§ 4. Фізичні величини. Вимірювання фізичних величин

Як ви вважаєте, наскільки часто люди виконують вимірювання? Наскільки важливо вміти це робити правильно? Яких наслідків слід очікувати, якщо результати вимірювань будуть хибними? Щоб допомогти вам відповісти на ці запитання, нагадаємо кілька приладів, якими ви та ваша родина користуєтесь майже щоденно: годинник, ваги, термометр, спідометр, манометр. Сподіваємось, що ви переконалися в необхідності ретельно опрацювати цей параграф!

1. Визначаємо поняття «фізична величина»

Люди здавна для опису яких-небудь явищ або властивостей тіл використовують їхні характеристики. Наприклад, коли ми говоримо, що тенісна кулька менша за повітряну кулю, то маємо на увазі, що об’єм тенісної кульки менший від об’єму повітряної кулі. Об’єм — приклад фізичної величини. Ця величина характеризує загальну властивість тіл займати певну частину простору (рис. 4.1, а). Зрозуміло, що об’єми тіл можуть суттєво різнитися. Ще одним прикладом фізичної величини може слугувати вже відоме вам поняття швидкість руху, яке характеризує рух тіл (рис. 4.1, б).

Фізична величина — це кількісно виражена характеристика тіла або фізичного явища.

Зрозуміло, що об’єм і швидкість руху — це далеко не всі фізичні величини, якими оперує фізика. Навіть у повсякденному житті ми маємо справу з великою кількістю фізичних величин: довжина, площа, об’єм, маса, час, шлях, температура.

Яку фізичну величину вимірює людина в разі застуди?

Для зручності кожну фізичну величину позначають певним символом (буквою латинського або грецького алфавіту). Наприклад, об’єм позначають символом V, час — символом t, швидкість руху — символом v.

2. Дізнаємося про Міжнародну систему одиниць

У романі Жуля Верна «П’ятнадцятирічний капітан» є такий епізод: «Пройшовши кроків триста берегом річки, маленький загін ступив під склепіння дрімучого лісу, звивистими стежками якого їм треба було мандрувати. ».

Проаналізуємо цей уривок і з’ясуємо, яку фізичну величину мав на увазі автор, чому дорівнює числове значення цієї величини та в яких одиницях була виміряна величина. Неважко встановити, що йдеться про фізичну величину шлях, числове значення якої становить триста, а одиницею шляху слугує один крок.

Рис. 4.1. Для характеристики властивості тіл займати ту чи іншу частину простору використовують фізичну величину об’єм (а); для характеристики руху тіл — швидкість руху (б)

Очевидно, що вибір кроку за одиницю шляху не може бути вдалим, адже довжина кроку в усіх є різною (рис. 4.2). Таким чином, зрозуміло, чому люди здавна почали домовлятися про те, щоб вимірювати одну й ту саму фізичну величину однаковими одиницями.

Зараз у більшості країн світу діє запроваджена в 1960 р. Міжнародна система одиниць, яку називають Система Інтернаціональна (CI) (рис. 4.3).

У CI одиницею довжини є метр (м), одиницею часу — секунда (с), об’єм вимірюється в метрах кубічних (м 3 ), швидкість руху — у метрах за секунду (м/с). Про інші одиниці CI ви дізнаєтеся пізніше.

Записуючи значення фізичної величини, треба навести символ, яким вона позначається, числове значення фізичної величини та її одиницю. Наприклад, запис v = 5 м/с означає, що швидкість руху якогось тіла становить 5 метрів за секунду.

3. З’ясовуємо, чим кратні одиниці відрізняються від частинних

Для зручного запису великих і малих значень фізичних величин використовують кратні та частинні одиниці.

Кратні одиниці — це одиниці, які більші за основні одиниці в 10, 100, 1000 і більше разів.

Частинні одиниці — це одиниці, які менші від основних одиниць у 10, 100, 1000 і більше разів.

Назви кратних і частинних одиниць містять спеціальні префікси. Наприклад, кілометр (1000 м) — кратна одиниця довжини; сантиметр (0,01 м) — частинна одиниця довжини.

У таблиці, поданій на с. 27, наведено найуживаніші префікси.

Рис. 4.2. Якщо бабуся й онук вимірюватимуть відстань у кроках, то, зрозуміло, вони отримають різні результати

Рис. 4.3. Основні одиниці Міжнародної системи одиниць (CI)

Префікси для утворення назв кратних і частинних одиниць

Префікс

Значення в перекладі з грецької або латинської мови

Символ

Множник

Як порахувати кубічні метри

Кубічні метри (м3) є стандартною системною одиницею виміру обсягу. Тому результати багатьох вимірів і розрахунків часто потрібно представити в кубометрах. Якщо вхідна інформація задана у родинних позасистемних одиницях виміру (літри, кубічні сантиметри тощо), то порахувати кубічні метри не складно. Однак, якщо відомі інші фізичні величини (маса, площа, довжина), то знадобиться додаткова інформація.

Вам знадобиться

Інструкція

1. Щоб порахувати кількість кубічних метрів, вміщених в обсязі, заданому в інших одиницях вимірювання, помножте це число на відповідний коефіцієнт. Так, наприклад, якщо заданий обсяг у літрах, то для переведення в кубометри помножте кількість літрів на 0,001, тобто скористайтесь формулою: Км3 = Кл * 0,001, де Км3 – кількість метрів кубічних, Кл – кількість літрів.

2. Аналогічною формулою можна скористатися, якщо вихідний обсяг задано в кубічних дециметрах (дм3). Км3 = Кдм3 * 0,001, де Кдм3 – кількість кубічних дециметрів.

3. Якщо вихідний обсяг задано в сантиметрах (см3) або міліметрах кубічних (мм3), то для підрахунку метрів кубічних використовуйте наступні формули:Км3 = Ксм3 * 0,000001 Км3 = Кмм3 * 0,000000001,де Ксм3 і Кмм3 – кількість кубічних сантиметрів і міліметрів відповідно.

4. Якщо відома маса, то для підрахунку кубічних метрів (обсягу) уточніть щільність речовини. Її можна знайти у відповідних таблицях щільності речовин або виміряти самостійно. Щоб порахувати кількість кубометрів, розділіть масу тіла (в кілограмах) на його щільність (кг/м3). Тобто скористайтеся наступною формулою:Км3 = М/П,де, М – маса тіла (в кг), П – щільність (кг/м3).

5. Якщо предмет представляє собою просту об’ємну фігуру і відомі деякі його параметри, то для обчислення обсягу скористайтеся відповідними геометричними формулами. Так, наприклад, якщо тіло являє собою прямокутний параллепіпед, то його об’єм можна розрахувати за наступною формулою: Км3 = Д * Ш * В,де: Д, Ш і В – довжина, ширина і висота (товщина) паралелепіпеда, відповідно. Одиниці вимірювання довжини, ширини і висоти повинні бути задані в метрах (лінійних).

6. Приклад.
Кімната має висоту стелі – 2,5 м, довжину – 10 метрів і завширшки 8 метрів. Потрібно визначити обсяг (кількість кубічних метрів) кімнати. Рішення: Км3 = 2,5 * 10 * 8 = 200 кубічних метрів.