Ang gawain ng isang pisikal na eksperimento ay magtatag at mag-aral ng mga koneksyon sa pagitan ng iba't ibang pisikal na dami. Bukod dito, sa panahon ng eksperimento, kadalasang kinakailangan upang sukatin ang mga pisikal na dami na ito. Upang sukatin ang isang pisikal na dami ay nangangahulugan na ihambing ito sa isang magkaparehong pisikal na dami na kinuha bilang isang yunit.
Ang pagsukat ay ang pang-eksperimentong pagtukoy ng halaga ng isang pisikal na dami gamit ang mga instrumento sa pagsukat. Ang mga instrumento sa pagsukat ay kinabibilangan ng: 1) mga panukat (mga timbang, mga tasa ng panukat, atbp.); 2) mga instrumento sa pagsukat na may sukat o digital display (mga stopwatch, ammeter, voltmeter, atbp.); 3) mga sistema ng pagsukat at pag-compute, kabilang ang mga instrumento sa pagsukat at kagamitan sa computer.
Upang sukatin ang isang pisikal na dami, dapat kang: 1) pumili ng isang yunit ng pagsukat para sa dami na ito; 2) piliin ang mga instrumento sa pagsukat na naka-calibrate sa mga naitatag na yunit na may kinakailangang katumpakan; 3) piliin ang pinakaangkop na pamamaraan ng pagsukat; 4) isakatuparan, gamit ang magagamit na paraan, isang pagsukat ng isang naibigay na halaga; 5) magbigay ng pagtatasa ng error na pinapayagan sa mga sukat.
Depende sa paraan ng pagkuha ng resulta, ang mga sukat ay nahahati sa tuwid At hindi direkta. Direkta Ang mga pagsukat ay isinasagawa gamit ang mga instrumento sa pagsukat na direktang tumutukoy sa halagang pinag-aaralan (halimbawa, pagsukat ng haba gamit ang ruler, timbang ng katawan gamit ang mga kaliskis, oras gamit ang isang stopwatch). Gayunpaman, ang mga direktang pagsukat ay hindi palaging magagawa, maginhawa, o may kinakailangang katumpakan at pagiging maaasahan. Sa mga kasong ito gamitin hindi direkta mga sukat kung saan ang nais na halaga ng isang dami ay matatagpuan sa pamamagitan ng isang kilalang ugnayan sa pagitan ng dami na ito at mga dami na ang mga halaga ay matatagpuan sa pamamagitan ng mga direktang sukat. Halimbawa, maaaring kalkulahin ang volume mula sa mga sinusukat na linear na sukat ng isang bagay, mass ng katawan mula sa kilalang density at volume, atbp. Kaya, ang halaga ng anumang dami ay maaaring makuha kapwa sa pamamagitan ng direktang pagsukat at sa pamamagitan ng hindi direktang mga sukat. Halimbawa, ang halaga ng paglaban ng isang wire ay maaaring matukoy kapwa gamit ang isang aparato - isang ohmmeter, at sa pamamagitan ng mga kalkulasyon batay sa mga sinusukat na halaga ng kasalukuyang dumadaloy sa konduktor at ang pagbaba ng boltahe dito. Ang pagpili ng paraan para sa pagsukat ng isang pisikal na dami para sa bawat partikular na kaso ay napagpasyahan nang hiwalay, isinasaalang-alang ang kaginhawahan, bilis ng pagkuha ng mga resulta, kinakailangang katumpakan at pagiging maaasahan.
Ang bawat pisikal na eksperimento ay binubuo ng paghahanda ng bagay na pinag-aaralan at mga instrumento sa pagsukat, pagsubaybay sa progreso ng eksperimento at pagbabasa ng instrumento, pagtatala ng mga pagbabasa at mga resulta ng pagsukat.
Instrumento sa pagsukat tinatawag na isang aparato na nagbibigay-daan sa iyo upang direktang matukoy ang mga halaga ng sinusukat na dami.
Ang bawat aparato sa pagsukat ay may kagamitan sa pagbabasa para sa pagpapakita ng impormasyon tungkol sa mga resulta ng pagsukat. Ang pinakasimpleng kagamitan sa pagbabasa ay binubuo ng isang sukat at isang pointer.
Iskala ay isang hanay ng mga marka na inilapat sa isang tiyak na linya. Ang mga puwang sa pagitan ng mga marka ay tinatawag na mga dibisyon ng sukat. Para sa kadalian ng sanggunian, ang mga indibidwal na marka ay nakahiwalay, pinatataas ang kanilang haba o kapal, at minarkahan ng mga numero.
Pointer ginanap sa anyo ng isang arrow o isang stroke na maaaring gumalaw kasama ang sukat. Sa ilang device, gumagalaw ang isang light spot na naglalaman ng larawan ng isang linya sa sukat.
May mga instrumento na may digital display, kung saan ang impormasyon tungkol sa sinusukat na halaga ay ibinibigay sa anyo ng isang numero na ipinapakita sa pamamagitan ng isang espesyal na display.
Para sa bawat device, maaari kang pumili ng pagitan ng sinusukat na halaga, kung saan maaari itong ligtas na gumana at makapagbigay ng maaasahang mga resulta. Ang agwat na ito ay tinatawag hanay ng pagsukat ng trabaho. Kung ang halaga na tutukuyin ay mas mababa sa mababang limitasyon operating range, ang resulta ng pagsukat ay magiging masyadong magaspang o ang pagbabasa ng instrumento ay hindi maaaring makilala sa zero. Kung lumampas ang sinusukat na halaga itaas na limitasyon, kung gayon ang aparato ay maaaring masira.
pagiging sensitibo ang isang instrumento sa pagsukat ay nailalarawan sa pamamagitan ng kakayahang tumugon sa maliliit na pagbabago sa sinusukat na dami. Ang pagiging sensitibo ay tinutukoy ng formula:
=S / x ,
kung saan ang S ay ang paggalaw ng pointer ng device sa pagbabasa kapag nagbago ang sinusukat na halaga ng x.
Kung ang sensitivity ay nananatiling pare-pareho sa buong saklaw ng pagpapatakbo, ang parehong mga pagbabago sa halaga x pareho sa simula at sa dulo ng sukat ay tumutugma sa parehong mga paggalaw ng S pointer. Sa kasong ito, mayroon ang device sukat na may parehong mga dibisyon, tinatawag na uniporme. Kung ang sensitivity ng device ay hindi pare-pareho, pagkatapos ay sa iba't ibang bahagi ng hanay ang pantay na pagbabago sa sinusukat na halaga ay tumutugma sa hindi pantay na paggalaw ng pointer. Ang mga kaliskis sa mga kasong ito ay lumabas na hindi pantay.
Sa halaga ng isang scale division SA X tinatawag na pagbabago sa sinusukat na dami na nagiging sanhi ng paglipat ng pointer sa isang dibisyon. Ang paglipat ng pointer sa pamamagitan ng n gayong mga dibisyon ay nagpapahiwatig na ang nasusukat na halaga ay nagbago ng x = nС Х.
Sumusunod ito panuntunan para sa pagtukoy ng presyo ng paghahati: ang pagkakaiba sa mga halaga ng sinusukat na dami x, na tumutugma sa pinakamalapit na digitized na marka, ay dapat hatiin sa bilang ng mga dibisyon n sa pagitan ng mga markang ito, iyon ay
C X = x / n.
Halimbawa, ang mga numero 7 at 8 sa isang ruler ng mag-aaral ay tumutugma sa mga distansyang 7 cm at 8 cm mula sa pinagmulan nito. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga distansyang ito ay x = 8 cm –7 cm = 1 cm = 10 mm. Ang bilang ng mga dibisyon sa pagitan ng mga ipinahiwatig na marka ay n = 10. Samakatuwid,
C X = x / n = 10 mm /10 = 1 mm.
Mayroong mga instrumento na may hindi pantay na mga kaliskis, kung saan nagbabago ang halaga ng mga dibisyon kapag lumilipat mula sa isang seksyon ng sukat patungo sa isa pa. Bilang halimbawa, ang Figure 1 ay nagpapakita ng iskala ng ohmmeter. Ang presyo ng paghahati sa lugar hanggang sa 0.5 Ohm ay 0.05 Ohm, sa lugar mula 0.5 Ohm hanggang 2 Ohm ito ay 0.1 Ohm. Tukuyin ang halaga ng mga dibisyon sa ibang mga lugar sa iyong sarili at basahin ang pagbabasa ng ohmmeter na ipinapakita sa Fig. 1.
Sa pagbabasa ng countdown mga instrumento, dapat mong matukoy ang halaga ng mga dibisyon ng instrumento sa punto sa sukat kung saan matatagpuan ang pointer.
Para sa tamang pagbabasa, ang linya ng paningin ay dapat na patayo sa eroplano ng sukat. Upang matiyak ang kondisyong ito, ang mga instrumento sa pagsukat ng elektrikal ay nilagyan ng salamin na sukat. Ang linya ng paningin ay patayo sa sukat kung ang stroke ng aparato sa pagbabasa ay tumutugma sa imahe nito sa salamin.
Ang pagkakasunud-sunod ng paglalagay ng mga instrumento at ang kanilang koneksyon sa isa't isa ay dapat na tulad ng upang matiyak ang pinakamataas na katumpakan at kaginhawahan ng eksperimento. Sa kasong ito, ang pagtatakda ng kanilang mga zero na halaga sa isang sukat o digital na display ay pinakamahalaga upang makakuha ng tumpak na resulta. Ang pagtatrabaho sa mga sira na device ay hindi pinapayagan! Kung ang kagamitan ay hindi gumana, dapat mong agad itong iulat sa iyong guro o katulong sa laboratoryo! Bago i-on ang mga device, dapat mong tiyaking nakakonekta nang tama ang mga ito at kumuha ng pahintulot na i-on ang mga ito mula sa guro.
Ang mga obserbasyon sa mga pagbabasa ng instrumento ay dapat isagawa upang ang sukat o pagpapakita ng instrumento ay malinaw na nakikita
Ang form para sa pagtatala ng mga pang-eksperimentong resulta ay dapat na malinaw at compact. Para sa layuning ito, ang mga talahanayan na ibinigay sa mga alituntunin para sa bawat gawain sa laboratoryo ay ginagamit, at nasa mga talahanayang ito, na kinopya ng mga mag-aaral sa form ng trabaho, na ang mga resulta ay dapat na maitala, na isinasaalang-alang ang mga yunit ng pagsukat at ang halaga ng paghahati. ng device. Bukod dito, kung ang kinakailangang katumpakan ng resulta ay hindi tinukoy nang maaga, pagkatapos ay dapat subukan ng isa na isulat ang resulta ng pagsukat na may pinakamataas na posibleng katumpakan na ibinibigay ng aparato (i.e., isulat ang maximum na posibleng bilang ng mga makabuluhang digit). Upang bawasan ang bilang ng mga zero sa nakuha na mga halaga ng sinusukat na dami (mga zero na hindi makabuluhang mga numero), ito ay maginhawa upang ipahiwatig ang decimal factor 10 n para sa buong hilera o haligi ng talahanayan. Halimbawa, kinakailangan na itala ang mga halaga ng density ng mga katawan (sa kg / m 3) na may katumpakan ng dalawang makabuluhang numero. Upang hindi magsulat ng mga dagdag na zero, para sa buong hilera (o haligi) ng talahanayan kung saan ipinasok ang mga halaga ng density ng mga katawan, isang multiplier ng 10 3 ay inilalagay bago ang yunit ng pagsukat. Pagkatapos para sa density ng tubig sa kaukulang cell ng talahanayan, sa halip na 1000 magkakaroon ng 1.0. Tandaan namin, gayunpaman, na kapag gumagawa ng mga sukat, hindi mo dapat, sa anumang halaga, makamit ang higit na katumpakan kaysa sa kinakailangan para sa gawaing nasa kamay. Halimbawa, kung kailangan mong malaman ang haba ng mga board na inihanda para sa paggawa ng mga lalagyan, hindi mo kailangang gumawa ng mga sukat na may katumpakan ng, halimbawa, isang micron. O, kung, kapag nagsasagawa ng mga hindi direktang pagsukat, ang halaga ng alinman sa mga sinusukat na dami ay limitado sa isang tiyak na katumpakan (ipinahayag sa isang tiyak na bilang ng mga makabuluhang numero), kung gayon walang saysay na subukang sukatin ang iba pang mga dami na may higit na katumpakan. kaysa dito.
Soyuz Sovetskik
sosyalista
Mga Republika na may accession ng aplikasyon M (23) Priyoridad
G 01 R 17/02, Komite ng Estado
USSR para sa mga Imbensyon at Pagtuklas
V.E. Popov
Physico-Technical Institute of Low Temperatures
Academy of Sciences of the Ukrainian SSR (71) Aplikante (54) DEVICE PARA SA PAGSUKAT NG PISIKAL
Ang imbensyon ay nauugnay sa mga de-koryenteng kagamitan sa pagsukat at inilaan para sa paggamit sa pagpapatupad ng awtomatikong pagpapakita ng halaga ng isang pisikal na parameter na nakakaapekto sa converter - temperatura, presyon, puwersa, pag-iilaw, atbp., pati na rin ang halaga ng paglaban ng converter.
Ang isang aparato ay kilala sa pagsukat ng mga pisikal na dami, lalo na ang paglaban ng isang strain gauge (strain gauge), na ginawa batay sa isang resistive primary transducer at dalawang kasalukuyang pinagmumulan, 15 kasama sa pangunahing at auxiliary electrical circuits (1g.
Ang pamamaraan para sa pagtukoy ng dami ng deformation gamit ang isang kilalang device ay nagsasangkot ng pagbuo ng calibration graph ng deformation para sa bawat teniosensor bilang isang function ng halaga ng pagbabago sa resistensya ng sensor. Ang sinusukat na pisikal na parameter ay matatagpuan sa kaukulang graph, 2e kaya ang kabuuang oras para sa pagtukoy ng parameter ay lumalabas na makabuluhan. Bilang karagdagan, ang kilalang aparato ay hindi maaaring gamitin para sa awtomatikong pagsukat ng ganap na halaga ng paglaban ng sensor, na kinakailangan, halimbawa, sa kaso ng isang thermometer ng paglaban Ang pinakamalapit na teknikal na solusyon sa iminungkahing isa ay isang aparato para sa pagsukat ng mga pisikal na dami na naglalaman ng isang resistive pangunahing transduser na may tatlong mga terminal, ang una ay konektado sa isa sa mga output terminal ng kasalukuyang pinagmulan, isang pangalawang aparato, mga resistors (2).
Ang pangunahing kawalan ng device na ito ay nauugnay sa katotohanan na maipapakita nito ang sinusukat na pisikal na dami na may sapat na katumpakan lamang kung ang katangian ng pagkakalibrate ng pangunahing transduser ay linear. Gayunpaman, ang mga katangian ng mga nagko-convert ng maraming pisikal na dami, tulad ng temperatura (mga thermometer ng paglaban at mga thermistor), pag-iilaw (mga photoresistor), atbp., ay hindi linear.
Sa kaso ng pagsukat ng pisikal na dami gamit ang isang transduser na may hindi linear na katangian, ito ay kilala. ang aparato ay na-configure upang magparami ng isang linear dependence na pinakamainam na tinatantya ang tunay na nonlinear dependence. Sa kasong ito, ang mga pagbabasa ng pangalawang aparato ng aparato ay lumalabas na tinatayang may katumpakan ng pagtatantya. Ang katumpakan na ito ay nakasalalay sa antas ng nonlinearity ng katangian ng converter at sa pagitan ng mga pagbabago sa sinusukat na halaga.
Ang layunin ng imbensyon ay upang madagdagan ang katumpakan ng aparato sa pagsukat. .Ang layunin ay nakamit sa pamamagitan ng katotohanan na sa isang aparato para sa pagsukat ng mga pisikal na dami, na naglalaman ng isang resistive pangunahing converter na may tatlong mga terminal, ang una ay konektado sa isa sa mga output terminal ng kasalukuyang pinagmulan, isang pangalawang aparato, resistors, dalawa Ang field-effect transistor at tatlong operational amplifier ay ipinakilala, at ang drain ng isang field-effect transistor nang direkta at ang drain ng isa pang field-effect transistor sa pamamagitan ng una sa mga resistors ay konektado sa pangalawa at pangatlong terminal ng resistive primary converter, ang mga mapagkukunan ng field-effect transistors sa pamamagitan ng pangalawa at pangatlong resistors ay konektado sa iba pang output terminal ng kasalukuyang pinagmulan, ang mga input ng unang operational amplifier ay konektado sa pangalawa at pangatlong terminal ng resistive primary converter, at ang output sa pamamagitan ng ika-apat na risistor - na may control terminal ng kasalukuyang pinagmulan, ang inverting input ng pangalawang operational amplifier at ang non-inverting input ng ikatlong operational amplifier ay konektado sa pinagmulan ng isang field-effect transistor, at ang non- ang inverting input ng pangalawang operational amplifier at ang inverting input ng ikatlong operational amplifier ay konektado sa pinagmulan ng isa pang field-effect transistor, ang mga output ng pangalawa at pangatlong operational amplifier ay konektado sa mga gate ng field-effect transistor, sa pagitan ang mga drains kung saan nakakonekta ang pangalawang aparato.
Ang pagguhit ay nagpapakita ng isang functional na diagram ng iminungkahing aparato para sa pagsukat ng mga pisikal na dami, halimbawa temperatura (t), presyon (P), puwersa (F), atbp.
Naglalaman ang device ng kasalukuyang source 1, resistive primary converter 2, bias resistor 3, field-effect transistors 4 at 5, pangalawang device b, operational amplifier 7, nonlinearity degree resistor 8, reference resistors 9 at 10, at mga operational amplifier 11 at 12.
Ang aparato ay gumagana tulad ng sumusunod.
Pinagmulan ang kasalukuyang 1 sanga sa three-wire resistive primary converter 2 sa dalawang bahagi na dumadaloy sa pamamagitan ng field-effect transistors
4 at 5 at reference resistors 9 at 10.
Ang mga boltahe ng output ng mga operational amplifier 11 at 12, ang mga input na kung saan ay konektado sa reference resistors, ay ay proporsyonal sa mga pagkakaiba sa pagbaba ng boltahe sa kanilang kabuuan. Dahil ang output voltages ng operational amplifier 11 at 12 ay kinokontrol ang conductivity ng field-effect transistors 4 at 5 sa antiphase na may input voltages, dalawang field-effect transistors 4 at 5 na may reference resistors 9 at 10 at operational amplifier 11 at 12 ay bumubuo ng isang sistema na awtomatikong nagpapanatili ng parehong patak ng stress
© sa reference resistors 9 at 10. Sa parehong mga halaga ng resistensya ng reference resistors 9 at 10, ito ay tumutugma sa parehong mga halaga ng mga alon na dumadaloy sa mga circuit ng field-effect transistors 4 at 5. 5 kaya tinitiyak ang daloy ng mga alon ng pantay na magnitude sa dalawang circuit ng resistive primary converter 2. Ang kasalukuyang division circuit, kapag na-configure, ay awtomatikong naghahati ng isang kasalukuyang ng isang arbitrary (sa loob ng ilang mga limitasyon) na halaga sa dalawang mahigpit na pantay na bahagi, anuman ang mga halaga ng paglaban ng iba't ibang mga converter at ang kanilang mga connecting wire na konektado sa circuit na ito. Sa mataas na mga nadagdag, tulad ng ipinatupad sa mga amplifier ng pagpapatakbo, ang mga alon sa dalawang circuit ay magkapareho sa katumpakan kung saan napili ang mga reference na resistors, at hindi nakasalalay sa mga pagbabago sa supply boltahe at temperatura ng kapaligiran.
Sa mga op-amp input
7, isang boltahe na proporsyonal sa paglaban ng converter 2 ay inilapat Ang output boltahe ng operational amplifier 7, sa pamamagitan ng isang nonlinearity degree na risistor 8, ay nakakaapekto sa sensitibong input ng kasalukuyang pinagmulan 1 at, kasama ang kasalukuyang-setting na risistor na naroroon sa . sa huli, kinokontrol ang dami ng kasalukuyang ibinibigay ng source sa load. Kaugnay nito, sa iminungkahing aparato ang pagsukat ng kasalukuyang (ibig sabihin, ang kasalukuyang converter)
Ang 4 ay isang variable na halaga depende sa paglaban ng pangunahing converter 2, i.e. mula sa sinusukat na pisikal na dami. Ang likas na katangian ng pag-asa ay ang acceleration o deceleration ng paglago ng pagsukat ng kasalukuyang (at kasama nito ang output boltahe) na may pagtaas sa paglaban ng converter
2 at ang bilis nito (degree) - ay tinutukoy ng yugto ng input boltahe ng operational amplifier 7, ang nakuha nito at ang halaga ng paglaban ng risistor 8, na idinisenyo upang ayusin ang antas ng nonlinearity.
Ang pagpapatupad ng pag-asa na ito sa aparato ay humahantong sa katotohanan na ang halaga ng pagsukat ng kasalukuyang 3 sa mga circuit ng converter 2 ay tinutukoy ng batas o(" - Yu
t0 kung saan - ay ang paunang kasalukuyang halaga na naaayon sa zero resistance ng converter;
К => — kasalukuyang control coefficient;
Kdr - paglaban ng pangunahing converter 2
Ang output boltahe (sa mga terminal ng pangalawang aparato 6) ay katumbas ng algebraic sum ng boltahe na bumaba sa paglaban ng converter 2 at bias resistor 3 na may resistensya Kcm
0 = U + Os.m J(Rpp+ Råì) (2)
Ang minus sign sa Kc ay nangyayari kung, upang ipakita ang isang tiyak na katangian ng converter 2, ang bias risistor 3 ay kasama sa auxiliary circuit ng converter (tulad ng pagsasama ng bias resistor ay ipinapakita sa may tuldok na linya sa diagram). Ito ay nangyayari, halimbawa, kapag sinusukat ang temperatura na ipinahayag sa degrees Celsius na may mga thermometer ng paglaban.
Ang pagpapalit sa formula (2) ng expression para sa kasalukuyang halaga na isinasaalang-alang ang impluwensya ng kontrol, mayroon kami
K sa pangalawang kapangyarihan, na nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng nonlinear na dependence na 0 s sa K„p o ang halaga ng pisikal na parameter sa resistensya ng converter 2.
Ang pagkuha ng expression (3) bilang isang analytical function na tinatantya ang tunay na nonlinear na katangian ng converter 2, ito ay kinakailangan upang matukoy ang mga halaga ng mga constants J k at K „ kung saan ang pinakamahusay na kasunduan sa pagitan ng tunay na curve at ang analytical expression ( 3) ay natanto. Ang mga dami na ito ay matatagpuan sa pamamagitan ng paglutas ng isang sistema ng mga equation na nakuha sa pamamagitan ng pagpapalit sa expression (3) ilang pares ng mga halaga ng pisikal na dami at ang halaga ng pagtutol ng converter
2 mula sa isang calibration curve o table. Batay sa mga nahanap na halaga ng mga constant, ang isang analytical na pagsusuri ay ginawa para sa error sa pagtatantya sa buong hanay ng trabaho ng mga halaga ng pisikal na dami Kapag sinusukat ang mga pisikal na dami gamit ang mga converter na may isang linear na katangian ng pagkakalibrate, ang halaga ng pagsukat ng kasalukuyang ay pare-pareho. Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pag-alis ng control signal mula sa sensitibong input ng kasalukuyang source 1, halimbawa, sa pamamagitan ng pag-off sa 8th degree nonlinearity resistor.
Formula ng imbensyon
Isang aparato para sa pagsukat ng mga pisikal na dami, na naglalaman ng isang resistive primary transducer na may tatlong mga terminal, ang una ay konektado sa isa sa mga output terminal ng kasalukuyang pinagmulan, isang pangalawang aparato, mga resistor, 20 maliban doon, na may Upang madagdagan ang katumpakan , dalawang field-effect transistor at tatlong operational amplifier ang ipinakilala, na may direktang drain ng isang kapaki-pakinabang na transistor, at ang drain ng isa pang field-effect transistor sa pamamagitan ng una sa mga resistors ay konektado sa ikalawa at ikatlong terminal ng resistive primary converter, ang mga mapagkukunan ng field-effect transistors na konektado sa isa sa pamamagitan ng pangalawa at pangatlong resistors output terminal ng kasalukuyang pinagmulan, ang mga input ng unang operational amplifier ay konektado sa pangalawa at pangatlong terminal ng resistive primary converter, at ang output sa pamamagitan ng ika-apat na risistor ay konektado sa control terminal ng kasalukuyang pinagmulan, ang inverting input ng pangalawang operational amplifier at ang non-inverting input ng ikatlong operational amplifier ay konektado.
Ang pisika ay isang pang-eksperimentong agham. Ang mga batas nito ay batay sa mga katotohanang itinatag sa empirically. Gayunpaman, ang mga eksperimental na pamamaraan lamang ng pisikal na pananaliksik ay hindi sapat upang makakuha ng kumpletong pag-unawa sa mga phenomena na pinag-aralan ng pisika.
Ang modernong pisika ay malawakang gumagamit ng mga teoretikal na pamamaraan ng pisikal na pananaliksik, na kinasasangkutan ng pagsusuri ng data na nakuha bilang resulta ng mga eksperimento, ang pagbabalangkas ng mga batas ng kalikasan, ang pagpapaliwanag ng mga partikular na phenomena batay sa mga batas na ito, at higit sa lahat, ang mga hula at theoretical na pagbibigay-katwiran ( sa malawakang paggamit ng mga pamamaraang matematika) ng mga bagong penomena.
Ang mga teoretikal na pag-aaral ay isinasagawa hindi sa isang tiyak na pisikal na katawan, ngunit sa kanyang idealized na analogue - isang pisikal na modelo na may isang maliit na bilang ng mga pangunahing katangian ng katawan sa ilalim ng pag-aaral. Halimbawa, sa kurso ng pag-aaral ng ilang mga uri ng mekanikal na paggalaw, isang modelo ng isang pisikal na katawan ang ginagamit - isang materyal na punto.
Ang modelong ito ay ginagamit kung ang mga sukat ng katawan ay hindi mahalaga para sa teoretikal na paglalarawan ng paggalaw nito, iyon ay, sa modelong "materyal point" na ang masa ng katawan lamang ang isinasaalang-alang, at ang hugis ng katawan at nito. hindi isinasaalang-alang ang mga sukat.
Paano sukatin ang isang pisikal na dami
Kahulugan 1
Ang pisikal na dami ay isang katangian na karaniwan sa maraming materyal na bagay o phenomena sa isang husay na kahulugan, ngunit maaaring makakuha ng indibidwal na kahulugan para sa bawat isa sa kanila.
Ang pagsukat ng mga pisikal na dami ay isang pagkakasunud-sunod ng mga eksperimentong operasyon upang mahanap ang isang pisikal na dami na nagpapakilala sa isang bagay o phenomenon. Ang ibig sabihin ng pagsukat ay paghambingin ang sinusukat na dami sa isa pang homogenous na dami, na kinuha bilang pamantayan.
Ang pagsukat ay nagtatapos sa pagtukoy sa antas ng pagtatantya ng nahanap na halaga sa tunay na halaga o sa tunay na average. Ang tunay na average ay nagpapakilala sa mga halaga na likas na istatistika, halimbawa, ang average na taas ng isang tao, ang average na enerhiya ng mga molekula ng gas, at iba pa. Ang mga parameter tulad ng timbang o dami ng katawan ay nailalarawan sa kanilang tunay na halaga. Sa kasong ito, maaari nating pag-usapan ang antas ng approximation ng natagpuang average na halaga ng isang pisikal na dami sa tunay na halaga nito.
Ang mga sukat ay maaaring maging direkta, kapag ang nais na dami ay matatagpuan nang direkta mula sa pang-eksperimentong data, o hindi direkta, kapag ang huling sagot sa tanong ay natagpuan sa pamamagitan ng mga kilalang ugnayan sa pagitan ng isang pisikal na dami. Interesado din kami sa mga dami na maaaring makuha sa eksperimento gamit ang mga direktang pagsukat.
Landas, masa, oras, puwersa, diin, densidad, presyon, temperatura, pag-iilaw - ito ay hindi lahat ng mga halimbawa ng pisikal na dami na nakilala ng marami habang nag-aaral ng pisika. Upang sukatin ang isang pisikal na dami ay nangangahulugan na ihambing ito sa isang homogenous na dami na kinuha bilang isang yunit.
Ang mga sukat ay maaaring direkta o hindi direkta. Sa kaso ng mga direktang pagsukat, ang isang dami ay inihahambing sa yunit nito (metro, segundo, kilo, ampere, atbp.) gamit ang isang aparatong pagsukat na naka-calibrate sa naaangkop na mga yunit.
Ang pangunahing sinusukat na dami ng eksperimento ay ang distansya, oras at masa. Ang mga ito ay sinusukat, halimbawa, gamit ang isang tape measure, isang orasan, at isang scale (o scale), ayon sa pagkakabanggit. Mayroon ding mga instrumento para sa pagsukat ng mga kumplikadong dami: ang mga speedometer ay ginagamit upang sukatin ang bilis ng mga katawan, ang mga ammeter ay ginagamit upang matukoy ang lakas ng electric current, atbp.
Mga pangunahing uri ng mga error sa pagsukat
Ang di-kasakdalan ng mga instrumento sa pagsukat at pandama ng tao, at kadalasan ang likas na katangian ng sinusukat na halaga mismo, ay humahantong sa katotohanan na ang resulta ng anumang pagsukat ay nakuha nang may tiyak na katumpakan, iyon ay, ang eksperimento ay hindi nagbibigay ng tunay na halaga ng sinusukat. halaga, ngunit sa halip ay malapit.
Ang katumpakan ng isang pagsukat ay natutukoy sa pamamagitan ng kalapitan ng resultang ito sa tunay na halaga ng sinusukat na halaga o sa tunay na average na isang dami ng sukat ng katumpakan ng pagsukat ay ang error; Sa pangkalahatan, ang ganap na error sa pagsukat ay ipinahiwatig.
Ang mga pangunahing uri ng mga error sa pagsukat ay kinabibilangan ng:
- Mga malalaking pagkakamali (mga pagkakamali) na lumitaw bilang resulta ng kapabayaan o kawalan ng pansin ng nag-eksperimento. Halimbawa, ang pagbabasa ng isang sinusukat na halaga ay hindi sinasadyang naisagawa nang wala ang mga kinakailangang instrumento, ang isang numero sa isang sukat ay hindi nabasa nang tama, at mga katulad nito. Ang mga error na ito ay madaling iwasan.
- Ang mga random na error ay lumitaw para sa iba't ibang mga kadahilanan, ang epekto nito ay naiiba sa bawat eksperimento; Ang mga error na ito ay napapailalim sa mga batas sa istatistika at kinakalkula gamit ang mga pamamaraan ng istatistika ng matematika.
- Ang mga sistematikong error ay lumitaw bilang isang resulta ng isang hindi tamang paraan ng pagsukat, malfunction ng mga instrumento, atbp. Ang isa sa mga uri ng sistematikong pagkakamali ay ang mga pagkakamali ng mga instrumento na tumutukoy sa katumpakan ng pagsukat ng mga instrumento. Kapag nagbabasa, ang resulta ng pagsukat ay hindi maiiwasang bilugan, isinasaalang-alang ang halaga ng paghahati at, nang naaayon, ang katumpakan ng aparato. Hindi maiiwasan ang mga ganitong uri ng error at dapat isaalang-alang kasama ng mga random na error.
Ang mga iminungkahing alituntunin ay nagbibigay ng mga huling formula ng teorya ng mga error na kinakailangan para sa matematikal na pagproseso ng mga resulta ng pagsukat.
Lugar sa SI system
Ang lugar, dami at bilis ay hinango ng mga yunit;
Sa mga kalkulasyon, maraming mga yunit ang ginagamit din; Halimbawa: 1 km = 1000 m, 1 dm = 10 cm (sentimetro), 1 m = 100 cm, 1 kg = 1000 g O mga pribadong yunit, isang buong antas ng sampung mas mababa kaysa sa itinatag na yunit ng pagsukat: 1 cm = 0.01 m , 1 mm = 0.1 cm.
Ang mga yunit ng oras ay medyo naiiba: 1 minuto. = 60 s, 1 oras = 3600 s. Ang mga quotient ay 1 ms lamang (millisecond) = 0.001 s at 1 μs (microsecond) = 10-6s.
Figure 1. Listahan ng mga pisikal na dami. Author24 - online exchange ng mga gawa ng mag-aaral
Mga sukat at mga instrumento sa pagsukat
Kasama sa mga sukat at instrumento sa pagsukat ang:
- Ang mga instrumento sa pagsukat ay mga aparato kung saan sinusukat ang mga pisikal na dami.
- Ang mga pisikal na dami ng scalar ay mga pisikal na dami na tinukoy lamang ng mga numerical na halaga.
- Ang pisikal na dami ay isang pisikal na pag-aari ng isang materyal na bagay, pisikal na kababalaghan, proseso na maaaring mailalarawan sa dami.
- Ang mga pisikal na dami ng vector ay mga pisikal na dami na nailalarawan sa pamamagitan ng numerical na halaga at direksyon. Ang halaga ng isang dami ng vector ay tinatawag na modulus nito.
- Ang haba ay ang distansya mula sa punto hanggang punto.
- Ang lugar ay isang dami na tumutukoy sa laki ng isang ibabaw, isa sa mga pangunahing katangian ng mga geometric na hugis.
- Ang volume ay ang kapasidad ng isang geometric na katawan, o isang bahagi ng espasyo na nililimitahan ng mga saradong ibabaw.
- Ang displacement ng isang katawan ay isang nakadirekta na segment na iginuhit mula sa unang posisyon ng katawan hanggang sa huling posisyon nito.
- Ang masa ay isang pisikal na dami, na isa sa mga pangunahing katangian ng isang katawan, na karaniwang tinutukoy ng Latin na letrang m.
- Ang gravity ay ang puwersa kung saan ang Earth ay umaakit ng mga bagay.
Sa pamamagitan ng pagsukat tumawag ng isang hanay ng mga aksyon na isinagawa gamit ang mga espesyal na paraan upang mahanap ang mga numerical na halaga ng sinusukat na dami sa tinatanggap na mga yunit ng pagsukat.
Layunin ng pagsukat ay upang makuha ang halaga ng isang pisikal na dami na nagpapakilala sa kinokontrol na bagay. Mayroong maraming mga uri ng mga sukat (Larawan 1.1).
Gamit ang pagsukat, ang sinusukat na halaga ay inihambing sa. yunit ng pagsukat, ibig sabihin, kung mayroong isang tiyak na pisikal na dami X, at tinanggap ang yunit ng pagsukat na U para dito, kung gayon ang halaga ng pisikal na dami ay tinutukoy bilang
kung saan ang q ay ang numerical na halaga ng isang pisikal na dami sa tinatanggap na mga yunit ng pagsukat.
Ang equation na ito ay tinatawag pangunahing equation ng pagsukat.
Halimbawa, ang yunit ng pagsukat para sa boltahe U ng electric current ay isang bolta. Pagkatapos ang halaga ng boltahe ng elektrikal na network ay U = q [U] = 220 = 220 V, ibig sabihin, ang numerical na halaga ng boltahe ay 220.
Kung ang isang kilovolt ay kinuha bilang isang yunit ng boltahe U, at 1 V = 10 kV, pagkatapos ay U = q [U] = 220 = 0.22 kV. Ang numerical value ng boltahe ay magiging 0.22.
Ang isa pang mahalagang konsepto ay conversion ng pagsukat, kung saan ang ibig sabihin namin ay ang pagtatatag ng isa-sa-isang pagsusulatan sa pagitan ng mga sukat ng dalawang dami: ang isa ay kino-convert (input) at ang isa ay na-convert bilang resulta ng pagsukat (output).
Ang hanay ng mga sukat ng dami ng input, na na-convert gamit ang isang teknikal na aparato, ay tinatawag hanay ng mga pagbabago.
Depende sa mga uri ng pisikal na dami, ang mga pagbabago sa pagsukat ay nahahati sa tatlong pangkat.
Unang pangkat kumakatawan sa mga dami na tumutukoy sa mga relasyon: "mas mahina - mas malakas", "mas malambot - mas mahirap", "mas malamig - mas mainit", atbp. Ang ganitong halaga ay, halimbawa, bilis ng hangin. Tinatawag sila pagkakasunud-sunod ng mga relasyon o ugnayang pagkakapantay-pantay.
Co. pangalawang pangkat Ito ang mga dami kung saan ang mga relasyon sa pagkakasunud-sunod ay natutukoy hindi lamang sa pagitan ng mga halaga ng mga dami, kundi pati na rin sa kanilang saklaw, ibig sabihin, ang pagkakaiba sa mga halaga ng matinding dami. Halimbawa, ang pagkakaiba sa hanay ng temperatura mula sa plus 5 hanggang sa plus 10 "C at ang pagkakaiba sa hanay ng temperatura mula sa plus 20 hanggang plus 25" C ay pantay. Sa kasong ito, ang ratio ng pagkakasunud-sunod ng magnitude plus 25 "C ay mas mainit kaysa sa plus 10"C, at ang ratio ng pagkakasunud-sunod ng pagkakaiba sa pagitan ng mga matinding halaga ng mga unang halaga ay tumutugma sa pagkakaiba sa pagitan ng matinding halaga ng pangalawang halaga. Sa parehong mga kaso, ang pagkakaugnay ng pagkakasunud-sunod ay natatanging tinutukoy gamit ang isang pagsukat na transducer, tulad ng isang likidong thermometer, at ang temperatura ay maaaring italaga Upang mga pagbabago sa pagsukat.
Ikatlong pangkat nailalarawan sa pamamagitan ng katotohanan na may mga dami na posible na magsagawa ng mga operasyon na katulad ng karagdagan at pagbabawas (pag-aari ng aktibidad). Halimbawa, ang gayong pisikal na dami bilang masa: dalawang bagay na bawat isa ay tumitimbang ng 0 5 kg, na inilagay sa isang mangkok ng timbangan ng pingga, ay balanse sa kabilang mangkok ng timbang na 1 kg.
Ang sinusukat na dami ay maaaring malaya, umaasa At panlabas.
Independent variable nagbabago lamang sa ilalim ng pagkilos ng tagapalabas ng trabaho (halimbawa, ang pambungad na anggulo ng balbula ng throttle ng carburetor kapag sinusubukan ang makina).
Dependent value - ito ay isang dami na nagbabago kapag nagbabago ang mga independyenteng variable (halimbawa, ang bilis ng kotse kapag nagbago ang anggulo ng pagbubukas ng throttle ng carburetor).
Panlabas na halaga - ito ay isang dami na nagpapakilala sa impluwensya ng mga panlabas na salik sa mga resulta ng pagsukat kapag nagsasagawa ng pagsukat, ngunit hindi kinokontrol ng taong nagsasagawa ng mga sukat na ito (halimbawa, ang bilis ng headwind kapag tinutukoy ang bilis ng isang sasakyan).
Pamantayang yunit ng dami ay isang instrumento sa pagsukat na nilayon para sa pagpaparami at (o) pag-iimbak ng isang yunit ng dami at pagpapadala ng sukat nito sa iba pang mga instrumento sa pagsukat ng dami na ito.
Mga pisikal na dami
Ang mga pisikal na dami ay nahahati sa geometric, kinematic, dynamic, atbp.
K geometrically Kasama sa mga dami ang linear na sukat, dami, anggulo.
Sa kinematic Kasama sa mga dami ang bilis, acceleration, at bilis ng pag-ikot.
SA dynamic - masa, pagkonsumo ng isang sangkap, presyon, atbp.
Sa iba pang dami maaaring magsama ng oras, temperatura, kulay, ilaw.
