ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Виды физических величин из "Основы метрологии Издание 3 " Понятие о физической величине — одно из наиболее общих в физике и метрологии. Согласно ГОСТ 16263—70 Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Термины и определения , под физической величиной понимается свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам (физическим системам, их состояниям и происходящим в них процессам), но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта . Так, все тела обладают массой и температурой, но для каждого из них эти параметры различны. То же самое можно сказать и о других величинах — электрическом токе, вязкости жидкостей или потоке излучения. [c.15] Для того, чтобы можно было установить различия в количественном содержании в каждом данном объекте свойства, отображаемого физической величиной, вводится понятие размера физической величины. [c.16] Между размерами каждой физической величины существуют отнощения, которые, как оказывается при их подробном изучении, имеют ту же логическую структуру, что и отношения между числовыми формами (целыми, рациональными или действительными числами, векторами, матрицами). Поэтому множество числовых форм с определенными отношениями между ними (типа больше , меньше , равенства , суммы и т. д.) может служить моделью физической величины, т. е. множества ее размеров с отношениями между ними. [c.16] Если соответствие между формальной моделью н самой физической величиной оказывается достаточно строгим и точным, то изучение физических величин и связей между ними можно свести к исследованию лишь их моделей. [c.16] Комплекс правил, в соответствии с которыми числовые формы приписываются размерам величин, определяется наличием тех или иных отношений на мноя естве их размеров. В связи с этим можно выделить три группы физических величин, измерение которых осуществляется по принципиально различным правилам. [c.16] К первой группе отнесем величины, на множестве размеров которых определены лишь отношения типа тверже — мягче , теплее—холоднее , одинаково твердые—одинаково теплые . В математике эти отношения получили названия отношений порядка и эквивалентности. Существование подобных отношений устанавливается теоретически, исходя из общефизических соображений, или экспериментально с помощью специальных технических устройств (средств измерений), либо наблюдателем. Так, мы без труда находим, что медь тверже резины, но для обнаружелня различия в твердости двух образцов твердости приходится прибегать к помощи измерительных приборов. [c.16] К величинам первой группы относится, например, твердость, определяемая как способность тела оказывать сопротивление проникновению в него другого тела, или температура, понимаемая просто как степень нагретости тела. [c.16] Вторая группа величин характеризуется тем, что отношения порядка и эквивалентности имеют место не только между их размерами, но и между различиями (разностями) в парах размеров. К этой группе относятся такие величины, как время, потенциал, энергия или температура, связанная, по определению, со шкалой ртутного термометра. Возможность сравнения разностей их размеров вытекает из самих определений этих величин. Так, разности температур считаются равными, если равны расстояния между соответствующими отметками на шкале ртутного термометра. Способ градуировки шкалы не имеет при этом никакого значения. Ясно, что проверить равенство разностей температуры, определенной просто как степень нагретости тел, не представляется возможным. [c.16] На множестве размеров величин третьей группы определены, кроме вышеперечисленных, еще и отношения, называемые операциями, подобные арифметическому сложению и вычитанию. Операция считается определенной, если ее результат (сумма или разность) снова является размером той же физической вел1 чины, и существует способ ее технической реализации. Орерация сложения определяет операцию умножения размеров величин на любое целое число п. Результат такого умножения есть просто сумма п размеров данной величины. К числу подобных величин относятся, например, длина, давление, масса или термодинамическая температура. [c.17] Сумма двух масс —это масса такого тела, которое уравновешивает на весах первые два, положенные на одну чашу, а разностью является масса тела, которое нужно положить на чашу весов, где помещено более легкое тело, чтобы привести весы в равновесие. Но такие величины, как электрический потенциал лли время, уже не относятся к этой группе, поскольку разность двух потенциалов уже не потенциал, а разность двух моментов времени не является снова моментом. [c.17] Нетрудно заметить, что к величинам третьей группы можно отнести и множество различий (разностей) в размерах величин второй группы, поскольку для них тоже могут быть найдены операции, подобные сложению. Поскольку все арифметические операции сводятся, по существу, к сложению, то эти величины оказываются наи-более удобными для применения в физике. Поэтому часто только Ч такие величины и относятся к числу физических. [c.17] Интересно отметить, что определения многих физических вели- чин не являются неизменными, а постоянно уточняются. Уточнение пределений происходит в направлении, позволяющем вскрыть все ц большее число отношений на множестве их размеров и ввести их,, аким образом, в число величин третьей или хотя бы второй груп- Ч1Ы, что позволяет значительно упростить аналитическпе выражения физических законов. [c.17] Не случайно температура была упомянута среди величин всех трех групп. Вначале ее определяли интуитивно как степень нагретости тела. Определенная таким образом температура могла входить в законы физики только в неявном виде. Уравнение состояния идеальных газов могло бы при этом иметь только следующий вид рУ— ), где /(0)—никоим образом не определенная функция температуры. [c.17] Определение, связавшее температуру с ртутной шкалой, позволило перевести ее во вторую группу величин. Благодаря этому температура вошла в некоторое, правда, еще очень ограниченное число уравнений физики. И только определение, которое дал Кельвин, и определение, основанное на явлении теплового расширения идеальных газов, а также данное тем же Кельвином доказательство идентичности этих двух определений, позволили перевести температуру в разряд величин третьей группы и сделать ее равноправной физической величиной. [c.17] Вернуться к основной статье