Фізика. 7 клас. Засєкіна

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 2. Фізичні величини та їх вимірювання

Ви дізнаєтесь

Що таке фізичні величини і як їх вимірюють
Що таке вимірювальні прилади

Пригадайте

Що і як вивчає фізика
Що таке фізичне тіло і фізичне явище

ФІЗИЧНІ ВЕЛИЧИНИ. Світ природних явищ дуже різноманітний, тому, щоб описати їх, потрібно виокремити спільні ознаки явища, або встановити його характерні риси, дати цим ознакам і рисам свої назви, навчитися їх вимірювати, порівнювати між собою, встановлювати між ними зв’язки. У фізиці характерні ознаки тіл, процесів, явищ називають фізичними величинами.

Фізична величина — кількісна характеристика певної властивості тіла чи явища.

Кожна фізична величина має назву, що найчастіше вказує на властивість, яку вона характеризує. Також фізична величина має визначення і позначається літерою латинського або грецького алфавіту. Ця літера входить у формули, які пов’язують дану фізичну величину з іншими величинами. Для кількісної характеристики вводять одиниці фізичної величини. Для більшості фізичних величин є прилади, якими їх можна виміряти.

Для прикладу опишемо відому вам фізичну величину довжину.

Довжина — це фізична величина, яка характеризує протяжність тіл, відстаней. Найчастіше її позначають малою латинською літерою І. Одиницею довжини є метр. Вимірюють довжину лінійкою.

ВИМІРЮВАННЯ. ЗАСОБИ ВИМІРЮВАННЯ. Фізичну величину завжди можна виміряти.

Виміряти яку-небудь величину — означає порівняти її з однорідною величиною, яку взято за одиницю цієї величини.

Так, наприклад, виміряти довжину стола — значить порівняти її з іншою довжиною, яку взято за одиницю довжини, наприклад з метром. Унаслідок вимірювання величини встановлюють її числове значення, виражене в певних одиницях.

Для кожної фізичної величини обрано свою одиницю. Для вимірювання площі, наприклад, узято одиницю площі (1 м²), для вимірювання часу — одиницю часу (1 с), для вимірювання об’єму — одиницю об’єму (1 м³).

У фізиці використовують дуже багато різноманітних засобів вимірювання: мір і вимірювальних приладів. Одні вам знайомі з курсу математики та природознавства (мал. 6), з іншими ви ознайомитесь у подальшому.

Мал. 6: а — лінійка; б — вимірювальний циліндр, мензурка; в — секундоміри: електронний та механічний; г — термометри

Кожен засіб має частини, що сприймають фізичну величину, яка вимірюється, і частини, що перетворюють це сприйняття в покази (цифрові значення, встановлення покажчика біля деякої позначки шкали приладу тощо).

Засіб вимірювання, який може тільки відтворювати одне або кілька значень величини, називають мірою. Наприклад, лінійка відтворює кілька розмірів довжини — це міра довжини; мензурка відтворює кілька розмірів об’єму рідини чи сипучої речовини — це міра об’єму.

Здебільшого у фізиці вимірюють такі властивості, які зумовлюють певну дію, що призводить до переміщення покажчика приладу. Наприклад, підвищення температури повітря в кімнаті приводить до розширення рідини (ртуті або спирту) в капілярі термометра і підняття стовпчика рідини в ньому. Такі засоби вимірювання називають вимірювальними приладами.

Одну й ту саму величину можна визначити різними способами і приладами. Наприклад, масу тіла можна виміряти на пружинних вагах, на важільних терезах, порівнюючи її з масою важків, а також на електронних вагах (мал. 7).

Мал. 7. Прилади для вимірювання маси: а — пружинні настільні ваги; б — шкільні важільні терези; в — електронні ваги

Значення фізичної величини можна знайти безпосередньо за допомогою вимірювального приладу (такі вимірювання називають прямими), або розрахувати на підставі формули, що вказує на залежність між шуканою величиною та іншими величинами, які можна виміряти безпосередньо. Такі вимірювання називають непрямими (опосередкованими).

Значення вимірюваної величини, як видно з малюнків 6 і 7, можна прочитати одразу в числовій формі на екрані цифрового приладу, або визначити за допомогою шкали і вказівника. Шкала найчастіше складається із послідовності «великих» позначок (рисок, або штрихів, точок тощо), між якими розташовані коротші «малі» позначки. Великі позначки зазвичай «відцифровані», тобто біля них проставлено числа, що відповідають значенню вимірюваної величини в певних одиницях. Вказівником найчастіше буває стрілка, але ним може бути, наприклад, рівень рідини в мірному посуді, стовпчик рідини в термометрі, світловий «зайчик», а інколи — краї предмета, коли до нього прикладають лінійку, вимірюючи розміри.

Засоби вимірювання мають свої характеристики. Найголовніші з них — межі вимірювання і ціна поділки шкали. Межі вимірювання визначаються найменшим і найбільшим значеннями вимірюваної даним приладом величини. Поділка шкали — це проміжок між сусідніми позначками (мал. 8).

Мал. 8. Шкала термометра

Щоб визначити ціну поділки шкали, потрібно різницю між значеннями, що відповідають сусіднім відцифрованим позначкам, поділити на кількість поділок між цими позначками.

Приклад. На шкільній лінійці (мал. 9) виберемо позначки 4 см і 5 см. Відстань між позначками — 10 поділок. Відповідно ціна кожної поділки дорівнює:

Мал. 9. Шкала шкільної лінійки

Ціна поділки засобів вимірювання може бути різною. Так, лінійка може бути проградуйована в міліметрах або сантиметрах (мал. 10).

Мал. 10. Лінійки з різною ціною поділки шкали: а — 1 мм; б — 0,5 см

ПОХИБКИ Й ОЦІНЮВАННЯ ТОЧНОСТІ ВИМІРЮВАНЬ. Розгляньте уважно малюнок 10. Вимірювання якою лінійкою дають більш точні результати? Значення ширини марки, отримане першою лінійкою — 2,1 см (мал. 10, а), значення ширини тієї ж марки, виміряне другою лінійкою — 2 см (мал. 10, б).

Отже, лінійка зі шкалою, що має меншу ціну поділки, дає змогу отримати результат, більш наближений до реального.

Недосконалість засобів вимірювання і методів вимірювання, а також людських органів чуття, вплив середовища вносять певну неточність (похибку) у процес вимірювання. Навіть у тому разі, коли вам здається, що довжина предмета, виміряна лінійкою, точно співпадає з позначкою на шкалі, похибка вимірювання все ж існує.

Надалі ви навчитеся визначати різні види похибок і науково оформлювати результати вимірювань. Поки що ви будете під час вимірювань враховувати лише одну похибку вимірювання, її позначають великою грецькою літерою Δ (дельта). Це найбільша похибка вимірювання, яка дорівнює половині ціни поділки шкали вимірювального приладу.

Щоб правильно зробити відлік показів приладу, треба дотримуватися таких правил.

• На шкалу приладу треба дивитись у напрямі, перпендикулярному до неї, інакше покази можуть бути спотвореними.

• Важливо, щоб під час вимірювання нульова позначка шкали збігалась із початком відліку.

• Засоби вимірювання треба добирати таким чином, щоб під час вимірювань їх покази були в середній частині шкали.

• Під час зняття показів приладу треба обов’язково враховувати ціну поділки його шкали. Результат вимірювання не може бути точнішим за значення ціни поділки.

• Якщо стрілка приладу розміщена між поділками, то результат треба округлити у бік ближчої поділки, а якщо посередині — то до більшого значення.

• Значення виміряної величини А з урахуванням похибки вимірювання записують так: А = а ± Δа, де А вимірювана величина; а — результат вимірювання; Δа — похибка вимірювання. Це означає, що дійсне значення виміряної величини лежить десь поміж значеннями

а - Δа та а + Δа (мал. 11).

Мал. 11

Інколи, щоб отримати більш точний результат, виконують вимірювання декілька разів. У результаті кожного вимірювання отримують значення, які можуть дещо відрізнятись одне від одного. Потім результати всіх вимірювань сумують, а отриману суму ділять на кількість проведених вимірювань. Отримують середнє значення вимірюваної величини.

МІЖНАРОДНА СИСТЕМА ОДИНИЦЬ ФІЗИЧНИХ ВЕЛИЧИН. Для зручності всі країни світу прагнуть користуватись однаковими одиницями фізичних величин.

Тому в 1960 р. було прийнято Міжнародну систему одиниць, скорочено — СІ (система інтернаціональна). До неї входить сім основних одиниць — еталонів, на основі яких визначаються всі інші одиниці.

До основних одиниць СІ належать:

Довжина — 1 м (метр)
Час — 1 с (секунда)
Маса — 1 кг (кілограм)
Сила світла — 1 кд (кандела)
Сила струму — 1 А (ампер)
Кількість речовини — 1 моль
Температура — 1 К (кельвін)

ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ

Фізична величина — кількісна характеристика певної властивості тіла чи явища.

Виміряти яку-небудь величину — означає порівняти її з однорідною величиною, яку взято за одиницю цієї величини.

У Міжнародну систему одиниць СІ входить сім основних одиниць — еталонів, на основі яких визначаються всі інші одиниці.

Кількісно фізичні величини визначають вимірюванням за допомогою мір та вимірювальних приладів.

ФІЗИКА НАВКОЛО НАС

Одиниці довжини та маси, які застосовуються в англомовних країнах:

Довжина / Length

Дюйм — Inch, 1 дюйм — 2,54 см

Фут, фути — Foot, feet, 1 фут — 30,48 см

Ярд — Yard, 1 ярд — 91,44 см

Миля — Mile, 1 миля — 1,609 км,

1 морськая миля — 1,852 км

Маса / Weight (Mass)

Унція — Once, 1 унція — 28,35 г

Фунт — Pound, 1 фунт — 0,454 кг

ОДИНИЦІ, ВЖИВАНІ У ВЕЛИКОБРИТАНІЇ (ВБ) ТА США, ВИРАЖЕНІ В ОДИНИЦЯХ СІ

Одиниця	В одиницях СІ	Одиниця	В одиницях СІ
Одиниці довжини		Одиниці ємності
Миля	≈ 1,609 км	Барель нефтяний (США)	≈ 159 л
Морська миля	1,852 км	Галон (ВБ)	≈ 4.5 л
Кабельтов	185,2 м	Пінта (ВБ)	≈ 0,5683 л
Ярд	91,44 см	Одиниці маси
Фут	30,48 см	Фунт (торговельний)	≈ 453,6 г
Дюйм	25,4 мм	Унція	≈ 28,35 г
Велика лінія	2,54 мм	Драхма (ВБ)	≈ 1,77 г
Мала лінія	≈ 2,12 мм	Гран	≈ 64,8 мг

ЗАВДАННЯ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ

Дайте відповідь на запитання

1. Назвіть відомі вам фізичні величини та одиниці цих величин. Якими приладами їх вимірюють?
2. Що таке ціна поділки шкали приладу? Як її визначають?
3. Чому виникають похибки вимірювань? Як записують результати з урахуванням похибки?
4. Чому виникла потреба введення міжнародної системи одиниць? Які величини вважають основними? Назвіть їх.

Поясніть