении среднего квадрата отклонения точек от <х> . Поэтому интервал, в который попадает 2/3 от общего количества точек, называется среднеквадратичным. Как правило, достаточно около десяти измерений, чтобы рассчитанный по формуле (5) среднеквадратичный интервал оказался очень близок к результату графического построения.

Возникает вопрос: в какой степени средние значения величины х , определенные по результатам нескольких серий измерений по N отсчетов в каждой, будут отличаться друг от друга? На рисунке 1б на числовой оси показаны средние значения 9 серий измерений по 9 отсчетов в каждой и выделен интервал 2  х , в который попадают 2/3 от общего числа средних значений (т.е. 6 из них). Половина величины этого интервала и принимается равной случайной погрешности  х сл . при оценке истинного значения путем усреднения результатов N измерений, по формуле (4).

Если увеличивать количество отсчетов N в каждой серии измерений, то величина  х сл . характеризующая степень разброса средних значений, будет изменяться как N -1/2 . Поэтому величина случайной погрешности при оценке истинного значения измеряемой величины по среднему значению серии из N отсчетов в случае достаточно большого N может быть рассчитана по формуле:

(6)

Формула (6) используется для расчета, случайной погрешности оценки истинного значения величины х по среднему значению результатов серии из N измерений. Если систематическая погрешность отсутствует, то можно утверждать, что истинное значение х ист . с вероятностью 2/3 находится в интервале <х>  х сл .. Погрешность, определенную таким образом, называют иначе среднеквадратичной.

Как показывает формула (6), величина случайной погрешности тем меньше, чем больше количество измерений N , по которым проводится усреднение. Следовательно, увеличивая количество опытов, можно уменьшить величину случайной погрешности.

Пример расчета случайной погрешности.

Предположим, что необходимо измерить пульс человека. Подсчет количества ударов сердца в минуту, повторенный шесть раз, дал следующие значения:

Таблица 2

Порядок обработки результатов.

1) Находим среднюю частоту пульса по формуле (3); <х>= (76+77+73+74+78+76)/6 =76.6 (ударов/мин.)

2) Определяем случайную погрешность по формуле (6):  х сл .= (((75-75.5) 2 +(77-75.5) 2 +(73-75.5) 2 +(74-75.5) 2 +(78-75.5) 2 +(76-75.5) 2)/30) 1/2 =0.8 (ударов/мин.)

3) Окончательный результат записываем в виде: х = 75.5  0.8 (ударов/мин.)

Последовательностъ оценки систематической погрешности

Оценить систематическую погрешность по результатам серии измерений, как это делается для слученной погрешности, невозможно. Кроме того, достаточно часто систематическая погрешность создается несколькими источниками одновременно.

Перед проведением измерений необходимо внимательно проанализировать их методику и оценить максимально возможное влияние различных неучтенных факторов на ожидаемый результат. Это даст оценку сверху величины методической составляющей погрешности.

Затем следует ознакомиться с техническими характеристиками используемых средств измерений и оценить инструментальную погрешность, учитывая все ее составляющие: основную, дополнительную и погрешность, обусловленную взаимодействием средства и объекта измерений.

Как оценить основную инструментальную погрешность

У большинства стрелочных измерительных приборов информация о верхнем пределе их основной инструментальной погрешности содержится в указываемом на шкале прибора его классе точности. Если эта информация по какой - либо причине отсутствует, то инструментальная погрешность принимается равной половине цены деления прибора.

Классом точности  прибора называется отношение максимально возможной абсолютной инструментальной погрешности к верхнему пределу измерений прибора (т.е. к показанию прибора при максимальном отклонении стрелки), выраженное в процентах;

(7)

Класс точности измерительного прибора может иметь одно ив восьми значений: 0.06, 0.1, 0.2, 0.6, 1.0, 1.6, 2.6, 4.0.

Зная класс точности прибора, всегда можно оценить его основную инструментальную погрешность. Например, если амперметр может измерять силу тока в диапазоне 0 - 5 А, а его класс точности  = 1.5, то

Если при измерении силы тока этим прибором зарегистрирована величина 2.55 А, а другие источники погрешности отсутствуют, окончательный результат следует записать в виде: I =(2.55 0.08)А (о правилах округления результата измерений и погрешности см. ниже).

При этом относительная инструментальная погрешность определяется как

(8)

Из соотношения (8) следует, что относительная инструментальная погрешность тем выше, чем на меньший угол отклоняется при измерении стрелка прибора, т.е. чем больше отношение x max / x изм . В связи с этим многие электроизмерительные приборы выполняются как многопредельные, чтобы обеспечить возможность работы в условиях минимальной относительной погрешности. Для этого рекомендуется выбирать предел измерений таким образом, чтобы показания прибора соответствовали последней трети шкалы.

Иногда из основной инструментальной погрешности выделяют погрешность считывания показаний (погрешность отсчета) и погрешность асимметрии.

Погрешность отсчета вызвана тем, что в процессе считывания экспериментатором показаний стрелочных измерительных приборов имеет место явление параллакса, поскольку стрелка прибора находится на некотором расстоянии от измерительной шкалы (рис.2). В этом случае кажущееся положение стрелки относительно шкалы зависит от угла, под которым экспериментатор смотрит на измерительный прибор.

Рис. 2. Зависимость результата отсчета от угла зрения (параллакс)

Для приборов с низкой точностью это явление несущественно, поскольку параллактическая погрешность оказывается намного меньше их основной инструментальной погрешности. У приборов с  ≤ 1.5 за измерительной шкалой размещено зеркало. Правильный угол зрения тот, при котором стрелка и ее изображение в зеркале совпадают.

Погрешность асимметрии может возникать при взвешивании тел на рычажных весах (если плечи рычагов неодинаковы), при измерении угла по круговой шкале (если ее центр смещен относительно центра окружности, по которой перемещается визир), при электрических измерениях (если на показания приборов влияет направление протекания тока в электрической цепи). Устранить погрешность асимметрии довольно легко. Например, при взвешивании тел знак погрешности асимметрии зависит от того, на каких чашках весов находятся тело и эталонные гири. Если после взвешивания тело и гири поменять местами, повторить взвешивание еще раз, а затем оба результата сложить и поделить на два, то погрешность асимметрии будет исключена: в одном случае она завышает результат, в другом - занижает. Аналогичным образом следует поступать и в других случаях, когда такая погрешность может появиться.

Если измерения какой-либо величины производятся только одним измерительным прибором, то по характеру проявления его инструментальную погрешность принято считать систематической. Однако, если одна и та же величина измерена несколько раз равными измерительными приборами, то в такой ситуации инструментальная погрешность является случайной: ее величина и знак меняются от прибора к прибору. Усредняя результат таких измерений по формуле (4), можно уменьшить величину инструментальной погрешности, которая в этом случае рассчитывается по формуле (6). Такая процедура "превращения" систематической ошибки в случайную с целью уменьшения погрешности измерений называется рандомизацией (от английского слова random - случайный).

При использовании формул (7), (8) следует помнить, что они определяют не саму основную инструментальную погрешность, а лишь ее максимально возможное значение. Точная величина и знак инструментальной погрешности прибора могут быть найдены только при сопоставлении его показаний с показаниями более точного прибора, измеряющего ту же физическую величину.

Дополнительная инструментальная погрешность

. возникает только при отличии от нормальных условий применения прибора. Для ее оценки необходимо изучить техническое описание используемого прибора.

Формального правила, позволяющего оценить погрешность, обусловленную взаимодействием объекта и средства измерений

не существует.

В каждом конкретном случае при ее оценке анализируют особенности измерительной процедуры и свойства измерительных приборов.

Физические величины. Измерение физических величин.

Цель урока: Познакомить учащихся с понятием «физическая величина», основными единицами физических величин в СИ, научить измерять физические величины при помощи простейших измерительных средств, определять погрешность измерений.
Задачи:

Обучающие: познакомить учащихся с понятием физической величины, сущности определения физической величины, с понятием погрешности измерения, основными единицами физических величин в СИ; научить определять цену деления измерительного прибора, определять погрешность измерения, переводить величины из основных в дольные и кратные

Развивающие: расширять кругозор учащихся, развивать их творческие способности, прививать интерес к изучению физики с учетом их психологических особенностей. Развивать логическое мышление через формирование понятий: цена деления (способы и методы ее применения), шкала измерительного прибора.

Воспитательные: формировать познавательный интерес обучающихся через исторические и современные сведения об измерении физических величин; научить культуре общения учащихся, партнерству, работе в группах.

Оборудование: компьютер, проектор, лабораторные, демонстрационные и бытовые измерительные приборы (термометр, линейка, рулетка, весы, часы, секундомер, мензурка, другие измерительные приборы).

Ход урока:

Актуализация опорных знаний

Объяснение нового материала I(слайд4 – 10)

Практическое задание I.

измерьте размеры своего учебника. Рассчитайте площадь его обложки. Рассчитайте объем учебника.

Объяснение нового материала II (слайд 11-13)

Что общего у всех приборов? Ответ: шкала Характеристики любой шкалы: пределы измерения и цена деления. Узнаем что это такое. Пределы измерения определяются числами у первого и последнего деления шкалы. Нельзя пользоваться прибором, пытаясь измерить величину, превышающую предел его измерения! Цена деления – это численное значение измеряемой величины, которое соответствует одному (самому маленькому) делению шкалы
5.Практическое задание II (слайд14) Определите цену деления своей линейки и приборов на демонстрационном столе и экране.

Практическое задание III. (слайд 15)

Подведение итогов. Анонсирование работы на следующем уроке – будем измерять объемы жидкостей (с учетом погрешностей!) .

Представление о физической величине является полным только тогда, когда она измерена. Потребность в измерении ФВ возникла на ранней стадии познания природы и возрастала по мере развития и усложнения производственной и научной деятельности человека. Требования к точности измерения ФВ постоянно возрастают.

Измерить физическую величину – значит сравнить ее с однородной величиной, условно принятой за единицу измерения.

Измерить неизвестную физическую величину можно двумя способами:

а) Прямым измерением называют измерение, при котором значение ФВ определяют непосредственно из опыта. К прямым измерениям относятся, например, измерение массы с помощью весов, температуры – термометром, длины – масштабной линейкой.

б) Косвенным измерением называют измерение, при котором искомое значение ФВ находят путем прямого измерения других ФВ на основании известной зависимости между ними. Косвенным измерением является, например, определение плотности ρ вещества путем прямых измерений объема V и массы m тела.

Конкретные реализации одной и той же ФВ называются однородными величинами. Например, расстояние между зрачками ваших глаз и высота Останкинской башни есть конкретные реализации одной и той же ФВ – длины и поэтому они являются однородными величинами. Масса сотового телефона и масса атомного ледокола также однородные физические величины.

Однородные ФВ отличаются друг от друга размером. Размер ФВ – это количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию «физическая величина». Размеры однородных физических величин различных объектов можно сравнивать между собой.

Подчеркнем существенное отличие физических величин от единиц их измерения . Если измеренное значение ФВ отвечает на вопрос «сколько?», то единица измерения отвечает на вопрос «чего?». Некоторые единицы измерения удается воспроизвести в виде каких-то тел или образцов (гири, линейки и т.п.). Такие образцы называются мерами . Меры, выполненные с наивысшей достижимой в настоящее время точностью, называются эталонами .

Значением физической величины является оценка физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Основными единицами измерения называют произвольные единицы измерения для немногих величин (независимых друг от друга), с которыми все остальные находятся в определенной связи. Следует различать истинное и действительное значения физической величины.

Истинное значение ФВ – это идеальное значение ФВ, существующее объективно независимо от человека и методов его измерения. Однако истинное значение ФВ нам, как правило, неизвестно. И узнать его можно лишь приблизительно с определенной точностью путем измерения.

Действительное значение ФВ – есть значение, найденное экспериментальным путем – измерением. Степень приближения действительного значения ФВ к истинному зависит от совершенства применяемых технических средств измерения.

Измерения ФВ основываются на различных физических явлениях. Например, для измерения температуры используется тепловое расширение тел, для измерения массы тел взвешиванием – явление тяготения и т.д. Совокупность физических явлений, на которых основаны измерения, называют принципом измерения .

К средствам измерения относятся меры, измерительные приборы и др.

Измерительный прибор – это средство измерения, предназначенное для формирования сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия человеком. К измерительным приборам относятся амперметр, динамометр, линейка, весы, манометр и др.

Кроме основных физических величин в физике существуют производные физические величины, которые можно выразить через основные. Для этого необходимо ввести два понятия: размерность производной величины и определяющее уравнение. Производные единицы получаются из основных при помощи уравнений связи между соответствующими величинами.

Чувствительность измерительных приборов – Измерительные приборы характеризуются чувствительностью . Чувствительность измерительного прибора равна отношению линейного (Dl) или углового (Da) перемещения указателя сигнала по шкале прибора к вызвавшему его изменению DX измеряемой величины X. Чувствительность определяет минимальное измеряемое значение ФВ с помощью данного прибора.