"Физика", Кабардин О.Ф.
Физические величины помогают описывать свойства тел и явлений числами: например, длину комнаты, время урока или массу книги. Чтобы получить числовое значение, величину сравнивают с принятой единицей измерения. Для длины такой основной единицей в Международной системе единиц служит метр. Научиться правильно измерять длину особенно важно: нужно выбрать подходящий прибор, определить цену его деления и верно отсчитать показание по шкале. Результат всегда записывают вместе с единицей.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Физическая величина — свойство тела или явления, которое можно измерить и выразить числом с единицей измерения. Длина, масса и время относятся к физическим величинам, а цвет сам по себе — нет. Это понятие нужно, чтобы точно описывать и сравнивать свойства тел, а не ограничиваться словами «длинный» или «тяжёлый». Обозначение длины — l, времени — t, массы — m.
Измерение физической величины — сравнение величины с однородной величиной, принятой за единицу. Например, длину сравнивают с единицей длины, а время — с единицей времени. Такое сравнение показывает, сколько раз выбранная единица содержится в измеряемой величине. Поэтому результат измерения записывают числом вместе с названием или обозначением единицы.
Единица длины — установленная величина, с которой сравнивают длины; основной единицей в СИ является метр. СИ — Международная система единиц, позволяющая использовать общие единицы измерения. Метр обозначают буквой м, сантиметр — см, миллиметр — мм; 1 м = 100 см, а 1 см = 10 мм. Единицы нужны, чтобы результат можно было однозначно понять и сопоставить с другими измерениями.
Цена деления — значение величины, соответствующее одному промежутку между соседними штрихами шкалы прибора. У линейки она показывает, какой длине соответствует каждый маленький шаг между отметками. Чтобы прочитать показание точнее, нужно знать цену деления, а не только положение крупных подписанных чисел. Так можно правильно определить длину даже тогда, когда конец предмета находится между крупными отметками.
Любое число при измерении отвечает на вопрос, сколько единиц выбранного размера помещается в измеряемой величине. Если указать лишь «длина равна 5», непонятно, имеются ли в виду метры, сантиметры или миллиметры. Одна и та же длина может иметь разные числовые значения при выборе разных единиц: например, 1 м — это 100 см. Значит, число зависит от единицы, а сама длина — нет.
Чтобы получить числовое значение длины, измеряемый отрезок мысленно или практически сравнивают с единичным отрезком. Если единичный отрезок укладывается в нём несколько раз, число показывает это количество. На практике вместо многократного прикладывания единицы используют шкалу прибора, уже размеченную на равные отрезки. Её деления позволяют сразу определить, сколько единиц или их частей приходится на измеряемую длину.
Шкала линейки — это последовательность отметок, с помощью которых считывают длину. Начало отсчёта обычно обозначено нулём; короткие штрихи показывают равные шаги, а более длинные или подписанные отметки помогают быстро найти сантиметры. Равными должны быть именно промежутки между соседними штрихами, потому что каждому такому промежутку соответствует одинаковое изменение длины. Поэтому сначала находят нужную часть шкалы, а затем читают её значение.
На шкале могут быть подписаны, например, отметки 2 см и 7 см, а между ними расположены более мелкие штрихи. Разность подписанных значений равна 7 − 2 = 5 см. Чтобы найти цену деления, эту разность делят на число равных промежутков между отметками: если их 10, цена деления равна 5 см : 10 = 0,5 см. Считать нужно промежутки, а не штрихи, поскольку каждый шаг шкалы задаётся расстоянием от одного штриха до следующего.
Для измерения приложите линейку так, чтобы она шла вдоль предмета: иначе шкала покажет расстояние не по его длине. Начало предмета совместите с нулевой отметкой, а затем прочитайте число у второго конца. Если ноль повреждён или не совпадает с началом, считайте показание у обоих концов и вычитайте начальное из конечного. Так измерение останется верным и при смещённом начале отсчёта.
| Физическая величина | Обозначение | Единица СИ | Прибор для измерения |
|---|---|---|---|
| Длина | l | метр | линейка или измерительная лента |
| Время | t | секунда | часы или секундомер |
| Масса | m | килограмм | весы |
| Температура | t | кельвин | термометр |
Сначала определите, какое свойство нужно измерить, затем найдите для него единицу и подходящий прибор. Прибор должен быть предназначен для этой величины: например, линейкой измеряют длину, а термометром — температуру. Обозначения помогают кратко записывать величины в формулах и таблицах.
Условие: выберите физические величины и укажите подходящие единицы для длины комнаты, массы книги, цвета карандаша и времени урока. Сначала проверим, можно ли свойство измерить и выразить числом с единицей. Для каждой измеряемой величины подберём единицу того же рода: длине — единицу длины, массе — единицу массы, времени — единицу времени.
Ответ: физические величины — длина комнаты, масса книги и время урока; подходящие единицы — метр, килограмм (или грамм) и минута (или секунда). Цвет карандаша — качественная характеристика, а не измеряемая физическая величина в данном примере. Подбор единицы по тому же свойству помогает не перепутать, например, метры с килограммами.
Условие: участок линейки между отметками 2 см и 7 см разделён на 10 равных промежутков. Нужно определить цену деления. Чтобы узнать значение одного маленького шага, сначала выясним, на сколько сантиметров отличаются подписанные отметки, а затем поделим эту разность поровну между промежутками. Не будем считать сами штрихи вместо промежутков.
Ответ: цена деления равна 0,5 см, или 5 мм. Проверка: десять таких промежутков должны вместе составить 5 см, и 10 × 0,5 см = 5 см. Проверка помогает заметить ошибку в счёте промежутков или делении.
Условие: левый конец карандаша совпадает с отметкой 1,2 см, правый — с отметкой 14,7 см. Нужно найти длину и выразить её в сантиметрах, миллиметрах и метрах. Так как начало предмета не стоит на нуле, показание правого конца включает участок до карандаша. Поэтому сначала вычтем начальное показание, а уже потом переведём полученную длину.
Ответ: длина карандаша равна 13,5 см, 135 мм или 0,135 м. Эти записи обозначают одну и ту же длину, выраженную в разных единицах. Проверка перевода: миллиметров в числовом значении должно быть в 10 раз больше, чем сантиметров, а метров — в 100 раз меньше.
Записывают результат одним числом, забывая единицу: например, пишут «длина 5». Так происходит, когда число принимают за полное описание результата, хотя оно зависит от выбранной единицы. Запишите рядом метры, сантиметры или миллиметры и проверьте, можно ли по записи понять размер величины. Без единицы ответ неоднозначен.
При нахождении цены деления считают штрихи вместо промежутков. Ошибка возникает потому, что взгляд цепляется за линии, хотя значение задаётся расстоянием между ними. Отметьте крайние штрихи и сосчитайте шаги между соседними; промежутков будет на один меньше, чем ограничивающих их штрихов. Затем проверьте, что цена деления, умноженная на число промежутков, даёт разность подписанных отметок.
Начинают отсчёт от края линейки или предполагаемого нуля, не проверив совпадение. Край может быть стёрт или повреждён, а начало шкалы не всегда находится у края прибора. Перед измерением посмотрите, совмещён ли конец тела с нулевой отметкой; если нет, запишите оба показания и найдите разность. Это надёжнее, чем считать от края на глаз.
Прикладывают линейку под углом или не вдоль измеряемого отрезка. Тогда шкала показывает расстояние в другом направлении, поэтому показание не соответствует длине предмета. Совместите линейку с предметом по всей его длине и только затем считывайте отметку у конца. Для самопроверки убедитесь, что оба конца предмета находятся над одной прямой шкалы.
Для работы с длиной полезно уметь сравнивать натуральные и десятичные дроби: показания линейки могут содержать десятые доли сантиметра. Также нужно знать единицы длины и перевод между ними, чтобы представить результат в удобной форме. Измерение расстояний и размеров тел понадобится при описании опытов и расчётах в следующих темах физики. Умение читать шкалу пригодится и для приборов, измеряющих время, температуру и массу.
Почему нельзя записывать результат измерения только числом?
Число показывает, сколько раз выбранная единица содержится в измеряемой величине, но само по себе не сообщает, какая именно единица использована. Например, 5 см и 5 м — разные длины. Поэтому результат записывают числом и единицей измерения.
Что делать, если край линейки повреждён или нулевая отметка плохо видна?
Не опирайтесь на повреждённый край: совместите начало предмета с хорошо видимой отметкой, например 1 см. Затем снимите показание у второго конца и вычтите начальное показание из конечного. Если шкалу нельзя надёжно прочитать, возьмите другой прибор.
Как отличить число штрихов от числа промежутков между ними?
Сосчитайте штрихи, ограничивающие отрезок, включая оба крайних. Число промежутков на один меньше числа штрихов: между четырьмя штрихами находятся три промежутка. Для цены деления нужно считать именно промежутки.
Почему длину предмета нужно находить как разность двух показаний?
Если начало предмета не совпало с нулём, показание у его конца включает ещё и участок от нулевой отметки до начала предмета. Вычитание начального показания убирает этот лишний участок. Полученная разность и есть длина предмета.
Как перевести длину из сантиметров в миллиметры и метры?
В одном сантиметре 10 миллиметров, поэтому сантиметры умножают на 10, чтобы получить миллиметры. В одном метре 100 сантиметров, поэтому сантиметры делят на 100, чтобы получить метры. Например, 13,5 см = 135 мм = 0,135 м.
§ 2. Физические величины. Измерение длины
