ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Прямые и косвенные измерения из "Единицы физических величин и их размерности Изд.3 " В науке, технике и обыденной жизни мы имеем дело с разнообразными свойствами окружающих нас тел. Эти свойства отражают процессы взаимодействия тел между собой и их воздействие на наши органы чувств. Для описания свойств вводятся физические величины, каждая из которых является качественно общей для многих объектов (физических тел, их состояний, процессов, в которых они участвуют), но в количественном отношении различной для разных объектов. Для того чтобы дать меру физической величине, мы устанавливаем ее единицу. Единица определенной физической величины представляет собой значение данной величины, которое по определению считается равным 1. Операция, с помощью которой мы узнаем числовое значение той или иной величины для определенного объекта, представляет собой измерение этой величины. [c.11] Повседневно нам приходится иметь дело со всевозможными измерениями. Измерения таких величин, как длина, площадь, объем, время, масса, известны человеку с незапамятных времен и встречаются на каждом шагу. Без них невозможны были бы торговля, строительство зданий, раздел земли и т.п. [c.11] Нередко результат измерений, произведенных в том или ином научном опыте, давал решающий ответ на принципиальный вопрос, поставленный наукой, позволял сделать выбор между двумя теориями, а подчас даже приводил к возникновению новой теории или даже новой отрасли науки. Так, измерение скорости распространения света в различных средах способствовало утверждению волновой теории света. Измерение отклонения катодных лучей в магнитном и электрическом полях привело к открытию электрона измерение распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела послужило причиной зарождения теории квантов. [c.12] Немаловажную роль играет точность измерения. Казалось бы, ничтожные отклонения атомных масс от целых чисел (по атомной шкале) определяют энергетический баланс ядерных реакций. Яркая иллюстрация важности точности измерений получена в последние годы. С помощью открытого в 1962 г. так называемого эффекта Джозефсона ) были с весьма большой точностью измерены некоторые атомные постоянные, что позволило разрешить противорсадя, существовавшие на протяжении долгого времени в квантовой электродинамике. [c.12] Особенно возросла роль измерений в связи с развитием автоматического управления, так как автоматические системы и счетно-решающие устройства должны получать в качестве исходных данных информацию о различных величинах, определяющих ход регулируемого процесса температуре, давлении газа, скорости потока жидкости и т.д. При этом результат измерения не обязательно выдается в виде числа, а преобразуется в команду, управляющую рабочими механизмами. [c.13] Огромное разнообразие явлений, с которыми приходится встречаться в технике и научном исследовании, делает соответственно весьма широким и круг величин, подлежащих измерению. Напряжение в электрической сети, вязкость смазочного масла, упругость стали, показатель преломления стекла, мощность двигателя, сила света лампы, длина электромагнитной волны радиостанции — вот лишь некоторые из бесчисленного множества величин, подвергающихся измерению в науке и технике. [c.13] Измерить какую-либо величину — это значит найти опытным путем отношение данной величины к соответствующей единице измерения. Это отношение и является мерой интересующей нас величины. [c.14] Так как само понятие больше — меньше применимо лишь к однородным величинам, очевидно, что и сравнивать можно только однородные величины. Можно сравнивать высоту здания с расстоянием между городами, силу натяжения пружины с весом гири, но бессмысленно ставить вопрос о том, превышает ли скорость поезда длину карандаша или объем стакана — массу чернильницы. Столь же нелепо, разумеется, пытаться измерить скорость единицей массы или площадь — единицей силы. [c.14] Для того чтобы измерение имело однозначный характер, необходимо, чтобы отношение двух однородных величин не зависело от того, какой единицей измерены эти величины. Подавляющее большинство физических величин удовлетворяет этому условию, которое обычно называют условием абсолютного значения относительного количества. Это условие может быть соблюдено при наличии по крайней мере принципиальной возможности такого количественного сравнения двух однородных величин, в результате которого получается число, выражающее отношение этих величин. [c.14] Вопрос о том, как определить единицу измеряемой величины, вообще говоря, может быть решен произвольно. И действительно, история материальной культуры знает громадное число разнообразных единиц, в особенности для измерения длины, площади, объема и массы. Это разнообразие единиц сохранилось в некоторой степени и до настоящего времени. [c.15] Несмотря на явные преимущества и удобства метрической системы наряду с ней в ряде стран применялись и применяются свои, местные единицы, а в Великобритании, США и некоторых других странах до недавнего времени метрическая система не являлась государственной и использовалась, и то не всегда, лишь в научных работах. В настоящее время большинство этих стран постепенно переходят на метрическую систему. [c.16] В соответствии со сказанным все измерения делят на прямые и косвенные. Обычно при этом к прямым относят такие, при которых числовое значение измеряемой величины получается в результате одного наблюдения или отсчета (например, по шкале измерительного прибора). Однако, по существу, в большинстве таких случаев в скрытом виде имеет место также не прямое измерение, а косвенное. Действительно, различные измерительные приборы (вольтметры, амперметры, термометры, манометры и т.д.) дают показания в делениях шкалы, так что мы непосредственно измеряем лишь линейные или угловые отклонения стрелки, указывающие нам значение измеряемой величины через ряд промежуточных соотношений, связывающих отклонение стрелки с измеряемой величиной. Так, например, в магнитоэлектрическом амперметре магнитное поле, определяемое формой и размерами рамки и протекающим по ней током (который и подлежит измерению), взаимодействуя с полем магнита, создает вращающий момент последнему противодействует момент пружины, зависящий от ее механических свойств, и рамка поворачивается на угол, при котором оба момента уравновешиваются. Таким образом, измерение электрической величины — силы тока — через ряд промежуточных звеньев сводится к угловому или линейному измерению ). [c.18] Характерно при этом, что сведение измерения разнообразных величин к линейным и угловым измерениям имеет место в подавляющем большинстве измерительных приборов. Это не случайно, поскольку наиболее развитым из наших чувств является зрение, а следовательно, нам очень удобно и наглядно сравнивать величины, непосредственно воспринимаемые глазами. Такими, естественно, являются пространственные величины, в первую очередь длины и углы. Обычно там, где не требуется особо высокой точности, и за исключением очень малых и очень больших длин, линейные измерения производятся прямым сравнением измеряемой длины с той или иной мерой при этом определяется, сколько раз эта мера уложится в данной длине. Точно так же измерение угла может быть произведено наложением подходящей угловой меры. [c.19] Однако длины и углы отнюдь не являются единственными величинами, которые можно измерять непосредственно. Измерение площади может быть произведено наложением на измеряемую площадь соответствующим образом выбранной единицы площади, например в виде квадрата или треугольника. Для измерения объема хсидкости можно воспользоваться каким-либо сосудом, объем которого принят за единицу. Промежутки времени могут быть измерены прямым счетом числа периодов какого-либо периодически чередующегося процесса (например, качания маятника или смены дня и ночи). [c.19] Измерительные приборы, переводящие измеряемую величину в отклонение стрелки, можно до некоторой степени уподобить вычислительным машинам. Сходство это в последние годы особенно усилилось в связи со все более широким распространением цифровых измерительных приборов (в том числе часов), в которых значение измеряемой величины выдается непосредственно в виде числа. [c.20] Вернуться к основной статье