Fyzikální veličiny. - Obecně - Fyzikální veličiny - Zápis fyzikální veličiny - Rozměr fyzikální veličiny. Obecně

Transkript

1 Fyzikální veličiny - Obecně - Fyzikální veličiny - Zápis fyzikální veličiny - Rozměr fyzikální veličiny Obecně Fyzika zkoumá objektivní realitu - hmotu - z určité stránky. Zabývá se její látkovou formou a polní formou. U těchto dvou forem hmoty sleduje fyzikální formy pohybu, vlastnosti těchto dvou forem a změny těchto dvou forem, které se nazývají fyzikálními ději. Základem fyzikálního poznání je pozorování a zkušenost. Pozorovat je možno fyzikální jevy a děje v přírodě, kde probíhají samovolně, bez našeho zásahů tyto jevy a děje v přírodě jsou vesměs příliš složité. Často vhodnější pro pozorování bývá obdobný uměle připravovaný děj, který probíhá za předem určených podmínek. Takový děj nazýváme fyzikální pokus neboli experiment. Některé děje však nelze uměle připravit, musíme je pozorovat v přírodě ve složitých podmínkách, například pohyby Měsíce, planet, Slunce a ostatních hvězd. Každé pozorování můžeme vyhodnotit po stránce kvalitativním tím, že popíšeme, co se děje, respektive mění a jak se mění. Všímáme-li si nejen charakteru - kvality - jevu nebo děje, ale také velikosti - kvantity - pozorovaných změn, dospíváme k tak zvanému fyzikálnímu měření. Prvním krokem na cestě fyzikálního poznání je tedy kvalitativní a kvantitativní pozorování jevů a dějů v přírodě a fyzikálních pokusů, čili fyzikálních měření. Na základě výsledků fyzikálního měření jsou vyslovovány hypotézy teoretického charakteru, které jsou dále teoreticky rozpracovány. Výsledky této teoretické práce jsou ověřovány opět pomocí 1 / 9

2 fyzikálního měření. Jestliže dojde ke shodě výsledků fyzikálního měření s tím, co hypotéza předpokládala, stává se tato hypotéza fyzikální teorií. Teorie platí tak dlouho, dokud se nevyskytne některý jev, který této teorii odporuje. Potom je teorie považována za neplatnou a je vyslovena obecnější hypotéza, která neodporuje novým skutečnostem a cesta fyzikálního poznání začíná znovu, a to na vyšší úrovni. Schematicky můžeme průběh fyzikálního poznání vyjádřit takto : Fyzikální měření + Hypotéza + Fyzikální měření + Fyzikální teorie Fyzikální pokus neboli experiment je uměle připravovaný děj. Při pozorování fyzikálního pokusu sledujeme závislost fyzikálních veličin v nejjednodušším tvaru a přesně stanovených podmínek a při maximálním omezení rušivých vlivů. Při pozorování fyzikálních jevů a dějů sledujeme většinou dvě stránky těchto jevů a dějů. Jestliže fyikální jev nebo děj pouze slovně popíšeme, pak jsme sledovali pouze kvalitativní stránku jevu, je to tzv. kvalitativní pozorování. Jestliže fyzikální děj nebo jev popíšeme také matematicky, pak jme sledovali i kvantitativní stránku jevu, je to tzv. kvantitativní pozorování. Kvantitativní pozorování fyzikálních jevů a dějů je fyzikální měření. Úkolem fyzikálního měření je odhalit a poznat objektivní realitu tak, jaká ve skutečnosti je, i když se nám někdy jeví zcela jinak. Objektivní realitu při měření nepřetváříme, i když ji můžeme měřením částečně ovlivnit. Každé fyzikální měření je vlastně otázka, kterou klade člověk přírodě ta existuje objektivně. Jestliže člověk chce přírodu poznat, musí jí klást mnoho otázek. Formou měření vlastností přírody dostává člověk na otázky, které klade, odpovědi. Vyhodnotí-li správně kvalitativně a kvantitativně odpovědi přírody na kladené otázky - vyhodnotíli fyzikální měření, dostane věrnější obraz přírody. Tak člověk stále přesněji a přesněji poznává nejen přírodu, ale objektivní realitu vůbec. 2 / 9

3 Fyzikální veličiny Fyzikálním měřením rozumíme tedy kvalitativní a kvantitativní pozorování fyzikálních jevů a dějů. Ve fyzikálním měření vždy měříme fyzikální veličiny jak kvalitativně, tak kvantitativně, abychom mohli sledovat vzájemné vztahy mezi fyzikálními veličinami. Pojem fyzikální veličiny je velmi důležitý v celkové logické struktuře fyziky jako vědy, je nejnižším abstraktním útvarem v její logické struktuře : Informace o faktech - Fyzikální pojmy - Fyzikální zákony - Hypotézy - Fyzikální teorie. Fyzikální veličiny jsou měřitelné charakteristiky nebo vlastnosti objektů, jevů a dějů. Fyzikální veličiny jsou pojmy připomínající čísla, která jsou známa z matematiky jako pojmenovaná. Každou fyzikální veličinu můžeme schematicky zapsat takto : Fyzikální veličina = Číselná hodnota fyzikální veličiny + Měřící jednotka fyzikální veličiny Symbolický zápis : x = {x}. [x] 3 / 9

4 kde {x} je číselná hodnota fyzikální veličiny a [x] je její měřící jednotka. Vztah platí jen pro nevektorové veličiny. Číselná hodnota fyzikální veličiny {x} udává, kolikrát je fyzikální veličina x obsažena ve fyzikální veličině stejného druhu, která byla zvolena za měřící jednotku. Změření fyzikální veličiny znamená porovnání fyzikální veličiny s určitou velikostí stejnorodé veličiny zvolené za měřící jednotku. V dalším pro zkrácení budeme psát pouze veličina místo fyzikální veličina. Zápis fyzikálních veličin : Změříme-li například délku tyče 1, potom výsledek měření zapíšeme ve tvaru l = 1m. Vypočítáme-li na základě měření zrychlení pohybu a, výsledek zapíšeme ve tvaru a = 6 m.s -2. Vyskytne-li se operace se dvěma či více fyzikálními veličinami, lze počítat podle algebraických pravidel odděleně jak číslenou hodnotu nové veličiny, tak výraz vyjadřující její měřící jednotku pomocí součinu mocnin základních, popřípadě doplňkových jednotek, z něhož lze určit tuto měřící jednotku. Například máme vypočítat sílu F, která hmotnosti m = 3 kg uděluje zrychlení a = 6 m.s -2, přičemž síla F = m.a : Číslená velikost síly {F} = {m}. {a} = 3.6 = 18 Výpočet výrazu vyjadřujícího měřicí jednotku síly pomocí součinu mocnin základních, případně 4 / 9

5 doplňkových jednotek [F] = [m]. [a] = kg.m.s -2. Výsledek F = 18 kg.m.s -2 = 18 N Rozměr fyzikální veličiny : V době, kdy každá oblast fyziky měla svou specifickou soustavu měřících jednotek, která pro ni byla vhodná a při požití jiné soustavy v dané oblasti bylo nutno znát převodní vztahy pro měřící jednotky, bylo velmi užitečné při definování fyzikálních veličin uvádět jejich rozměr. Rozměru neboli dimenze fyzikální veličiny se v některých úvahách používá dodnes. Rozměr fyzikální veličiny vhledem k základním veličinám je formální součin všech rozměrových symbolů s příslušnými exponenty. Rozměrové symboly příslušné základním veličinám jsou uvedeny v následující tabulce. Veličina Rozměrový symbol Značka základní měřící jednotky 5 / 9

6 délka L m hmotnost M kg čas T s elektrický proud 6 / 9

7 I A termodynamická teplota θ K látkové množství N mol svítivost J cd 7 / 9

8 Tabulka rozměrů základních fyzikálních veličin Z uvedeného je zřejmé, že rozměr fyzikální veličiny je dán součinem mocnin rozměrových symbolů základních fyzikálních veličin. Exponenty v mocninách základních veličin nazýváme rozměrovými exponenty. Rozměr fyzikální veličiny je zjednodušeným výrazem a nemůže plně charakterizovat vlastnosti veličiny, například to, zda veličina je skalár nebo vektor /bude uvedeno dále/. Pro svou jednoduchost je rozměr fyzikální veličiny výhodný a má význačnou úlohu v oboru fyzikální podobnosti a v teorii dimenzí. Při používání rozměrů veličin je doporučena jistá opatrnost, protože se můžeme setkat s veličinami, které mají stejný rozměr, ale přitom zcela odlišný fyzikální charakter. Jsou to například veličiny práce, energie a moment síly. Rozměr fyzikální veličiny úzce souvisí s vyjádřením měřicí jednotky pomocí součinu mocnin základních jednotek. Je třeba dbát, aby nedošlo k záměně rozměru fyzikální veličiny s vyjádřením její měřící jednotky pomocí součinu mocnin základních jednotek. Převzato z knihy PROCHÁZKOVÁ, E.: Úvod do teorie a praxe fyzikálního měření I. PF JU České Budějovice, padě vůbec umožní. 8 / 9

9 9 / 9