Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

К сведению студентов

Основные понятия физики

Формы и виды энергии

Классификация физических систем

Основная идея системы величин

Таблицы физических величин

Итоги и выводы:

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Заряды физического поля

     Новые единицы величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Новый взгляд на         явления переноса

     Критерии подобия всюду

     Современная революция         в метрологии

Системный подход в экономике

История систематизации
величин и единиц


Необходимость модернизации
обучения физике


Учебно-наглядные пособия


Новости сайта

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Что такое физическая величина?

СОДЕРЖАНИЕ:
1. Определение физической величины.
2. Анализ термина “величина“.
3. Классификация физических величин.
4. О недостатках в методологии применения физических величин.


ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я).

Физические величины отражают свойства физических систем. Поэтому для уяснения того, что называется физической величиной, полезно предварительно ознакомиться со статьей, посвященной разъяснению понятия "физическая система".

1. Определение физической величины.

В Международном словаре по метрологии JCGM 200:2012 дано такое определение физической величины: ”свойство явления, тела или вещества, которое может быть выражено количественно в виде числа с указанием отличительного признака как основы для сравнения”. В примечании указано, что понятие “величина” в общем смысле может быть подразделено, например, на понятия “физическая величина”, “химическая величина” и “биологическая величина”. В соответствии с принципом причнности различают основные физические величины, которые независимы, и производные физические величины, которые зависят от основных величин.

В словаре-справочнике М.Юдина и др. (1989) это определение звучало несколько иначе: “физическая величина (величина) – характеристика одного из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общая в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта”. В этом определении физическая величина – не свойство, а характеристика одного из свойств. Однако существенной разницы между понятиями “свойство” и “характеристика” нет.

Возьмем, например, такое свойство, как длина. Она действительно применяется для характеристики совершенно разных объектов. В механике – это длина пути, в электричестве – длина проводника, в гидравлике – длина трубы, в теплопередаче – толщина стенки радиатора и т.д. Но численное значение длины у каждого из перечисленных объектов различно. Длина автомобиля равна нескольким метрам, длина рельсового пути или провода высоковольтной линии электропередач – многим километрам, а толщину стенки радиатора проще оценивать в миллиметрах. Хотя природа длины во всех перечисленных примерах одна и та же.

2. Анализ термина "величина".

Русское слово "величина" имеет несколько иной смысл, чем английское слово "quantity" в Международном словаре по метрологии JCGM 200:2012. В Словаре Ожегова (1990) русское слово "величина" трактуется как "размер, объем, протяженность предмета". Но на английский язык это слово переводится 11-ю разными словами, из которых наиболее подходят по смыслу 4 слова: quantity (физическое явление, свойство), amount (количество), size (размер, габариты), value (численное значение). Согласно словарю Ожегова русскому лексическому значению слову "величина" подходит английское слово "size". А термин "quantity" отражает физический смысл слова "величина", именно так оно должно переводиться в работах по метрологии.

Обратим также внимание на то, что в приведенном словарном определении понятие “физическая величина“ не увязано напрямую с процессом измерений, поскольку имеются физические величины, которые не измеряются, а рассчитываются. По этому аоводу К.Гомоюнов (1983) замечает: “…физическую величину можно рассматривать как мысленную модель свойства. Более конкретно – как количественное выражение свойства или как количественное знание о свойстве“. Поэтому включение в понятие “физическая величина“ упоминания о процессе измерения не обязательно.

Физическая величина обязательно имеет размерность и единицу измерения, этим она отличается от математического числа. Хотя существуют числа, отражающие свойства физических явлений, но физическими величинами не являющиеся. Это так называемые порядковые величины, определяемые в JCGM 200:2012 так: “величина, определенная в соответствии с принятой по соглашению методикой измерений, для которой может быть установлено, в соответствии с ее размером, общее порядковое соотношение с другими величинами того же рода, но для которой не существует алгебраических операций между этими величинами”. Это, например, сила землетрясения по шкале Рихтера, октановое число автомобильного топлива. Такие величины не имеют ни размерностей, ни единиц измерения, для них существуют свои шкалы значений.

3. Классификация физических величин.

Физические величины классифицируются по нескольким признакам:

1. По направленности.
Физическую величину, отражающую направление движения, называют векторной величиной, в противном случае − скалярной величиной.

2. По характеру размерности.
На сегодняшний день в русскоязычной научной литературе физическую величину, имеющую формулу размерности, состоящую из последовательности символов размерностей основных величин, в которой хотя бы один символ размерности имеет ненулевой показатель степени, называют размерной величиной. Если же все символы размерности имеют нулевой показатель степени, то такую величину называют безразмерной величиной.
В статье, посвященной безразмерным величинам, пояснено, что в этом русскоязычном термине допущены две ошибки. Во-первых, термин "безразмерная величина" должен звучать в буквальном переводе как "безразмерностная величина" (dimensionless quantity), поскольку у величины нет размерности, а размер у нее имеется. А, во-вторых, безразмерных величин, в принципе, не существует, ибо любая безразмерная величина имеет размерность, равную 1.
Словарь JCGM 200:2012 разрешает применение термина "безразмерная величина" (dimensionless quantity) лишь по историческим причинам, поскольку к нему все привыкли, но рекомендует к применению другой термин (“quantity of dimension one“), который в переводе на русский язык звучит буквально, как "величина с размерностью один". Русский перевод "величина с размерностью единица" не совсем адекватен, так как слово "единица" понимается в русскоязычной метрологии, как единица измерений. Можно также применять этот термин в записи "величина с размерностью 1", пока не будет утверждено международное название единицы размерности 1.

3. По возможности суммирования.
Физическую величину называют аддитивной величиной, если ее значения могут быть просуммированы (на латыни additio - прибавление), умножены на числовой коэффициент, поделены друг на друга, как, например, это можно сделать с силой или моментом силы, и неаддитивной величиной, если эти математические операции не имеют физического смысла, как, например, у термодинамической температуры.

4. По свойствам внутри физической системы.
Физическую величину называют интенсивной величиной, если её значение не зависит от размера системы, например, как у термодинамической температуры, давления, плотности, концентрации. Интенсивные величины не аддитивны, то есть они не суммируются. Вычитание интенсивных величин возможно, но к разности интенсивных величин уже не применим термин "интенсивная величина", это качественно другая величина.
"Экстенсивные величины - это такие, которые изменяются пропорционально массе системы, если при этом ее внутреннее состояние не меняется" (Сивухин Д.В., Общий курс физики, т.2, с. 139). Примерами экстенсивных величин являются энергия, объём, количество вещества. Экстенсивные величины аддитивны внутри системы, так как их значения складываются из значений той же физической величины для подсистем, из которых состоит система, например, как у объёма.
Из определения "экстенсивных величин" следует, что применение этого термина относится только к отдельно взятой системе. Если термин "интенсивные величины" можно применять как к системе, так и к окружающей ее среде, то термин "экстенсивные величины" для применения к среде неприемлем, поскольку понятие "масса среды" не имеет физического смысла. Вне системы применять термин "экстенсивная величина" не имеет смысла. Однако экстенсивная величина, приведенная к единице объёма и ставшая, таким образом, плотностью экстенсивной величины, становится интенсивной величиной.

4. О недостатках в методологии применения физических величин.

При анализе каждой физической системы может рассматриваться сколько угодно форм движения внутри этой системы. Каждая форма движения имеет свои собственные свойства, каждое из которых является физической величиной. Пусть даже этих свойств будет немного, но, умножив количество свойств на количество форм движения, а затем на количество физических систем, мы получим огромное количество физических величин.

Однако число физических величин может оказаться меньшим, чем имеется в справочниках. Многие физические величины как бы повторяют друг друга в разных разделах физики, только в новом качестве. Причина подобного дуюлирования состояит в том, что в методологии современной физики и техники наблюдаются, по нашему мнению, три серьезных недостатка (И.Коган, 1998, 2006).

Первый недостаток заключается в том, что одни и те же по своему физическому содержанию величины в разных разделах физики называют по-разному и обозначают разными символами. И вследствие этого узкому специалисту не всегда удается понять другого узкого специалиста, хотя говорить они могут об одном и том же. Выход видится таким: если трудно менять названия и символы, то следует четко указать, какие величины в одном разделе физики соответствуют аналогичным величинам в другом разделе. Это и является одной из задач обобщения и систематизации понятий в физике.

Второй недостаток заключается в том, что одни и те же по своему физическому содержанию закономерности в разных разделах физики и техники записываются по-разному, и это вводит в заблуждение узких специалистов. Например, в уравнении колебаний и уравнении переходного процесса коэффициент пропорциональности при первом слагаемом называется в механике жёсткостью, а в электродинамике применяется обратная величина, называемая ёмкостью. Значит, надо найти обобщенную форму записи родственных закономерностей в разных разделах физики и техники. А это, в свою очередь, сможет помочь находить новые еще неизвестные науке закономерности в постоянно появляющихся новых разделах физики и техники.

Больших успехов в этом направлении добилась теория физических аналогий. Но простые аналогии – это совпадения, которые могут оказаться, а иногда и оказываются случайными. Новое направление в физике − энергодинамика − подводит под теорию физических аналогий строгую теоретическую базу, доказывая, что физические аналогии вытекают из законов природы, базирующихся на обобщенных закономерностях, и приводит такие закономерности. Энергодинамика показывает, какая именно форма записи физических аналогий соответствует законам природы, а какая неверна.

Третий недостаток заключается в том, что при взгляде на списки физических величин в различных справочниках становится непонятно, какой логикой руководствовались авторы справочников, располагая физические величины в той или иной последовательности. При этом в разных справочниках последовательность расположения величин тоже разная. Обычно непонятно, по какой причине одна величина стоит в списке величин раньше другой? Причиной этого недостатка является, как правило, пренебрежение принципом причинности, частным проявлением которого является принцип последовательности.

Литература

1. Гомоюнов К.К., 1983, Совершенствование преподавания технических дисциплин. – Л.: Изд. Ленинградского ун-та, 206 с.
2. Коган И.Ш., 1998, О возможном принципе систематизации физических величин. – “Законодательная и прикладная метрология”, 5, с.с. 30-43.
3. Коган И.Ш., 2006, Обобщение и систематизация физических величин и понятий. – Хайфа, 207 с.
4. Ожегов С.И., 1990, "Словарь русского языка", 22-е изд.
5. Юдин М.Ф., Селиванов М.Н, Тищенко О.Ф., Скороходов А.И., 1989, Основные термины в области метрологии. – М.: Изд. Стандартов.
6. JCGM 200:2012 International vocabulary of metrology – Basic and general concepts and associated terms (VIM). 3rd ed. 2008 version with minor corrections. URL: http://www.bipm.org/utils/common/documents/jcgm/JCGM_200_2012.pdf,
7. Русский перевод JCGM 200:2008: Международный словарь по метрологии. Основные и общие понятия и соответствующие термины. - Всерос. науч.-исслед. ин-т метрологии им. Д. И. Менделеева, Белорус. гос. ин-т метрологии. Изд. 2-е, испр. — СПб.: НПО «Профессионал», 2010. — 82 с. URL: http://mathscinet.ru/slaev/records/images/SlaevChun02.pdf


© И. Коган Дата первой публикации 1.04.2008
Дата последнего обновления 13.12.2014

Оглавление раздела Следующая