Unități și măsurători în fizică, pe scurt

Domeniul de aplicare și scara fizicii

• Fizica înseamnă încercarea de a găsi legile simple care descriu toate fenomenele naturale.
• Fizica operează pe o gamă largă de scări de lungime, masă și timp. Oamenii de știință folosesc conceptul de ordin de mărime a unui număr pentru a urmări fenomenele care apar pe ce scară. Ei folosesc, de asemenea, ordine de mărime pentru a compara diferitele scări.
• Oamenii de știință încearcă să descrie lumea formulând modele, teorii și legi.

Unități și standarde

• Sistemele de unități sunt construite dintr-un număr mic de unități de bază, care sunt definite prin măsurători precise și exacte ale cantităților de bază alese în mod convențional. Alte unități sunt apoi derivate ca unele combinații algebrice ale unităților de bază.
• Două sisteme de unități utilizate în mod obișnuit sunt unitățile engleze și unitățile SI. Toți oamenii de știință și majoritatea celorlalți oameni din lume folosesc SI, în timp ce cei care nu sunt oamenii de știință din Statele Unite încă tind să folosească unitățile engleze.
• Unitățile de bază SI de lungime, masă și timp sunt metrul (m), kilogramul (kg) și, respectiv, secunda (s).
• Unitățile SI sunt un sistem metric de unități, ceea ce înseamnă că valorile pot fi calculate cu factori de 10. Prefixele metrice pot fi folosite cu unitățile metrice pentru a scala unitățile de bază la dimensiuni adecvate pentru aproape orice aplicație.

Conversia de unități

• Pentru a converti o cantitate dintr-o unitate în alta, înmulțiți cu factori de conversie în așa fel încât să anulați unitățile de care doriți să scăpați și să introduceți unitățile cu care doriți să ajungeți.
• Atenție la arii și volume. Unitățile respectă regulile algebrei, așa că, de exemplu, dacă o unitate este la pătrat, avem nevoie de doi factori pentru a o anula.

Analiza dimensională

• Dimensiunea unei mărimi fizice este doar o expresie a mărimilor de bază din care este derivată.
• Toate ecuațiile care exprimă legi sau principii fizice trebuie să fie consistente dimensional. Acest fapt poate fi folosit ca un ajutor în amintirea legilor fizice, ca o modalitate de a verifica dacă relațiile pretinse între mărimile fizice sunt posibile și chiar pentru a deriva noi legi fizice.

Estimări și calcule Fermi

O estimare este o ghicire aproximativă a valorii unei cantități fizice bazată pe experiența anterioară și pe un raționament fizic solid. Câteva strategii care pot ajuta atunci când faceți o estimare sunt următoarele:

• Obțineți lungimi mari de la lungimi mai mici.
  • Obțineți suprafețe și volume din lungimi.
  • Obțineți mase din volume și densități.
  • Dacă totul eșuează, limitați.
  • „cifră semnificativă” este bine.
  • Întrebați-vă: are asta vreun sens?

Cifre semnificative

• Precizia unei valori măsurate se referă la cât de aproape este o măsurătoare de o valoare de referință acceptată. Discrepanța într-o măsurătoare este valoarea cu care rezultatul măsurării diferă de această valoare.
• Precizia valorilor măsurate se referă la cât de aproape este acordul între măsurători repetate. Incertitudinea unei măsurători este o cuantificare a acesteia.
• Precizia unui instrument de măsurare este legată de mărimea incrementelor sale de măsurare. Cu cât incrementul de măsurare este mai mic, cu atât instrumentul este mai precis.
• Cifrele semnificative exprimă precizia unui instrument de măsurare.
• La înmulțirea sau împărțirea valorilor măsurate, răspunsul final poate conține doar atâtea cifre semnificative cât valoarea cu cel mai mic număr de cifre semnificative.
• La adăugarea sau scăderea valorilor măsurate, răspunsul final nu poate conține mai multe zecimale decât valoarea cea mai puțin precisă.

Rezolvarea problemelor de fizică

Cele trei etape ale procesului de rezolvare a problemelor de fizică utilizate în această carte sunt următoarele:

• Strategie: Determinați ce principii fizice sunt implicate și dezvoltați o strategie pentru utilizarea lor pentru a rezolva problema.
• Rezolvare: Faceți calculele necesare pentru a obține o soluție numerică completă cu unități.
• Semnificație: Verificați soluția pentru a vă asigura că are sens (unități corecte, mărime rezonabilă și semn) și evaluați semnificația acesteia.

Sursa: Physics, University Physics (OpenStax), gratuit sub licență CC BY 4.0. Traducere și adaptare de Nicolae Sfetcu. © 2024 MultiMedia Publishing, Fizica, Volumul 1