Физические величины и их измерение: что это
Физическая величина — свойство тела или явления, которое можно измерить и записать числом: длина, масса, время, объём, температура, скорость. Измерить — значит сравнить величину с эталоном, то есть с единицей. Результат всегда состоит из числа и единицы: 5 м, 3 с, 250 мл. Число без единицы в физике ответом не считается.
В заданиях часто просят отличить величину от других понятий:
- физическое тело — предмет: стол, яблоко, Луна, ножницы;
- вещество — то, из чего тело сделано: медь, спирт, ртуть;
- физическое явление — происходящее изменение: гром, кипение, метель, молния;
- физическая величина — то, что измеряют: скорость, масса, объём.
Секунда в эту таблицу не попадает: это единица времени, а не величина и не тело. Подробнее о том, из чего состоят вещества, читай в теме строение вещества.
Единицы измерения в СИ и приставки
СИ — международная система единиц. В ней у каждой величины своя основная единица:
- длина — метр (м);
- масса — килограмм (кг);
- время — секунда (с);
- площадь — м², объём — м³;
- скорость — м/с;
- энергия — джоуль (Дж).
Если в задании сказано «выразите в СИ», нужно перевести всё именно в эти единицы. Для перевода служат приставки:
- кило (к) — 10³, то есть 1000;
- мега (М) — 10⁶;
- деци (д) — 10⁻¹, санти (с) — 10⁻², милли (м) — 10⁻³;
- микро (мк) — 10⁻⁶.
Примеры: 1 кДж = 1000 Дж, 1 мДж = 0,001 Дж, 0,5 Дж = 500 мДж, 5400 Дж = 5,4 кДж. Для скорости: 72 км/ч = 72 × 1000 м ÷ 3600 с = 20 м/с.
Отдельно запомни площади и объёмы, потому что приставка возводится в степень вместе с единицей: 1 см² = 10⁻⁴ м², 1 см³ = 10⁻⁶ м³, 1 л = 1 дм³ = 0,001 м³.
Стандартный вид числа — запись a × 10ⁿ, где 1 ≤ a < 10. Например, 35,2 мкм = 35,2 × 10⁻⁶ м = 3,52 × 10⁻⁵ м. А 76 МПа = 76 000 000 Па = 7,6 × 10⁷ Па. Единицы массы и плотности подробнее разобраны в теме масса и плотность, а джоуль встретится в теме работа и энергия.
Как найти цену деления шкалы и погрешность измерения
Цена деления — это значение одного деления шкалы, то есть на сколько изменится показание при сдвиге на одну риску. Находят её так:
- Возьми две ближайшие подписанные отметки и вычти из большего меньшее.
- Посчитай, сколько промежутков между ними. Считай промежутки, а не риски.
- Раздели разность на число промежутков.
Погрешность в школьных заданиях обычно принимают равной половине цены деления. Результат записывают так: V = (26 ± 1) мл.
Разбор. На мензурке подписаны отметки 20 мл и 30 мл, между ними 5 промежутков. Уровень воды находится на третьей риске выше 20 мл. Найди объём.
- Цена деления: (30 − 20) ÷ 5 = 2 мл.
- Показание: от 20 мл поднялись на 3 деления, значит 20 + 3 × 2 = 26 мл.
- Погрешность: 2 мл ÷ 2 = 1 мл.
- Ответ: V = (26 ± 1) мл.
Тот же порядок подходит для линейки, термометра и любого прибора со шкалой. Только единицы будут другими: см, °C, мл.
Прямые и косвенные измерения, метод рядов
Прямое измерение даёт величину сразу по прибору: длину линейкой, температуру термометром. Косвенное — когда величину считают по формуле из других измеренных: объём бруска из трёх длин, скорость из пути и времени (об этом в теме механическое движение).
Если предмет слишком мал для линейки, например тонкая проволока, используют метод рядов. Намотай проволоку виток к витку на карандаш, измерь длину намотки и раздели на число витков.
Пример: 25 витков заняли 5 см. Диаметр проволоки: 5 см ÷ 25 = 0,2 см = 2 мм.
Где ошибаются чаще всего
- Считают риски вместо промежутков. Между отметками 10 и 15 при 10 промежутках цена деления равна 5 ÷ 10 = 0,5, а не 5 ÷ 11.
- Переводят площадь и объём как длину. В 1 м² не 100 см², а 10 000 см²; в 1 м³ не 100, а 1 000 000 см³. Приставку надо возводить в степень вместе с единицей.
- Путают приставки. Милли — это одна тысячная (10⁻³), микро — одна миллионная (10⁻⁶). Поэтому 1 мДж = 0,001 Дж, а 1 мкДж = 0,000001 Дж.
- Забывают погрешность или единицу. Ответ «26» без «± 1» и «мл» засчитают не полностью.
- Неверно приводят к стандартному виду. Число перед степенью должно быть от 1 до 10: не 35,2 × 10⁻⁶, а 3,52 × 10⁻⁵.
Какие задания по теме присылают ученики
Чаще всего присылают перевод единиц в СИ и приведение числа к стандартному виду, определение цены деления у мензурок, термометров и линеек, запись результата с погрешностью, соответствие величин и единиц, а также измерение диаметра проволоки методом рядов. Встречаются и задачи про вымышленные единицы расстояния и времени, где всё решается так же, как обычный перевод.
Посмотри список заданий выше: если там есть похожее, открой его и сверь ход решения со своим. Если не нашёл, сфотографируй своё задание и отправь на сайт, и ты получишь решение с пояснениями по шагам.