"Физика", Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е.
Физические величины помогают описывать тела и явления не только словами, но и точными числами: например, указывать длину книги или время движения. Чтобы получить число, измеряемое свойство сравнивают с принятой единицей — метром, секундой, килограммом и другими. Одну величину можно выразить в разных единицах, поэтому вместе с числом всегда записывают единицу измерения. Общая система единиц позволяет сравнивать результаты и решать задачи без путаницы.
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. Например, длину стола можно измерить, а его цвет нельзя выразить результатом такого измерения. Понятие физической величины помогает точно описывать и сравнивать тела.
Единица физической величины — эталон, с которым сравнивают измеряемую величину. Например, метр служит принятой единицей длины. Единица задаёт общую меру, чтобы результаты разных людей можно было сопоставить.
Измерение физической величины — сравнение величины с принятой единицей. Если в длине предмета укладывается три метра, результат записывают как 3 м. Измерение позволяет заменить словесную оценку точным результатом.
Международная система единиц (СИ) — согласованная система общепринятых единиц физических величин. Она нужна, чтобы результаты измерений были понятны и сопоставимы в разных странах и задачах. В СИ длину выражают в метрах, время — в секундах, массу — в килограммах.
У любого тела есть множество свойств, но не каждое из них является физической величиной. Физической называют то свойство, для которого можно указать способ измерения и получить число с единицей. Например, длину книги можно измерить линейкой, а её красоту нельзя объективно выразить в метрах или килограммах. Число делает описание точным, но без единицы оно не сообщает, с какой мерой сравнивали свойство.
Числовое значение зависит от того, какую единицу выбрали. Если отрезок длиной 1 м измерить сантиметрами, получится 100 см: сантиметр меньше метра, поэтому таких единиц в отрезке укладывается больше. При переходе к более крупной единице число, наоборот, уменьшается. Изменяется запись результата, а не сама длина.
Единой системой единиц пользуются, чтобы результаты измерений можно было сравнивать и подставлять в формулы одинаковым способом. СИ устанавливает общие единицы, поэтому запись в метрах и секундах не зависит от того, кто выполняет измерение. Если в задаче встречаются сантиметры или минуты, их часто переводят в единицы СИ. Так проще избежать несогласованных вычислений.
Основными называют единицы, принятые для основных физических величин; в этой теме это метр, секунда и килограмм. Другие единицы получают из основных по физическим формулам. Например, площадь находят умножением длины на длину, поэтому её единица — квадратный метр, м². Скорость равна пути, делённому на время, поэтому единица скорости — метр в секунду, м/с.
Приставки перед названием единицы показывают, во сколько раз она больше или меньше основной. Например, километр содержит 1000 метров, сантиметр составляет сотую долю метра, а миллиметр — тысячную. Благодаря приставкам большие и малые значения удобнее записывать: вместо 1000 м можно написать 1 км. При переводе важно учитывать, что при переходе к более мелким единицам числовое значение увеличивается.
В таблице собраны обозначения величин и их единицы в СИ. Обозначение величины — это буква в формуле, а обозначение единицы указывают после числового результата.
| Физическая величина | Обозначение величины | Единица СИ | Обозначение единицы | Примеры других единиц |
|---|---|---|---|---|
| Длина | l | метр | м | см, мм, км |
| Время | t | секунда | с | мин, ч |
| Масса | m | килограмм | кг | г, т |
| Площадь | S | квадратный метр | м² | см², га |
| Объём | V | кубический метр | м³ | см³, л |
| Температура | T | кельвин | К | °C |
| Скорость | v | метр в секунду | м/с | км/ч |
Чтобы пользоваться таблицей, сначала найди нужную физическую величину, затем посмотри её единицу СИ. При записи результата не путай символ величины с единицей: например, l — длина, а м — метр.
Условие. Назовите физические величины, которые характеризуют книгу, и укажите возможные единицы их измерения.
Ответ: длина, ширина, толщина, масса и объём; возможные единицы — см, мм, г, кг, см³ или м³.
Условие. Выразите 3,6 км в метрах и 450 см в метрах.
Ответ: 3,6 км = 3600 м; 450 см = 4,5 м. Проверка: при переводе километров в более мелкие метры число выросло, а при переводе сантиметров в более крупные метры уменьшилось.
Условие. Запишите в единицах СИ: 2 ч 15 мин, 2,5 г и 0,08 км.
Ответ: 8100 с; 0,0025 кг; 80 м. Числа записаны вместе с единицами: именно сочетание числа и обозначения единицы показывает результат измерения.
Считать числовое значение неизменным при замене единицы — ошибка: 1 м не равен 1 см. Её допускают, забывая, что единицы имеют разный размер. Проверь себя на знакомом соотношении: один метр равен ста сантиметрам, поэтому при записи в сантиметрах число больше.
Запись только числа или только единицы не даёт полного результата. Например, «5» не сообщает, измеряли ли длину в метрах или сантиметрах, а «метр» не указывает длину предмета. После измерения проверь, что записаны и числовое значение, и единица.
Нельзя путать обозначение физической величины с обозначением единицы: l обозначает длину, а м — метр. Ошибка возникает, когда букву величины принимают за единицу измерения. Сверь запись с таблицей: величина отвечает на вопрос «что измеряют?», единица — «в чём измеряют?».
Приставки и соотношения единиц нужно применять точно: в километре 1000 метров, а не 100. Ошибка часто появляется из-за неверного количества нулей или неправильного направления перевода. Перед вычислением запиши соотношение единиц и проверь, должно ли число увеличиться или уменьшиться.
До этой темы полезно уметь различать тела, вещества и физические явления, а также сравнивать объекты. Это помогает понять, какое свойство можно измерить и выразить числом. Дальше физические величины понадобятся при изучении механического движения, формул и решении задач с переводом единиц. Связь с математикой проявляется в работе с десятичными дробями, отношениями и преобразованием единиц измерения.
Почему одна и та же длина имеет разные числовые значения в метрах и сантиметрах?
Метр и сантиметр — разные единицы сравнения: в одном метре содержится сто сантиметров. Поэтому длина 1 м записывается как 100 см. Сама длина при этом не меняется.
Можно ли измерить физическую величину без единицы?
Для полного результата измерения нужны и число, и единица. Запись «длина равна 5» непонятна: это могут быть метры, сантиметры или другая единица. Поэтому записывают, например, 5 м.
Чем физическая величина отличается от единицы измерения?
Физическая величина — это измеримое свойство, например длина. Единица — выбранная мера, с которой сравнивают это свойство, например метр. Длину можно выразить в метрах, сантиметрах или километрах.
Почему килограмм является основной единицей массы, а грамм — нет?
В Международной системе единиц основной единицей массы принят килограмм. Грамм связан с ним соотношением 1 кг = 1000 г, поэтому является дольной единицей килограмма. Это установленное соглашение системы единиц.
Зачем перед решением задачи переводить все величины в единицы СИ?
В формулах величины должны быть выражены в согласованных единицах. Если подставить, например, расстояние в километрах, а время в секундах, можно ошибиться в вычислениях и единицах ответа. Перевод в СИ помогает сравнивать результаты и правильно применять формулы.
§ 3. Физические величины. Единицы физических величин
