Fizika kao znanost koja proučava prirodne pojave, koristi standardnu metodologiju istraživanja. Glavne faze se mogu nazvati: promatranje, postavljanje hipoteze, provođenje eksperimenta, potkrijepljenje teorije. Tijekom promatranja utvrđuju se osebujne značajke pojave, tijek njezina tijeka, mogući uzroci i posljedice. Hipoteza vam omogućuje da objasnite tijek fenomena, utvrdite njegove obrasce. Eksperiment potvrđuje (ili ne potvrđuje) valjanost hipoteze. Omogućuje postavljanje kvantitativnog omjera vrijednosti tijekom eksperimenta, što dovodi do točne uspostave ovisnosti. Hipoteza potvrđena tijekom eksperimenta čini osnovu znanstvene teorije.
Nijedna teorija ne može tvrditi da je istinita ako nije dobila punu i bezuvjetnu potvrdu tijekom eksperimenta. Provođenje potonjeg povezano je s mjerenjem fizikalnih veličina koje karakteriziraju proces. Fizička veličina je osnova mjerenja.
Što je ovo
Mjerenje se odnosi na one veličine koje potvrđuju valjanost hipoteze o pravilnostima. Fizička veličina je znanstvena karakteristika fizičketijelo, čiji je kvalitativni omjer zajednički mnogim sličnim tijelima. Za svako tijelo takva je kvantitativna karakteristika čisto individualna.
Ako se okrenemo posebnoj literaturi, onda u priručniku M. Yudina i dr. (izdanje 1989.) čitamo da je fizička veličina: „karakteristika jednog od svojstava fizičkog objekta (fizički sustav, fenomen ili kvalitativno za mnoge fizičke objekte, ali kvantitativno individualno za svaki objekt.”
Ozhegovov rječnik (izdanje 1990.) navodi da je fizička veličina "veličina, volumen, duljina predmeta".
Na primjer, duljina je fizička veličina. Mehanika tumači duljinu kao prijeđenu udaljenost, elektrodinamika koristi duljinu žice, u termodinamici slična vrijednost određuje debljinu stijenki posuda. Bit koncepta se ne mijenja: jedinice za količine mogu biti iste, ali vrijednost može biti drugačija.
Odlika fizičke veličine, recimo, od matematičke, je prisutnost mjerne jedinice. Metar, stopa, aršin su primjeri jedinica dužine.
Jedinice mjere
Za mjerenje fizičke veličine, treba je usporediti s vrijednošću koja se uzima kao jedinica. Sjetite se prekrasnog crtića "Četrdeset osam papiga". Da bi odredili duljinu boa constrictora, junaci su mjerili njezinu duljinu ili u papigama, ili slonovima, ili majmunima. U ovom slučaju, duljina boa constrictor uspoređena je s visinom drugih crtanih likova. Rezultat je kvantitativno ovisio o standardu.
Jedinica fizičke veličine je mjera njezina mjerenja u određenom sustavu jedinica. Zabuna u ovim mjerama nastaje ne samo zbog nesavršenosti, heterogenosti mjera, već ponekad i zbog relativnosti jedinica.
Ruska mjera za duljinu - aršin - udaljenost između kažiprsta i palca. Međutim, ruke svih ljudi su različite, a aršin mjeren rukom odraslog muškarca razlikuje se od aršina na ruci djeteta ili žene. Isti nesklad između mjera duljine odnosi se na fathom (razmak između vrhova prstiju raširenih ruku) i lakat (udaljenost od srednjeg prsta do lakta šake).
Zanimljivo je da su kao činovnike u radnje uzimali muškarce malog rasta. Lukavi trgovci spasili su tkaninu koristeći nekoliko manjih mjera: aršin, lakat, hvat.
Mjerni sustavi
Takve razne mjere postojale su ne samo u Rusiji, već iu drugim zemljama. Uvođenje mjernih jedinica često je bilo proizvoljno, ponekad su te jedinice uvedene samo zbog praktičnosti njihovog mjerenja. Na primjer, za mjerenje atmosferskog tlaka uneseno je mm Hg. Poznati Torricellijev eksperiment, u kojem je korištena cijev ispunjena živom, omogućila je uvođenje tako neobične vrijednosti.
Snaga motora uspoređena je s konjskim snagama (što se prakticira u naše vrijeme).
Različite fizičke veličine koje mjere fizičke veličine ne samo da su otežavale i nepouzdane, već su i komplicirale razvoj znanosti.
Jedinstveni sustav mjera
Ujedinjenisustav fizičkih veličina, prikladan i optimiziran u svakoj industrijaliziranoj zemlji, postao je hitna potreba. Kao osnova je usvojena ideja o odabiru što manjeg broja jedinica, uz pomoć kojih bi se druge veličine mogle izraziti u matematičkim odnosima. Takve osnovne veličine ne bi trebale biti povezane jedna s drugom, njihovo je značenje nedvosmisleno i jasno određeno u bilo kojem gospodarskom sustavu.
Ovaj problem je isproban u raznim zemljama. Stvaranje jedinstvenog sustava mjera (metrički, GHS, ISS i drugi) poduzimano je više puta, ali su ti sustavi bili nezgodni bilo sa znanstvenog stajališta, bilo u domaćoj, industrijskoj uporabi.
Problem postavljen na kraju 19. stoljeća riješen je tek 1958. godine. Jedinstveni sustav predstavljen je na sastanku Međunarodnog odbora za zakonsko mjeriteljstvo.
Jedinstveni sustav mjera
1960. obilježio je povijesni sastanak Generalne konferencije za utege i mjere. Odlukom ove počasne skupštine usvojen je jedinstveni sustav pod nazivom "Systeme internationale d'unites" (skraćeno SI). U ruskoj verziji ovaj se sustav naziva Međunarodni sustav (SI skraćenica).
Na temelju 7 osnovnih jedinica i 2 dodatne. Njihova brojčana vrijednost određena je kao standard
SI tablica fizičkih veličina
| Naziv glavne jedinice | Mjerna vrijednost | Oznaka | |
| međunarodna | ruski | ||
| Osnovne jedinice | |||
| kilogram | Misa | kg | kg |
| metar | Dužina | m | m |
| druga | Vrijeme | s | c |
| amps | Trenutno | A | A |
| kelvin | temperatura | K | K |
| mol | Količina tvari | mol | mol |
| candela | Snaga svjetlosti | cd | cd |
| Dodatne jedinice | |||
| radijan | Ravan kut | rad | sretan |
| steradian | Čvrsti kut | sr | cf |
Sam sustav ne može se sastojati od samo sedam jedinica, budući da raznolikost fizičkih procesa u prirodi zahtijeva uvođenje sve više i više novih veličina. Sama struktura omogućuje ne samo uvođenje novih jedinica, već i njihov odnos u obliku matematičkogomjeri (često se nazivaju dimenzionalnim formulama).
Jedinica fizičke veličine dobiva se množenjem, podizanjem na stepen i dijeljenjem osnovnih jedinica u formuli dimenzije. Odsutnost brojčanih koeficijenata u takvim jednadžbama čini sustav ne samo prikladnim u svim pogledima, već i koherentnim (dosljednim).
Izvedene jedinice
Mjerne jedinice, koje se tvore od sedam osnovnih, nazivaju se izvedenicama. Uz osnovne i izvedene jedinice, postalo je potrebno uvesti i dodatne (radijane i steradiane). Smatra se da je njihova dimenzija nula. Nedostatak mjernih instrumenata za njihovo određivanje onemogućuje njihovo mjerenje. Njihovo uvođenje posljedica je uporabe u teorijskim studijama. Na primjer, fizička veličina "sila" u ovom sustavu mjeri se u njutnima. Budući da je sila mjera međusobnog djelovanja tijela jedno na drugo, što je uzrok promjene brzine tijela određene mase, može se definirati kao umnožak jedinice mase po jedinici brzine podijeljen s jedinica vremena:
F=k٠M٠v/T, gdje je k faktor proporcionalnosti, M je jedinica mase, v je jedinica brzine, T je jedinica vremena.
SI daje sljedeću formulu dimenzije: H=kg٠m/s2, gdje se koriste tri jedinice. I kilogram, i metar, i drugi su klasificirani kao osnovni. Faktor proporcionalnosti je 1.
Moguće je uvesti bezdimenzijske veličine, koje se definiraju kao omjer homogenih veličina. To uključuje koeficijent trenja,kao što znate, jednak omjeru sile trenja i sile normalnog tlaka.
Tablica fizičkih veličina izvedenih iz osnovnih količina
| Naziv jedinice | Mjerna vrijednost | Dimenzionalna formula |
| Joule | energija | kg٠m2٠s-2 |
| Pascal | pritisak | kg٠ m-1 ٠s-2 |
| Tesla | magnetska indukcija | kg ٠A-1 ٠s-2 |
| Volt | električni napon | kg ٠m2 ٠s-3٠A-1 |
| Ohm | Električni otpor | kg ٠m2 ٠s-3٠A-2 |
| privjesak | električno punjenje | A٠ s |
| Watt | snaga | kg ٠m2 ٠s-3 |
| Farad | Električni kapacitet | m-2٠kg-1 ٠c4٠A2 |
| Joule u Kelvin | Kapacitet topline | kg ٠m2٠s-2 ٠K-1 |
| Becquerel | Aktivnostradioaktivni materijal | C-1 |
| Weber | Magnetski tok | m2 ٠kg ٠s-2٠A-1 |
| Henry | Induktivnost | m2 ٠kg ٠c-2 ٠A-2 |
| Hertz | Učestalost | c-1 |
| Siva | Apsorbirana doza | m2 ٠s-1 |
| Sievert | Ekvivalentna doza zračenja | m2 ٠s-2 |
| luksuz | Iluminacija | m-2 ٠cd ٠sr-2 |
| Lumeni | Svjetlosni tok | cd ٠av |
| Newton | Snaga, težina | m ٠kg ٠s-2 |
| Siemens | Električna vodljivost | m-2 ٠kg-1 ٠c3 ٠A2 |
| Farad | Električni kapacitet | m-2 ٠kg-1 ٠c4 ٠A2 |
Jedinice izvan sustava
Dopuštena je upotreba povijesno utvrđenih vrijednosti koje nisu uključene u SI ili se razlikuju samo po numeričkom koeficijentupri mjerenju veličina. To su nesistemske jedinice. Na primjer, mmHg, RTG i drugi.
Numerički koeficijenti se koriste za uvođenje podmnoženika i višekratnika. Prefiksi odgovaraju određenom broju. Primjer je centi-, kilo-, deka-, mega- i mnogi drugi.
1 kilometar=1000 metara, 1 centimetar=0,01 metar.
Tipologija vrijednosti
Pokušajmo naznačiti neke osnovne značajke koje vam omogućuju postavljanje vrste vrijednosti.
1. Smjer. Ako je djelovanje fizičke veličine izravno povezano sa smjerom, naziva se vektor, drugi - skalar.
2. Dostupnost dimenzija. Postojanje formule za fizikalne veličine omogućuje ih nazvati dimenzionalnim. Ako u formuli sve jedinice imaju nulti stupanj, tada se nazivaju bezdimenzionalnim. Ispravnije bi ih bilo nazvati veličinama s dimenzijom jednakom 1. Uostalom, koncept bezdimenzionalne veličine je nelogičan. Glavno svojstvo - dimenzija - nije poništeno!
3. Dodatak ako je moguće. Dodatna veličina čija se vrijednost može dodati, oduzeti, pomnožiti s faktorom itd. (na primjer, masa) fizička je veličina koja se može zbrajati.
4. u odnosu na fizički sustav. Opsežna - ako se njegova vrijednost može sastaviti od vrijednosti podsustava. Primjer je površina izmjerena u četvornim metrima. Intenzivna - veličina čija vrijednost ne ovisi o sustavu. To uključuje temperaturu.
