Физические величины

Измерения как основной объект метрологии связаны как с физическими величинами, так и с величинами, относящимися к другим наукам (математике, психологии, медицине, общественным наукам и др.). Далее будут рассматриваться понятия, относящиеся к физическим величинам.

Физической величиной называют одно из свойств физического объекта (явления, процесса), которое является общим в качественном отноше­нии для многих физических объектов, отличаясь при этом количествен­ным значением. Так, свойство «прочность» в качественном отношении ха­рактеризует такие материалы, как сталь, дерево, ткань, стекло и многие другие, в то время как степень (количественное значение) прочности — величина для каждого из них совершенно разная.

Измерением называют совокупность операций, выполняемых с помо­щью технического средства, хранящего единицу величины и позволяющего сопоставить с нею измеряемую величину. Полученное значение величины и есть результат измерений. Интересно отметить соответствие в целом этой современной трактовки с толкованием данного термина философом

П.А. Флоренским, которое вошло в «Техническую энциклопедию» изда­ния 1931 г.: «Измерение — основной познавательный процесс науки и тех­ники, посредством которого неизвестная величина количественно сравни­вается с другою, однородною с ней и считаемою известной».

Важнейшими требованиями, предъявляемыми к техническим измере­ниям, являются единство и точность измерений.

Единство измерений — такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в уза­коненных единицах и погрешности измерений известны с заданной веро­ятностью. Единство измерений обеспечивает взаимозаменяемость изделий, например деталей, изготовляемых по одному чертежу на разных предпри­ятиях.

Точность измерений — качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Чем меньше разность между измеренным и истинным значениями, тем выше точность.

Измерения основаны на сравнении одинаковых свойств материаль­ных объектов. Для свойств, при количественном сравнении которых при­меняются физические методы, в метрологии установлено единое обоб­щенное понятие — физическая величина.

Мерой для количественного сравнения одинаковых свойств объек­тов служит единица физической величины — физическая величина, которой по соглашению присвоено числовое значение, равное 1. Единицам физи­ческих величин присваивается полное и сокращенное символьное обозна­чение — размерность. Например, масса — килограмм (кг), время — се­кунда (с), длина — метр (м), сила — Ньютон (Н).

Значение физической величины — оценка физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц — характеризует количествен­ную индивидуальность объектов. Например, диаметр отверстия — 0,5 мм, радиус земного шара — 6378 км, скорость бегуна — 8 м/с, скорость све­та — 3 • 10⁵ м/с.

Истинное значение — зна­чение физической величины, которое идеальным образом отражает в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство объекта. Оно является пределом, к которому приближается значение физической величины с повышением точности измерений.

Действительное значение — значение физической величины, найден­ное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинно­му значению, что для определенной цели может быть использовано вме­сто него. Это значение изменяется в зависимости от требуемой точнос­ти измерений. При технических измерениях значение физической вели­чины, найденное с допустимой погрешностью, принимается за действи­тельное значение.

Погрешность измерения есть отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины.

Абсолютной погрешностью называют погрешность измерения, выраженную в единицах измеряемой величины: Ах = х^— х, где х— истинное значение измеряемой величи­ны.

Относительная погрешность — отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению физической величины: 6=Ах/х. Отно­сительная погрешность может быть выражена также в процентах.

Поскольку истинное значение измерения остается неизвестным, на практике можно найти лишь приближенную оценку погрешности изме­рения. При этом вместо истинного значения принимают действительное значение физической величины, полученное при измерениях той же ве­личины с более высокой точностью. Например, погрешность измерения линейных размеров штангенциркулем составляет ±0,1 мм, а микромет­ром — ± 0,004 мм.

Точность измерений может быть выражена количественно как обрат­ная величина модуля относительной погрешности. Например, если по­грешность измерения ±0,01, то точность измерения равна 100.