Физические величины и их измерение

п.1. Физические величины

Физические тела могут отличаться своими размерами, весом, материалом, из которого изготовлены, и т.д. Физические явления также могут различаться своей продолжительностью, интенсивностью, скоростью и т.п.

Многие физические свойства мы измеряем, т.е. определяем их количественные величины: меряем длину в метрах, площадь – в квадратных метрах, время – в секундах, массу – в килограммах и т.п.

Примеры физических свойств и соответствующих им физических величин:
Физическое тело - стол

Физическое явление – кипение воды

п.2. Единицы измерения

«Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры». Д.И. Менделеев (1834-1907), выдающийся русский химик, физик, метролог

Примеры единиц измерения:

• для расстояний – метры, километры, сантиметры;
• для времени – секунды, минуты, часы;
• для массы – килограммы, граммы, тонны.

Примеры размеров, выраженные в метрах:

• радиус наблюдаемой части Вселенной – 10²⁶ м
• среднее расстояние от Солнца до Земли – 1,5·10¹¹ м
• средний рост ученика 7 класса – 1,5 м
• средний размер вируса – 10^-7 м
• радиус протона – 10^-15 м

п.3. Международная система единиц СИ

В современном мире система единиц измерения для науки, техники и быта устанавливается государством в специальных законах.
В большинстве государств используется Международная система единиц СИ.

СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г., изменялась и дополнялась на последующих конференциях (последние изменения внесены в 2019 г.).
В СИ определено семь основных единиц для семи физических величин.

Остальные единицы СИ являются производными и образуются из основных с помощью уравнений.
Кроме того, существуют ещё кратные единицы, которые в разы больше, и дольные единицы, которые в разы меньше основных и производных единиц.
Названия кратных и дольных единиц формируются с помощью приставок «кило», «мега», «гига», «деци», «санти», «милли» и т.п.

Примеры кратных и дольных единиц для метра:
10³ м=1000 м=1 км – километр
10^-1 м=0,1 м=1 дм – дециметр
10^-2 м=0,01 м=1 см – сантиметр
10^-3 м=0,001 м=1 мм – миллиметр
10^-6 м=0,000001 м=1 мк – микрометр
10^-9 м=0,000000001 м=1 нм – нанометр

Существуют также внесистемные единицы измерения, которые остаются в употреблении по традиции и потому что удобны. Например, тонна и центнер для массы, литр для объема, миля для расстояния и т.п.

п.4. Измерительные приборы

В большинстве случаев мы измеряем физические величины с помощью приборов: длину – с помощью линейки, вес – с помощью весов, время – с помощью секундомера и т.д.

Примеры измерительных приборов для определения длины:

Линейка	Рулетка	Метр складной
Микрометр	Ручной лазерный дальномер	Купол астрономического лазерного дальномера

п.5. Задачи

Задача 1. Найдите длину брусков, приложенных к линейке (одно деление – 1 мм):


Чтобы найти длину бруска (l), нужно от измерения справа (x₂) отнять измерение слева (x₁):

Для первого бруска:
x₁=4,5 см; x₂=6,2 см
l=6,2 см-4,5 см=1,7 см

Для второго бруска:
x₁=6,7 см; x₂=9,7 см
l=9,7 см-6,7 см=3 см

Для третьего бруска:
x₁=10,4 см; x₂=13 см
l=13 см-10,4 см=2,6 см

Задача 2. Запишите длины в порядке убывания:
0,3 дм, 20 см, 450 мм, 540 мкм, 0,0001 км.

Выразим все длины через метры:
0,3 дм = 0,03 м
20 см = 0,2 м
450 мм = 0,45 м
540 мкм = 0,00054 м
0,0001 км = 0,1 м
Получаем:
0,45 м>0,2 м>0,1 м>0,03 м>0,00054 м
450 мм>20 см>0,0001 км>0,3 дм>540 мкм

Задача 3. Объем воды в аквариуме 5 л. Выразите этот объем в м³, дм³, см³.

5 л = 5 дм³
5 л = 5 дм³ = 5·(1 дм)³=5·(0,1 м)³=5·0,001 м³=0,005 м³
5 л = 5 дм³ = 5·(1 дм)³=5·(10 см)³=5·1000 (см)³=5000 (см)³

Задача 4. Квадрат площадью 1 м² разрезали на квадратики площадью 1 см² и уложили их в ряд. Какой длины получился этот ряд?

Найдем, сколько в большом квадрате маленьких квадратиков:
1 м²=(1 м)²=(100 см)²=10 000 см²
Получается 10 000 квадратиков 1х1 см. Из них получится ряд длиной:
10 000 см=100 м
Ответ: 100 м