De ce este importantă măsurarea în industrie? De ce o persoană are nevoie de măsurători

De ce o persoană are nevoie de măsurători

Măsurarea este unul dintre cele mai importante lucruri în viața modernă. Dar nu in totdeauna

a fost asa. Când un om primitiv a ucis un urs într-un duel inegal, el, desigur, se bucura dacă s-a dovedit a fi suficient de mare. Acest lucru promitea o viață bine hrănită pentru el și întregul trib pentru o lungă perioadă de timp. Dar nu a târât cadavrul ursului pe cântar: la vremea aceea nu erau solzi. Nu era nevoie în mod special de măsurători atunci când o persoană făcea un topor de piatră: nu existau specificații tehnice pentru astfel de topoare și totul era determinat de dimensiunea unei pietre potrivite care putea fi găsită. Totul a fost făcut cu ochiul, așa cum sugera instinctul maestrului.

Mai târziu, oamenii au început să trăiască în grupuri mari. A început schimbul de mărfuri, care s-a transformat ulterior în comerț, au apărut primele state. Apoi a venit nevoia de măsurători. Vulpile arctice regale trebuiau să știe care este zona câmpului fiecărui țăran. Aceasta a determinat cât de mult cereale ar trebui să dea regelui. A fost necesar să se măsoare recolta din fiecare câmp, iar la vânzarea cărnii de in, vin și alte lichide, volumul mărfurilor vândute. Când au început să construiască nave, a fost necesar să se contureze dimensiunile corecte în prealabil: altfel nava s-ar fi scufundat. Și, desigur, vechii constructori de piramide, palate și temple nu se puteau lipsi de măsurători, ne uimesc în continuare prin proporționalitatea și frumusețea lor.

MĂSURI RUSE VECHI.

Poporul rus și-a creat propriul sistem de măsuri. Monumentele secolului al X-lea vorbesc nu numai despre existența unui sistem de măsuri în Rusia Kieveană, ci și despre supravegherea statului asupra corectitudinii lor. Această supraveghere a fost încredințată clerului. Unul dintre statutele prințului Vladimir Sviatoslavovici spune:

„... chiar și din timpuri imemoriale a fost stabilit și încredințat să fie mâncat de episcopii orașului și de pretutindeni tot felul de măsuri și greutăți și cântare... să se observe fără trucuri murdare, să nu se înmulțească și să nu se diminueze...” (... s-a stabilit de multă vreme şi a îndrumat episcopilor să respecte corectitudinea măsurilor .. .nu permite nici o scădere sau mărire a acestora...). Această necesitate de supraveghere a fost cauzată de nevoile comerțului atât în interiorul țării, cât și cu țările din Occident (Bizanțul, Roma, ulterior orașe germane) și Orientul ( Asia de mijloc, Persia, India). Pe piața bisericii se desfășurau bazaruri, în biserică erau lăzi pentru depozitarea contractelor pentru tranzacții comerciale, în biserici se păstrau cântarile și măsurile potrivite, se depozitau mărfurile în pivnițele bisericilor. Cântăririle au fost efectuate în prezența reprezentanților clerului, care au primit pentru aceasta o taxă în favoarea bisericii.

Măsuri de lungime

Cele mai vechi dintre ele sunt cotul și brațul. Nu știm lungimea inițială exactă a fiecărei măsuri; un englez care a călătorit în Rusia în 1554 mărturisește că un cot rus era egal cu jumătate de iardă engleză. Conform Registrului de comerț alcătuit pentru comercianții ruși la începutul secolelor al XVI-lea și al XVII-lea, trei coți erau egali cu doi arșini. Numele „arshin” provine din cuvântul persan „arsh”, care înseamnă cot.

Prima mențiune despre sazhen se găsește în analele secolului al XI-lea, compilate de călugărul de la Kiev Nestor.

În mai mult ori mai tarziu a fost stabilită o măsură de distanță de o verstă, echivalată cu 500 de sazhens. În monumentele antice, o verstă este numită câmp și uneori este echivalată cu 750 de sazhens. Acest lucru poate fi explicat prin existența unei brațe mai scurte în antichitate. În cele din urmă, o verstă la 500 de sazhens a fost stabilită abia în secolul al XVIII-lea.

În epoca fragmentării Rusiei, nu exista un sistem unic de măsuri. În XV și secolele XVI are loc o unificare a ţinuturilor ruseşti în jurul Moscovei. Odată cu apariția și creșterea comerțului la nivel național și odată cu stabilirea taxelor pentru trezorerie de la întreaga populație a țării unite, se pune problema unui sistem unic de măsuri pentru întreg statul. Măsura arshinilor, care a apărut în timpul comerțului cu popoarele răsăritene, intră în uz.

În secolul al XVIII-lea, măsurile au fost precizate. Petru 1 prin decret a stabilit egalitatea unui sazhen de trei arshin la șapte picioare engleze. Fostul sistem rus de măsuri de lungime, completat de noi măsuri, a primit forma sa finală:

Milă \u003d 7 verste (\u003d 7,47 kilometri);

Verst \u003d 500 de brazi (\u003d 1,07 kilometri);

Fathoms = 3 arshins = 7 picioare (= 2,13 metri);

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

Picior = 12 inci (= 30,48 centimetri);

Inch = 10 linii (2,54 centimetri);

Linie = 10 puncte (2,54 mm).

Când au vorbit despre înălțimea unei persoane, au indicat doar câți vershoks depășește 2 arshins. Prin urmare, cuvintele „un bărbat de 12 inci înălțime” înseamnă că înălțimea lui este de 2 arshins 12 inci, adică 196 cm.

Măsuri zone

În Russkaya Pravda, un monument legislativ datând din secolele XI-XIII, se folosește un plug. Era o măsură a pământului din care se plătea tribut. Există câteva motive pentru a considera plugul egal cu 8-9 hectare. Ca și în multe țări, cantitatea de secară necesară pentru a semăna această zonă a fost adesea luată ca măsură a suprafeței. În secolele XIII-XV, principala unitate de suprafață era zona kad, pentru semănat fiecare avea nevoie de aproximativ 24 puds (adică 400 kg.) de secară. Jumătate din această zonă, numită zecimii a devenit principala măsură a suprafeței în Rusia prerevoluționară. Era de aproximativ 1,1 hectare. Zeciuiala se numea uneori cutii.

O altă unitate de măsurare a suprafețelor, egală cu o jumătate de zecime, se numea un (sfert) patru. Ulterior, mărimea zecimii a fost adusă în conformitate nu cu măsurile de volum și masă, ci cu măsurile de lungime. În „Cartea scrisorilor somnoroase”, ca ghid pentru contabilizarea impozitelor de pe pământ, o zecime este egală cu 80 * 30 = 2400 de brânzi pătrate.

Unitatea fiscală de teren a fost c o x a (aceasta este cantitatea de teren arabil pe care un plugar a putut să o cultive).

MĂSURI DE GREUTATE (MASĂ) și VOLUM

Cea mai veche unitate de greutate a Rusiei a fost hrivna. Este menționat în tratatele secolului al X-lea dintre prinții de la Kiev și împărații bizantini. Prin calcule complexe, oamenii de știință au aflat că grivna cântărea 68,22 g. Grivna era egală cu unitatea arabă de greutate rotl. Apoi unitățile principale atunci când cântăriți oțel liră și pud. O liră era egală cu 6 grivne, iar un pud era egal cu 40 de lire sterline. Pentru cântărirea aurului s-au folosit bobine, în valoare de 1,96 părți de liră (de unde și proverbul „bobină mică și scumpă”). Cuvintele „pound” și „pood” provin din același cuvânt latin „pondus” care înseamnă greutate. Oficialii care verificau cântarele erau numiți „pariți” sau „greutăți”. Într-una dintre poveștile lui Maxim Gorki, în descrierea hambarului kulakului, citim: „Sunt două încuietori pe un șurub - unul este mai greu decât celălalt”.

Până la sfârșitul secolului al XVII-lea, un sistem de măsurare a greutății rusești s-a dezvoltat sub următoarea formă:

Ultimele \u003d 72 de lire sterline (\u003d 1,18 tone);

Berkovets \u003d 10 lire sterline (\u003d 1,64 c);

Pud \u003d 40 grivne mari (sau lire sterline), sau 80 grivne mici, sau 16 oțelyards (= 16,38 kg.);

Măsurile antice originale de lichid - butoiul și găleata - rămân nedeterminate exact. Există motive să credem că găleata conținea 33 de lire de apă, iar butoiul 10 găleți. Găleata a fost împărțită în 10 sticle.

Sistemul monetar al poporului rus

Bucăți de argint sau aur de o anumită greutate au servit ca unități monetare pentru multe popoare. În Rusia Kievană, astfel de unități au fost grivna de argint. Russkaya Pravda, cel mai vechi set de legi rusești, prevede că se datorează o amendă de 2 grivne pentru uciderea sau furtul unui cal și 1 grivne pentru un bou. Grivna a fost împărțită în 20 nogat sau 25 kuna, iar kuna a fost împărțită în 2 rezan. Numele „kuna” (jder) amintește de vremurile în care în Rusia nu existau bani de metal, iar în schimb s-au folosit blănuri, iar mai târziu - bani de piele - bucăți patrulatere de piele cu ștampile. Deși hrivna ca unitate monetară nu a mai fost folosită de mult timp, cuvântul „hryvnia” a supraviețuit. A fost numită o monedă cu o valoare nominală de 10 copeici ban. Dar aceasta, desigur, nu este la fel cu vechea grivne.

Monedele rusești urmărite sunt cunoscute încă de pe vremea prințului Vladimir Sviatoslavovici. În timpul jugului Hoardei, prinții ruși au fost obligați să indice pe monedele emise numele hanului care a condus în Hoarda de Aur. Dar după bătălia de la Kulikovo, care a adus victoria trupelor lui Dmitri Donskoy asupra hoardelor lui Han Mamai, începe și eliberarea monedelor rusești de numele hanului. La început, aceste nume au început să fie înlocuite cu o ligatură ilizibilă de litere orientale, apoi au dispărut complet din monede.

În analele referitoare la 1381, cuvântul „bani” este găsit pentru prima dată. Cuvântul provine de la numele hindus pentru o monedă de argint. rezervor, pe care grecii o numeau danaka, tătarii - să aibă.

Prima utilizare a cuvântului „ruble” se referă la secolul al XIV-lea. Cuvântul provine de la verbul „a tăia”. În secolul al XIV-lea, hrivna a început să fie tăiată în jumătate, iar un lingou de argint de jumătate de grivnă (= 204,76 g) a fost numit rublă sau ruble grivne.

În 1535, au fost emise monede - Novgorod cu o imagine a unui călăreț cu o suliță în mâini, numită banuti de bani. Cronica de aici produce cuvântul „penny”.

Supravegherea în continuare a măsurilor din Rusia.

În 1892, genialul chimist rus Dmitri Ivanovici Mendeleev a devenit șeful Camerei principale a greutăților și măsurilor.

Dirizând lucrările Camerei principale de greutăți și măsuri, el a transformat complet afacerea de măsurare în Rusia, a înființat lucrări de cercetare și a rezolvat toate întrebările legate de măsurile care au fost cauzate de creșterea științei și tehnologiei în Rusia. În 1899, a dezvoltat o lege noua despre masuri si greutati.

În primii ani de după revoluție, Camera Principală a Greutăților și Măsurilor, continuând tradițiile lui Mendeleev, a desfășurat o muncă colosală de pregătire pentru introducerea sistemului metric în URSS. După unele restructurari și redenumiri, fosta Cameră Principală de Greutăți și Măsuri există în prezent sub forma Institutului de Cercetare Științifică de Metrologie, care poartă numele.

măsuri franceze

Inițial, în Franța, și într-adevăr în toată Europa culturală, au fost folosite măsuri latine de greutate și lungime. Dar fragmentarea feudală și-a făcut propriile ajustări. Să presupunem că unii seniori aveau fantezia de a crește puțin kilogramul. Niciunul dintre supușii săi nu va obiecta, să nu se răzvrătească din cauza unor asemenea fleacuri. Dar dacă socotiți, în general, toate boabele carentrente, atunci ce beneficiu! La fel este și cu atelierele meșteșugarilor din oraș. A fost benefic ca cineva să reducă adâncul, cineva să o mărească. Depinde dacă vând pânză sau cumpără. Puțin, puțin, și aici aveți lira renană, și Amsterdam, și Nürnberg și Paris etc., etc.

Și cu sazhens a fost și mai rău, doar că în sudul Franței s-au rotit peste o duzină de unități diferite de lungime.

Adevărat, în gloriosul oraș Paris din fortăreața Le Grand Chatel, încă de pe vremea lui Iulius Caesar, în zidul cetății a fost construit un standard de lungime. Era o busolă curbată de fier, ale cărei picioare se terminau în două proeminențe cu margini paralele, între care trebuie să se potrivească exact toți sazhen-urile folosite. Bânza lui Chatel a rămas măsura oficială a lungimii până în 1776.

La prima vedere, măsurile de lungime arătau astfel:

Lie mare - 5.556 km.

Întins pe uscat = 2 mile = 3,3898 km

Mile (din lat. mie) = 1000 touaz.

Tuaz (sazhen) \u003d 1.949 metri.

Picior (picior) = 1/6 toise = 12 inchi = 32,484 cm.

Inch (deget) = 12 linii = 2,256 mm.

Linie = 12 puncte = 2,256 mm.

Punct = 0,188 mm.

De fapt, din moment ce nimeni nu a anulat privilegiile feudale, totul se referea la orașul Paris, ei bine, pe Dauphine, cel puțin. Undeva în interior, un picior ar putea fi ușor definit ca mărimea piciorului unui senior sau ca lungime medie picioare de 16 persoane plecând duminică dimineața.

Lira pariziană = livre = 16 uncii = 289,41 gr.

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

Gran (bob) = 0,053 gr.

Dar lira de artilerie era încă egală cu 491,4144 gr., Adică corespundea pur și simplu cu lira Nurenbeg, care a fost folosită în secolul al XVI-lea de domnul Hartmann, unul dintre teoreticieni - maeștrii atelierului de artilerie. În consecință, și valoarea lirei în provincii a mers cu tradițiile.

Măsurile corpurilor lichide și libere nu diferă nici în uniformitatea armonioasă, deoarece Franța era încă o țară în care populația cultiva în principal pâine și vin.

Muid de vin = aproximativ 268 litri

Rețea - aproximativ 156 de litri

Mina = 0,5 retea = aproximativ 78 litri

Mino = 0,5 mine = aproximativ 39 de litri

Boisseau = aproximativ 13 litri

masuri englezesti

Măsuri engleze, măsuri aplicate în Marea Britanie, SUA. Canada și alte țări. Unele dintre aceste măsuri într-un număr de țări variază oarecum în mărime, prin urmare, mai jos sunt în principal echivalente metrice rotunjite ale măsurilor engleze, convenabile pentru calcule practice.

Măsuri de lungime

Milă nautică (UK) = 10 cabluri = 1,8532 km

Chiar și înaintea lui, omul de știință polonez Stanislav Pudlovsky a propus să ia lungimea celui de-al doilea pendul ca unitate de măsură.

Naștere sistem metric de măsuri.

Burghezia" href="/text/category/burzhuaziya/" rel="bookmark">revoluția burgheză. A fost convocată Adunarea Națională care a creat o comisie la Academia de Științe, formată din cei mai mari oameni de știință francezi ai vremii. Comisia urma să efectueze lucrările de creare a unui nou sistem de măsuri.

Unul dintre membrii comisiei a fost faimosul matematician și astronom Pierre Simon Laplace. Pentru cercetările sale științifice, a fost foarte important să cunoască lungimea exactă a meridianului pământului. Unul dintre membrii comisiei a reamintit propunerea astronomului Mouton de a lua o parte din meridian egală cu o parte a 21600-a a meridianului ca unitate de lungime. Laplace a susținut imediat această propunere (sau poate el însuși a inspirat ideea celorlalți membri ai comisiei). S-a făcut o singură măsurătoare. Pentru comoditate, am decis să luăm o patruzeci de milioane de parte din meridianul pământului ca unitate de lungime. Această propunere a fost înaintată Adunării Naționale și adoptată de aceasta.

Toate celelalte unități au fost aliniate cu noua unitate, numită metri. Pentru o unitate de suprafață a fost luată metru patrat , volum – metru cub , mase - masa unui centimetru cub apa in anumite conditii.

În 1790, Adunarea Națională a adoptat un decret de reformare a sistemelor de măsuri. În raportul înaintat Adunării Naționale se remarca că nu a fost nimic arbitrar în proiectul de reformă, cu excepția bazei zecimale, și nimic local. „Dacă s-ar pierde memoria acestor lucrări și s-ar păstra un singur rezultat, atunci nu ar exista niciun semn în ele prin care să se poată afla care națiune a început planul pentru aceste lucrări și le-a executat”, se arată în raport. Se pare că comisia Academiei a căutat să asigure asta sistem nou Măsurile nu au oferit niciun motiv niciunei națiuni să respingă sistemul ca fiind francez. Ea a căutat să justifice sloganul: „Pentru toate timpurile, pentru toate popoarele”, care a fost proclamat mai târziu.

Deja în aprilie 17956, a fost aprobată o lege privind măsurile noi, a fost introdus un singur standard pentru întreaga Republică: o riglă de platină pe care este înscris un metru.

Comisia Academiei de Științe din Paris, încă de la începutul lucrărilor privind dezvoltarea noului sistem, a stabilit ca raportul unităților învecinate să fie de 10. Pentru fiecare cantitate (lungime, masă, suprafață, volum) din unitatea principală din această cantitate se formează în același mod și alte măsuri, mai mari și mai mici (căci cu excepția denumirilor „micron”, „centner”, „tonă”). Pentru a forma nume de măsuri mai mari decât unitatea principală, la numele acesteia din urmă se adaugă cuvinte grecești din față: „deca” - „zece”, „hecto” - „o sută”, „kilo” - „mii” , „miria” - „zece mii” ; pentru a forma denumirea de măsuri mai mici decât unitatea principală, se adaugă și particule în față: „deci” - „zece”, „centi” - „o sută”, „mili” - „mii”.

Contor de arhivă.

Expoziții internaționale" href="/text/category/mezhdunarodnie_vistavki/" rel="bookmark">expoziții internaționale care au arătat toate avantajele diferitelor sisteme naționale de măsuri existente. Activitatea Academiei de Științe din Sankt Petersburg și a membrului său Boris Semenovici Jacobi a fost deosebit de rodnic în această direcție.În anii șaptezeci, această activitate a fost încununată cu transformarea efectivă a sistemului metric într-unul internațional.

Sistemul metric de măsuri în Rusia.

În Rusia, oamenii de știință începutul XIX secole au înțeles scopul sistemului metric și au încercat să-l introducă pe scară largă în practică.

În anii 1860-1870, după discursuri energice, compania în favoarea sistemului metric era condusă de un academician, un profesor de matematică, un autor de manuale școlare de matematică care erau obișnuite în vremea lui și un academician. Oamenii de știință s-au alăturat și producătorii și crescătorii ruși. Societatea Tehnică Rusă a instruit o comisie specială prezidată de un academician să dezvolte această problemă. Această comisie a primit numeroase propuneri de la organizații științifice și tehnice care au susținut în unanimitate propunerile pentru trecerea la sistemul metric.

Publicată în 1899, legea greutăților și măsurilor elaborată includea paragraful nr. 11:

„Metoda internațională și kilogramul, diviziunile lor, precum și alte măsuri metrice pot fi utilizate în Rusia, probabil cu principalele măsuri rusești, în comerț și alte tranzacții, contracte, estimări, contracte și altele asemenea - de comun acord al părțile contractante, precum și în limitele activității departamentelor individuale de stat... cu permisiunea sau prin ordin al miniștrilor de resort...”.

Soluția finală la problema sistemului metric a fost primită după Marea Revoluție Socialistă din Octombrie. În 1918 Consiliul Comisarii Poporului sub președinție, a fost emisă o rezoluție prin care se propune:

„Să se bazeze toate măsurătorile pe sistemul metric internațional de măsuri și greutăți cu diviziuni zecimale și derivate.

Luați metrul ca bază pentru unitatea de lungime și kilogramul ca bază pentru unitatea de greutate (masă). Pentru mostre de unități ale sistemului metric, luați o copie a contorului internațional, purtând marca nr. 28, și o copie a kilogramului internațional, purtând marcajul nr. 12, din platină irizată, transferată Rusiei de către Primul Conferința Internațională de Greutăți și Măsuri de la Paris în 1889 și acum stocată în Camera Principală de Măsuri și Cântare din Petrograd.

De la 1 ianuarie 1927, când s-a pregătit trecerea industriei și transporturilor la sistemul metric, sistemul metric de măsuri a devenit singurul sistem de măsuri și greutăți permis în URSS.

Măsuri antice rusești

în proverbe şi zicători.

Arshin și caftan și două pentru petice.
O barbă de mărimea unui centimetru și cuvinte de mărimea unei pungi.
A minți - șapte mile până la cer și toată pădurea.
Au căutat un țânțar timp de șapte mile și un țânțar pe nas.
Un arshin de barbă, dar o lungime de minte.
Vede trei arshin-uri în pământ!
Nu voi renunța nici măcar un centimetru.
De la gând la gând cinci mii de mile.
Un vânător de șapte mile merge să bea jeleu.
Scrieți (vorbiți) despre păcatele altora la ochi și despre propriile voastre - cu litere mici.
Sunteți din adevăr (din slujbă) un interval, și este de la voi - o adâncime.
Întinde o milă, dar nu fi simplu.
Pentru aceasta, puteți pune o lumânare pud (ruble).
Un bob salvează o budincă.
Nu e rău că o chiflă înseamnă jumătate de pud.
Un bob de pui aduce.
Bobina ta din kilogramele altcuiva este mai scumpă.
Am mâncat jumătate de pud - sătul deocamdată.
Veți afla cât de mult se ridică un pud.
Nu are o jumătate de creier (minte) în cap.
Răul coboară în kilograme, iar bunul în bobine.

TABEL DE COMPARAȚIE MĂSURI

n Măsuri de lungime

1 verstă = 1,06679 kilometri
1 sazhen = 2,1335808 metri
1 arshin = 0,7111936 metri
1 vershok = 0,0444496 metri
1 picior = 0 metri
1 inch = 0 metri

1 kilometru = 0,9373912 verste
1 metru = 0,4686956 brațe
1 metru = 1,40609 arshins
1 metru = 22,4974 vershoks
1 metru = 3,2808693 picioare
1 metru = 39,3704320 inci

n 1 brață = 7 picioare
1 sazhen = 3 arshins
1 sazhen = 48 inci
1 milă = 7 verste
1 verstă = 1,06679 kilometri

n Măsuri de volum și suprafață

1 sfert = 26,2384491 litri
1 sfert = 209,90759 litri
1 găleată = 12,299273 litri
1 zecime = 1 hectar

1 litru = 0, cvadruplu
1 litru = 0 sferturi
1 litru = 0, găleți
1 hectar = 0, zecimi

n 1 butoi = 40 de găleți
1 butoi = 400 sticle
1 butoi = 4000 cesti

1 sfert = 8 sferturi
1 sfert = 64 granate

n Măsuri de greutate

1 pud = 16,3811229 kilograme

1 liră = 0,409528 kilogram
1 bobină = 4,2659174 grame
1 acțiune = 44,436640 miligrame

n 1 kilogram = 0,9373912 verste
1 kilogram = 2 lire
1 gram = 0, bobină
1 miligram = 0 fracții

n 1 pud = 40 de lire sterline
1 pud = 1280 loturi
1 berk = 10 lire sterline
1 ultimul = 2025 și 4/9 kilograme

n măsuri monetare

n rublă \u003d 2 jumătate de dolari
jumatate = 50 copeici
cinci-altyn = 15 copeici
Altyn = 3 copeici
ban = 10 copeici

n 2 bani \u003d 1 copeck
penny = 0,5 copeck
polushka = 0,25 copeici

De ce o persoană are nevoie de măsurători

Măsurătorile sunt unul dintre cele mai importante lucruri din viața modernă. Dar nu in totdeauna

a fost asa. Când un om primitiv a ucis un urs într-un duel inegal, el, desigur, se bucura dacă s-a dovedit a fi suficient de mare. Acest lucru promitea o viață bine hrănită pentru el și întregul trib pentru o lungă perioadă de timp. Dar nu a târât cadavrul ursului pe cântar: la vremea aceea nu erau solzi. Nu era nevoie în mod special de măsurători atunci când un om făcea un topor de piatră: nu existau specificații tehnice pentru astfel de topoare și totul era determinat de dimensiunea unei pietre potrivite care putea fi găsită. Totul a fost făcut cu ochiul, așa cum sugera instinctul maestrului.

MĂSURI RUSE VECHI.

„... chiar și din timpuri imemoriale a fost stabilit și încredințat să fie mâncat de episcopii orașului și de pretutindeni tot felul de măsuri și greutăți și cântare... să se observe fără trucuri murdare, să nu se înmulțească și să nu se diminueze...” (... s-a stabilit de multă vreme şi a îndrumat episcopilor să respecte corectitudinea măsurilor .. .nu permite nici o scădere sau mărire a acestora...). Această necesitate de supraveghere a fost cauzată de nevoile comerțului atât în interiorul țării, cât și cu țările din Occident (Bizanț, Roma, mai târziu orașe germane) și din Est (Asia Centrală, Persia, India). Pe piața bisericii se desfășurau bazaruri, în biserică erau lăzi pentru depozitarea contractelor pentru tranzacții comerciale, în biserici se păstrau cântarile și măsurile potrivite, se depozitau mărfurile în pivnițele bisericilor. Cântăririle au fost efectuate în prezența reprezentanților clerului, care au primit pentru aceasta o taxă în favoarea bisericii.

Măsuri de lungime

Bazele metrologiei

tutorial

„Trei căi duc la cunoaștere:

calea reflecției este cea mai nobilă;

calea imitației este cea mai ușoară;

calea experienței este cea mai dificilă”

Confucius

Din 32 Yu. P. Shcherbak Fundamentele metrologiei:

Tutorial pentru universitati.

Sunt luate în considerare conceptele și prevederile de bază ale metrologiei, conceptele de bază ale teoriei erorilor, prelucrarea rezultatelor măsurătorilor, clasificarea semnalelor și interferența. Pentru studenții înscriși la specialitățile științe naturale și tehnice.

Capitolul 1. Subiectul și sarcinile metrologiei……………………………………………………………………….4

1.1 Subiectul metrologiei………………………………………………………………………………....4

1.2 Rolul măsurătorilor în dezvoltarea științei, industriei……………………………………………….4

1.3 Fiabilitatea cunoștințelor științifice……………………………………………………………………..16

capitolul 2. Prevederi de bază ale metrologiei…………………………………………………………....23

2.1 Mărimi fizice…………………………………………………………………………………...23

2.2 Sistemul de mărimi fizice și unitățile lor…………………………………………………………….30

2.3 Reproducerea unităților de mărime fizică și transferul mărimii acestora……………..35

2.4 Măsurarea și operațiile sale de bază…………………………………………………………………..39

capitolul 3. Concepte de bază ale teoriei erorilor……………………………………………………....49

3.1 Clasificarea erorilor……………………………………………………………………….52

3.2 Erori sistematice………………………………………………………………………....58

3.3 Erori aleatorii…………………………………………………………………..62

3.3.1 Concepte generale………………………………………………………………………………………...62

3.3.2 Legile de bază ale distribuției………………………………………………………….64

3.3.3 Estimări punctuale ale parametrilor legilor de distribuție………………………………...67

3.3.4 Interval de încredere (estimări de încredere)………………....69

3.3.5 Erorile grosiere și metodele de eliminare a acestora……………………………………………..71

capitolul 4. Prelucrarea rezultatelor măsurătorilor…………………………………………………………..72

4.1 Măsurători unice…………………………………………………………………..72

4.2 Măsurători multiple egale……………………………………………………………….73

4.3 Măsurători indirecte………………………………………………………………………………..75

4.4 Câteva reguli pentru efectuarea măsurătorilor și prezentarea rezultatelor…………...77

capitolul 5. Semnale de măsurare…………………………………………………………...79

5.1 Clasificarea semnalelor……………………………………………………………………………….79

5.2 Descrierea matematică a semnalelor. Parametrii semnalelor de măsurare………….81

5.3 Semnale discrete………………………………………………………………………………...86

5.4 Semnale digitale………………………………………………………………………………..89

5.5 Interferență……………………………………………………………………………………………..91

Literatură……………………………………………………………………………………109

Capitolul 1. Subiectul și sarcinile metrologiei

Subiect de metrologie

Metrologie -știința măsurătorilor, metodelor, mijloacelor de asigurare a unității lor și modalități de a obține precizia necesară (GOST 16263-70).

Cuvântul grecesc „metrologie” este format din 2 cuvinte „metron” – măsură și „logos” – predare.

Subiect de metrologie- este extragerea de informatii cantitative despre proprietatile obiectelor si proceselor cu o acuratete si fiabilitate date.

Instrumente de metrologie este un ansamblu de instrumente de măsurare și standarde metrologice care asigură utilizarea lor rațională.

Nicio știință nu poate face fără măsurători.

Conceptul de bază al metrologiei este măsurare.

Măsurarea înseamnă găsirea valorii unei mărimi fizice (PV)

Empiric cu ajutorul mijloacelor tehnice speciale (GOST 16263-70).

Măsurătorile pot fi reprezentate prin trei aspecte [L.1]:

Aspectul filozofic al măsurării: măsurătorile sunt cele mai importante metoda universala cunoştinţe fenomene fiziceși procese
Aspectul științific al măsurării: cu ajutorul măsurătorilor (experimentului) se realizează legătura dintre teorie și practică („practica este criteriul adevărului”)
Aspectul tehnic al măsurătorilor: măsurătorile oferă informații cantitative despre obiectul managementului sau controlului.

Rolul măsurării în dezvoltarea științei și industriei.

Iată declarațiile unor oameni de știință celebri despre rolul măsurătorilor [L.3].

W. Thompson: „Spun adesea că atunci când poți măsura ceea ce vorbești și poți exprima în cifre, atunci știi ceva despre asta; dar când nu o poți măsura, nu o poți exprima în cifre, atunci cunoștințele tale vor fi de un fel mizerabil și nesatisfăcător; poate reprezenta începutul cunoașterii, dar în mintea ta cu greu ai avansat la ceea ce merită numele de știință, indiferent de subiectul de studiu” (Structura materiei, 1895)

A. Le Chatelier: „A învăța să măsori corect este unul dintre cei mai importanți, dar și cei mai dificili pași în știință. O singură măsurare falsă este suficientă pentru a preveni descoperirea legii și, și mai rău, pentru a conduce la stabilirea unei legi inexistente. Așa a fost, de exemplu, originea legii compușilor nesaturați ai hidrogenului și oxigenului, bazată pe erori experimentale în măsurătorile lui Bunsen” (Science and Industry, 1928).

Să ilustrăm prima parte a afirmației A. Le Chatelier exemple de unele măsurători importante în domeniul mecanicii și gravitației în ultimii ~ 300 de ani și impactul lor asupra dezvoltării științei și tehnologiei.

1583 - G. Galileo a stabilit izocronismul oscilaţiilor pendulului.

Izocronismul oscilațiilor pendulului a stat la baza creării de noi ceasuri - cronometre, care au devenit cel mai important instrument de navigație în epoca marii. descoperiri geografice(măsurarea orei la amiază la locul navei în comparație cu portul de plecare a făcut posibilă determinarea longitudinii, măsurarea înălțimii Soarelui deasupra orizontului la amiază - latitudinea ...)

(Perioada de oscilație a pendulului: - viteză unghiulară; perioada oscilaţiilor nu depinde de masa şi amplitudinea oscilaţiilor – izocronism).

1604 - G. Galileo a stabilit accelerația uniformă a mișcării corpului pe un plan înclinat
1619 - I. Kepler formulat pe baza măsurătorilor III legea mișcării planetare: T 2 ~ R 3 (T este perioada, R este raza orbitei)
1657 - H. Huygens a proiectat un ceas cu pendul cu o scăpare (ancoră)
1678 - H. Huygens a măsurat magnitudinea gravitației pentru Paris (g = 979,9 cm / s 2)
1798 - G. Cavendish măsurată cu ajutorul torsiunii echilibrează forța de atracție a două corpuri și s-a determinat constanta gravitațională din legea lui Newton, s-a determinat densitatea medie a Pământului (5,18 g/cm 3)

Crearea de către H. Huygens a unui ceas precis cu o scăpare (ancoră) a devenit baza tehnologiei de măsurare; iar măsurarea gravitației stă la baza balisticii.

În urma acestor experimente, a fost formulată legea a 3-a a mișcării planetare a lui I. Kepler, legea gravitatie(I. Newton) - baza tuturor activități moderne om asociat cu spațiul.

1842 - H. Doppler a sugerat influența mișcării relative a corpurilor asupra frecvenței sunetului (efectul Doppler, în 1848 A. Fizeau a extins acest principiu la fenomene optice)

Schimbarea de frecvență datorată mișcării relative a sursei și receptorului de sunet sau lumină (H. Doppler, A. Fizeau) a stat la baza creării unui model al Universului în expansiune (E. Hubble). Măsurarea fondului cosmic cu microunde (A. Penzias și R. Wilson) este o dovadă decisivă a corectitudinii modelului Universului în expansiune, al cărui început a avut forma „Big Bang-ului”.

Vederi moderne:

Prima etapă („inflaționistă”) a expansiunii Universului a durat doar ~ 10 -35 de secunde. În acest timp, „germenul” Universului, care a apărut din neantul absolut, a crescut de până la 10.100 de ori. Conform conceptelor moderne, nașterea Universului dintr-o singularitate ca urmare a Big Bang-ului se datorează unei fluctuații cuantice a vidului. În același timp, deja în momentul Big Bang-ului, au fost stabiliți diverse proprietăți și parametri în fluctuațiile cuantice ale vidului, inclusiv. constante fizice fundamentale ( ε, h, γ, k etc.)

Dacă până la momentul T 0 = 1s viteza de expansiune a materiei diferea de valoarea reală cu 10 -18 (10 -16%) din valoarea sa într-o direcție sau alta, atunci Universul fie s-ar prăbuși într-un punct material, sau substanța s-ar disipa complet.

Știința naturală modernă se bazează pe observarea repetată a unui fapt, repetarea lui în diverse condiții - un experiment, descrierea sa cantitativă; crearea unui model al acestui fapt, fenomen sau proces, stabilirea de formule, dependențe, relații. Dezvoltați simultan aplicații practice fenomene. Atunci apare (este creată) o teorie fundamentală. O astfel de teorie oferă o generalizare și stabilește legătura unui fenomen dat cu alte fenomene sau procese; este acum frecvent modelare matematică fenomene. Bazat teorie fundamentală apar aplicații noi, mai largi.

Pe fig. 1.1 prezintă o schemă condiționată a metodologiei științelor naturale [L.2]

Noi aplicații practice

Orez. 1.1

Pe exemplul influenței mișcării relative a corpurilor asupra frecvenței sunetului, descoperit experimental de H. Doppler, se pot urmări etapele acestei scheme metodologice.

Etapa 1.

Probleme de înregistrare a faptelor, acuratețea măsurării pentru descrierea cantitativă ulterioară, alegerea unităților de măsură. (Experiment)

Exemplu: H. Doppler a înregistrat (măsurat) în 1842 influenţa mişcării relative a corpurilor asupra frecvenţei sunetului (efectul Doppler).

Etapa 2.

Stabilirea dependențelor, formulelor, relațiilor, inclusiv analiza dimensiunilor mărimilor, stabilirea constantelor. (Model)

Exemplu: Pe baza experimentelor lui H. Doppler, a fost elaborat un model al fenomenului:

sunetul este vibrațiile longitudinale ale aerului; când sursa se mișcă, se modifică numărul de oscilații primite de receptor în 1 s, adică. se schimba frecventa.

Etapă.

Exemplu: Dezvoltarea de dispozitive bazate pe efectul Doppler: ecosonde, contoare de viteză a corpurilor în mișcare (locator de poliție rutieră).

Etapă.

Formularea principiilor și generalizărilor, crearea unei teorii fundamentale, elucidarea legăturilor cu alte fenomene, prognoze (inclusiv modelare matematică). (Teoria fundamentală).

Exemplu: Sunt formulate principiile relativității lui Galileo, apoi Einstein:

egalitatea tuturor cadrelor de referință inerțiale.

Etapă.

Analiza unei game largi de fenomene, căutarea tiparelor în alte domenii ale fizicii. (Alte fenomene).

Exemplu: În 1848, A. Fizeau a extins principiul Doppler la fenomenele optice:

Lumina este vibratii transversale electro camp magnetic, prin urmare, efectul Doppler este aplicabil și luminii (efectul PHYSO).

etapa 6.

Crearea de noi dispozitive, aplicare în alte domenii. ( Noi aplicații practice).

Exemplu:

§ Măsurarea distanțelor în cosmologie prin deplasarea spre roșu a radiațiilor din galaxii îndepărtate

§ Schimbarea de frecvență datorată mișcării relative a sursei și receptorului de radiație a stat la baza creării unui model al Universului în expansiune (E. Hubble)

§ Măsurarea fondului cosmic de microunde (A. Penzias și R. Wilson) a constituit o dovadă a validității modelului Universului în expansiune, începutul căruia a avut forma „Big Bang-ului”.

Crearea unui dispozitiv de măsurare sau dezvoltarea unei metode de măsurare - pas major la descoperirea de noi fenomene şi dependenţe. În vremea noastră, există foarte puține șanse de a descoperi ceva esențial nou fără a apela la echipamente precise: tot ceea ce a devenit nou cunoscut în ultima vreme nu a fost dat ca urmare a unei simple observații neînarmate a gamei cotidiene de fenomene. Viata de zi cu zi, așa cum sa întâmplat la originile științei.

Cu toate acestea, în primele etape ale sondajului general, este important să nu se recurgă la o tehnică experimentală excesiv de subtilă - complicația excesivă provoacă întârzieri și duce la un desiș dens de detalii auxiliare care distrag atenția de la cea principală.

Abilitatea de a gestiona cu mijloace simple este întotdeauna apreciată de cercetători.

Fiecare cercetător trebuie să țină cont de sisteme de măsură general acceptate, trebuie să fie bine versat în corelarea unităților derivate cu cele luate ca fiind de bază, de exemplu. în dimensiune. Conceptul de sisteme de unități și dimensiuni ar trebui să fie atât de clar încât astfel de cazuri „studenți” să fie complet excluse atunci când dimensiunile părților din stânga și din dreapta ale ecuației sunt diferite sau cantitățile sunt în sisteme diferite de unități.

Odată stabilită calea principală de măsurare, se urmărește îmbunătățirea acurateței măsurătorii. Oricine se ocupă de măsurători ar trebui să fie familiarizat cu tehnicile de evaluare a acurateței rezultatelor. Dacă cercetătorul este lipsit de experiență, rar știe să răspundă la întrebarea care este acuratețea măsurătorii pe care a făcut-o, nu își dă seama ce precizie ar trebui să obțină în sarcina sa și nici ce anume îi limitează exactitatea. Dimpotrivă, un cercetător cu experiență este capabil să exprime în cifre acuratețea fiecăreia dintre măsurătorile sale, iar dacă acuratețea rezultată este mai mică decât cea cerută, poate spune în prealabil care dintre elementele măsurătorii va fi cel mai semnificativ de îmbunătățit. .

Dacă nu vă puneți astfel de întrebări, se întâmplă lucruri neplăcute chiar și cu oameni cunoscători; de exemplu, un profesor de la Universitatea din Moscova Leist timp de 20 de ani a construit o hartă a anomaliei magnetice, în care măsurătorile câmpului magnetic erau precise, dar coordonatele punctelor de măsurare nu erau exacte în mod corespunzător, astfel încât nu a fost posibil să se determinați în mod fiabil gradienții componentelor intensității câmpului necesar pentru estimarea masei subterane. Drept urmare, toată munca a trebuit să fie repetată.

Indiferent de modul în care cercetătorul se străduiește pentru acuratețea măsurătorilor, el va întâmpina în continuare erori inevitabile în rezultatele măsurătorii.

Iată ce spunea A. Poincare (Ipoteza și știința) despre asta încă din 1903: „Să ne imaginăm că măsurăm o anumită lungime cu un metru incorect, de exemplu, prea lung față de normal. Numărul rezultat, exprimând lungimea măsurată, va fi întotdeauna ceva mai mic decât cel adevărat, iar această eroare nu va fi eliminată, oricât am repeta măsurarea; asta e un exemplu sistematic erori. Dar măsurându-ne lungimea cu un metru adevărat, totuși nu putem evita erorile, de exemplu, la citirea greșită a numărului de diviziuni; dar aceste observaţii eronate pot fi mai mult sau mai puţin de adevărata mărime, astfel încât dacă facem număr mare observații și luați media acestora, atunci eroarea va fi aproape de zero; iată un exemplu de erori aleatorii.”

„Cele mai grave sunt erorile sistematice, a căror sursă este încă necunoscută. Când sunt întâlniți la locul de muncă, este un dezastru. Un om de știință a avut ideea de a construi un psihometru folosind o vezică de șobolan. Comprimarea bulei a provocat creșterea mercurului în tubul capilar și a reflectat starea hidrotermală a aerului. S-a decretat ca toate navele flotei engleze să facă măsurători corespunzătoare în toată lumea pe tot parcursul anului. În acest fel ei sperau să construiască o hartă psihrometrica completă a întregii lumi. Când lucrarea a fost finalizată, s-a dovedit că capacitatea vezicii de șobolan de a se contracta s-a schimbat foarte mult de-a lungul anului și s-a schimbat neuniform, în funcție de clima în care se afla. Și toată lucrarea mare a fost irosită.” (Le Chatelier, Știință și industrie).

Acest exemplu arată că erorile sistematice pot fi o suprapunere a unui efect secundar neobservat cu unul măsurat - aceasta explică natura și pericolul lor.

Erorile sistematice sunt prezente în orice experiment. Există multe surse ale acestora - aceasta este inexactitatea calibrării dispozitivului, scara „doborâtă”, influența dispozitivului asupra obiectului de studiu și multe altele. alte.

Exemplu, ilustrând influența dispozitivului asupra circuitului studiat (Fig. 1.2).

Trebuie măsurat cu

ampermetru Un curent în sarcină.

Orez. 1.2

Un ampermetru real are o rezistență internă r A. (Rezistența cadru a unui ampermetru al unui sistem magnetoelectric sau electromagnetic).

Dacă știm valoarea lui r A (este întotdeauna dată în caracteristicile tehnice ale dispozitivului), atunci eroarea sistematică este ușor de calculat și ținem cont de corecție.

Fie r A \u003d 1. Ohm,

Atunci circuitul echivalent va arăta astfel:

Într-un circuit ideal (r A \u003d 0)

Într-un circuit real (cu inclus

dispozitiv)

I Hx =

Fig 1.3

Eroarea de măsurare (absolută) este egală cu:

Eroarea sistematică relativă este: (!).

Dacă dispozitivul (ampermetrul) are o clasă de precizie de 1,0% și nu ținem cont de influența dispozitivului asupra preciziei experimentului, atunci eroarea de măsurare va fi aproape cu un ordin de mărime mai mare decât eroarea așteptată (datorită la clasa de precizie a dispozitivului). În același timp, cunoscând natura erorii sistematice, este ușor de luat în considerare (în capitolul 3 vor fi analizate în detaliu motivele apariției erorilor sistematice și modalitățile de compensare a acestora).

În exemplul nostru, cunoscând valoarea lui r A, este ușor de calculat această eroare

() și introduceți corecția corespunzătoare în rezultat (D n = - D syst):

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

Erorile aleatorii despre care a vorbit Poincaré au un cu totul alt caracter.

Aleatorie în știință și tehnologie este de obicei privită ca un inamic, ca un obstacol enervant care împiedică măsurarea precisă. Oamenii s-au luptat de mult cu aleatoriu.

Pentru mult timp se credea că accidentele sunt legate pur și simplu de ignoranța noastră cu privire la cauzele care le provoacă. Caracteristică în acest sens este afirmația celebrului om de știință rus K. A. Timiryazev.

„... Ce este un caz? Un cuvânt gol care ascunde ignoranța, șmecheria unei minți leneșe. Există șansa în natură? Este posibil? Este posibil să faci o acțiune fără cauză? („O scurtă schiță a teoriei lui Darwin”).

Într-adevăr, dacă identifici toate cauzele unui eveniment aleatoriu, atunci poți elimina aleatorietatea. Dar acesta este un concept unilateral, aici hazardul este identificat cu nerațiunea. Aici se află amăgirea marelui om de știință.

Fiecare eveniment are o cauză bine definită, inclusiv un eveniment aleatoriu. Este bine atunci când lanțul de cauze și efecte este simplu, ușor de văzut. În acest caz, evenimentul nu poate fi considerat aleatoriu. De exemplu, la întrebarea: va cădea o monedă aruncată pe podea sau pe tavan - puteți răspunde cu siguranță, nu există nicio șansă aici.

Dacă lanțul de cauze și efecte este complex și nu poate fi observat, atunci evenimentul devine imprevizibil și se numește aleatoriu.

De exemplu: dacă o monedă aruncată va cădea cu un număr sau cu o stemă - poate fi descris cu exactitate printr-un lanț de cauze și efecte. Dar a urmări un astfel de lanț este aproape imposibil. Se pare că, deși există un motiv - nu putem prezice rezultatul - acesta este întâmplător.

„Nimeni nu va îmbrățișa imensul”

(K. Prutkov)

Să luăm în considerare o problemă care poate servi ca un exemplu excelent al relativității cunoștințelor noastre și ilustrează bine aforismul lui K. Prutkov.

O sarcină: Celebrul măr newtonian este pe masă.

Ce ar trebui să fie luat în considerare pentru a calcula absolut exact forța cu care mărul apasă în prezent pe masă?

Rezumat soluție:

Putere F, cu care mărul apasă pe masă, este egală cu greutatea mărului P:

Dacă un măr cântărește 0,2 kg, atunci F= 0,2 kg.s = 0,2 x 9,80665N = 1,96133N (sistem SI).

Să enumerăm pe masă toate motivele care afectează presiunea unui măr la un moment dat.

Asa de: F=P=mg., Unde m- greutatea marului g- accelerare cădere liberă.

Ca urmare, avem 4 elemente care pot fi influențate de factori externi.

1 . Masa mere m.

Este afectat de:

§ Evaporarea apei sub actiunea caldurii, razelor solare;

§ Emisia si absorbtia gazelor datorate in curs de desfasurare reacții chimice(maturare, descompunere, fotosinteză);

§ Plecarea electronilor sub actiunea razelor solare, razelor X si γ – radiații;

§ Absorbția electronilor, protonilor și a altor cuante;

§ Absorbția undelor radio și nu numai. alții

2. Accelerația în cădere liberă g schimbări atât în spațiu, cât și în timp.

§ In spatiu: depinde de latitudinea geografică, înălțimea deasupra nivelului mării (mărul este asimetric, de poziția sa - centrul de masă, adică înălțimea); Pământ- eterogene etc.

§ La timp: g modificări: mișcarea continuă a maselor în interiorul Pământului, mișcarea valurilor mării, creșterea masei Pământului din cauza prafului de meteorit etc.

3. Dacă expresia P = mg este exactă, dar atunci egalitatea este falsă F=P pentru că pe lângă Pământ, Lună, Soare, alte planete acționează asupra mărului, forțe centrifuge inerţia cauzată de rotaţia Pământului etc.

4. Este adevărată egalitatea F = P?

§ Nu, pentru că nu ţine cont de faptul că mărul „pluteşte” în aer şi deci din R trebuie să scazi forța lui Arhimede, cu care se schimbă presiune atmosferică;

§ Nu, deoarece asupra marului actioneaza fortele alternante de convectie a aerului incalzit si rece;

§ Nu, pentru că razele soarelui apasă pe măr;

etc.

Concluzie:

Orice sarcină fizică infinit de complex, pentru că pentru fiecare corpul fizic actioneaza simultan toate legile fizicii, inclusiv cele nedescoperite încă!

Problema fizică poate fi rezolvată doar aproximativ. Și în funcție de precizia care este necesară într-o anumită situație.

Aleatorietatea poate și ar trebui să fie explorată. De aceea, în secolul al XVII-lea. s-au pus bazele teoriei probabilităţilor – ştiinţa evenimente aleatorii. Aceasta și este a doua direcțieîn lupta împotriva aleatoriei. Acesta își propune să studieze modele în evenimente aleatorii. Cunoașterea tiparelor face posibilă combaterea eficientă a impredictibilității evenimentelor aleatorii.

Deci, putem spune:

Aleatorietatea este, în primul rând, imprevizibilitatea, care este rezultatul ignoranței noastre, rezultatul ignoranței noastre, rezultatul lipsei informațiilor necesare.

Din acest punct de vedere, Timiryazev are perfectă dreptate.

Orice eveniment (B) este rezultatul unui număr mic sau mare de cauze (A 1 A 2, ...)

Orez. 1.4

Dacă există o mulțime de motive, evenimentul care ne interesează nu poate fi prezis cu exactitate, va deveni aleatoriu, imprevizibil. Aici aleatorietatea se formează din cauza cunoștințelor insuficiente.

Înseamnă asta că într-o zi, când devenim foarte deștepți, șansa va dispărea de pe planeta noastră? Deloc. Acest lucru va fi prevenit prin cel puțin trei circumstanțe care protejează în mod fiabil aleatorietatea.

Planul de lecție pe tema " »

data :

Subiect: « Conferință științifico-practică „De ce avem nevoie de măsurători în știință?»

Obiective:

educational : formarea deprinderilor de generalizare şi sistematizare material educațional la capitolul „Metode fizice de cunoaștere a naturii”;

Educational : dezvoltarea abilităților de a explica expansiunea termică a corpurilor;

Educational : pentru a insufla o cultură a muncii mentale, acuratețe, pentru a învăța să vedeți beneficiile practice ale cunoașterii, pentru a continua formarea abilități de comunicare, cultivați atenția, observația.

Tip de lecție: generalizarea si sistematizarea cunostintelor

Echipamente și surse de informații:

Isachenkova, L. A. Fizica: manual. pentru 7 celule. instituţii de generală medie educatie cu limba rusa lang. educație / L. A. Isachenkova, G. V. Palchik, A. A. Sokolsky; ed. A. A. Sokolsky. Minsk: Narodnaya Aveta, 2017.

Structura lecției:

Organizarea timpului(2 minute)

Actualizarea cunoștințelor de bază (5 min)

Consolidarea cunoștințelor (33 min)

Rezumatul lecției (5 min)

Conținutul lecției

Organizarea timpului

Astăzi ținem o lecție sub forma unei conferințe științifice și practice. Cum crezi că va diferi lecția de astăzi de cele tradiționale?

Rezultatul conferinței noastre științifice și practice va fi discutarea următoarelor probleme:

în primul rând, sistemul antic de măsurare;

în al doilea rând, să înțelegem ce instrumente de măsură există,

în al treilea rând, istoria termometrului,

în al patrulea rând, să arate rolul măsurătorilor în știință și viața umană.

Actualizarea cunoștințelor de bază

Răspundeți la întrebări (chestionar frontal):

Ce se numește dilatarea termică a corpurilor?

Dați exemple de dilatare termică (compresie) solide, lichide, gaze.

Care este diferența dintre dilatarea termică a gazelor și dilatarea termică a solidelor și lichidelor?

Consolidarea cunoștințelor

(consolidarea cunoștințelor se va desfășura sub forma unei mese rotunde)

Dragi participanți la conferință și oaspeți! Vă urăm bun venit la această clasă! În câteva minute vei putea asculta rapoartele despre„Rolul măsurătorilor în viața umană și știință”.

Propun urmatorul plan de lucru:

Discursurile vorbitorilor.

opiniile adversarilor.

Rezumând rezultatele conferinței.

Dacă nu există obiecții, atunci începem.

Performanța elevilor

Minut de educație fizică

Și acum cuvântul este dat adversarilor.

Fiecare adversar are o fișă de scor (Anexa 1)

Rezumatul lecției

(Discurs de închidere sau rezumarea rezultatelor conferinței)

Nu ne vom odihni pe lauri și vom continua această muncă. Vă rog să vă exprimați opinia în fișele de evaluare a elevilor care vi se eliberează pentru a o ține cont în pregătirea următoarei conferințe.

În timpul conferinței și la finalul conferinței, juriul completează fișa de evaluare a vorbitorilor(Anexa 2). Evaluarea se face pe un sistem de 10 puncte. Juriul rezumă, anunță rezultatele conferinței.

Reflecţie

Continuați frazele:

Astăzi la clasă am învățat...

A fost interesant…

Cunoștințele pe care le-am primit în lecție îmi vor fi de folos.

Atasamentul 1

Lucrare de evaluare

Denumirea proiectului

Numele complet al studentului

Criterii de evaluare

nota finala

Relevanța subiectului

Surse de informare

Calitatea dezvoltării ideii

Originalitate și creativitate

Înregistrarea lucrării

Protecția Proiectului

Anexa 2

Scorul vorbitorului

F.I. student

concizia prezentării ideii principale (durata discursului nu este mai mare de 5 minute), logica și dovada raționamentului, legătura lor cu tema lucrării

utilizarea corectă a terminologiei speciale

capacitatea de a identifica și justifica scopul și obiectivele lucrării, precum și principalele și secundare; demonstra rezultatele analizei și generalizărilor, independența

nivelul de complexitate al muncii, cantitatea de cunoștințe și abilități în disciplina de bază

completitudinea și claritatea răspunsurilor la întrebările privind principiile fundamentale ale fizicii ridicate în lucrare

Total

Subiectul 1

« Subiectul și metoda de fizică. Măsurătorile. Mărimi fizice.»

Primele idei științifice au apărut cu mult timp în urmă - aparent, în primele etape ale istoriei omenirii, reflectate în sursele scrise. Cu toate acestea, fizica ca știință în forma ei modernă datează din vremea lui Galileo Galilei (1Galileo și adeptul său Isaac Newton (1) au făcut o revoluție în cunoașterea științifică. Galileo a propus metoda cunoașterii experimentale ca principală metodă de cercetare, iar Newton a formulat primele teorii fizice complete (mecanica clasică, optica clasică, teoria gravitației).

În dezvoltarea sa istorică, fizica a trecut prin 3 etape (vezi diagrama).

Trecerea revoluționară de la o etapă la alta este asociată cu distrugerea vechilor idei de bază despre lumea înconjurătoare în legătură cu noile rezultate experimentale obținute.

Cuvânt physisînseamnă literal natură, adică esența, proprietatea internă de bază a fenomenului, un fel de tipar ascuns care determină curgerea, cursul fenomenului.

Fizică este știința cel mai simpluși în același timp cel mai comun proprietăţile corpurilor şi fenomenelor. Fizica este fundamentul științelor naturale.

Legătura dintre fizică cu toate celelalte științe este prezentată în diagramă.

La baza fizicii (ca oricare științele naturii) sunt afirmații despre materialitatea lumii și existența unor relații obiective stabile cauza-efect între fenomene. Fizica este obiectivă pentru că studiază real fenomene naturale, dar în același timp subiectiv datorită esenței procesului de cunoaștere, ca reflexii realitate.

Conform conceptelor moderne, tot ceea ce ne înconjoară este o combinație a unui număr mic de așa-numite particule elementare, între care sunt posibile 4 tipuri diferite de interacțiuni. Particulele elementare sunt caracterizate de 4 numere (sarcini cuantice), ale căror valori determină în ce fel de interacțiune poate intra particula elementară considerată (Tabelul 1.1).

Taxe	Interacțiuni
masa	gravitațională
electric	electromagnetic
barionică
lepton

Această formulă are două proprietăți importante:

Descrie în mod adecvat ideile noastre moderne despre lumea din jurul nostru;

Este destul de raționalizat și este puțin probabil să intre în conflict cu noile fapte experimentale.

Să explicăm pe scurt conceptele necunoscute folosite în aceste afirmații. De ce vorbim despre așa-numitele particule elementare? Particulele elementare în sensul exact al acestui termen sunt particule primare, în continuare necompuse, din care, prin presupunere, constă toată materia. Cu toate acestea, majoritatea particulelor elementare cunoscute nu îndeplinesc definiția strictă a elementarității, deoarece sunt sisteme compozite. Conform modelului Zweig și Gell-Mann, unitățile structurale ale unor astfel de particule sunt quarcuri. Quarcii nu sunt observați în stare liberă. Numele neobișnuit de „quarci” a fost împrumutat din cartea Finnigan's Wake a lui James Joyce, unde se găsește sintagma „trei quarci”, care este auzită de eroul romanului într-un delir de coșmar. În prezent, sunt cunoscute peste 350 de particule elementare, majoritatea instabile, iar numărul lor este în continuă creștere.

Ați întâlnit trei dintre aceste interacțiuni atunci când ați studiat fenomenul dezintegrarii radioactive (vezi diagrama de mai jos).

Ați întâlnit anterior o astfel de manifestare a interacțiunii puternice ca forte nucleare, ținând înăuntru protoni și neutroni nucleul atomic. Interacțiunea puternică face ca procesele să decurgă cu cea mai mare intensitate, în comparație cu alte procese, și duce la cea mai puternică conexiune a particulelor elementare. Spre deosebire de forțele gravitaționale și electromagnetice, interacțiunea puternică este cu rază scurtă: raza sa

Timpurile caracteristice de interacțiune puternică

Scurtă cronologie a studiului interacțiunii puternice

1911 - nucleu atomic

1932 - structura proton-neutron

(, W. Heisenberg)

1935 - pion (Yukawa)

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

Anii 70 ai secolului XX - cromodinamica cuantică

Anii 80 ai secolului XX - teoria marii unificări

https://pandia.ru/text/78/486/images/image007_3.gif" width="47 height=21" height="21">Interacțiunea slabă este responsabilă pentru dezintegrarea particulelor elementare care sunt stabile în raport cu interacțiunile puternice și electromagnetice.Efectiv raza interacțiunii slabe nu depășește Prin urmare, la distanțe mari, este mult mai slabă decât interacțiunea electromagnetică, care, la rândul său, este mai slabă decât interacțiunea puternică până la distanțe mai mici de 1. La distanțe mai mici, se formează interacțiunile slabe și electromagnetice electroslab unificat interacţiune. Interacțiunea slabă determină procese foarte lente cu particulele elementare, inclusiv dezintegrarea particulelor elementare cvasi-stabile a căror durată de viață se află în intervalul cantitate mică interacțiunea slabă este foarte rol importantîn natură. În special, procesul de conversie a unui proton într-un neutron, în urma căruia 4 protoni sunt transformați într-un nucleu de heliu (sursa principală de eliberare de energie în interiorul Soarelui), se datorează unei interacțiuni slabe.

Poate fi deschisă a cincea interacțiune? Nu există un singur răspuns. Cu toate acestea, conform conceptelor moderne, toate cele patru tipuri de interacțiune sunt manifestări diferite ale unuia interacțiune unică. Această afirmație este esența teoria marii unificări.

Acum hai să discutăm cum cunoștințe științifice despre lumea din jurul nostru.

Cunoştinţe ei numesc informații, pe baza cărora ne putem planifica cu încredere activitățile pe drumul către obiectiv, iar această activitate va duce cu siguranță la succes. Cum țintă mai grea cu atât sunt necesare mai multe cunoștințe pentru a-l atinge.

Cunoașterea științifică se formează ca urmare a sintezei a două elemente de activitate inerente omului: creativitatea și dezvoltarea regulată a spațiului înconjurător folosind metoda încercării și erorii (vezi diagrama).

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

O lege fizică este o teorie fizică de lungă durată și „meritată”. Doar astfel de oameni intră în manuale și sunt studiate la cursuri de educație generală.

Dacă experimentul nu a confirmat predicția, atunci întregul proces trebuie început din nou.

O teorie fizică „bună” trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

1) trebuie să plece dintr-un număr mic de prevederi fundamentale;

2) trebuie să fie suficient de generală;

3) trebuie să fie exacte;

4) ar trebui să permită posibilitatea de îmbunătățire.

Valoarea unei teorii fizice este determinată de cât de exact se poate stabili limita dincolo de care este nedreaptă. Un experiment nu poate confirma o teorie, ci doar o poate confirma. respinge.

Procesul de cunoaștere poate decurge numai prin construcție modele, care se leagă de latura subiectivă a acestui proces (incompletitudinea informației, diversitatea oricărui fenomen, facilitarea stăpânirii cu ajutorul unor imagini specifice).

Modelîn știință, nu este o copie mărită sau redusă a unui obiect, ci o imagine a unui fenomen, eliberată de detalii care nu sunt esențiale pentru sarcina în cauză.

Modelele sunt împărțite în mecanice si matematice.

Exemple: punct material, un atom, un corp absolut rigid.

De regulă, pentru majoritatea conceptelor, procesul de dezvoltare a modelelor trece printr-o complicație treptată de la mecanic la matematic.

Să luăm în considerare acest proces folosind conceptul de atom ca exemplu. Enumerăm principalele modele.

Mărgele (atom al fizicii antice și clasice)

Minge cu un cârlig

atomul lui Thomson

Model planetar (Rutherford)

Modelul Bohr

Ecuația Schrödinger

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

Modelul unui atom sub formă de minge solidă indivizibilă, cu toată absurditatea care pare din punctul de vedere al ideilor actuale, a făcut posibilă, de exemplu, obținerea tuturor legilor de bază ale gazelor în cadrul teoriei cinetice. de gaze.

Descoperirea electronului în 1897 a condus la modelul lui JJ Thompson, denumit în mod obișnuit „budincă de stafide” (vezi figura de mai jos).

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

Conform acestui model, stafidele încărcate negativ - electroni - plutesc într-un „auat” încărcat pozitiv. Modelul a explicat electroneutralitatea atomului, apariția simultană electron liberși un ion încărcat pozitiv. Cu toate acestea, rezultatele experimentului lui Rutherford privind împrăștierea particulelor alfa au schimbat fundamental ideea structurii atomului.

Imaginea de mai jos arată aspectul configurației din experimentul lui Rutherford.

În cadrul modelului Thompson, a fost imposibil de explicat deviația puternică a traiectoriei particulelor alfa și, prin urmare, conceptul a apărut nucleul atomic. Calculele efectuate au permis determinarea dimensiunilor nucleului; acestea s-au dovedit a fi de ordinul unuia Fermi. Astfel, modelul Thompson a fost înlocuit de model planetar Rutherford (vezi poza de mai jos).

Acesta este de obicei un model mecanic, deoarece atomul este reprezentat ca analog sistem solar: în jurul nucleului - Soarele, planetele - electronii se deplasează în traiectorii circulare. Celebrul poet sovietic Valery Bryusov a comentat această descoperire

Se poate, de asemenea, ca fiecare atom

Univers, unde o sută de planete;

Există tot ce este aici, într-un volum comprimat,

Dar și ceea ce nu este aici.

Încă de la început, modelul planetar a fost supus unor critici serioase din cauza instabilității sale. Un electron care se mișcă pe o orbită închisă trebuie să radieze unde electromagnetice și, prin urmare, să cadă pe nucleu. Calculele exacte arată că durata maximă de viață a unui atom în modelul Rutherford nu este mai mare de 20 de minute. Marele fizician danez Niels Bohr a creat un nou model al atomului care îi poartă numele pentru a salva ideea de nucleu atomic. Se bazează pe două prevederi principale (postulatele lui Bohr):

Atomii pot rămâne mult timp numai în anumite, așa-numitele stări staționare. Energiile stărilor staționare formează un spectru discret. Cu alte cuvinte, numai orbite circulare cu raze date de relație

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

Unde n este un număr întreg.

În timpul tranziției de la o stare cuantică inițială la alta, un cuantic de lumină este emis sau absorbit (vezi figura).

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

Diferențial" href="/text/category/differentcial/" rel="bookmark">ecuație diferențială parțială în raport cu funcția de undă sens fizic nu are funcția de undă în sine, ci pătratul modulului său, care este proporțional cu probabilitatea de a găsi o particulă (electron) într-un punct dat din spațiu. Cu alte cuvinte, în timpul mișcării sale, electronul este, așa cum spunea, „untat” pe întregul volum, formând un nor de electroni, a cărui densitate caracterizează probabilitățile de a găsi un electron în diferite puncte ale volumului unui atom ( vezi figurile de mai jos).

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

Din păcate, limbajul pe care îl folosim în viața de zi cu zi nu este potrivit pentru a descrie procesele care au loc în adâncurile materiei (se folosesc modele foarte abstracte). Fizicienii „vorbesc” cu Natura activată limbajul matematicii cu ajutorul numerelor forme geometriceși linii, ecuații, tabele, funcții etc. Un astfel de limbaj are o putere predictivă uimitoare: operând cu formule, se pot obține consecințe (ca în matematică), se pot evalua rezultatul cantitativ și apoi se testează exactitatea predicției prin experiență. Pentru studiul fenomenelor care nu pot fi descrise în limbajul fizicii din cauza incertitudinii conceptelor, a incapacității de a determina procesul de măsurare, fizicienii pur și simplu nu se angajează.

Istoria dezvoltării fizicii a arătat că utilizarea rațională a matematicii a condus invariabil la progrese puternice în studiul naturii, iar încercările de a absolutiza unele aparate matematice ca singurele adecvate duc la stagnare.

Fizica, ca orice știință, poate răspunde doar la întrebarea „Cum?”, dar nu și la întrebarea „De ce?”.

În cele din urmă, să luăm în considerare partea finală a subiectului nr. 1 despre mărimile fizice.

Un concept fizic care reflectă unele proprietăți ale corpurilor și fenomenelor și exprimată ca numărîn timpul procesului de măsurare se numește cantitate fizica.

Mărimile fizice, în funcție de modul în care sunt reprezentate, se împart în scalar, vector, tensor etc. (vezi Tabelul 1.2).

Tabelul 1.2

cantități	exemple
scalar	temperatura, volumul, presiunea
vector	viteză, accelerație, tensiune
tensor	presiunea într-un fluid în mișcare

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

Vector se numește un set ordonat de numere (vezi ilustrația de mai sus). Tensor mărimi fizice sunt scrise folosind matrici.

De asemenea, toate mărimile fizice pot fi împărțite în principal și derivate de la ei. Principalele includ unitățile de masă, sarcina electrică (principalele caracteristici ale materiei care determină interacțiunea gravitațională și electromagnetică), lungimea și timpul (deoarece reflectă proprietăți fundamentale materia și atributele sale - spațiu și timp), precum și temperatura, cantitatea de materie și intensitatea luminii. Pentru stabilirea unităților derivate se folosesc legile fizice care le conectează cu unitățile de bază.

În prezent, obligatoriu pentru utilizare în literatura științifică și educațională Sistemul internațional unitati (SI), unde sunt unitățile de bază kilogram, amper, metru, secundă, kelvin, mol și candela. Motivul înlocuirii Coulombului (sarcina electrică) ca unitate de bază cu Amperi (forță curent electric) pur tehnic: implementarea unui standard de 1 Coulomb, spre deosebire de 1 Ampere, este practic imposibilă, iar unitățile în sine sunt legate printr-o relație simplă: