§3 Физическая величина. Международная система единиц (СИ)
ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА
Вокруг нас ежесекундно протекают сотни физических явлений. Например, заваривая себе кружку горячего чая, можно:
- Наблюдать кипение воды в чайнике и слышать звук, издаваемый при этом;
- Видеть пар, поднимающийся над кружкой с чаем;
- Ощущать тепло нагретой чаем кружки и многое-много другое…
Физическими явлениями можно назвать любые изменения и процессы, происходящее с телами, находящимися вокруг нас.
Все эти очень разные процессы объясняет физика, но в ней есть разделы, которые изучают явления одного типа.
Вот некоторые из разделов физики:
- Механика – изучение законов движения и взаимодействия тел.
- Оптика – изучение процессов, связанных с распространением света.
- Термодинамика – изучение процессов теплообмена и превращения энергии в нагретых телах.
- Электричество – изучение процессов, связанных с возникновением электрического тока.
- Атомная физика – изучение строения и свойств атомов.
В каждом разделе что-то «изучается». А что нужно, чтобы изучить какие-либо явления или описать какие-либо тела? Например, любого человека можно описать, перечислив его приметы (свойства): рост, вес, цвет волос и глаз и т.д. У физических тел и явлений тоже есть свойства. Их называют физическими величинами.
Физическая величина – физическое свойство объекта, явления или процесса, которое можно охарактеризовать количественно.
Рассмотрим физическую величину называемую массой. Массу тела можно измерить, поместив его на весы. Так мы получим конкретное числовое значение («количество массы»). Но важно, помимо численного значения, указать и единицы измерения для этой физической величины. Массу обычно измеряют в граммах (г) и килограммах (кг). Это и есть единицы измерения массы.
У каждой физической величины есть краткое обозначение. Масса обозначается буквой m.
Например, если масса школьника – 45 килограммов, это записывается так:
\(\mathrm{m=45~кг}\)
В такой записи:
- m – символьное обозначение физической величины;
- 45 – числовое значение;
- кг – единица измерения физической величины.
Для удобства массу измеряют также в тоннах, центнерах, миллиграммах, каратах, фунтах, унциях, гранах и т.д. Ниже приведена таблица с массами некоторых физических тел. Попробуйте определить, какие единицы измерения удобнее для каждого из них.
Физическое тело | Масса в миллиграммах | Масса в килограммах | Масса в тоннах |
Мышь | 25 000 | 0,025 | 0,00025 |
Человек | 80 000 000 | 80 | 0,8 |
Слон | 6 000 000 000 | 6000 | 6 |
МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ (СИ)
В быту, технике, при изучении различных физических явлений часто приходится выполнять те или иные измерения.
Измерить физическую величину – значит сравнить её с однородной величиной, принятой за единицу.
За единицу физической величины можно принять что угодно. Например, массу тел можно сравнивать с массой кота – ведро картошки будет весить как два с половиной взрослых кота, а мешок пшеницы – 10 котов. Котом можно измерить и длину забора, если перекладывать его вдоль забора снова и снова.
Однако кота будет непросто уговорить принять участие в таких измерениях, поэтому для измерений старались выбирать тела, которые были у каждого в наличии.
Первые единицы длины человек связывал с размерами частей своего тела.
Вот несколько старорусских примеров:
- Сажень – расстояние от конца пальцев одной руки до конца пальцев другой при разведенных в стороны руках (2,16 метра);
- Локоть – расстояние от локтя до кончиков пальцев (54 см);
- Пядь – расстояние между кончиками растянутых пальцев руки – большого и указательного (17,78 см).
В Англии и США до сих пор используются единицы длины «ступня» – фут (30,5 см), «большой палец» – дюйм (25,4 мм) и ярд (91 см) – расстояние от кончика носа короля Генриха I до конца пальцев его вытянутой руки.
В разных странах единицы измерения отличались. Это затрудняло развитие торговли и науки. Нужна была единая система, которой стала Международная система единиц, или Система интернациональная (сокращённо СИ).
Позже были изготовлены эталоны метра и килограмма. Они хранятся в особых условиях в Международном бюро мер и весов, расположенном во Франции. Копии эталонов есть и в других странах, на их основе изготавливают гири, линейки и прочие измерительные приборы.
Эталоны СИ изменяются и уточняются: например сейчас, все основные эталоны СИ (длина, масса и время) привязаны к ядерным процессам, скорости света и квантовым постоянным, что позволяет делать более точные измерения и расчёты.
Помимо основных, в СИ существуют кратные и дольные единицы измерения. В названиях этих единиц содержатся приставки к названию основной единицы. Кратные единицы на несколько порядков (в 10, 100, 1 000 раз) больше основных, дольные – меньше. Рассмотрим примеры:
- \(\mathrm{6~километров=600~декаметров=6000~метров}\)
- \(\mathrm{4~миллиметра=0,4~сантиметра=0,004~метра}\)
Так как 6 000 метров = 6 ∙ 1000 метров, запись можно сделать ещё короче, заменив 1000 на 10³, таким образом получим:
- \(\mathrm{6000~метров=6 \cdot 10^{3}~метра}\)
Аналогичную операцию мы можем провести и с дольными единицами. Так:
- \(\mathrm{0,004~метра= \frac{4}{1000} = \frac{4}{10^{3}}=4 \cdot 10^{-3}~метра}\)
Более подробную таблицу с кратными и дольными приставками вы можете изучить здесь.
Для того, чтобы завершить урок, необходимо пройти небольшой тест. Для этого нажмите кнопку “ПРОЙТИ ТЕСТ“.