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?

СТУДЕНТАМ на ЗАМЕТКУ

Разъяснение основных терминов

Формы и виды энергии

Условия успешной систематизации

Классификация физических систем

Основная идея системы

Таблицы физических величин

В чем новизна сайта?

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Систематизация величин         силовых полей

     Систематизация величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Обобщение явлений         переноса

     Критерии подобия всюду

     Альтернативные взгляды         на проблемы метрологии


Системный подход в экономике

История проблемы
систематизации величин


Учить физику по-новому!

Учебно-наглядные пособия


Каталог ссылок

Обновления на сайте

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Что такое физическая величина и система величин?

СОДЕРЖАНИЕ:
1. Определение физической величины
2. Анализ термина “величина“
3. Классификация физических величин
4. Что такое система величин?
5. 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: ”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” или основная величина и производная величина.

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) слово "величина" трактуется как "размер, объем, протяженность предмета". Слово "величина" переводится на английский язык 11-ю словами, из которых наиболее подходят по смыслу 4 слова: quantity (физическое явление, свойство, математическое понятие), value (численное значение), amount (количество), size (размер, габариты). Согласно словарю Ожегова русскому лексическому значению слова "величина" подходит английское слово "size". А термин "quantity" отражает физический смысл слова "величина".

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. К.Гомоюнов (1983) пишет: “…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, в которой хотя бы одна размерность имеет ненулевой показатель степени, называют размерной величиной. Если же все размерности имеют нулевой показатель степени, то такую величину называют безразмерной величиной.
В статье, посвященной безразмерным величинам, пояснено, что при этом допускаются две ошибки. Во-первых, сам термин "безразмерная величина" должен звучать иначе: "безразмерностная величина" (dimensionless quantity), поскольку размер у величины имеется, у нее лишь нет размерности. Во-вторых, безразмерностных величин, в принципе, не существует, ибо любая безразмерностная величина имеет размерность, равную 1.
Словарь JCGM 200:2012 разрешает применение термина "безразмерностная величина" лишь по историческим причинам, но рекомендует к применению термин “quantity of dimension one“, который в переводе словаря на русский язык звучит как "величина с размерностью единица". Такой перевод не совсем адекватен, так как английское числительное "one" в русском языке звучит как "один". Слово "единица" понимается в русскоязычной метрологии иначе. Поэтому логично применять этот термин в записи "величина с размерностью 1", пока не будет принято международное название такой размерности.

3. По возможности суммирования. Физическую величину называют аддитивной величиной, если ее значения могут быть суммированы (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, значения которой нет смысла складывать или вычитать. То есть интенсивные величины не аддитивны.

4. По свойствам внутри физической системы. Физическую величину называют интенсивной величиной, её значение не зависит от размера системы, например, как у термодинамической температуры, давления, плотности, концентрации. Интенсивные величины не аддитивны.
"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" нельзя.

4. Что такое система величин?

По определению из русского перевода JCGM 200:2008 система величин это "совокупность величин вместе с совокупностью непротиворечивых уравнений, связывающих эти величины". В оригинале JCGM 200:2008 на месте слова "совокупность" стоит слово "set", что в переводе означает не только "совокупность", но и "множество, комплект, набор". Учитывая, что в следующих пунктах JCGM 200:2008 применяется термин "subset", звучащий в русском переводе, как "подмножество", логично применить вместо слова "совокупность" слово "множество". Тем более, что в термины "совокупность" и "множество" являются разными вариантами термина "система".

Принципы построения систем физических величин разъясняются в статье, посвященной основным физическим величинам.

Судя по истории проблемы обобщения и систематизации физических величин, за пару веков было создано много различных систем величин и появляются предложения по созданию новых систем величин. В настоящее время физика пользуется Международной системой величин ISQ (Intrnational System of Quantities), на ней базируется система единиц СИ. Однако в приведенном в JCGM 200:2008 определении системы величин нет указания на ее взаимосвязь с системой единиц, из чего можно сделать вывод, что такая взаимосвязь не обязательна. Это утверждение обстоятельно аргументировано в статье, посвященной различию между системами величин и системами единиц.

5. 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 их число может оказаться меньшим, чем имеется в справочниках. Многие физические величины как бы повторяют друг друга в разных разделах физики, только в новом качестве. Причина 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 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.

Третий недостаток заключается в том, что при взгляде на списки физических величин в различных справочниках становится непонятно, чем 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 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