——————————————————————————–
1. Fizikiniai matavimai ir vienetai
Fizikinio dydžio matavimas yra suradimas santykio tarp jo ir atitinkamo etalono, vadinamo matavimo vienetu. Išmatavę fizikinį dydį sužinome, kiek kartų jis didesnis arba mažesnis už matavimo vienetą. Pagal sudarymo būdą fizikinių dydžių matavimo vienetai skirstomi į bazinius (etaloninius) ir išvestinius. Jų visuma sudaro matavimo vienetų sistemą. Baziniai vienetai sudaro jos pagrindą. Šiuo metu naudojama tarptautinė matavimo vienetų sistema, priimta 1960 m. 11-oje Tarptautinėje matų ir svorių konferencijoje. Sutrumpintai ji žymima SI.
Baziniai SI vienetai: ilgio vienetas – metras (m), masės vienetas – kilogramas (kg), laiko vienetas – sekundė (s), temperatūros vienetas – kelvinas (K), elektros srovės stiprio vienetas – amperas (A), šviesos stiprio vienetas – kandela (cd) ir medžiagos kiekio vienetas – molis (mol). Plokščiojo kampo vienetas – radianas (rad) ir erdvinio kampo vienetas – steradianas (sr), vadinami papildomaisiais baziniais SI vienetais.
Bazinio vieneto apibrėžtis visada siejama su jo realizacijos būdu, užtikrinančiu tiksliausią jo etalono atkūrimą. Atsiradus tikslesniam realizacijos būdui keičiasi ir matavimo vieneto apibrėžtis. Ryškiu to pavyzdžiu yra ilgio vieneto metro apibrėžties pakeitimai.
Metras lygus kelio ilgiui, kurį šviesa nusklinda vakuume per 1/299792458 sekundės dalį.
Ši apibrėžtis priimta 1983 m. 17-oje Generalinėje matų ir svorių konferencijoje. Nuo 1899 iki 1960 metų metras buvo apibrėžiamas kaip atstumas tarp dviejų skersinių brūkšnių platinos ir iridžio lydinio strype – metro prototipe, kuris saugomas Tarptautiniame matų ir svorių biure Sevre (Sevres) prie Paryžiaus. Metro ilgis buvo parinktas toks, kad jis sudarytų 1/40 000 000 Žemės meridianinio apskritimo dalį. Nuo 1960 m. metras buvo apibrėžiamas per bangos ilgį šviesos, kurią spinduliuoja kriptono izotopas 86Kr oranžinėje spektro dalyje.
Kilogramas – tarptautinio etalono, saugomo Tarptautiniame matų ir svorių biure Sevre (Sevres) prie Paryžiaus, masė.
Kilogramo etelonas – 39 mm skersmens ir tokio paties aukščio ritinys, pagamintas iš 90 % platinos ir 10 % iridžio lydinio. Jį gaminant buvo stengiamasi parinkti masę, lygią vieno kubinio decimetro distiliuoto vandens masei esant 4 0C temperatūrai. Vėliau tikslesni matavimai parodė, kad kilogramo etalono masė yra truputį didesnė. Vieno kubinio decimetro vandens masė esant 4 0C temperatūrai lygi 0,999973 kg.
Sekundė lygi trukmei 9 192 631 770 periodų cezio 133Cs atomo spinduliuotės, vykstant elektrono šuoliui tarp dviejų pagrindinės būsenos energijos spektro supersmulkiosios struktūros lygmenų.
Iki 1967 metų sekundės apibrėžtys buvo grindžiamos astronominiais stebėjimais.
Kelvinas – temperatūra arba jos pokytis, lygus 1/273,16 daliai absoliutinės (termodinaminės) vandens trigubo taško temperatūros.
Vandens trys fazės drauge (trigubas taškas) egzistuoja esant 611 Pa slėgiui ir 237,16 K temperatūrai. Vandens užšalimo temperatūra esant normaliajam slėgiui (101325 Pa), žemesnė už ją 0,00993 K. Praktinėms reikmėms naudojama suapvalinta vertė 0,01 K. Tokiu atveju 0 0C atitinka 273,15 K.
Amperas – stipris tokios pastovios elektros srovės, kuriai tekant dviem lygiagrečiais plonais ir ilgais laidais, esančiais vakuume vieno metro atstumu vienas nuo kito, jų vieno metro ilgio atkarpai tenka 2.10-7 N sąveikos jėga.
Standartiniuose metrologiniuose įrenginiuose, skirtuose ampero realizacijai, matuojama dviejų ričių magnetinės sąveikos jėga.
Kandela – šviesos stipris šaltinio, kurio monochromatinės 540.1012 hercų spinduliuotės, tenkančios vienam steradianui, galia lygi 1/683 vato.
Šis vienetas skirtas šviesos poveikio žmogaus akiai įvertinimui. Pažymėtina, kad 540.1012 Hz dažnio šviesai žmogaus akis yra jautriausia (bangos ilgis 555 nm). Iki 1979 m. kandela buvo apibrėžiama kaip stipris šviesos, kurią spinduliuoja 1/600000 m2 paviršiaus ploto juodasis spinduolis statmena kryptimi platinos lydymosi temperatūroje esant 101325 Pa slėgiui.
Molis – medžiagos kiekis, kuriame yra tiek atomų (molekulių, jonų arba kitų medžiagos struktūrinių elementų), kiek yra atomų 0, 012 kilogramo anglies izotopo 12C.
Radianas – centrinis kampas, kurį atitinkančio lanko ilgis lygus spinduliui.
Kadangi apskritimo ilgio ir spindulio santykis lygus 2p, tai visą apskritimą atitinka 2p radianų centrinis kampas.
Steradianas – erdvinis kampas, kurio ribojamos sferos dalies plotas lygus jos spindulio kvadratui.
Erdvinį kampą sudaro paviršius kūgio, kurio viršūnė yra sferos centre. Visą sferą atitinka 4p steradianų erdvinis kampas.
Išvestiniai vienetai sudaromi panaudojant fizikos dėsnius bei sąvokas. Jie išreiškiami per bazinius vienetus. Pavyzdžiui, jėgos SI vienetas niutonas (N) sudaromas panaudojant antrąjį Niutono dėsnį (N = kg×m×s-2).
Pagal absoliutines vertes matavimo vienetai skirstomi į pagrindinius, kartotinius ir dalinius. Kartotiniai vienetai sudaromi pagal formulę k=10np, o daliniai – d=10-np; čia p – pagrindinis vienetas, o n – sveikasis skaičius. Pavyzdžiui, jėgos pagrindinis vienetas – niutonas, kartotinis vienetas – kiloniutonas kN=103N, o dalinis – miliniutonas mN=10-3N. Svarbiausieji pagrindiniai vienetai yra baziniai. Kartotiniai ir daliniai vienetai leidžia išreikšti bet kokią fizikinio dydžio vertę sveikuoju skaičiumi neviršijant trijų ženklų. Jų pavadinimai sudaromi pridedant atitinkamus priešdėlius prie pagrindinių vienetų pavadinimų. Šie priešdėliai ir atitinkami daugikliai pateikti 1 lentelėje.
Matavimo būdai skirstomi į tiesioginius ir netiesioginius. Atliekant tiesioginį matavimą dydžio vertę parodo atitinkamos paskirties prietaisas. Antruoju atveju dydžio vertė apskaičiuojama pagal atitinkamas formules, tiesiogiai išmatavus jose įrašytus dydžius. Pavyzdžiui, automobilio greitį tiesiogiai galima išmatuoti spidometru, o netiesiogiai – išmatavus jo nuvažiuotą kelią ir tam sugaištą laiką.
1 lentelė. Kartotinių ir dalinių vienetų sudarymo daugikliai ir priešdėliai
Kartotiniai vienetai Daliniai vienetai
Priešdėlis Daugiklis Žymėjimas Priešdėlis Daugiklis Žymėjimas
eksa 1018 E deci 10-1 d
peta 1015 P centi 10-2 c
tera 1012 T mili 10-3 m
giga 109 G mikro 10-6 m
mega 106 M nano 10-9 n
kilo 103 k piko 10-12 p
hekto 102 h femto 10-15 f
deka 101 da atto 10-18 a