Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1.2. Шкали вимірювань
Шкала вимірювання є вихідною основою для вимірювань даної величини. Вона являє собою впорядковану сукупність значень величини.
Практична діяльність призвела до формування різних видів шкал вимірювань фізичних величин, основними з яких є чотири.
1. Шкала порядку (рангів) являє собою ранжований ряд – впорядковану за зростанням або спаданням послідовність величин, що характеризують досліджувану властивість. Вона дозволяє встановити відношення порядку за зростанням або спаданням величин, але немає можливості оцінки, у скільки разів (або на скільки) більша або менша одна величина в порівнянні з іншою. У шкалах порядку в ряді випадків може існувати нуль (нульова відмітка), принциповим для них є відсутність одиниці вимірювань, тому що її розмір неможливо встановити, в цих шкалах над величинами не можна проводити математичні операції (множення, сумування).
Прикладом шкали порядку є шкала Мооса для визначення твердості тел. Це шкала з реперними точками, яка містить 10 опорних (реперних) мінералів з різними умовними числами твердості. Прикладами таких шкал також є шкала Бофорта для вимірювання сили (швидкості) вітру і шкала землетрусів Ріхтера (сейсмічна шкала).
2. Шкала інтервалів (різниць) відрізняється від шкали порядку тим, що для вимірюваних величин вводяться не тільки відношення порядку, а й сумування інтервалів (різниць) між різними кількісними проявами властивостей. Шкали різниць можуть мати узгоджені умовні нулі-репери та одиниці вимірювань. За шкалою інтервалів можна визначити, на скільки одна величина більше або менше іншої, але не можна сказати у скільки разів. За шкалами інтервалів вимірюють час, відстань (якщо не відомо початок шляху), температуру за Цельсієм і т.д.
Шкали інтервалів є більш досконалими, ніж шкали порядку. У цих шкалах над величинами можна проводити адитивні математичні операції (додавання і віднімання), але не можна – мультиплікативні (множення і ділення).
3. Шкала відношень описує властивості величин, для яких можна застосувати відношення порядку, сумування інтервалів і пропорційності. У цих шкалах існує природний нуль і за узгодженням встановлюють одиницю вимірювань. Шкала відношень служить для представлення результатів вимірювань, отриманих відповідно до основним рівнянням вимірювань (1.1) шляхом експериментального порівняння невідомої величини з її одиницею . Прикладами шкал відношень є шкали маси, довжини, швидкості, термодинамічної температури.
Шкала відношень є найдосконалішою і найбільш поширеною з усіх вимірювальних шкал. Це єдина шкала, за якою можна встановити значення виміряного розміру. На шкалі відношень визначені будь-які математичні операції, що і дозволяє вносити в показники, нанесені на шкалу, мультиплікативні і адитивні поправки.
4. Абсолютна шкала має всі ознаки шкали відношень, але додатково в ній існує природне однозначне визначення одиниці вимірювань. Такі шкали використовують для вимірювань відносних величин (коефіцієнти підсилення, ослаблення, корисної дії, відбивання, поглинання, амплітудної модуляції і т.д.). Ряду таких шкал притаманні межі, укладені між нулем і одиницею.
Шкали інтервалів і відношень об'єднують терміном «метричні шкали». Шкалу порядку відносять до умовних шкал, тобто до шкал, в яких не визначена одиниця вимірювання й іноді називають неметричною. Абсолютні та метричні шкали відносять до розряду лінійних. Практична реалізація шкал вимірювань здійснюється шляхом стандартизації як самих шкал і одиниць вимірювань, так і, в необхідних випадках, методів і умов їх однозначного відтворення.
З моменту проведення вимірювань, велике значення набули вибір одиниць та забезпечення порівняння їх результатів. Числові значення вимірюваних величин залежать від того, які одиниці вимірювання використовуються. Початково використовувані одиниці довжини, наприклад, визначали за розмірами частин тіла людини (фут, дюйм, лікоть, туаз, сажень, аршин), тому вони були індивідуальними і непостійними. Довільність вибору розмірів одиниць привела до появи безлічі місцевих одиниць.
Наявність великої кількості довільних одиниць для однієї і тієї ж величини (наприклад, відстань – верстами, милями) ускладнювало порівняння результатів вимірювань, зроблених різними спостерігачами, що спричиняло незручності та труднощі, відбивалося на розвитку торгівлі і промисловості. З метою уніфікувати одиниці вимірювання, зробити їх незалежними від часу і різного роду випадковостей у Франції була розроблена метрична система мір – перша в історії система одиниць фізичних величин (1791 р.). Ця система будувалася на основі природної одиниці довжини, яка дорівнює одній десятимільйонній частини чверті меридіана, що проходить через Париж. Ця одиниця отримала назву «метр» (звідси назва системи – метрична). За одиницю маси взято масу одного кубічного дециметра дистильованої води при температурі її найбільшої густини (+4 °С) і названа «кілограм». Були виготовлені платиновий прототип метра у вигляді лінійки шириною 25 мм, товщиною близько 4 мм з відстанню між кінцями 1 м і прототип кілограма у вигляді циліндра.
Крім одиниць довжини і маси, метрична система (1791 р.) включала в себе одиниці площі, об'єму і місткості для рідин та сипучих тіл. Також при введенні метричної системи була прийнята десяткова система утворення кратних і часткових одиниць. Незважаючи на очевидні переваги, метрична система мір впроваджувалася з великими труднощами. Лише в грудні 1840 р. у Франції була законодавчо введена метрична система одиниць, пізніше це було зроблено в Німеччині та інших країнах.
У 1832 р німецький вчений К. Гаусс запропонував метод побудови систем одиниць вимірювань, що використовується і в даний час. В основі методу, одиниці деяких величин (основні одиниці) встановлюють довільно і незалежно одна від іншої, інших (похідні одиниці) – виражають через основні одиниці, виходячи з рівнянь зв'язку вимірюваних величин з основними. Рівняння зв'язку – рівняння, що відображає зв'язок між величинами, зумовлений законами природи, в яких під літерними символами розуміють фізичні величини (наприклад, рівняння відображає існуючу залежність швидкості від шляху і часу ).
Сукупність основних і похідних одиниць вимірювання називається системою одиниць фізичних величин. Основні одиниці відтворені з великою точністю у вигляді речовинного зразка (еталона) або за допомогою відтворюваних явищ природи, на яких засновано визначення одиниці. Гаусс розробив систему одиниць, названу ним абсолютною, у якій в якості основних прийняті три одиниці: довжини – міліметр, маси – міліграм і часу – секунда. Всі інші одиниці (похідні) можна визначити за допомогою цих трьох.
З розвитком науки і техніки метричну систему стали доповнювати одиницями інших величин, але одиниці вибирали довільно, непов'язуючи з іншими галузями. Це призвело до запровадження в практику декількох одиниць для однієї і тієї ж за своєю фізичною природою величини (наприклад, одиниці тиску і напруги, роботи та енергії) та створювало незручності в застосуванні одиниць. З'явився ряд інших систем одиниць фізичних величин, побудованих за принципом, запропонованим Гауссом, що базуються на метричній системі мір, але відрізняються один від одного основними одиницями. Наприклад, система СГС, в якій основними одиницями є сантиметр, грам і секунда; система МКГСС з трьома основними одиницями: метр, кілограм-сила (одиниця сили) і секунда; система МКСА з основними одиницями метр, кілограм, секунда і ампер.
Наявність ряду систем одиниць фізичних величин, значної кількості позасистемних одиниць, а також незручності, пов'язані з перерахунком при переході від однієї системи одиниць до іншої, вимагало уніфікації одиниць вимірювань. Зростання науково-технічних та економічних зв'язків між різними країнами обумовлювало необхідність такої уніфікації в міжнародному масштабі. У 1960 р XI Генеральна конференція з мір та ваг затвердила Міжнародну систему одиниць, що позначається скорочено SI (початкові букви французького найменування UnitesSysteme International d), в українській транскрипції – СІ.