Виды физических величин и единиц

Физической величиной называют одно из свойств физического объекта (явления, процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, отличающееся при этом количественным значением.

Каждая физическая величина имеет качественную и количественную характеристики. Качественная характеристика определяется тем, какое свойство или какую

особенность материального мира эта величина характеризует. Так, свойство «прочность» в качественном отношении характеризует такие материалы, как сталь, дерево, ткань, стекло и даже некоторые виды сельскохозяйственной продукции: зерно, плоды и овощи (механическая прочность), льноволокно (прочность на разрыв). Количественное значение прочности для каждого вида продукции совершенно разное. Для выражения количественного содержания свойства конкретного объекта используют понятие «размер физической величины», который устанавливают в процессе измерения.

В зависимости от степени приближения к объективности различают истинное, действительное и измеренное значение физической величины.

Истинное значение физической величины - это значение, идеально отражающее в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Из-за несовершенства средств и методов измерений истинные значения величин практически получить нельзя. Их можно представить только теоретически. Значения величины, полученные при измерении, лишь в большей или меньшей степени приближаются к истинному.

Действительное значение физической величины - это значение, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному, что для данной цели может быть использовано вместо него.

Измеренное значение физической величины - это значение, полученное при измерении с применением конкретных методов и средств измерений.

При планировании измерений следует стремиться к тому, чтобы номенклатура измеряемых величин соответствовала требованиям измерительной задачи (например, при контроле такие величины должны отражать соответствующие показатели качества продукции).

Единица физической величины - это физическая величина фиксированного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное 1. Разные единицы одной и той же величины отличаются друг от друга своим размером. Так, размер килограмма в 1000 раз больше размера грамма, размер минуты в 60 раз больше размера секунды. Единицу физической величины можно выбрать произвольно, то есть независимо от других единиц: единица длины - метр, единица массы - килограмм, единица температуры - градус и т.д.

Для большинства величин единицы получают по формулам, выражающим зависимость между физическими величинами. В этом случае единицы величин будут выражаться через единицы других величин. Например, единица скорости - метр в секунду (м/с), единица плотности - килограмм на метр в кубе (кг/м3). Единицы, образованные с помощью формул, называют производными единицами.

Единицу можно получить также умножением или делением независимой или производной единицы на целое число, обычно на 10. Такие единицы называют кратными (например, 1 км - 103 м, 1 кВт - 103 Вт) или дольными (например, 1 мм - КГ3 м).

Единицы физических величин объединяют в системы по определенным принципам, то есть произвольно устанавливают единицы для некоторых величин, называемых основными единицами, и через них по формулам получают все производные единицы для данной области измерений.

Совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин, и образованная в соответствии с принятыми принципами, составляет систему единиц физических величин.

В связи с многообразием систем единиц для различных областей измерений появились трудности в научной и экономической деятельности людей как в отдельных странах, так и в международном масштабе. Поэтому возникла необходимость иметь единую систему, которая бы включала в себя единицы величин для всех разделов физики. В 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам Международной организации мер и весов (МОМВ) была принята Международная система единиц (S1), состоящая из семи основных единиц, двух дополнительных и необходимого числа производных.

К основным относятся единицы: длины - метр (м), массы -- килограмм (кг), времени - секунда (с), силы электрического тока - ампер (А), термодинамической температуры - кельвин (К), силы света - кандела (кд), количества вещества - моль (моль).

С помощью трех первых единиц (метр, килограмм, секунда) можно образовать производные единицы для измерения механических и акустических величин. При добавлении к ним четвертой (кельвина) можно образовать производные единицы для измерений тепловых величин. Моль используют для образования единиц в области физико-химических измерений. Дополнительными в Международной системе являются единица плоского угла - радиан (рад) и единица телесного угла - стерадиан (ср). Их используют для образования производных единиц, связанных с угловыми величинами (например, угловая скорость, световой поток и др.).

В нашей стране Международная система единиц действует с 1 января 1963 г. В настоящее время применение единиц физических величин в России узаконено Конституцией РФ и Законом РФ «Об обеспечении единства измерений». В практической деятельности следует руководствоваться единицами физических величин, регламентированных ГОСТ 8.417-2002 «Единицы величин». В этом стандарте наряду с единицами Международной системы единиц (основные, дополнительные, производные) приведены и другие допущенные к применению единицы, а также правила написания и обозначения единиц, которые следует использовать при оформлении требований к измерительной информации.

Обозначения единиц применяют только с числовыми значениями. В тексте следует записывать полное название единицы (например, измерение длины в метрах), а измеренную длину так: 25 м. Между числовым значением и обозначением необходим пробел. При указании значений величин с предельными отклонениями обозначения единиц надо приводить после каждого значения (20 кг J; 1 кг) или же заключить числовые значения в скобки, а обозначения единиц ставить после них, например: (5±1) г. При перечислении нескольких измеряемых значений обозначение единиц ставят после последней цифры: 4, 6, 8 мм. Более полный перечень правил написания и обозначения единиц дан в стандарте.