Таблиця “Вимірювання у фізиці”

На допомогу людині приходять числа, використовуючи які можна було порівняти предмети за величиною. Так в одному відомому мультфільмі довжину удава вимірювали в “папугах”, порівнюючи величину удава з довжиною папуги.

Довжина удава 38 “папуг”. Зрозуміло, що удав в 38 разів довше папуги. Але папуги бувають різними. Якщо взяти іншого папугу, той же удав буде, наприклад, 45 «папуг». Що робити?

Потрібно знайти тіло, що приймається за одиницю виміру, з якою порівнюються інші тіла.

У практичній діяльності людині доводиться часто вимірювати довжину, масу і час. У різних країнах вводилися різні одиниці виміру цих величин. Існували такі одиниці, як “Кінська сила”, лікоть, бочка. Але ж і лікоть, і бочка можуть бути різними, тому про точність виконання роботи говорилося приблизно.

Порівнювати потрібно тільки однорідні фізичні величини. Довжину тіла потрібно порівнювати з довжиною іншого тіла, а масу тіла – тільки з масою іншого тіла, прийнятого за одиницю виміру. Так масу удава з мультфільму можна було порівняти з масою мавпочки. Удав має масу 195»мавпочок”. Що б це означало?

Вихід був знайдений, коли ввели систему одиниць СІ. Щоб виміряти будь-яку величину, потрібно порівняти її з однорідною величиною, прийнятою за одиницю. Як же вибирають ці одиниці?

Найбільш поширене вимірювання довжини, розмірів пройденого шляху, відстані. Всі ці величини вимірюються в метрах. Один метр отримали наступним чином. Взяли одну сорока мільйонну частину меридіана, який проходить через столицю Франції – Париж.

Довжину цієї частини і взяли за 1 метр. На стрижні, виготовленому з іридію і платини, нанесли два ділення, відстань між якими дорівнює одному метру. Такий сплав найменше схильний до температурного впливу, яке може змінити довжину тіла. Це стрижень і є еталон довжини, з яким порівнюють одиницю довжини в багатьох країнах світу. Метрові лінійки – це численні копії еталону, якими якраз і можна користуватися.

Еталон довжини

Перший еталон метра був виготовлений з латуні в 1795 р з 1960 р використовується виготовлений за допомогою електронних технологій еталон зі сплаву іридію і платини.

Існує і еталон маси, рівний одному кілограму. Він також виготовлений зі сплаву іридію та платини.

Еталони довжини і маси зберігаються в м.Севр, поблизу Парижа, де розташовується Міжнародна палата мір і ваг. У 1960 році метр почали порівнювати з величинами, що відносяться до розділу «Світлові явища». Подробиці про світло вивчаються в старших класах.

Зі світлом пов’язана і одиниця часу-1 секунда. А до 1960 року (рік введення Сі) за основу підрахунку часу брали час обороту землі навколо Сонця – 1 рік, який за календарем складається з 12 місяців. Місяці діляться на добу – час повного обороту землі навколо своєї осі, добу – 24 години, в кожному з яких 60 хвилин. А одна шістдесята частина хвилини і є одна секунда.

Час “зберігають” за допомогою дуже точних годин – пристроїв, призначених для вимірювання часу. Дія будь-яких годин засноване на повторюваних процесах – коливаннях. Чим менше період (час одного повного коливання), тим годинник більш точні.

При вивченні швидко протікаючих процесів потрібно вимірювати мільярдні і ще більш дрібні частки секунди. Для цього служать атомні годинники.

Учень сьомого класу, звичайно ж, вміє вимірювати довжину і час, масу продуктів визначають продавці за допомогою ваг.

У міру вивчення фізики буде йти знайомство з різними фізичними величинами, способами і приладами їх вимірювання. А зараз треба знати:

• щоб виміряти фізичну величину, її треба порівняти з однорідною величиною, прийнятою за одиницю;
• за основу фізичних величин беруться еталонні значення, тобто зразок порівняння.
• для всіх величин існують свої способи, пристрої та одиниці виміру.

Таблиця з поясненнями на тему “Вимірювання у фізиці”

Підсумок: Вимірювання у фізиці – це процес визначення фізичних величин за допомогою вимірювальних приладів. Точність та похибка вимірювань визначають надійність результатів, а одиниці вимірювань забезпечують єдність і стандартизацію вимірювань у науці та техніці.

§ 4. Що таке фізичні величини та як їх вимірювати

1. Як вимірювали наші предки. Для вимірювання відстаней людина здавна користувалася власним тілом. У стародавньому Вавилоні та Єгипті довжину вимірювали ступнею дорослої людини (анг. фут): ставили по черзі одну ногу перед іншою. Руки, кисті й пальці (лікоть, пальма, п’ядь, дюйм) використовували для вимірювання тканин (мал. 16). У Русі-Україні користувались мірою довжини «перестріл» – відстанню, яку пролетить стріла, випущена з лука. Одиницею довжини був крок.

Мал. 16. Давні міри довжини

За одиницю маси часто приймали масу зерна. У деяких країнах для зважування коштовного каміння використовували насінини ріжкового дерева (мал. 17, 1), які мають на диво однакову масу.

Мал. 17. Вивчаємо давні одиниці вимірювання

Яка ширина дошки у ліктях, столу – у долонях, дверей – у футах (мал. 17)?

2. Що таке фізична величина. Яка твоя маса? А зріст? Яка температура повітря? Котра година? З якою швидкістю рухається автомобіль? Не задумуючись, щодня ти вимірюєш фізичні величини: лінійні розміри предметів (довжину, ширину, висоту), температуру, проміжки часу, швидкість. Довжина, площа, місткість (об’єм), температура, швидкість, маса, час – приклади фізичних величин (або просто величин).

Кожна фізична величина має свої одиниці вимірювання. Ті, якими користувалися наші предки, практичні, але неточні. Розміри тіла у всіх людей різні (мал. 17, 2), і стріла летить на різні відстані. Тому виникла потреба встановити стандартні одиниці вимірювання. Міжнародною одиницею вимірювання довжини обрали метр, маси – кілограм, часу – секунду. Для позначення величин використовують букви латинського алфавіту: t – час, m – маса, L – довжина, t °С – температура у градусах Цельсія.

Від одиниць вимірювання залежить числове значення величини. Наприклад, довжина столу L = 200 см = 2 м.

Виміряти величину – означає порівняти її з однорідною величиною, прийнятою за одиницю вимірювання.

Якщо ти визначаєш довжину стола вимірювальною стрічкою у сантиметрах, ти порівнюєш розміри стола із сантиметром; місткість посудини – літровою банкою, порівнюєш її з об’ємом 1 л.

3. Які прилади є у дослідників. Для спостережень і вимірювань дослідники використовують спеціальні прилади та лабораторне обладнання. Вимірювальні прилади мають шкалу, а цифрові – крок дискредитації (мал. 18). За нею визначають фізичні величини: мірною стрічкою, лінійкою чи рулеткою – довжину, термометром – температуру, годинником і секундоміром – проміжки часу, вагами – масу.

Мал. 18. Вимірювальні прилади: 1 – термометри; 2 – годинники; 3 – секундомір; 4 – вимірювальна стрічка; 5 – електронна рулетка; 6 – рулетка; 7 – лінійка; 8 – ваги

Збільшувальні прилади озброюють наше око для дослідження дуже малих тіл або тіл, розташованих на великих відстанях. Сучасні мікроскопи збільшують у 500 тисяч разів (мал. 20). За такого збільшення вушко голки мало б розмір стадіону. У найпотужніший телескоп астрономи спостерігають небесні тіла, що розташовані від нас на відстані 13 млрд світлових років.

Які вимірювальні прилади є у тебе вдома?

Крок дискретизації – це інтервал величини між двома найближчими значеннями найменшого розряду, які відображає цифровий прилад. Визнач крок дискретизації у годинника на малюнку 19, де: 1 – десятки годин; 2 – години; 3 – десятки хвилин; 4 – хвилини

У роках вимірюють не лише час. 1 світловий рік – одиниця вимірювання довжини. Це відстань, яку світло зі швидкістю 300 000 км/с проходить за 1 рік.

Яка найважливіша деталь усіх збільшувальних приладів (мал. 20)? Люди яких професій використовують ці прилади?

Мал. 20. Збільшувальні прилади: 1 – бінокулярна лупа; 2 – лупа; 3 – штативна лупа; 4 – бінокль; 5 – шкільний телескоп; 6 – мікроскоп

Лабораторне обладнання використовують під час виконання практичних робіт і демонстраційних експериментів (мал. 21).

Мал. 21. Лабораторне обладнання: 1 – мензурка; 2 – мірний циліндр; 3 – склянка; 4 – штатив; 5 – лійка; 6 – колба; 7 – ступка з товкачиком; 8 – спиртовий пальник

Довідайся, яке призначення цього обладнання.

4. Що таке ціна поділки шкали. Щоб виміряти фізичну величину, потрібно вміти користуватися вимірювальними приладами (мал. 18). Вимірювальні прилади мають шкалу з певною ціною поділки.

Розглянь свою лінійку (мал. 22). Рисочки і цифри – це шкала лінійки. Відстань між двома найближчими рисочками називають ціною поділки шкали. Найбільша відстань, яку можна виміряти за допомогою лінійки, має назву межа вимірювання. У лінійки, якою ти користуєшся на уроках, ціна поділки становить 1 мм. Тому лінійкою можна виміряти довжину з точністю до 1 мм. Межа вимірювання лінійки, зображеної на малюнку 22, – 306 мм.

Мал. 22. Ціна поділки та межа вимірювання лінійки

Як визначати ціну поділки

КОРОТКО ПРО ГОЛОВНЕ

• Довжина, площа, об’єм, температура, маса, час, швидкість – це фізичні величини. Кожна величина має числове значення, одиниці, позначення та прилад для вимірювання.

• Міжнародна одиниця довжини – метр, маси – кілограм, часу – секунда.

• Виміряти величину – означає порівняти її з однорідною величиною, прийнятою за одиницю вимірювання.

ЗАПИТАННЯ ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ

1. Які явища природи, що повторюються, ми використовуємо для вимірювання часу?

2. Довідайся у батьків, яка була твоя маса і довжина тіла при народженні. О котрій годині ти народився/-лася? А яка твоя маса і зріст зараз?

3. Перевір гіпотези: 1) вранці зріст людини більший, ніж увечері; 2) відстань між витягнутими в сторони руками дорівнює зросту людини. Переконай взяти участь у твоєму дослідженні рідних або друзів: що більше учасників експерименту, то достовірнішим буде результат. Якщо гіпотеза підтвердиться, спробуй її пояснити самотужки або знайти пояснення іншим способом.

4. На малюнку 23 зображені мензурки та мірні циліндри.

Визнач для кожного приладу: 1) ціну поділки; 2) об’єм рідини. У якого приладу найбільша межа вимірювання? А яким можна виміряти об’єм рідини найточніше?

НАУКОВІ ЗАБАВИ

Хто швидше? З перших букв назв українських річок – Альма, Молочна, Кам’янка, Есмань, Рось, Немія, Уж, Збруч – складіть назву фізичного приладу.