Системы физических величин
Физическая величина Х может быть при помощи математических действий выражена через другие физические величины А, В, С … уравнением вида:
Х= k Аa Вb Сg … ,
где- коэффициент пропорциональности; - показатели степени.
Формулы вида (2), выражающие одни физические величины через другие, называются уравнениями между физическими величинами.Коэффициент пропорциональности в таких уравнениях за редким исключением равен 1. Значение этого коэффициента не зависит от выбора единиц, а определяется только характером связи величин, входящих в уравнение.
Для каждой системы величин число основных величин должно быть вполне определенным и его стараются свести к минимуму. Основные величины могут выбираться произвольно, но важно, чтобы система была удобной для практического применения. Как правило, в качестве основных выбирают величины, характеризующие коренные свойства материального мира: длину, массу, время, силу, температуру, количество вещества и др. Каждой основной величине присвоен символ в виде прописной буквы латинского или греческого алфавита, называемой размерностью основной физической величины. Например, длина имеет размерность L, масса — М, время — Т, сила тока — I и т. д.
Понятие размерности вводится и для производной величины.
Размерностью производной физической величины называется выражение в форме степенного одночлена, составленного из произведений символов основных величин в различных степенях и отражающее связь данной физической величины с физическими величинами, принятыми в данной системе величин за основные, с коэффициентом пропорциональности, равным 1. Степени символов основных величин, входящих в одночлен, могут быт целыми, дробными, положительными и отрицательными в зависимости от связи рассматриваемой величины с основными. Связь производной величины через другие величины системы выражается определяющим уравнением производной величины. Размерность производной величины определяется путем подстановки в определяющее уравнение вместо входящих в него величин их размерностей. Причем, для этого используются простейшие уравнения связи, которые могут быть представлены в виде формулы (2). Например, если определяющим уравнением для скорости является уравнение , где — длина пути, пройденного за время , то размерность скорости определяется по формуле .
Форма уравнений, связывающих величины, не зависят от размеров единиц: какие бы единицы мы не выбирали, соотношения величин останутся неизменными и одинаковыми с соотношениями числовых значений. Этим свойством измерение отличается от всех других приемов оценки величин.
Размерность величин обозначается символом dim. В нашем случае размерность скорости будет выражена как
Например, в системе величин LMT (длина, масса, время) размерность любой величины Х в общем виде будет выражаться формулой:
где L, M, T — символы величин, принятых в качестве основных, в данном случае это длина, масса и время; показатели размерности производной величины х.
Размерность является более общей характеристикой, чем уравнение связи между величинами, т.к. одну и ту же размерность могут иметь величины разной природы, например, сила и кинетическая энергия.
Размерности имеют широкое практическое применение и позволяют:
- переводить единицы из одной системы в другую;
- проверять правильность расчетных формул;
- оценивать изменение размера производной величины при изменении размеров основных величин.
Литература:
1. Раннев Г.Г., А.П. Терасенко. Методы и средства измерений. – М.: Академия 2010г.
2. Б.В. Дворянин. Метрология и радиоизмерения. – М.: Академия 2005г.
3. Метрология, стандартизация и сертификация. Учебник. – М.: Академия 2008г.
4. Ю.М. Правиков, Г.Р. Муслина. Метрологическое обеспечение производства. – М.: Кнорус 2009г.
5. В.Е. Эрастов. Метрология, стандартизация и сертификация. Учебное пособие. – М: Форум 2008г.
6. Н.Д. Дубовой, Е.М. Портнов. Основы метрологии, стандартизации и сертификации. Рец. Л.Г. Гагарина. – М: Форум: Инфра.М 2008г.
7. Л.Г. Гагарина, Т.В.Епифанов. Основы метрологии, стандартизации и сертификации. Учебное пособие. – М.: Форум: Инфра.М. 2005г.
8. А.А. Дегтярев и др. Метрология. Учебное пособие для ВУЗов. – М.: Академический проект 2006г.
9. А.Д. Никифоров, Т.А. Бакиев. Метрология, стандартизация и сертификация. – М.: Высшая школа 2005г.