Perché la misurazione è importante nell'industria? Perché una persona ha bisogno di misurazioni

Perché una persona ha bisogno di misurazioni

La misurazione è una delle cose più importanti vita moderna. Ma non sempre

era così. Quando un uomo primitivo uccise un orso in un duello impari, ovviamente si rallegrò se si fosse rivelato abbastanza grande. Questo ha promesso una vita ben nutrita per lui e per l'intera tribù per molto tempo. Ma non trascinò la carcassa dell'orso sulla bilancia: a quel tempo non c'erano squame. Non c'era bisogno di misure particolari quando una persona realizzava un'ascia di pietra: non c'erano specifiche tecniche per tali asce e tutto era determinato dalla dimensione di una pietra adatta che si poteva trovare. Tutto è stato fatto ad occhio, come suggeriva l'istinto del maestro.

Più tardi, le persone iniziarono a vivere in grandi gruppi. Iniziò lo scambio di merci, che poi si trasformò in commercio, sorsero i primi stati. Poi è arrivata la necessità di misurazioni. Le volpi artiche reali dovevano sapere quale fosse l'area del campo di ogni contadino. Questo determinava quanto grano avrebbe dovuto dare al re. Era necessario misurare il raccolto di ogni campo e, quando si vendeva carne di semi di lino, vino e altri liquidi, il volume delle merci vendute. Quando iniziarono a costruire navi, fu necessario delineare in anticipo le dimensioni corrette: altrimenti la nave sarebbe affondata. E, naturalmente, gli antichi costruttori di piramidi, palazzi e templi non potevano fare a meno delle misurazioni, ci stupiscono ancora per la loro proporzionalità e bellezza.

VECCHIE MISURE RUSSE.

Il popolo russo ha creato il proprio sistema di misure. I monumenti del X secolo parlano non solo dell'esistenza di un sistema di misure nella Rus' di Kiev, ma anche della supervisione dello stato sulla loro correttezza. Questa sorveglianza fu affidata al clero. Uno degli statuti del principe Vladimir Svyatoslavovich dice:

“... anche da tempo immemorabile è stato stabilito e affidato per essere mangiato dai vescovi della città e dappertutto ogni sorta di misure e pesi e bilance... da osservare senza sporchi trucchi, né moltiplicare né diminuire …” (... è stato da tempo stabilito e incaricato i vescovi di osservare la correttezza dei provvedimenti.. .non permetterne alcuna diminuzione o aumento...). Questa necessità di vigilanza era causata dalle esigenze del commercio sia all'interno del paese che con i paesi dell'Occidente (Bisanzio, Roma, poi città tedesche) e dell'Oriente ( Asia centrale, Persia, India). Sulla piazza della chiesa si svolgevano i bazar, nella chiesa c'erano casse per riporre i contratti per le transazioni commerciali, nelle chiese si conservavano le giuste bilance e misure, nelle cantine delle chiese si conservavano i beni. Le pesature sono state effettuate alla presenza di rappresentanti del clero, che hanno ricevuto un compenso a favore della chiesa.

Misure di lunghezza

I più antichi sono il cubito e il braccio. Non conosciamo l'esatta lunghezza originale di nessuna delle due misure; un inglese che viaggiò in Russia nel 1554 testimonia che un cubito russo era pari a mezzo iarda inglese. Secondo il Trade Book compilato per i mercanti russi a cavallo tra il XVI e il XVII secolo, tre cubiti erano pari a due arshin. Il nome "arshin" deriva dalla parola persiana "arsh", che significa cubito.

La prima menzione del sazhen si trova negli annali dell'XI secolo, compilati dal monaco di Kiev Nestor.

In più tempi successiviè stata stabilita una misura della distanza di un verst, pari a 500 sazhens. Nei monumenti antichi, una verst è chiamata campo ed è talvolta equiparata a 750 sazhens. Ciò può essere spiegato dall'esistenza di una profondità più breve nell'antichità. Infine, solo nel 18° secolo fu stabilita una verst a 500 sazhens.

Nell'era della frammentazione della Russia non esisteva un unico sistema di misure. In XV e XVI secoli c'è un'unificazione delle terre russe intorno a Mosca. Con l'emergere e la crescita del commercio nazionale e con l'istituzione di canoni per il tesoro da parte dell'intera popolazione del Paese unito, si pone la questione di un unico sistema di misure per l'intero Stato. Sta entrando in uso la misura degli arshins, sorta durante i commerci con i popoli orientali.

Nel XVIII secolo furono specificate le misure. Pietro 1 con decreto stabilì l'uguaglianza di un tre arshin sazhen a sette piedi inglesi. L'ex sistema russo di misure di lunghezza, integrato da nuove misure, ha ricevuto la sua forma definitiva:

Miglio \u003d 7 verste (\u003d 7,47 chilometri);

Verst \u003d 500 braccia (\u003d 1,07 chilometri);

Braccia = 3 arshins = 7 piedi (= 2,13 metri);

Arshin \u003d 16 pollici \u003d 28 pollici (\u003d 71,12 centimetri);

Piede = 12 pollici (= 30,48 centimetri);

Pollici = 10 linee (2,54 centimetri);

Linea = 10 punti (2,54 mm).

Quando parlavano dell'altezza di una persona, indicavano solo quanti vershok supera i 2 arshin. Pertanto, le parole "un uomo alto 12 pollici" significavano che la sua altezza è di 2 arshins 12 pollici, ovvero 196 cm.

Le misure le zone

Nella Russkaya Pravda, un monumento legislativo risalente all'XI-XIII secolo, viene utilizzato un aratro. Era una misura della terra da cui veniva pagato il tributo. Ci sono alcuni motivi per considerare l'aratro pari a 8-9 ettari. Come in molti paesi, la quantità di segale necessaria per seminare quest'area è stata spesso presa come misura dell'area. Nei secoli XIII-XV, l'unità principale dell'area era la kad-area, per la semina ciascuna necessitava di circa 24 pood (cioè 400 kg.) di segale. Metà di quest'area, chiamata decime divenne la principale misura di area in Russia prerivoluzionaria. Era di circa 1,1 ettari. A volte veniva chiamata la decima scatole.

Un'altra unità di misura delle aree, pari a mezzo decimo, era chiamata (quarto) quattro. Successivamente la misura della decima fu adeguata non a misure di volume e di massa, ma a misure di lunghezza. Nel "Libro delle lettere assonnate" come linea guida per la contabilizzazione delle tasse sulla terra, una decima è pari a 80 * 30 = 2400 braccia quadrate.

L'unità fiscale della terra era c o x a (questa è la quantità di seminativo che un contadino poteva coltivare).

MISURE DI PESO (MASSA) e VOLUME

La più antica unità di peso russa era la grivna. È menzionato nei trattati del X secolo tra i principi di Kiev e gli imperatori bizantini. Attraverso calcoli complessi, gli scienziati hanno appreso che la grivna pesava 68,22 g La grivna era uguale all'unità di peso araba rotl. Quindi le unità principali quando si pesa l'acciaio libbra e pood. Una libbra era pari a 6 grivna e un budino era pari a 40 libbre. Per pesare l'oro si usavano rocchetti, pari a 1,96 parti di libbra (da cui il proverbio “bobina piccola e costosa”). Le parole "pound" e "pood" derivano dalla stessa parola latina "pondus" che significa pesantezza. I funzionari che controllavano la bilancia erano chiamati "scommettitori" o "pesi". In una delle storie di Maxim Gorky, nella descrizione del fienile del kulak, leggiamo: "Ci sono due serrature su un chiavistello: uno è più pesante dell'altro".

Entro la fine del 17 ° secolo, un sistema di misure del peso russo si era sviluppato nella forma seguente:

Ultime \u003d 72 libbre (\u003d 1,18 tonnellate);

Berkovets \u003d 10 libbre (\u003d 1,64 c);

Pud \u003d 40 grivne grandi (o libbre) o 80 grivne piccole o 16 stadera (= 16,38 kg.);

Le antiche misure originali del liquido - la botte e il secchio - rimangono esattamente indeterminate. C'è motivo di credere che il secchio contenesse 33 libbre d'acqua e il barile 10 secchi. Il secchio è stato diviso in 10 bottiglie.

Il sistema monetario del popolo russo

Pezzi d'argento o d'oro di un certo peso servivano come unità monetarie per molti popoli. A Kievan Rus, tali unità erano grivna d'argento. La Russkaya Pravda, la più antica serie di leggi russe, afferma che una multa di 2 grivna è dovuta per l'uccisione o il furto di un cavallo e 1 grivna per un bue. La grivna era divisa in 20 nogat o 25 kuna e la kuna era divisa in 2 rezan. Il nome "kuna" (martora) ricorda i tempi in cui in Russia non c'erano soldi di metallo e si usavano invece pellicce e successivamente - soldi in pelle - pezzi di pelle quadrangolari con francobolli. Sebbene la grivna come unità monetaria sia da tempo fuori uso, la parola "grivna" è sopravvissuta. Fu chiamata una moneta con una denominazione di 10 copechi dime. Ma questo, ovviamente, non è lo stesso della vecchia grivna.

Le monete russe inseguite sono note dai tempi del principe Vladimir Svyatoslavovich. Durante il giogo dell'Orda, i principi russi dovevano indicare sulle monete emesse il nome del Khan che regnava nell'Orda d'Oro. Ma dopo la battaglia di Kulikovo, che portò alla vittoria le truppe di Dmitry Donskoy sulle orde di Khan Mamai, inizia anche la liberazione delle monete russe dai nomi del Khan. Inizialmente, questi nomi iniziarono a essere sostituiti da una legatura illeggibile di lettere orientali, quindi scomparvero completamente dalle monete.

Negli annali relativi al 1381 si trova per la prima volta la parola "denaro". La parola deriva dal nome indù per una moneta d'argento. cisterna, che i greci chiamavano danaka, i tartari - tenga.

Il primo uso della parola "rublo" si riferisce al XIV secolo. La parola deriva dal verbo "tagliare". Nel XIV secolo, la grivna iniziò a essere tagliata a metà e fu chiamato un lingotto d'argento di mezza grivna (= 204,76 g) rublo o grivna del rublo.

Nel 1535 furono emesse monete: Novgorod con l'immagine di un cavaliere con una lancia in mano, chiamata soldini. La cronaca da qui produce la parola "penny".

Ulteriore controllo delle misure in Russia.

Nel 1892, il brillante chimico russo Dmitry Ivanovich Mendeleev divenne il capo della Camera principale dei pesi e delle misure.

Dirigendo il lavoro della Camera principale dei pesi e delle misure, ha completamente trasformato l'attività di misurazione in Russia, ha avviato lavori di ricerca e ha risolto tutte le domande sulle misure causate dalla crescita della scienza e della tecnologia in Russia. Nel 1899 si sviluppò un nuova legge su misure e pesi.

Nei primi anni dopo la rivoluzione, la Camera principale dei pesi e delle misure, continuando le tradizioni di Mendeleev, realizzò un lavoro colossale per preparare l'introduzione del sistema metrico in URSS. Dopo alcune ristrutturazioni e ridenominazione, l'ex Camera principale delle misure e dei pesi esiste attualmente sotto forma di Istituto di metrologia di ricerca scientifica dell'Unione europea che porta il nome.

misure francesi

Inizialmente, in Francia, e in effetti in tutta l'Europa culturale, venivano utilizzate misure latine di peso e lunghezza. Ma la frammentazione feudale ha apportato le proprie modifiche. Diciamo che qualche anziano ha avuto la fantasia di aumentare leggermente la sterlina. Nessuno dei suoi sudditi obietterà, di non ribellarsi a causa di tali sciocchezze. Ma se si contano, in generale, tutto il grano quitrent, allora che vantaggio! È lo stesso con le botteghe artigiane cittadine. Era vantaggioso per qualcuno ridurre la profondità, qualcuno per aumentarla. A seconda se vendono stoffa o comprano. Un po', un po', e qui hai la sterlina renana, e Amsterdam, e Norimberga e Parigi, ecc., ecc.

E con i sazhens era anche peggio, solo nel sud della Francia ruotavano più di una dozzina di diverse unità di lunghezza.

È vero, nella gloriosa città di Parigi, nella fortezza di Le Grand Chatel, dai tempi di Giulio Cesare, è stato costruito uno stendardo di lunghezza nelle mura della fortezza. Era una bussola curva di ferro, le cui gambe terminavano in due sporgenze con bordi paralleli, tra le quali tutti i sazhen usati dovevano adattarsi esattamente. La profondità di Chatel rimase la misura ufficiale della lunghezza fino al 1776.

A prima vista, le misure di lunghezza sembravano così:

Lie mare - 5.556 km.

Sdraiato via terra = 2 miglia = 3,3898 km

Miglio (dal mille lat.) = 1000 touaz.

Tuaz (sazhen) \u003d 1.949 metri.

Piede (piede) = 1/6 toise = 12 pollici = 32,484 cm.

Pollici (dito) = 12 linee = 2,256 mm.

Linea = 12 punti = 2,256 mm.

Punto = 0,188 mm.

In effetti, poiché nessuno annullava i privilegi feudali, tutto riguardava la città di Parigi, o almeno la delfina. Da qualche parte nell'entroterra, un piede potrebbe essere facilmente definito come la dimensione del piede di un anziano, o come lunghezza media piedi di 16 persone in partenza domenica mattina.

sterlina parigina = livre = 16 once = 289,41 gr.

Oncia (1/12 lb) = 30,588 gr.

Gran (grano) = 0,053 gr.

Ma la sterlina di artiglieria era ancora pari a 491,4144 gr., Cioè, corrispondeva semplicemente alla sterlina di Nurenbeg, usata nel XVI secolo dal signor Hartmann, uno dei teorici - maestri del negozio di artiglieria. Di conseguenza, anche il valore della sterlina nelle province camminava con le tradizioni.

Anche le misure dei corpi liquidi e sciolti non differivano per uniformità armoniosa, perché la Francia era ancora un paese in cui la popolazione coltivava principalmente pane e vino.

Muid di vino = circa 268 litri

Rete - circa 156 litri

Mina = 0,5 rete = circa 78 litri

Mino = 0,5 mine = circa 39 litri

Boisseau = circa 13 litri

misure inglesi

Misure inglesi, misure applicate in Gran Bretagna, USA. Canada e altri paesi. Alcune di queste misure in un certo numero di paesi variano leggermente nelle dimensioni, quindi di seguito sono principalmente gli equivalenti metrici arrotondati delle misure inglesi, convenienti per calcoli pratici.

Misure di lunghezza

Miglio nautico (Regno Unito) = 10 cavi = 1,8532 km

Anche prima di lui, lo scienziato polacco Stanislav Pudlovsky propose di prendere la lunghezza del secondo pendolo come unità di misura.

Nascita sistema metrico di misure.

Bourgeoisie" href="/text/category/burzhuaziya/" rel="bookmark">rivoluzione borghese. Fu convocata l'Assemblea nazionale, che creò una commissione presso l'Accademia delle scienze, composta dai più grandi scienziati francesi dell'epoca. La commissione doveva svolgere il lavoro di creazione di un nuovo sistema di misure.

Uno dei membri della commissione era il famoso matematico e astronomo Pierre Simon Laplace. Per la sua ricerca scientifica era molto importante conoscere la lunghezza esatta del meridiano terrestre. Alcuni membri della commissione hanno ricordato la proposta dell'astronomo Mouton di prendere una parte del meridiano pari a una 21600a parte del meridiano come unità di lunghezza. Laplace ha subito appoggiato questa proposta (o forse è stato lui stesso a ispirare l'idea degli altri membri della commissione). È stata effettuata una sola misurazione. Per comodità, abbiamo deciso di prendere una quarantamilionesima parte del meridiano terrestre come unità di lunghezza. Questa proposta è stata presentata all'Assemblea nazionale e da essa adottata.

Tutte le altre unità sono state allineate con la nuova unità, denominata metri. Per un'unità di superficie è stata presa metro quadro , volume – metro cubo , messe - massa di un centimetro cubo acqua in determinate condizioni.

Nel 1790 l'Assemblea nazionale approvò un decreto di riforma dei sistemi di misure. Il rapporto presentato all'Assemblea nazionale rilevava che non c'era nulla di arbitrario nel progetto di riforma, fatta eccezione per la base decimale, e nulla di locale. "Se la memoria di queste opere fosse andata perduta e fosse stato preservato un solo risultato, non ci sarebbe alcun segno in esse con cui si potrebbe scoprire quale nazione ha avviato il piano per queste opere e le ha eseguite", afferma il rapporto. Apparentemente, la commissione dell'Accademia ha cercato di assicurarlo nuovo sistema Le misure non davano motivo a nessuna nazione di rifiutare il sistema come francese. Ha cercato di giustificare lo slogan: "Per tutti i tempi, per tutti i popoli", proclamato in seguito.

Già nell'aprile del 17956 venne approvata una legge sulle nuove misure, venne introdotto un unico vessillo per l'intera Repubblica: un righello di platino su cui è inciso il metro.

La commissione dell'Accademia delle scienze di Parigi fin dall'inizio dei lavori per lo sviluppo del nuovo sistema ha stabilito che il rapporto tra le unità vicine dovrebbe essere 10. Per ogni quantità (lunghezza, massa, area, volume) dall'unità principale di questo quantità, altre misure più grandi e più piccole sono formate allo stesso modo (ad eccezione dei nomi "micron", "centner", "ton"). Per formare i nomi delle misure più grandi dell'unità principale, al nome di quest'ultima si aggiungono dal davanti parole greche: "deca" - "dieci", "hecto" - "cento", "chilo" - "mille" , "miria" - "diecimila" ; per formare i nomi delle misure più piccole dell'unità principale, si aggiungono anche le particelle davanti: "deci" - "dieci", "centi" - "cento", "milli" - "mille".

Metro d'archivio.

Mostre internazionali" href="/text/category/mezhdunarodnie_vistavki/" rel="bookmark">mostre internazionali che hanno mostrato tutte le comodità dei diversi sistemi di misure nazionali esistenti. L'attività dell'Accademia delle scienze di San Pietroburgo e del suo membro Boris Semenovich Particolarmente fecondo in questa direzione fu Jacobi che, negli anni Settanta, fu coronato dalla vera e propria trasformazione del sistema metrico decimale in un sistema internazionale.

Sistema metrico di misure in Russia.

In Russia, scienziati inizio XIX secoli compresero lo scopo del sistema metrico e tentarono di introdurlo ampiamente nella pratica.

Negli anni dal 1860 al 1870, dopo energici discorsi, la compagnia a favore del sistema metrico fu guidata da un accademico, un professore di matematica, un autore di libri di testo scolastici di matematica diffusi ai suoi tempi, e un accademico. Anche produttori e allevatori russi si sono uniti agli scienziati. La Russian Technical Society ha incaricato una commissione speciale presieduta da un accademico di sviluppare questo problema. Questa commissione ha ricevuto molte proposte da organizzazioni scientifiche e tecniche che hanno sostenuto all'unanimità le proposte per il passaggio al sistema metrico decimale.

Pubblicata nel 1899, la legge sui pesi e le misure sviluppata includeva il paragrafo n. 11:

"Il metodo internazionale e il chilogrammo, le loro divisioni, così come altre misure metriche possono essere utilizzati in Russia, probabilmente con le principali misure russe, in scambi commerciali e altre transazioni, contratti, stime, contratti e simili - di comune accordo tra le parti contraenti, nonché nei limiti dell'attività dei singoli dipartimenti dello Stato... con l'autorizzazione o per ordine dei ministri competenti...».

La soluzione finale al problema del sistema metrico è stata ricevuta dopo la Grande Rivoluzione Socialista d'Ottobre. Nel 1918 il Concilio Commissari del popolo sotto la presidenza è stata emessa una delibera in cui si proponeva:

“Basare tutte le misurazioni sul sistema metrico internazionale di misure e pesi con divisioni decimali e derivate.

Prendi il metro come base per l'unità di lunghezza e il chilogrammo come base per l'unità di peso (massa). Per i campioni di unità del sistema metrico, prendi una copia del metro internazionale, recante il segno n. 28, e una copia del chilogrammo internazionale, recante il segno n. 12, in platino iridescente, trasferita in Russia dal Primo Conferenza internazionale dei pesi e delle misure a Parigi nel 1889 e ora conservata nella Camera principale delle misure e delle bilance a Pietrogrado.

Dal 1 gennaio 1927, quando fu preparata la transizione dell'industria e dei trasporti al sistema metrico, il sistema metrico di misure divenne l'unico sistema di misure e pesi consentito nell'URSS.

Antiche misure russe

nei proverbi e nei detti.

Arshin e caftano e due per le toppe.
Una barba delle dimensioni di un pollice e parole delle dimensioni di una borsa.
Mentire - sette miglia verso il paradiso e tutta la foresta.
Hanno cercato una zanzara per sette miglia e una zanzara sul naso.
Un arshin di barba, ma un raggio di mente.
Vede tre arshin nel terreno!
Non mi arrendo di un centimetro.
Di pensiero in pensiero cinquemila miglia.
Un cacciatore per sette miglia va a trangugiare gelatina.
Scrivi (parla) dei peccati degli altri in iarde e dei tuoi - in lettere minuscole.
Tu vieni dalla verità (dal servizio) una spanna, ed è da te - un abisso.
Allunga un miglio, ma non essere semplice.
Per questo, puoi mettere una candela pood (ruble).
Un grano salva un budino.
Non è male che un panino sia mezzo barboncino.
Un chicco di poud porta.
La tua bobina di sterline di qualcun altro è più costosa.
Mangiato mezzo pood - pieno per ora.
Scoprirai quanto sta precipitando un pood.
Non ha mezzo cervello (mente) nella sua testa.
Il cattivo riduce in sterline e il buono in bobine.

TABELLA DI CONFRONTO DELLE MISURE

n Misure di lunghezza

1 verst = 1,06679 chilometri
1 sazhen = 2,1335808 metri
1 arshin = 0,7111936 metri
1 vershok = 0,0444496 metri
1 piede = 0 metri
1 pollice = 0 metri

1 chilometro = 0,9373912 verste
1 metro = 0,4686956 braccia
1 metro = 1.40609 arshin
1 metro = 22,4974 vershok
1 metro = 3,2808693 piedi
1 metro = 39,3704320 pollici

n 1 tesa = 7 piedi
1 sazhen = 3 arshin
1 sazhen = 48 pollici
1 miglio = 7 verste
1 verst = 1,06679 chilometri

n Misure di volume e area

1 trimestre = 26,2384491 litri
1 trimestre = 209,90759 litri
1 secchio = 12,299273 litri
1 decima = 1 ettaro

1 litro = 0, quadruplo
1 litro = 0 quarti
1 litro = 0, secchi
1 ettaro = 0, decime

n 1 barile = 40 secchi
1 botte = 400 bottiglie
1 barile = 4000 tazze

1 quarto = 8 quarti
1 quarto = 64 granati

n Misure di peso

1 pood = 16,3811229 chilogrammi

1 libbra = 0,409528 chilogrammo
1 bobina = 4,2659174 grammi
1 quota = 44,436640 milligrammi

n 1 chilogrammo = 0,9373912 verste
1 chilogrammo = 2 libbre
1 grammo = 0, bobina
1 milligrammo = 0 frazioni

n 1 pood = 40 libbre
1 pood = 1280 lotti
1 berk = 10 libbre
1 ultimo = 2025 e 4/9 chilogrammi

n misure monetarie

n rublo \u003d 2 mezzo dollari
metà = 50 copechi
cinque-altyn = 15 copechi
Altyn = 3 copechi
centesimo = 10 copechi

n 2 soldi \u003d 1 copeco
penny = 0,5 copechi
polushka = 0,25 copechi

Perché una persona ha bisogno di misurazioni

Le misure sono una delle cose più importanti nella vita moderna. Ma non sempre

era così. Quando un uomo primitivo uccise un orso in un duello impari, ovviamente si rallegrò se si fosse rivelato abbastanza grande. Questo ha promesso una vita ben nutrita per lui e per l'intera tribù per molto tempo. Ma non trascinò la carcassa dell'orso sulla bilancia: a quel tempo non c'erano squame. Non c'era bisogno di misure particolari quando un uomo realizzava un'ascia di pietra: non c'erano specifiche tecniche per tali asce e tutto era determinato dalla dimensione di una pietra adatta che si poteva trovare. Tutto è stato fatto ad occhio, come suggeriva l'istinto del maestro.

VECCHIE MISURE RUSSE.

“... anche da tempo immemorabile è stato stabilito e affidato per essere mangiato dai vescovi della città e dappertutto ogni sorta di misure e pesi e bilance... da osservare senza sporchi trucchi, né moltiplicare né diminuire …” (... è stato da tempo stabilito e incaricato i vescovi di osservare la correttezza dei provvedimenti.. .non permetterne alcuna diminuzione o aumento...). Questa necessità di vigilanza era causata dalle esigenze del commercio sia all'interno del paese che con i paesi dell'Occidente (Bisanzio, Roma, poi città tedesche) e dell'Oriente (Asia centrale, Persia, India). Sulla piazza della chiesa si svolgevano i bazar, nella chiesa c'erano casse per riporre i contratti per le transazioni commerciali, nelle chiese si conservavano le giuste bilance e misure, nelle cantine delle chiese si conservavano i beni. Le pesature sono state effettuate alla presenza di rappresentanti del clero, che hanno ricevuto un compenso a favore della chiesa.

Misure di lunghezza

Fondamenti di metrologia

tutorial

“Tre vie portano alla conoscenza:

il sentiero della riflessione è il più nobile;

la via dell'imitazione è la più facile;

il percorso dell'esperienza è il più difficile"

Confucio

Da 32 Yu. P. Shcherbak Fondamenti di metrologia:

Esercitazione per le università.

Vengono presi in considerazione i concetti e le disposizioni di base della metrologia, i concetti di base della teoria degli errori, l'elaborazione dei risultati di misura, la classificazione dei segnali e delle interferenze. Per studenti universitari iscritti a scienze naturali e specialità tecniche.

Capitolo 1. L'argomento e i compiti della metrologia……………………………………………………………….4

1.1 Oggetto metrologia………………………………………………………………………………....4

1.2 Il ruolo delle misurazioni nello sviluppo della scienza, dell'industria……………………………………….4

1.3 Affidabilità delle conoscenze scientifiche………………………………………………………………..16

capitolo 2. Disposizioni di base della metrologia……………………………………………………....23

2.1 Grandezze fisiche……………………………………………………………………………...23

2.2 Il sistema delle grandezze fisiche e le loro unità…………………………………………………….30

2.3 Riproduzione di unità di grandezze fisiche e trasferimento delle loro dimensioni………………35

2.4 La misurazione e le sue operazioni di base……………………………………………………………..39

capitolo 3. Concetti di base della teoria degli errori………………………………………………....49

3.1 Classificazione degli errori…………………………………………………………………….52

3.2 Errori sistematici…………………………………………………………………....58

3.3 Errori casuali………………………………………………………………………..62

3.3.1 Concetti generali………………………………………………………………………………...62

3.3.2 Leggi di distribuzione di base……………………………………………………………….64

3.3.3 Stime puntuali dei parametri delle leggi di distribuzione…………………………………...67

3.3.4 Intervallo di confidenza (stime di confidenza)……………………………………....69

3.3.5 Errori grossolani e modalità per la loro eliminazione……………………………………………..71

capitolo 4. Elaborazione dei risultati di misura……………………………………………………....72

4.1 Misure singole………………………………………………………………………..72

4.2 Misurazioni multiple uguali………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

4.3 Misure indirette…………………………………………………………………………..75

4.4 Alcune regole per eseguire misurazioni e presentare i risultati…………...77

Capitolo 5. Segnali di misura………………………………………………………………...79

5.1 Classificazione dei segnali………………………………………………………………………….79

5.2 Descrizione matematica dei segnali. Parametri dei segnali di misura………….81

5.3 Segnali discreti…………………………………………………………………………...86

5.4 Segnali digitali……………………………………………………………………………..89

5.5 Interferenza…………………………………………………………………………………………..91

Letteratura……………………………………………………………………………………………109

Capitolo 1. Oggetto e compiti della metrologia

Argomento di metrologia

metrologia - la scienza delle misurazioni, dei metodi, dei mezzi per garantire la loro unità e dei modi per ottenere l'accuratezza richiesta (GOST 16263-70).

La parola greca "metrologia" è composta da 2 parole "metron" - misura e "logos" - insegnamento.

Argomento di metrologia- è l'estrazione di informazioni quantitative sulle proprietà di oggetti e processi con una data accuratezza e affidabilità.

Strumenti metrologiciè un insieme di strumenti di misura e standard metrologici che ne garantiscono un uso razionale.

Nessuna scienza può fare a meno delle misurazioni.

Il concetto di base della metrologia è misurazione.

La misurazione è trovare il valore di una grandezza fisica (PV)

Empiricamente con l'aiuto di mezzi tecnici speciali (GOST 16263-70).

Le misurazioni possono essere rappresentate da tre aspetti [L.1]:

Aspetto filosofico della misurazione: le misure sono le più importanti metodo universale conoscenza fenomeni fisici e processi
Aspetto scientifico della misurazione: con l'ausilio di misurazioni (esperimento) si realizza il collegamento tra teoria e pratica (“la pratica è il criterio della verità”)
L'aspetto tecnico delle misurazioni: le misurazioni forniscono informazioni quantitative sull'oggetto della gestione o del controllo.

Il ruolo della misurazione nello sviluppo della scienza e dell'industria.

Ecco le affermazioni di famosi scienziati sul ruolo delle misurazioni [L.3].

W. Thompson: “Dico spesso che quando puoi misurare ciò di cui stai parlando ed esprimerlo in numeri, allora ne sai qualcosa; ma quando non puoi misurarlo, non puoi esprimerlo in numeri, allora la tua conoscenza sarà di tipo miserabile e insoddisfacente; questo può rappresentare l'inizio della conoscenza, ma nei tuoi pensieri sei appena avanzato a ciò che merita il nome di scienza, qualunque sia la materia di studio” (Structure of Matter, 1895)

A. Le Chatelier: “Imparare a misurare correttamente è uno dei passaggi più importanti, ma anche più difficili della scienza. Basta una falsa misurazione per impedire la scoperta della legge e, peggio ancora, portare all'instaurazione di una legge inesistente. Tale fu, ad esempio, l'origine della legge sui composti insaturi dell'idrogeno e dell'ossigeno, basata su errori sperimentali nelle misurazioni di Bunsen» (Scienza e Industria, 1928).

Illustriamo la prima parte della dichiarazione A. Le Chatelier esempi di alcune importanti misurazioni nel campo della meccanica e della gravità negli ultimi ~ 300 anni e il loro impatto sullo sviluppo della scienza e della tecnologia.

1583 - G.Galileo stabilito l'isocronismo delle oscillazioni del pendolo.

L'isocronismo delle oscillazioni del pendolo fu la base per la creazione di nuovi orologi - cronometri, che divennero lo strumento di navigazione più importante nell'era dei grandi scoperte geografiche(misurare l'ora di mezzogiorno nella posizione della nave rispetto al porto di partenza ha permesso di determinare la longitudine, misurando l'altezza del Sole sopra l'orizzonte a mezzogiorno - la latitudine ...)

(Il periodo di oscillazione del pendolo: - velocità angolare; il periodo delle oscillazioni non dipende dalla massa e dall'ampiezza delle oscillazioni - isocronismo).

1604 - G.Galileo stabiliva l'accelerazione uniforme del moto del corpo su un piano inclinato
1619 - I. Keplero formulato sulla base delle misure III la legge del moto planetario: T 2 ~ R 3 (T è il periodo, R è il raggio dell'orbita)
1657 - H. Huygens progettato un orologio a pendolo con scappamento (ancora)
1678 - H. Huygens ha misurato la magnitudine di gravità per Parigi (g = 979,9 cm / s 2)
1798 - G. Cavendish misurata con l'ausilio della torsione bilancia la forza di attrazione di due corpi e determinata la costante gravitazionale nella legge di Newton, determina la densità media della Terra (5,18 g/cm 3)

La creazione da parte di H. Huygens di un orologio preciso con scappamento (ancora) divenne la base della tecnologia di misurazione; e la misura della gravità è la base della balistica.

Come risultato di questi esperimenti, fu formulata la 3a legge del moto planetario di I. Keplero, la legge gravità(I. Newton) - la base di tutto attività moderne l'uomo associato allo spazio.

1842 - H. Doppler suggerì l'influenza del moto relativo dei corpi sulla frequenza del suono (l'effetto Doppler, nel 1848 A. Fizeau estese questo principio a fenomeni ottici)

Lo spostamento di frequenza dovuto al movimento relativo della sorgente e del ricevitore del suono o della luce (H. Doppler, A. Fizeau) è stata la base per creare un modello dell'Universo in espansione (E. Hubble). La misurazione del CMB (A. Penzias e R. Wilson) è una prova decisiva della correttezza del modello dell'Universo in espansione, il cui inizio aveva la forma del Big Bang.

Viste moderne:

La prima fase ("inflazionistica") dell'espansione dell'Universo è durata solo ~ 10 -35 secondi. Durante questo periodo, il "germe" dell'Universo, che è apparso dal nulla assoluto, è aumentato fino a 10.100 volte. Secondo i concetti moderni, la nascita dell'Universo da una singolarità a seguito del Big Bang è dovuta ad una fluttuazione quantistica del vuoto. Allo stesso tempo, già ai tempi del Big Bang, nelle fluttuazioni quantistiche del vuoto sono state stabilite varie proprietà e parametri, incl. costanti fisiche fondamentali ( ε, h, γ, k eccetera.)

Se per il tempo T 0 = 1s la velocità di espansione della materia differisse dal valore reale di 10 -18 (10 -16%) del suo valore in una direzione o nell'altra, allora l'Universo collasserebbe in un punto materiale, o la sostanza si dissiperebbe completamente.

La scienza naturale moderna si basa sull'osservazione ripetuta di un fatto, sulla sua ripetizione in varie condizioni: un esperimento, la sua descrizione quantitativa; creando un modello di questo fatto, fenomeno o processo, stabilendo formule, dipendenze, relazioni. Sviluppare contemporaneamente applicazioni pratiche fenomeni. Quindi una teoria fondamentale sorge (viene creata). Tale teoria offre una generalizzazione e stabilisce la connessione di un dato fenomeno con altri fenomeni o processi; ora è frequente modellazione matematica fenomeni. Basato teoria fondamentale stanno emergendo nuove applicazioni più ampie.

Sulla fig. 1.1 mostra uno schema condizionale della metodologia delle scienze naturali [L.2]

Nuove applicazioni pratiche

Riso. 1.1

Sull'esempio dell'influenza del moto relativo dei corpi sulla frequenza del suono, scoperto sperimentalmente da H. Doppler, si possono tracciare le fasi di questo schema metodologico

Fase 1.

Problemi di registrazione dei fatti, accuratezza di misura per successiva descrizione quantitativa, scelta delle unità di misura. (Sperimentare)

Esempio: H. Doppler ha registrato (misurato) nel 1842 l'influenza del moto relativo dei corpi sulla frequenza del suono (l'effetto Doppler).

Fase 2.

Stabilimento di dipendenze, formule, relazioni, inclusa l'analisi delle dimensioni delle quantità, la definizione di costanti. (Modello)

Esempio: Sulla base degli esperimenti di H. Doppler, è stato sviluppato un modello del fenomeno:

il suono è una vibrazione longitudinale dell'aria; quando la sorgente si muove, il numero di oscillazioni ricevute dal ricevitore in 1 s cambia, cioè la frequenza cambia.

Fase.

Esempio: Sviluppo di dispositivi basati sull'effetto Doppler: ecoscandagli, misuratori di velocità di corpi in movimento (localizzatore di polizia stradale).

Fase.

Formulazione di principi e generalizzazioni, creazione di una teoria fondamentale, delucidazione delle connessioni con altri fenomeni, previsioni (compresa la modellazione matematica). (Teoria fondamentale).

Esempio: I principi di relatività di Galileo, poi Einstein sono formulati:

uguaglianza di tutti i sistemi di riferimento inerziali.

Fase.

Analisi di un'ampia gamma di fenomeni, ricerca di modelli in altre aree della fisica. (Altri fenomeni).

Esempio: Nel 1848, A. Fizeau estese il principio Doppler ai fenomeni ottici:

La luce è vibrazioni trasversali elettro campo magnetico, pertanto, l'effetto Doppler è applicabile anche alla luce (effetto PHYSO).

fase 6.

Creazione di nuovi dispositivi, applicazione in altri settori. ( Nuove applicazioni pratiche).

Esempio:

§ Misurazione delle distanze in cosmologia mediante il redshift della radiazione proveniente da galassie lontane

§ Lo spostamento di frequenza dovuto al moto relativo della sorgente e del ricevitore di radiazione è stata la base per creare un modello dell'Universo in espansione (E. Hubble)

§ La misurazione della radiazione reliquia (A. Penzias e R. Wilson) è stata la prova della validità del modello dell'Universo in espansione, il cui inizio aveva la forma del "Big Bang".

Creazione di un dispositivo di misurazione o sviluppo di un metodo di misurazione - passo importante alla scoperta di nuovi fenomeni e dipendenze. Nel nostro tempo, le possibilità di scoprire qualcosa di essenzialmente nuovo senza ricorrere ad attrezzature precise sono scarse: tutto ciò che di nuovo è diventato noto negli ultimi tempi non è stato dato come risultato di una semplice osservazione disarmata della gamma quotidiana dei fenomeni Vita di ogni giorno, come avveniva alle origini della scienza.

Tuttavia, nelle prime fasi del sondaggio generale, è importante non ricorrere a una tecnica sperimentale eccessivamente sottile: un'eccessiva complicazione provoca ritardi e conduce a un fitto boschetto di dettagli ausiliari che distraggono da quello principale.

La capacità di gestire con mezzi semplici è sempre apprezzata dai ricercatori.

Ogni ricercatore deve fare i conti con sistemi di misura generalmente accettati, deve essere esperto nel correlare le unità derivate con quelle prese come base, cioè nella dimensione. Il concetto di sistemi di unità e dimensioni dovrebbe essere così chiaro che tali casi "studenti" sono completamente esclusi quando le dimensioni delle parti sinistra e destra dell'equazione sono diverse o le quantità si trovano in diversi sistemi di unità.

Una volta stabilito il percorso di misurazione principale, si cerca di migliorare l'accuratezza della misurazione. Chiunque si occupi di misurazioni dovrebbe avere familiarità con le tecniche per valutare l'accuratezza dei risultati. Se il ricercatore è inesperto, raramente sa come rispondere alla domanda su quale sia l'accuratezza della misurazione che ha effettuato, non si rende conto di quale accuratezza dovrebbe raggiungere nel suo compito, né di cosa esattamente limiti la sua accuratezza. Al contrario, un ricercatore esperto è in grado di esprimere in numeri l'accuratezza di ciascuna delle sue misurazioni, e se l'accuratezza risultante è inferiore a quella richiesta, può dire in anticipo quale degli elementi della misurazione sarà il più significativo da migliorare .

Se non ti poni queste domande, anche con persone esperte accadono cose spiacevoli; per esempio, un professore dell'Università di Mosca, Leist, ha trascorso 20 anni a costruire una mappa dell'anomalia magnetica, in cui le misurazioni del campo magnetico erano accurate, ma le coordinate dei punti di misurazione non erano corrispondenti, quindi non era possibile determinare in modo affidabile i gradienti delle componenti di intensità di campo necessarie per stimare la massa sottostante nel sottosuolo. Di conseguenza, tutto il lavoro doveva essere ripetuto.

Indipendentemente dal modo in cui il ricercatore si sforza di ottenere l'accuratezza della misurazione, incontrerà comunque inevitabili errori nei risultati della misurazione.

Ecco cosa disse in proposito A. Poincaré (Ipotesi e Scienza) nel lontano 1903: “Supponiamo di misurare una certa lunghezza con un metro sbagliato, per esempio, troppo lungo rispetto al normale. Il numero risultante, che esprime la lunghezza misurata, sarà sempre un po' minore di quello vero, e questo errore non sarà eliminato, per quanto ripetiamo la misura; questo è un esempio sistematico errori. Ma misurando la nostra lunghezza con un metro vero, non possiamo tuttavia evitare errori, ad esempio per aver letto in modo errato il numero delle divisioni; ma queste osservazioni errate possono essere più o meno della vera grandezza, così che se facciamo gran numero osservazioni e prendi la media di esse, quindi l'errore sarà vicino a zero; ecco un esempio di errori casuali."

“I più gravi sono gli errori sistematici, la cui fonte è ancora sconosciuta. Quando si incontrano al lavoro, è un disastro. Uno scienziato ha avuto l'idea di costruire uno psicrometro usando una vescica di topo. La compressione della bolla ha causato l'aumento del mercurio nel tubo capillare e ha riflesso lo stato idrotermale dell'aria. Fu decretato che tutte le navi della flotta inglese dovessero effettuare misurazioni appropriate in tutto il mondo durante tutto l'anno. In questo modo speravano di costruire una mappa psicometrica completa del mondo intero. Quando il lavoro fu completato, risultò che la capacità della vescica di topo di contrarsi cambiava notevolmente nel corso dell'anno e cambiava in modo non uniforme, a seconda del clima in cui si trovava. E tutto il grande lavoro è stato sprecato”. (Le Chatelier, Scienza e Industria).

Questo esempio mostra che gli errori sistematici possono essere una sovrapposizione di un effetto collaterale inosservato con uno misurato - questo ne spiega la natura e il pericolo.

Errori sistematici sono presenti in ogni esperimento. Ce ne sono molte fonti: questa è l'imprecisione della calibrazione del dispositivo, la scala "abbattuta", l'influenza del dispositivo sull'oggetto di studio e molti altri. Altro.

Esempio, che illustra l'influenza del dispositivo sul circuito in studio (Fig. 1.2).

Deve essere misurato con

amperometro Una corrente nel carico.

Riso. 1.2

Un vero amperometro ha una resistenza interna r A. (Resistenza del telaio di un amperometro di un sistema magnetoelettrico o elettromagnetico).

Se conosciamo il valore di r A (è sempre indicato nelle caratteristiche tecniche del dispositivo), l'errore sistematico è facile da calcolare e tiene conto della correzione.

Sia r A \u003d 1. Ohm,

Quindi il circuito equivalente sarà simile a:

In un circuito ideale (r A \u003d 0)

In un circuito reale (con incluso

dispositivo)

io Hx =

Fig 1.3

L'errore di misura (assoluto) è pari a:

L'errore sistematico relativo è: (!).

Se il dispositivo (amperometro) ha una classe di precisione dell'1,0% e non prendiamo in considerazione l'influenza del dispositivo sulla precisione dell'esperimento, l'errore di misurazione sarà quasi un ordine di grandezza superiore all'errore previsto (dovuto alla classe di precisione del dispositivo). Allo stesso tempo, conoscendo la natura dell'errore sistematico, è facile tenerne conto (nel capitolo 3 verranno esaminati in dettaglio i motivi della comparsa di errori sistematici e le modalità per compensarli).

Nel nostro esempio, conoscendo il valore di r A, è facile calcolare questo errore

() e introdurre la correzione appropriata nel risultato (D n = - D syst):

In \u003d In x + D n \u003d 2,73A + 0,27A \u003d 3,00A

Gli errori casuali di cui parlava Poincaré hanno un carattere completamente diverso.

La casualità nella scienza e nella tecnologia è generalmente considerata un nemico, un fastidioso ostacolo che impedisce una misurazione accurata. Gli esseri umani hanno lottato a lungo con la casualità.

A lungo si credeva che gli incidenti fossero collegati semplicemente alla nostra ignoranza delle cause che li causano. Caratteristica in questo senso è l'affermazione del famoso scienziato russo K. A. Timiryazev.

“... Che cos'è un caso? Una parola vuota che nasconde l'ignoranza, il trucco di una mente pigra. Il caso esiste in natura? È possibile? È possibile fare un'azione senza una causa? ("Una breve descrizione della teoria di Darwin").

Infatti, se identifichi tutte le cause di un evento casuale, puoi eliminare la casualità. Ma questo è un concetto unilaterale, qui il caso si identifica con l'irragionevolezza. Qui sta l'illusione del grande scienziato.

Ogni evento ha una causa ben definita, incluso un evento casuale. Va bene quando la catena di cause ed effetti è semplice, facile da vedere. In questo caso, l'evento non può essere considerato casuale. Ad esempio, alla domanda: una moneta lanciata cadrà sul pavimento o sul soffitto - puoi sicuramente rispondere, non c'è possibilità qui.

Se la catena di cause ed effetti è complessa e non può essere osservata, allora l'evento diventa imprevedibile e viene chiamato casuale.

Ad esempio: se una moneta lanciata cadrà con un numero o uno stemma - può essere accuratamente descritto da una catena di cause ed effetti. Ma tracciare una tale catena è quasi impossibile. Si scopre che sebbene ci sia un motivo - non possiamo prevedere il risultato - è casuale.

"Nessuno abbraccerà l'immenso"

(K. Prutkov)

Consideriamo un problema che può servire da ottimo esempio della relatività delle nostre conoscenze e illustra bene l'aforisma di K. Prutkov.

Compito: Sul tavolo c'è la famosa mela newtoniana.

Di cosa si dovrebbe tenere conto per calcolare in modo assolutamente esatto la forza con cui la mela sta attualmente premendo sul tavolo?

Estratto della soluzione:

Forza F, con cui la mela preme sul tavolo, è uguale al peso della mela P:

Se una mela pesa 0,2 kg, allora F= 0,2 kg.s = 0,2 x 9,80665N = 1,96133N (sistema SI).

Elenchiamo tutti i motivi che influiscono sulla pressione di una mela in un dato momento sulla tavola.

Così: F=P=mg., dove m- peso della mela g- accelerazione caduta libera.

Di conseguenza, abbiamo 4 elementi che possono essere influenzati da fattori esterni.

1 . Massa di mele m.

È influenzato da:

§ Evaporazione dell'acqua sotto l'azione del calore, della luce solare;

§ Emissione e assorbimento di gas a causa del continuo reazioni chimiche(maturazione, decadimento, fotosintesi);

§ Partenza di elettroni sotto l'azione della luce solare, raggi X e γ – radiazione;

§ Assorbimento di elettroni, protoni e altri quanti;

§ Assorbimento di onde radio e altro. altri

2. Accelerazione di caduta libera g cambia sia nello spazio che nel tempo.

§ Nello spazio: dipende dalla latitudine geografica, altezza sul livello del mare (la mela è asimmetrica, dalla sua posizione - il centro di massa, cioè l'altezza; Terra- eterogeneo, ecc.

§ In tempo: g cambiamenti: il movimento continuo delle masse all'interno della Terra, il movimento delle onde del mare, l'aumento della massa della Terra dovuto alla polvere di meteoriti, ecc.

3. Se l'espressione P = mgè esatto, ma poi l'uguaglianza è falsa F=P perché oltre alla Terra, la Luna, il Sole, altri pianeti agiscono sulla mela, forze centrifughe inerzia causata dalla rotazione della Terra, ecc.

4. L'uguaglianza F = P è vera?

§ No perché non tiene conto che la mela "galleggia" nell'aria e quindi da R devi sottrarre la forza di Archimede, che a sua volta cambia con pressione atmosferica;

§ No, perché sulla mela agiscono le forze alternate di convezione dell'aria calda e fredda;

§ No, perché i raggi del sole premono sulla mela;

eccetera.

Conclusione:

Qualsiasi compito fisico infinitamente complesso, perché per ogni corpo fisico agire simultaneamente Tutto le leggi della fisica, comprese quelle non ancora scoperte!

Il problema fisico può essere risolto solo approssimativamente. E a seconda della precisione richiesta in una particolare situazione.

La casualità può e deve essere esplorata. Ecco perché nel 17° secolo. furono gettate le basi della teoria della probabilità: la scienza della eventi casuali. Questo e è la seconda direzione nella lotta alla casualità. Ha lo scopo di studiare i modelli in eventi casuali. Conoscere i modelli consente di combattere efficacemente l'imprevedibilità di eventi casuali.

Quindi, possiamo dire:

La casualità è, prima di tutto, imprevedibilità, che è il risultato della nostra ignoranza, il risultato della nostra ignoranza, il risultato della mancanza di informazioni necessarie.

Da questo punto di vista, Timiryazev ha assolutamente ragione.

Qualsiasi evento (B) è il risultato di un numero piccolo o grande di cause (A 1 A 2, ...)

Riso. 1.4

Se ci sono molte ragioni, l'evento che ci interessa non può essere previsto con precisione, diventerà casuale, imprevedibile. Qui si forma la casualità a causa di una conoscenza insufficiente.

Questo significa che un giorno, quando diventeremo molto intelligenti, il caso scomparirà dal nostro pianeta? Affatto. Ciò sarà impedito da almeno tre circostanze che proteggono in modo affidabile la casualità.

Piano di lezione sull'argomento" »

l'appuntamento :

Soggetto: « Convegno scientifico-pratico “Perché abbiamo bisogno delle misurazioni nella scienza?»

Obiettivi:

educativo : formazione di abilità per generalizzare e sistematizzare materiale didattico sul capitolo "Metodi fisici di cognizione della natura";

Educativo : sviluppo di abilità per spiegare l'espansione termica dei corpi;

Educativo : instillare una cultura del lavoro mentale, dell'accuratezza, insegnare a vedere i benefici pratici della conoscenza, continuare la formazione capacità di comunicazione, coltivare attenzione, osservazione.

Tipo di lezione: generalizzazione e sistematizzazione delle conoscenze

Attrezzature e fonti di informazione:

Isachenkova, LA Fisica: libro di testo. per 7 celle. istituzioni generali media istruzione con il russo lang. istruzione / L. A. Isachenkova, G. V. Palchik, A. A. Sokolsky; ed. AA Sokolsky. Minsk: Narodnaya Aveta, 2017.

Struttura della lezione:

Organizzare il tempo(2 minuti)

Aggiornamento delle conoscenze di base (5 min)

Consolidamento delle conoscenze (33 min)

Riepilogo della lezione (5 min)

Contenuto della lezione

Organizzare il tempo

Oggi teniamo una lezione sotto forma di conferenza scientifica e pratica. In che modo pensi che la lezione di oggi sarà diversa da quelle tradizionali?

Il risultato della nostra conferenza scientifica e pratica sarà la discussione dei seguenti temi:

in primo luogo, l'antico sistema di misurazione;

in secondo luogo, per capire quali strumenti di misura esistono,

in terzo luogo, la storia del termometro,

quarto, mostrare il ruolo delle misurazioni nella scienza e nella vita umana.

Aggiornamento delle conoscenze di base

Rispondi alle domande (sondaggio frontale):

Cosa si chiama espansione termica dei corpi?

Fornire esempi di dilatazione termica (compressione) solidi, liquidi, gas.

Qual è la differenza tra l'espansione termica dei gas e l'espansione termica dei solidi e dei liquidi?

Consolidamento delle conoscenze

(il consolidamento delle conoscenze si svolgerà sotto forma di tavola rotonda)

Cari partecipanti alla conferenza e nostri ospiti! Ti diamo il benvenuto in questa classe! In pochi minuti sarai in grado di ascoltare i report su"Il ruolo delle misurazioni nella vita umana e nella scienza".

Propongo il seguente piano di lavoro:

Discorsi dei relatori.

opinioni degli avversari.

Riassumendo i risultati del convegno.

Se non ci sono obiezioni, allora iniziamo.

Performance degli studenti

Minuto di educazione fisica

E ora la parola è data agli avversari.

Ogni avversario ha un referto (Appendice 1)

Riepilogo della lezione

(Discorso di chiusura o sintesi dei risultati della conferenza)

Non ci riposeremo sugli allori e continueremo questo lavoro. Vi chiedo di esprimere la vostra opinione nelle schede di valutazione degli studenti a voi rilasciate per tenerne conto nella preparazione del prossimo convegno.

Durante il convegno e al termine del convegno, la giuria compila la scheda di valutazione dei relatori(Appendice 2). La valutazione viene effettuata su un sistema a 10 punti. La giuria riassume, annuncia i risultati del convegno.

Riflessione

Continua le frasi:

Oggi in classe ho imparato...

Era interessante…

Le conoscenze che ho ricevuto durante la lezione mi torneranno utili.

Appendice 1

Carta di valutazione

Nome del progetto

Nome completo dello studente

Criteri di valutazione

voto finale

Rilevanza del tema

Fonti di informazione

Qualità dello sviluppo dell'idea

Originalità e creatività

Registrazione del lavoro

Protezione del progetto

Appendice 2

Segnapunti dell'altoparlante

FI alunno

brevità della presentazione dell'idea principale (la durata del discorso non supera i 5 minuti), la logica e l'evidenza del ragionamento, la loro connessione con l'argomento del lavoro

uso corretto di una terminologia speciale

la capacità di identificare e giustificare lo scopo e gli obiettivi del lavoro, nonché quelli principali e secondari; dimostrare i risultati dell'analisi e delle generalizzazioni, l'indipendenza

il livello di complessità del lavoro, la quantità di conoscenze e abilità nella disciplina di base

completezza e chiarezza delle risposte alle domande sui principi fondamentali della fisica sollevate nell'opera

Totale

Argomento 1

« Materia e metodo della fisica. Misure. Quantità fisiche."

Le prime idee scientifiche sono nate molto tempo fa, a quanto pare, nelle prime fasi della storia dell'umanità, riflesse nelle fonti scritte. Tuttavia, la fisica come scienza nella sua forma moderna risale al tempo di Galileo Galilei (1Galileo e il suo seguace Isaac Newton (1) fecero una rivoluzione nella conoscenza scientifica. Galileo propose il metodo della conoscenza sperimentale come metodo principale di ricerca, e Newton formulò le prime teorie fisiche complete (meccanica classica, ottica classica, teoria della gravitazione).

Nel suo sviluppo storico, la fisica ha attraversato 3 fasi (vedi diagramma).

Il passaggio rivoluzionario da una fase all'altra è associato alla distruzione delle vecchie idee di base sul mondo circostante in connessione con i nuovi risultati sperimentali ottenuti.

Parola fisi letteralmente significa natura, cioè l'essenza, la proprietà di base interna del fenomeno, una sorta di schema nascosto che determina il flusso, il corso del fenomeno.

Fisicaè la scienza di il più semplice e allo stesso tempo più comune proprietà dei corpi e dei fenomeni. La fisica è il fondamento delle scienze naturali.

La connessione della fisica con tutte le altre scienze è presentata nel diagramma.

Alla base della fisica (come qualsiasi Scienze naturali) sono affermazioni sulla materialità del mondo e sull'esistenza di relazioni oggettive di causa ed effetto stabili tra i fenomeni. La fisica è oggettiva perché studia il reale fenomeni naturali, ma allo stesso tempo soggettivo dovuto all'essenza del processo cognitivo, come riflessi realtà.

Secondo le idee moderne, tutto ciò che ci circonda è una combinazione di un piccolo numero di cosiddette particelle elementari, tra le quali sono possibili 4 diversi tipi di interazioni. Le particelle elementari sono caratterizzate da 4 numeri (cariche quantistiche), i cui valori determinano in quale tipo di interazione può entrare la particella elementare considerata (Tabella 1.1).

Spese	Interazioni
massa	gravitazionale
elettrico	elettromagnetico
barionico
leptone

Questa formulazione ha due importanti proprietà:

Descrive adeguatamente le nostre idee moderne sul mondo che ci circonda;

È abbastanza snello ed è improbabile che entri in conflitto con nuovi fatti sperimentali.

Spieghiamo brevemente i concetti non familiari utilizzati in queste affermazioni. Perché si parla delle cosiddette particelle elementari? Le particelle elementari nell'esatto significato di questo termine sono particelle primarie, ulteriori indecomponibili, di cui, per assunzione, tutta la materia consiste. Tuttavia, la maggior parte delle particelle elementari conosciute non soddisfa la definizione rigorosa di elementarietà, poiché sono sistemi compositi. Secondo il modello di Zweig e Gell-Mann, le unità strutturali di tali particelle sono quark. I quark non sono osservati nello stato libero. Il nome insolito "quarks" è stato preso in prestito dal libro Finnigan's Wake di James Joyce, dove si trova la frase "tre quark", che viene ascoltata dall'eroe del romanzo in un delirio da incubo. Attualmente sono note più di 350 particelle elementari, per lo più instabili e il loro numero è in continua crescita.

Hai incontrato tre di queste interazioni quando hai studiato il fenomeno del decadimento radioattivo (vedi diagramma sotto).

In precedenza hai incontrato una tale manifestazione della forte interazione come forze nucleari, con dentro protoni e neutroni nucleo atomico. L'interazione forte fa sì che i processi procedano con la maggiore intensità, rispetto ad altri processi, e porti alla connessione più forte delle particelle elementari. A differenza delle forze gravitazionali ed elettromagnetiche, l'interazione forte è a corto raggio: il suo raggio

Tempi caratteristici di forte interazione

Breve cronologia dello studio dell'interazione forte

1911 - nucleo atomico

1932 - struttura protone-neutrone

(, W. Heisenberg)

1935 - pione (Yukawa)

1964 - quark (M. Gell-Mann, G. Zweig)

Anni '70 del XX secolo - cromodinamica quantistica

Anni '80 del XX secolo - la teoria della grande unificazione

https://pandia.ru/text/78/486/images/image007_3.gif" width="47 height=21" height="21">L'interazione debole è responsabile del decadimento delle particelle elementari che sono stabili rispetto a le interazioni forte ed elettromagnetica Effettivamente il raggio dell'interazione debole non supera Pertanto, a grandi distanze, è molto più debole dell'interazione elettromagnetica, la quale, a sua volta, è più debole dell'interazione forte fino a distanze inferiori a 1. A distanze minori, si formano le interazioni deboli ed elettromagnetiche elettrodebole unificato interazione. Una debole interazione provoca processi molto lenti con le particelle elementari, incluso il decadimento di particelle elementari quasi stabili le cui vite sono comprese nell'intervallo Nonostante piccola quantità l'interazione debole è molto ruolo importante in natura. In particolare, il processo di conversione di un protone in un neutrone, a seguito del quale 4 protoni vengono convertiti in un nucleo di elio (la principale fonte di rilascio di energia all'interno del Sole), è dovuto ad una debole interazione.

Si può aprire la quinta interazione? Non esiste una risposta univoca. Tuttavia, secondo i concetti moderni, tutti e quattro i tipi di interazione sono manifestazioni diverse di uno singola interazione. Questa affermazione è l'essenza teoria della grande unificazione.

Ora discutiamo di come conoscenza scientifica sul mondo che ci circonda.

Conoscenza chiamano le informazioni, sulla base delle quali possiamo pianificare con sicurezza le nostre attività sulla strada per l'obiettivo, e questa attività porterà sicuramente al successo. Come bersaglio più difficile più conoscenze sono necessarie per raggiungerlo.

La conoscenza scientifica si forma come risultato della sintesi di due elementi dell'attività insiti nell'uomo: la creatività e l'esplorazione regolare dello spazio circostante attraverso il metodo per tentativi (vedi diagramma).

https://pandia.ru/text/78/486/images/image010_2.jpg" width="553" height="172 src=">

Una legge fisica è una teoria fisica longeva e "meritata". Solo queste persone entrano nei libri di testo e vengono studiate nei corsi di istruzione generale.

Se l'esperimento non ha confermato la previsione, l'intero processo deve essere ricominciato da capo.

Una teoria fisica "buona" deve soddisfare i seguenti requisiti:

1) deve partire da un numero esiguo di disposizioni fondamentali;

2) deve essere sufficientemente generale;

3) deve essere accurato;

4) dovrebbe consentire la possibilità di miglioramento.

Il valore di una teoria fisica è determinato da quanto accuratamente si può stabilire il limite oltre il quale è ingiusta. Un esperimento non può confermare una teoria, ma può solo confermarla. confutare.

Il processo di cognizione può procedere solo attraverso la costruzione Modelli, che è connesso con il lato soggettivo di questo processo (incompletezza delle informazioni, diversità di qualsiasi fenomeno, facilitazione della padronanza con l'aiuto di immagini specifiche).

Modello nella scienza, non è una copia ingrandita o ridotta di un oggetto, ma un'immagine di un fenomeno, liberata da dettagli che non sono essenziali per il compito da svolgere.

I modelli sono divisi in meccanico e matematico.

Esempi: punto materiale, un atomo, un corpo assolutamente rigido.

Di norma, per la maggior parte dei concetti, il processo di sviluppo dei modelli passa attraverso una complicazione graduale da meccanica a matematica.

Consideriamo questo processo usando il concetto di atomo come esempio. Elenchiamo i principali modelli.

Bead (atomo della fisica antica e classica)

Palla con gancio

Atomo di Thomson

Modello planetario (Rutherford)

modello Bohr

Equazione di Schrödinger

https://pandia.ru/text/78/486/images/image012.gif" width="240" height="44">

Il modello di un atomo a forma di palla solida e indivisibile, con tutta l'assurdità che sembra dal punto di vista delle idee odierne, ha permesso, ad esempio, di ottenere tutte le leggi fondamentali dei gas nell'ambito della teoria cinetica di gas.

La scoperta dell'elettrone nel 1897 portò al modello di JJ Thompson comunemente chiamato "budino all'uvetta" (vedi figura sotto).

https://pandia.ru/text/78/486/images/image014.gif" width="204" height="246">

Secondo questo modello, l'uvetta carica negativamente - gli elettroni - galleggiano in un "impasto" caricato positivamente. Il modello spiegava l'elettroneutralità dell'atomo, il verificarsi simultaneo elettrone libero e uno ione caricato positivamente. Tuttavia, i risultati dell'esperimento di Rutherford sulla dispersione delle particelle alfa hanno cambiato radicalmente l'idea della struttura dell'atomo.

L'immagine sotto mostra il layout della configurazione nell'esperimento di Rutherford.

Nell'ambito del modello Thompson, era impossibile spiegare la forte deviazione della traiettoria delle particelle alfa e, quindi, è nato il concetto nucleo atomico. I calcoli effettuati hanno permesso di determinare le dimensioni del nucleo, risultando essere dell'ordine di un Fermi. Pertanto, il modello Thompson è stato sostituito da modello planetario Rutherford (vedi foto sotto).

Questo è tipicamente un modello meccanico, poiché l'atomo è rappresentato come analogo sistema solare: attorno al nucleo - il Sole, i pianeti - gli elettroni si muovono secondo traiettorie circolari. Il famoso poeta sovietico Valery Bryusov ha commentato questa scoperta

Può anche essere che ogni atomo

Universo, dove cento pianeti;

C'è tutto ciò che è qui, in un volume compresso,

Ma anche ciò che non c'è.

Fin dalla sua nascita, il modello planetario è stato oggetto di serie critiche a causa della sua instabilità. Un elettrone che si muove in un'orbita chiusa deve irradiare onde elettromagnetiche e, quindi, cadere sul nucleo. Calcoli esatti mostrano che la durata massima di un atomo nel modello di Rutherford non supera i 20 minuti. Il grande fisico danese Niels Bohr ha creato un nuovo modello dell'atomo che porta il suo nome per salvare l'idea del nucleo atomico. Si basa su due disposizioni principali (i postulati di Bohr):

Gli atomi possono rimanere a lungo solo in certi cosiddetti stati stazionari. Le energie degli stati stazionari formano uno spettro discreto. In altre parole, solo orbite circolari con raggi dati dalla relazione

https://pandia.ru/text/78/486/images/image018.gif" width="144" height="49">

dove nè un numero intero.

Durante la transizione da uno stato quantico iniziale all'altro, un quanto di luce viene emesso o assorbito (vedi figura).

https://pandia.ru/text/78/486/images/image020.gif" width="240" height="238">

Differenziale" href="/text/category/differentcial/" rel="bookmark">equazione differenziale parziale rispetto alla funzione d'onda significato fisico non ha la funzione d'onda stessa, ma il quadrato del suo modulo, che è proporzionale alla probabilità di trovare una particella (elettrone) in un dato punto dello spazio. In altre parole, durante il suo movimento, l'elettrone viene, per così dire, "spalmato" sull'intero volume, formando una nuvola di elettroni, la cui densità caratterizza le probabilità di trovare un elettrone in vari punti del volume di un atomo ( vedere le figure sotto).

https://pandia.ru/text/78/486/images/image025_0.gif" width="379" height="205">

Purtroppo il linguaggio che usiamo nella nostra vita quotidiana non è adatto a descrivere i processi che avvengono nelle profondità della materia (si usano modelli molto astratti). I fisici "parlano" con la Natura accesa il linguaggio della matematica con l'aiuto dei numeri forme geometriche e linee, equazioni, tabelle, funzioni, ecc. Un tale linguaggio ha un potere predittivo sorprendente: operando con le formule, si possono ottenere conseguenze (come in matematica), valutare quantitativamente il risultato e quindi testare l'accuratezza della previsione con l'esperienza. Per lo studio di fenomeni che non possono essere descritti nel linguaggio della fisica a causa dell'incertezza dei concetti, dell'incapacità di determinare il processo di misurazione, i fisici semplicemente non si impegnano.

La storia dello sviluppo della fisica ha mostrato che l'uso razionale della matematica ha invariabilmente portato a potenti progressi nello studio della natura e i tentativi di assolutizzare alcuni apparati matematici poiché l'unico adatto porta alla stagnazione.

La fisica, come ogni scienza, può rispondere solo alla domanda "Come?", ma non alla domanda "Perché?".

Infine, consideriamo la parte finale dell'argomento n. 1 sulle grandezze fisiche.

Un concetto fisico che riflette alcune proprietà dei corpi e dei fenomeni e espresso come numero durante il processo di misurazione viene chiamato quantità fisica.

Le grandezze fisiche, a seconda del modo in cui sono rappresentate, sono suddivise in scalare, vettore, tensore ecc. (vedi tabella 1.2).

Tabella 1.2

le quantità	esempi
scalare	temperatura, volume, pressione
vettore	velocità, accelerazione, tensione
tensore	pressione in un fluido in movimento

https://pandia.ru/text/78/486/images/image027_0.gif" width="73" height="75 src=">

Vettoreè chiamato insieme ordinato di numeri (vedi illustrazione sopra). Tensore quantità fisiche sono scritti usando matrici.

Inoltre, tutte le grandezze fisiche possono essere suddivise in principale e derivati da loro. I principali includono unità di massa, carica elettrica (le principali caratteristiche della materia che determinano l'interazione gravitazionale ed elettromagnetica), lunghezza e tempo (poiché riflettono proprietà fondamentali materia e suoi attributi - spazio e tempo), così come la temperatura, la quantità di materia e l'intensità della luce. Per stabilire le unità derivate, vengono utilizzate leggi fisiche che le collegano con le unità di base.

Attualmente obbligatorio per l'uso nella letteratura scientifica e didattica Sistema internazionale unità (SI), dove si trovano le unità base chilogrammo, ampere, metro, secondo, kelvin, talpa e candela. Il motivo della sostituzione del Coulomb (carica elettrica) come unità base con Ampere (force corrente elettrica) puramente tecnico: l'implementazione di uno standard di 1 Coulomb, a differenza di 1 Ampere, è praticamente impossibile e le unità stesse sono legate da una semplice relazione: