Гипотеза, эксперимент, теория: Как физика узнает Наука развивается благодаря гипотезам, проверяемым экспериментом и формулируемым в виде теорий. Теории основаны на формулах, составленных из физических величин. Поскольку количество символов ограничено, одна и та же буква может обозначать разные величины. Основное внимание уделяется физическим величинам и единицам, используемым для их измерения.
От чувств к точному научному языку Восприятие формирует мысленные образы с помощью зрения, слуха, обоняния, осязания и вкуса. Язык воссоздает эти образы в сознании другого человека, но только в том случае, если они имеют общий смысл. Без точных терминов даже ясная речь может не передать задуманную идею. Научный язык стремится к однозначным определениям для выравнивания понимания.
Цифры рассеивают двусмысленность Обычные слова, такие как “чистый” или “горячий”, субъективны и зависят от контекста. Показания термометра, например, 25 градусов, превращают “горячий” в объективное утверждение. Цифры закрепляют описания в согласованных стандартах, делая их сопоставимыми. Количественная оценка заменяет двусмысленность ясностью.
Физическая величина: Понятие, поддающееся измерению Физическая величина - это физическое понятие, выражаемое числом, полученным в результате измерения. Если величина не может быть измерена, она не представляет практического интереса для физики. Измерения могут быть прямыми или косвенными, но должен существовать численный метод. Одно и то же количество может быть измерено разными процедурами и выражено в разных единицах измерения, как в случае с “ленью”, измеряемой в запросах или секундах.
Много единиц для одного и того же количества Длина, время и масса имеют множество традиционных единиц измерения в разных культурах и областях. Длина выражается в метрах, сантиметрах, миллиметрах, километрах, дюймах, футах, милях, а также в таких старинных единицах измерения, как аршин, локоть и верста. Время варьируется от секунд и минут до часов, дней, недель, месяцев и лет. Масса измеряется в граммах, килограммах, тоннах, центнерах, фунтах, каратах и унциях.
Базовые единицы СИ Унифицируют измерения Международная система единиц (СИ) устанавливает общие базовые единицы измерения. Метр обозначает длину, секунда - время, килограмм - массу, а ампер - электрический ток, кельвин - температуру, моль - количество вещества и кандела - силу света. Физики часто используют градусы Кельвина для определения температуры, а моль позволяет подсчитывать объекты так же, как при покупке товаров по стандартной мерке. Общие базы данных делают теории и измерения совместимыми.
Измерение - это сравнение с единицей измерения Измерение означает сравнение величины с однородной величиной, выбранной в качестве единицы измерения. Использование ладони, ручки или “попугая” в качестве единицы измерения позволяет получить разные значения, поскольку размер единицы измерения меняется. Для того чтобы результаты были последовательными и понятными, необходимо согласование общей единицы измерения. В основе каждого измерения лежит сравнение.
Стандарты (эталоны) Хранение и воспроизведение единиц измерения Эталон - это устройство для хранения и воспроизведения единицы физической величины. Первым метром было расстояние между отметками на линейке, полученное из одной сорокамиллионной части парижского меридиана. Артефакты расширяются при нагревании или могут быть потеряны, поэтому определения были перенесены на воспроизводимые атомные свойства, такие как длина волны. Идентичные атомы обеспечивают согласованность ссылок, где бы они ни были реализованы.
Почему День - это не Идеальные часы Вращение Земли оказалось ненадежным для определения секунды, поскольку его скорость меняется. Сезонные изменения, такие как опадение или рост листьев, изменяют распределение массы, подобно тому, как фигурист втягивает или разводит руки. Полушария меняются не совсем синхронно, поэтому эффекты не отменяются. Для определения времени требовался более стабильный процесс.
Второе - от атомных часов и GPS Атомные часы определяют время секунды, подсчитывая фиксированное количество колебаний цезия в определенных условиях. Их точность позволяет определить возраст Вселенной с точностью не более секунды. Спутники GPS передают точное время; приемники сравнивают задержки, полученные от нескольких спутников, для вычисления расстояний. Знание скорости электромагнитных волн превращает разницу во времени в положение.
Скорость света как точная константа определяет длину В вакууме свет распространяется со скоростью 299 792 458 метров в секунду, независимо от движения источника или наблюдателя. Эта неизменность является постулатом теории относительности и приближает скорость света к идеальному эталону. При точном измерении секунды и с длина становится производной величиной. В физических измерителях больше нет необходимости.
От килограммового артефакта до фундаментальных констант Килограмм перешел от литра воды к платино–иридиевому цилиндру и, наконец, к определению с помощью фиксированных констант. Благодаря точному значению постоянной Планка масса привязана к неизменной физике, а не к отдельному объекту. Аналогичные обновления включают кельвин, моль, ампер и другие единицы измерения фундаментальных констант. Определения единиц измерения теперь основаны на воспроизводимых явлениях, а не на хрупких артефактах.
Десятичные префиксы Масштабируют Единицы Измерения в зависимости от Размера Десятичные префиксы позволяют для удобства использовать единицы СИ в широком и узком диапазонах. Сантиметр означает одну сотую часть метра, а километр - тысячу метров. Килограмм соответствует 10^3, а 10^-2 - центам; отрицательные показатели степени равны десяти. Изучение таблицы префиксов позволяет проводить точные и последовательные измерения в любом масштабе.