Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


Ўкалы измерений. ‘изические шкалы и неоднозначность образов действительности




Ўкала Ц это упор€доченна€ совокупность значений физической величины, котора€ служит основой дл€ ее измерени€.

–азличают п€ть типов шкал: шкала наименований, шкала пор€дка, шкала интервалов, шкала отношений и абсолютна€ шкала.

1. Ўкала наименований основана на установлении соответстви€ между р€дом объектов измерени€ и их идентификационными номерами (знаками), играющими роль простых имен. ѕодобное установление соответстви€ служит дл€ нумерации предметов только с целью их идентификации или дл€ нумерации классов, причем, такой нумерации, что каждому из элементов соответствующего класса приписываетс€ одна и та же цифра. “акое приписывание цифр выполн€ет на практике ту же функцию, что и наименование. ѕоэтому с цифрами, используемыми только как специфические имена, нельз€ производить никаких арифметических действий. ≈сли, например, один из резисторов обозначен в схеме R 6,а другой R 18, то из этого нельз€ сделать заключение, что значени€ их сопротивлени€ отличаютс€ втрое, а можно лишь установить, что оба они относ€тс€ к классу резисторов.

2. Ўкала пор€дка(ранга) предполагает упор€дочение объектов относительно какого-то определенного из их свойств, то есть расположение их в пор€дке убывани€ или возрастани€ данного свойства. ѕолученный при этом упор€доченный р€д называют ранжированным р€дом, а саму процедуру ранжированием.

ѕо шкале пор€дка сравниваютс€ между собой однородные объекты, у которых значени€ интересующих свойств неизвестны. ѕоэтому ранжированный р€д может дать ответ на вопросы типа Ц Ђчто больше (меньше)ї или Ђчто лучше (хуже)ї. Ѕолее подробную информацию Ц Ђна сколько больше или меньшеї, Ђво сколько раз лучше или хужеї, шкала пор€дка дать не может.

–езультаты оценивани€ по шкале пор€дка также не могут подвергатьс€ никаким арифметическим действи€м. ќднако небольшое, казалось бы, усовершенствование шкалы пор€дка позволило применить ее дл€ числового оценивани€ величин в тех случа€х, когда отсутствует единица величины. ƒл€ этого, расположив объекты в пор€дке возрастани€ (убывани€) того или иного свойства, некоторые точки ранжированного р€да фиксируют в качестве отправных (реперных). —овокупность реперных точек образует некую Ђлестницуї Ц шкалу возможных про€влений соответствующего свойства. –еперным точкам могут быть поставлены в соответствие цифры, называемые баллами и, таким образом, по€вл€етс€ возможность оценивани€, Ђизмерени€ї данного свойства в баллах, по натуральной шкале.

“ак, в 1806 г. ‘. Ѕофортом была предложена условна€ шкала дл€ оценки силы ветра в баллах по его действию на наземные предметы и по волнению мор€. Ўкала Ѕофорта:

0 Ц штиль: дым идет вертикально;

1 Ц тихий: дым идет слегка наклонно;

2 Ц легкий: ощущаетс€ лицом, шелест€т листь€;

3 Ц слабый: развеваетс€ флаг;

4 Ц умеренный: поднимаетс€ пыль;

5 Ц свежий: вызывает волны на воде;

6 Ц сильный: свистит в вантах, гуд€т электропровода;

7 Ц крепкий: на волнах образуетс€ пена;

8 Ц очень крепкий: трудно идти против ветра;

9 Ц шторм: срывает черепицы с крыши;

10 Ц сильный шторм: вырывает деревь€ с корнем;

11 Ц жестокий шторм: большие разрушени€;

12 Ц ураган: опустошительное действие.

Ўкала ћооса (в некоторых литературных источниках Ц шкала ћоса), она же Ц минералогическа€ шкала твердости, предложенна€ в 1811 г. ѕредставл€ет собой набор эталонных минералов дл€ определени€ относительной твердости методом царапани€. ¬ качестве эталонов прин€ты 10 минералов, расположенных в пор€дке возрастающей твердости:

1 Ц тальк;

2 Ц гипс;

3 Ц кальцит (известковый шпат);

4 Ц флюорит (плавиковый шпат);

5 Ц апатит;

6 Ц ортоклаз (полевой шпат);

7 Ц кварц;

8 Ц топаз;

9 Ц корунд;

10 Ц алмаз.

Ўкала –ихтера, предложенна€ в 1935 г. Ц классификаци€ землетр€сений по магнитудам, основанным на оценке энергии сейсмических волн, возникающих при землетр€сени€х. —оотношение между магнитудой землетр€сени€ по шкале –ихтера и его силой в эпицентре по 12-балльной шкале зависит от глубины очага:

1 Ц незаметное: отмечаетс€ только сейсмическими приборами;

2 Ц очень слабое: ощущаетс€ отдельными людьми, наход€щимис€ в состо€нии поко€;

3 Ц слабое: отмечаетс€ лишь небольшой частью населени€;

4 Ц умеренное: распознаетс€ по слабому дребезжанию, колебанию предметов;

5 Ц довольно сильное: общее сотр€сение: колебание мебели, трещины в стеклах, осыпание штукатурки;

6 Ц сильное: ощущаетс€ всеми: осыпание штукатурки, падают картины, легкое повреждение зданий;

7 Ц очень сильное: трещины в стенах каменных домов, антисейсмические и дерев€нные постройки остаютс€ невредимыми;

8 Ц разрушительное: трещины на крутых склонах и на сырой почве, пам€тники сдвигаютс€ с места, падают, дома сильно повреждаютс€;

9 Ц опустошительное: сильное повреждение, разрушение каменных домов;

10 Ц уничтожающее: крупные трещины в почве, оползни и обвалы, полное разрушение каменных построек, искривление железнодорожных рельсов;

11 Ц Ђкатастрофаї: широкие трещины в земле, многочисленные оползни и обвалы, разрушение различных построек;

12 Ц Ђсильна€ катастрофаї: в почве происход€т большие изменени€: возникают водопады, подпруды на озерах, отклонение течени€ рек, ни одно здание не выдерживает.

  шкалам пор€дка также относ€тс€: шкала ¬иккерса Ц определение твердости металлов вдавливанием в испытуемый образец алмазной пирамиды; сейсмическа€ шкала MSK-64 Ц дл€ оценки интенсивности землетр€сени€ на поверхности «емли и др.

ќсновным недостатком натуральных шкал €вл€етс€ полное отсутствие уверенности в том, что интервалы между выбранными реперными точками €вл€ютс€ равновеликими, а следовательно, в такой шкале невозможно вычленить единицу величины и оценить погрешность полученного результата.

3. Ўкала интервалов(разностей) отличаетс€ от натуральной тем, что дл€ ее построени€ вначале устанавливают единицу физической величины. Ќа шкале интервалов откладываетс€ разность значений физической величины, сами же значени€ остаютс€ неизвестными.

Ќапример, стили летоисчислени€:

- григорианский: от рождени€ »исуса ’риста Ц 2007 г.,

- юлианский: от сотворени€ мира Ц 7513 г.,

- иудейский: от сотворени€ јдама Ц 5703 г.,

- магометанский: с даты бегства ћагомета из ћекки в ћедину, где была основана перва€ мусульманска€ община Ц 1385 г.

ѕримерами шкал интервалов также €вл€ютс€ шкалы температур.

Ќа температурной шкале ÷ельси€ за начало отсчета разности температур прин€та температура та€ни€ льда. — ней сравниваютс€ все другие температуры. ƒл€ удобства пользовани€ шкалой интервал между температурой та€ни€ льда и температурой кипени€ воды разделен на 100 равных интервалов - градусов. Ўкала ÷ельси€ распростран€етс€ как в сторону положительных, так и отрицательных интервалов.  огда говор€т, что температура воздуха равна 25∞—, это означает, что она на 25 градусов выше температуры, прин€той за нулевую отметку шкалы (выше нул€).

Ќа температурной шкале –еомюра тот же интервал разбит на 80 градусов, а в температурной шкале ‘аренгейта Ц на 180 градусов, а начало отсчета на шкале ‘аренгейта сдвинуто на 32 градуса в сторону низких температур.

ƒеление шкалы интервалов на равные части - градации - устанавливает единицу физической величины, что позвол€ет не только выразить результат измерени€ в числовой мере, но и оценить погрешность измерени€.

–езультаты измерений по шкале интервалов можно складывать друг с другом и вычитать друг из друга, то есть определ€ть, на сколько одно значение физическое величины больше или меньше другого. ќпределить по шкале интервалов, во сколько раз одно значение величины больше или меньше другого невозможно, поскольку на шкале не определено начало отсчета физической величины. Ќо в то же врем€ это может быть сделано в отношении интервалов (разностей). “ак, разность температур 25 градусов в 5 раз больше разности температур 5 градусов.

4. Ўкала отношений представл€ет собой интервальную шкалу с естественным началом. ѕримером такой шкалы €вл€етс€ температурна€ шкала  ельвина, где за начало отсчета прин€т абсолютный нуль, при котором прекращаетс€ тепловое движение молекул, то есть устанавливаетс€ состо€ние абсолютного равновеси€ (невозможны какие-либо действи€ с телом). ¬торой реперной точкой служит температура та€ни€ льда. ѕо шкале ÷ельси€ интервал между этими реперами равен 273,16 º—, поэтому на шкале  ельвина его дел€т на равные части, составл€ющие (1/273,16) интервала. ѕо такой шкале уже можно отсчитывать абсолютное значение температуры и определ€ть не только, на сколько температура 1одного тела больше температуры 2другого, но и во сколько раз больше (или меньше) по правилу: T 1/ T 2= n.

¬ общем случае, при сравнении между собой двух физических величин X по такому правилу, значени€ п,расположенные в пор€дке возрастани€ или убывани€, образуют шкалу отношений. ќна охватывает интервал значений п от нул€ до бесконечности и, в отличие от шкалы интервалов, не содержит отрицательных значений.

Ўкала отношений €вл€етс€ самой совершенной, наиболее информативной, удобной. –езультаты измерений по шкале отношений можно складывать между собой, вычитать, перемножать или делить.

5. јбсолютна€ шкала. Ёто шкалы, обладающие всеми признаками шкал отношений, но дополнительно имеющие естественное однозначное определение единицы измерени€. ѕодобные шкалы соответствуют относительным величинам: коэффициенту усилени€, ослаблени€ и др.

—ледует отметить, что шкала наименованийишкала пор€дка€вл€ютс€ концептуальными, то есть неметрическими, а шкалы интервалов и отношений Ц метрическими (материальными). јбсолютные и метрические шкалы относ€тс€ к разр€ду линейных. ѕрактическа€ реализаци€ шкал измерений осуществл€етс€ путем стандартизации как самих шкал и единиц измерений, так и, в необходимых случа€х, способов и условий их однозначного воспроизведени€.

1.2. ‘ормальноЦлогические основы измерени€ как процесса познани€

Ќаучный процесс исследовани€ содержит в себе следующие этапы:

1) научные наблюдени€ и сбор фактов (эмпирический уровень);

2) выдвижение гипотез (теоретический уровень);

3) постановка эксперимента (проверка гипотез на практике);

4) построение модели или научной теории (теоретический уровень).

Ќаблюдение Ц процесс получени€ первоначальной информации. ¬ науке наблюдение существенным образом зависит от идеи, гипотезы (необходимо знать, зачем наблюдать, т.е. иде€). ƒл€ научного наблюдени€ характерны требовани€: систематичность, контролируемость, тщательность.

ѕроцедура измерени€ относитс€ к третьему этапу исследовани€. Ёксперимент Ц важнейший метод эмпирического исследовани€, который специально ставитс€ так, чтобы можно было наблюдать процессы и €влени€ в услови€х меньше всего подверженных воздействию посторонних факторов.

»так, измерение не €вл€етс€ особым эмпирическим методом, а составл€ет необходимое дополнение любого серьезного научного наблюдени€ и эксперимента. ≈сли измерительна€ процедура подтверждает правоту той или иной гипотезы несколько раз, то рождаетс€ новый научный факт, который может стать основой дл€ разработки новой научной теории.

Ќаучный факт содержит в себе п€ть компонентов:

1) концептуальный,

2) чувственно-образный,

3) методологический,

4) приборно-инструментальный,

5) знаково-€зыковой.

 онцептуальный компонент отвечает за выбор идеи, концепции, гипотезы. ƒействительно, без первоначальной идеи исследование не может быть инициировано. Ќеобходимо знать, что надо исследовать и дл€ чего. ¬торой компонент научного факта содержит в себе предварительную оценку измерени€. »сследователь должен предугадывать качественные характеристики исследуемого объекта, а иногда и его свойства в количественном выражении. Ёто необходимо дл€ того, чтобы перейти к самой процедуре измерени€, выбрав при этом метод и средства измерени€ с необходимым уровнем точности и чувствительности. “аким образом, становитс€ пон€тным, что третий компонент установлени€ научного факта Ц это выбор метода измерени€, а четвертый Ц выбор средств измерений (приборов, инструментов). ѕ€тый компонент осуществл€ет передачу, выражение и сохранение полученной информации (результата измерени€) на выбранном заранее носителе информации.

‘акторами, вли€ющими на результат измерени€ (а, значит, и на достоверность научного факта) €вл€ютс€, собственно, его структурные элементы:

1) измерительна€ задача;

2) принцип, метод и средство измерени€;

3) объект измерени€ и его модель;

4) субъект измерени€;

5) услови€ измерени€;

6) результат и погрешность измерени€.

ѕервым начальным элементом каждого измерени€ €вл€етс€ его задача (цель). «адача любого измерени€ заключаетс€ в определении значени€ выбранной (измер€емой) ‘¬ с требуемой точностью в заданных услови€х. ѕостановку задачи измерени€ осуществл€ет субъект измерени€ Ц человек. ѕри постановке задача конкретизируетс€ объект измерени€, в нем выдел€етс€ измер€ема€ ‘¬ и определ€етс€ (задаетс€) требуема€ погрешность измерени€, под которую выбираетс€ метод и средство измерени€ (техническое средство или их комплекс).

ћетод и средство измерени€ создаютс€ на базепринципа измерени€. ѕринцип измерени€ Ц совокупность физических принципов, на которых основаны измерени€, например применение эффекта ƒжозефсона дл€ измерени€ электрического напр€жени€ или эффекта ƒоплера дл€ измерени€ скорости.

ќбъект измерени€ Ц это реальный физический объект, свойство которого характеризуетс€ одной или несколькими измер€емыми ‘¬. —убъект измерени€ Ц человек, который принципиально не может представить себе объект целиком, во всем многообразии его свойств и св€зей. ¬следствие данного обсто€тельства взаимодействие объекта с субъектом возможно только на основе математической модели объекта. ћатематическа€ модель объекта измерени€ Ц это совокупность математических символов (образов) и отношений между ними, котора€ адекватно описывает интересующие субъекта свойства объекта измерени€.

ћодель объекта измерени€ строитс€ до выполнени€ измерени€ в соответствии с решаемой задачей на основе априорной информации (информаци€, имеюща€с€ до измерени€) об объекте и услови€х измерени€.

»змерение Ц совокупность преимущественно экспериментальных операций, выполн€емых с помощью технического средства, хран€щего единицу величины, позвол€ющего сопоставить измер€емую величину с ее единицей и получить искомое значение величины. Ёто значение называют результатом измерений.

–езультат измерени€ может быть выражен следующим образом:

 

,

где Q Ц действительное значение ‘¬, найденное при измерении,

a Ц числовое значение ‘¬ в прин€тых единицах,

[ Q ] Ц единица ‘¬.

Q и [ Q ] Ц родственные величины по значению, но разные по количеству.

Ќапример: a = 10, [ Q ] = 1 метр, откуда Q = 10 м.

ќценка физической величины в виде некоторого числа a прин€тых дл€ нее единиц, называетс€ значением физической величины.

»змерение напр€жение в вольтах той или иной электрической цепи, проводитс€, например, путем сравнени€ положени€ указател€ (стрелки) с единицей электрического напр€жени€, хранимой шкалой вольтметра. Ќайденное значение напр€жени€ как некоторое число вольт представл€ет результат измерений.

—ледует различать истинное и действительное значени€ физической величины. Ќахождение истинного значени€ измер€емой ‘¬ €вл€етс€ центральной проблемой метрологии. —тандарт определ€ет истинное значение как значение физической величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношени€х соответствующее свойство объекта.

¬ обычном представлении под истинным понимаетс€ некое детерминированное значение ‘¬, отражающее свойство объекта, абсолютно адекватно. ќднако измерение как процесс познани€ количественных определенностей материального мира не должно абстрагироватьс€ от физической природы изучаемых свойств и об€зано учитывать те качественные границы, внутри которых те или иные определени€ имеют смысл.

–ассмотрим пример измерени€ диаметра круглого диска.  азалось бы, что измерение диаметра диска можно проводить со все более и более высокой точностью, стоит лишь выбрать соответствующие по точности средства измерений. Ќо когда погрешность средства измерени€ станет пор€дка размеров молекулы, мы обнаружим, что наблюдаетс€ как бы размывание краев диска, обусловленное хаотическим движением молекул и за каким-то пределом точности само пон€тие диаметра диска потер€ет свой первоначальный смысл, и дальнейшее повышение точности измерени€ бесполезно. ќчевидно, что пон€тие Ђистинногої значени€ диаметра в этом случае приобретает совсем иной, веро€тностный, смысл и можно лишь с определенной веро€тностью установить интервал значений, в котором оно находитс€. —ледовательно, приведенное в стандарте определение истинного значени€ может быть применено лишь дл€ объектов макромира.

ѕоскольку истинное значение физической величины определить невозможно, в практике измерений оперируют пон€тием действительного значени€. ƒействительное значение Ц значение физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающеес€ к истинному, что дл€ данной цели может быть использовано вместо него.

¬ дополнение можно привести еще несколько определений, иногда встречающихс€ в метрологической практике.

ѕод измеренным значением понимаетс€ значение величины, отсчитанное по отсчетному устройству средства измерени€.

»змер€ема€ физическа€ величина Ц физическа€ величина, подлежаща€ измерению в соответствии с поставленной измерительной задачей.

¬ли€юща€ физическа€ величина Ц физическа€ величина, непосредственно не измер€ема€ средством измерени€, но оказывающа€ вли€ние на него или на объект измерени€ таким образом, что это приводит к искажению результата измерени€. “ак, например, при измерении сопротивлени€ резистора вли€ющей величиной может быть температура, если сопротивление резистора зависит от температуры.

‘изический параметр Ц физическа€ величина, характеризующа€ частную особенность измер€емой величины. Ќапример, при измерении напр€жени€ переменного тока в качестве параметров напр€жени€ могут выступать амплитуда колебаний, мгновенное значение напр€жени€, среднее квадратическое значение и др.

ѕосто€нна€ величина Ц физическа€ величина, размер которой по услови€м измерительной задачи можно считать не измен€ющимс€ за врем€, превышающее длительность измерени€.

ѕеременна€ величина Ц физическа€ величина, измен€юща€с€ по размеру в процессе измерени€.

 





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-05-07; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 3937 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

—тудент может не знать в двух случа€х: не знал, или забыл. © Ќеизвестно
==> читать все изречени€...

2495 - | 2084 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.038 с.