загрузка...
 
Вимірювання
Повернутись до змісту

Вимірювання

Більшість наукових експериментів і спостережень передбачає проведення різноманітних вимірювань. Вимірювання ? це процес, що полягає у визначенні кількісних значень тих або інших властивостей, сторін об'єкта, що вивчається, явища за допомогою спеціальних технічних пристроїв.

Величезне значення вимірювань для науки відзначали багато провідних учених.

Наприклад, Д. І. Менделєєв підкреслював, що "наука починається з того часу, як починають вимірювати". А відомий англійський фізик В. Томсон (Кельвін) указував на те, що "кожна річ відома лише в тому ступені, в якому її можна зміряти".

Важливою стороною процесу вимірювання є методика його проведення. Вона є сукупністю прийомів, що використовують певні принципи і засоби вимірювань.

Під принципами вимірювань у даному випадку мають на увазі якісь явища, які покладені в основу вимірювань (наприклад, вимірювання температури з використанням термоелектричного ефекту).

Результат вимірювання виходить у вигляді деякого числа одиниць вимірювання.

Одиниця вимірювання ? це еталон, з яким порівнюється вимірювана сторона об'єкта або явища (еталону привласнюється числове значення "1"). Існує безліч одиниць вимірювання, відповідна безлічі об'єктів, явищ, їх властивостей, сторін, зв'язків, які доводиться вимірювати в процесі наукового пізнання. При цьому одиниці вимірювання підрозділяються на основні, взяті як базисні при побудові системи одиниць, і похідні, що виводяться з інших одиниць за допомогою якихось математичних співвідношень.

Методика побудови системи одиниць як сукупності основних та похідних була вперше запропонована в 1832 році К.Гаусом. Він побудував систему одиниць, в якій за основу були прийняті три довільні, незалежні одна від одної основні одиниці: довжини (міліметр), маси (мг) і часу (секунда). Всі інші (похідні) одиниці можна було визначити за допомогою цих трьох. Надалі з розвитком науки і техніки з'явилися й інші системи одиниць фізичних величин, побудованих за принципом, запропонованим Гаусом. Вони базувалися на метричній системі заходів, але відрізнялися один від одного основними одиницями.

Крім того, у фізиці з'явилися так звані природні системи одиниць. Їх основні одиниці визначалися із законів природи (це виключало свавілля людини при побудові зазначених систем). Прикладом може служити "природна" система фізичних одиниць, запропонована свого часу Максом Планком. В її основу було покладено "світові сталі": швидкість світла в порожнечі, стала тяжіння, стала Больцмана і стала Планка. Виходячи з них і прирівнявши їх до "1", Планк отримав ряд похідних одиниць (довжини, маси, часу і температури). Планк так писав з приводу одиниць запропонованої ним системи: "Ці величини зберігають своє природне значення, поки закони всесвітнього тяжіння і поширення світла в просторі і два основних начала термодинаміки залишаються незмінними, вони повинні виходити однаковими, якими б розумними істотами і будь-якими методами вони не визначалися ".

Основне значення подібних "природних" систем одиниць (до них належить також система атомних одиниць Хартрі й деякі інші) полягає в істотному спрощенні вигляду окремих рівнянь фізики. Проте розміри одиниць таких систем роблять їх малозручними для практики. Крім того, точність вимірювання основних одиниць подібних систем, необхідна для встановлення всіх похідних одиниць, ще далеко не достатня. Через зазначені причини запропоновані до цього часу "природні" системи одиниць не можуть на сьогодні знайти застосування при вирішенні питання про уніфікацію одиниць виміру.

Питання про забезпечення однаковості у вимірюванні величин, що відображають ті чи інші явища матеріального світу, завжди було дуже важливим. Відсутність такої однаковості породжувало істотні труднощі для наукового пізнання. Наприклад, до 1880 року включно не існувало єдності у вимірюванні електричних величин: використовувалося 15 різних одиниць електричного опору, 8 одиниць електрорушійної сили, 5 одиниць електричного струму і т. д. Це дуже ускладнювало порівняння результатів вимірювань і розрахунків, виконаних різними дослідниками. Гостро відчувалася необхідність введення єдиної системи електричних одиниць. Така система була прийнята першим міжнародним конгресом з електрики, що відбувся в 1881 році. На сьогодні в природознавстві діє переважно Міжнародна система одиниць (СІ), прийнята в 1960 р. XI Генеральною конференцією з міри і ваги.

Міжнародна система одиниць побудована на базі семи основних (метр, кілограм, секунда, ампер, кельвін, кандела, моль) і двох додаткових (радіан, стерадіан) одиниць.

За допомогою спеціальної таблиці множників і префіксів можна утворювати кратні й часткові одиниці (наприклад, за допомогою множника 10-3 і префікса "мілі" до найменування будь-якою з названих вище одиниць вимірювання можна утворювати часткову одиницю розміром в одну тисячну від початкової).

Існує декілька видів вимірювань.

Виходячи з характеру залежності вимірюваної величини від часу, вимірювання розділяють на статичні і динамічні.

При статичних вимірюваннях величина, яку ми вимірюємо, залишається сталою в часі (вимірювання розмірів тіл, постійного тиску і т. п.).

До динамічних належать такі вимірювання, в процесі яких вимірювана величина змінюється в часі (вимірювання вібрацій, пульсуючого тиску і т. п.).

За способом отримання результатів розрізняють вимірювання прямі і непрямі.

У прямих вимірюваннях шукане значення вимірюваної величини виходить шляхом безпосереднього порівняння її з еталоном або видається вимірювальним приладом.

При непрямому вимірюванні шукану величину визначають на основі відомої математичної залежності між цією величиною та іншими величинами, що отримуються шляхом прямих вимірювань (наприклад, знаходження питомого електричного опору провідника за його опором, довжиною і площею поперечного перерізу). Непрямі вимірювання широко використовуються в тих випадках, коли шукану величину неможливо або дуже складно зміряти безпосередньо або коли пряме вимірювання дає менш точний результат.



загрузка...