Види фізичних одиниць

Поняття фізичної величини — це найзагальніше понят­тя у фізиці та метрології. Під фізичною величиною слід розуміти властивість, спільну в якісному відношенні для багатьох матеріальних об'єктів та індивідуальну в кіль­кісному відношенні для кожного з них. Так, усі об'єкти мають масу і температуру, проте для кожного окремого об'єкта як маса, так і температура різні та конкретні за певних обставин. Розглядаючи електричну схему, можна сказати, що по всіх гілках проходить струм, але у кожній гілці він різний за величиною.

Для встановлення різниці за кількісним вмістом влас­тивостей у кожному об'єкті вводиться поняття "розмір фізичної величини".

Між розмірами кожної фізичної величини існує відно­шення, яке має ту саму логічну структуру, що й між число­вими формами (цілими, раціональними чи дійсними чис­лами, векторами). Тому множина числових форм з визна­ченими співвідношеннями між ними може слугувати мо­деллю фізичної величини, тобто множини її розмірів та співвідношення між ними.

Правила, відповідно до яких числові форми приписують­ся розмірам величин, обумовлюються присутністю тих чи інших відношень та множини їх розмірів. Виходячи з цього, можна виділити три групи фізичних величин, вимірюван­ня яких здійснюється за принципово різними правилами.

До першої групи відносяться величини, множина розмірів яких визначається лише за відношеннями типу "тверде —м'яке", "тепле — холодне", "кисле — солодке" та ін. У ма­тематиці такі відношення дістали назву відношення по­рядку й еквівалентності. Наявність подібних відношень встановлюється теоретично, виходячи із загально-фізичних міркувань, або ж експериментально, за допомогою засобів вимірювання та експериментатора. Так, без особливих зу­силь можна визначити, що мідь твердіша за гуму, але ви­значити відмінність сплавів міді з іншими металами (свин­цем, оловом) за твердістю без засобів вимірювання просто неможливо, тому що за твердістю ці метали різняться незначно.

Друга група величин характеризується тим, що відно­шення порядку й еквівалентності стосується не тільки роз­мірів величин, а й відмінностей у парах цих розмірів. До другої групи відносяться такі величини, як потенціал, енер­гія, температура та інші. Можливість порівняння інтервалів їх розмірів зумовлена самими визначеннями цих величин. Так, інтервали температур будуть однаковими, якщо будуть однакові відстані між відповідними поділками на шкалі ртутного термометра. Йдеться не про температуру як сту­пінь нагрітості тіла, а лише про рівність інтервалів темпе­ратур.

Для третьої групи величин крім згаданих раніше ви­значень характерні відношення, названі операціями, що подібні до арифметичного додавання та віднімання. Операція приймається визначеною, якщо її результати (сума чи різниця) за розмірами подібні до фізичної величини і вона може бути технічно реалізованою. За допомогою операції додавання можна реалізовувати операцію множення на число п. Ре­зультат такого множення відповідає сумі п розмірів певної вимірюваної величини. До таких величин відносяться: дов­жина, тиск, маса, термодинамічна температура тощо. Сума двох мас є масою такого тіла, яка врівноважує маси двох тіл. За наявності різниці двох тіл врівноваження терез прово­диться масою тіла, поміщеного на легшу чашу (гирею).

До величин третьої групи можна віднести і множину інтервалів розмірів величин другої групи, тому що для них можливо встановити операцію, подібну до додавання. Оск­ільки всі арифметичні операції зводяться до додавання, то ці величини виявляються найпридатнішими для викорис­тання у фізиці. Тому їх найчастіше називають фізичними. З розвитком науки і техніки визначення фізичних ве­личин постійно уточнюється.

Уточнення визначень в напрямку, що дозволяє відкрити більше число відношень у множині їх розмірів і ввести їх до третьої або ж хоча б до другої групи величин, дає мож­ливість спрощувати аналітичний вираз фізичних законів.

Властивості об'єкта, який характеризується певною ос­новною для нього величиною, описуються за допомогою інших, раніше визначених величин. Це обумовлено наяв­ністю об'єктивних взаємозв'язків між властивостями об'єк­тів, які можна записати за допомогою величин і подати у вигляді моделі об'єкта. Модель об'єкта описується сукуп­ністю рівнянь, які й називаються рівняннями між вели­чинами. За їх допомогою формулюється визначення пев­них величин та вказуються способи вимірювання останніх.

У будь-якому розділі науки кількість рівнянь завжди менша, ніж кількість вхідних величин, тому прийнято ви­діляти в окрему групу величини, кількість яких дорівнює різниці між кількістю величин і кількістю незалежних рівнянь.

Ці величини і відповідні їм одиниці вимірювання на­зиваються основними величинами і основними одиниця­ми. Решта величин і одиниць, які однозначно визначають­ся через основні, називаються похідними.

Сукупність вибраних основних і похідних величин на­зивається системою величин. Так само визначається і си­стема одиниць.