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 основная физическая величина?

СОДЕРЖАНИЕ:
1. Равноправны ли физические величины?
2. Определение основной величины.
3. В каком случае основную величину можно принимать условно?
4. Необходимость деления основных величин на естественные и условные.
5. Сколько должно быть естественных основных физических величин?


ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель.

1. Равноправны ли физические величины?

Видный метролог Л.Брянский (2002) утверждает: “Все величины обозначают существующие свойства, среди которых нет ни основных, ни производных от них. Все величины в этом смысле равноправны. Человек над ними не властен.“ Это верно, пока речь не идет о систематизации величин. А любой системный подход подразумевает иерархию элементов системы, когда одни элементы являются составной частью других элементов. И тогда одни величины оказываются на вершине иерархии и их называют основными величинами, а другие величины, находящиеся в иерархии ниже их и определяемые с их помощью, называют производными величинами.

Определяемая величина всегда является следствием соотношения определяющих ее величин. Это соотношение называется определяющим уравнением величины или уравнением связи между величинами. И если одна величина определяется по другой, то эти величины не равноправны, поскольку следует учитывать наличие между ними причинно-следственной связи.

2. Определение основной величины

В Международном словаре по метрологии JCGM 200:2012 дано такое определение основной величины: “одна из величин (в оригинале величина) подмножества, условно выбранного для данной системы величин так, что никакая из величин подмножества не может выражаться через другие величины“. С двумя примечаниями: "Подмножество, упоминаемое в этом определении, называется набором основных величин" и "Основные величины относят к взаимно независимым, так как основная величина не может быть выражена как произведение степеней других основных величин". В метрологическом справочнике А.Чертова (1990) приведено более короткое и понятное определение основной физической величины: “физическая величина, входящая в систему величин и условно принятая в качестве не зависящей от других величин этой системы“.

В обоих определениях не учитывается, что сейчас основные величины системы величин ISQ просто соответствуют основным единицам СИ. И это противоречит принципу причинности, поскольку набор основных единиц должен вытекать из набора основных величин, а не наоборот. К тому же, в работе И.Когана (2011б) показывается, что системы величин и системы единиц это не одно и то же, и наборы основных величин и основных единиц не обязаны совпадать друг с другом.

3. В каком случае основную величину можно принимать условно?

По этому вопросу уже почти сто лет ведется дискуссия среди физиков и метрологов. Ведь имеются такие величины, которые не определяются уравнением связи по другим величинам. То есть такие основные величины, которые выбраны самой Природой, без всяких условностей. Будем называть их естественными основными величинами.

Это при выборе основных единиц при унификации единиц измерений важно, чтобы основными единицами было бы удобно пользоваться, чтобы их было удобно точно и экономично измерять. В этом состоит главная причина того, что системы величин и системы единиц могут быть не адекватны друг другу. А при систематизации физических величин необходимо, чтобы основные величины были такими, для которых в Природе отсутствуют определяющие уравнения. И в этом случае никакие практические соображения не должны влиять на то, какие величины следует считать основными. Если речь идет о систематизации физических величин, то слова “условно выбраны“ следует изъять из определения основной величины. Их возможно применять только при создании систем единиц.

В системах единиц имеются “примеры, в которых безразмерные величины в одной системе единиц оказываются размерными в другой системе” (Л.Брянский, А.Дойников и Б.Крупин, 1999). Эти примеры свидетельствуют о том, что при составлении систем единиц не соблюдаются правила системного подхода. Не случайно в той же статье сказано: “Выбор числа единиц, принимаемых за основные, и самих этих единиц произволен.” Стандартизация единиц измерений, начавшаяся исторически как унификация мер и весов, так и осталась унификацией по своей природе. Наличие международных соглашений еще не говорит о том, что имеет место систематизация единиц. Ведь термин “систематизация“ можно применять только при отсутствии произвольности при выборе основных элементов системы. (Определения терминов “систематизация“, “унификация“ и “классификация“ приведены в статье, посвященной терминологии системного подхода).

4. Необходимость деления основных величин на естественные и условные

Системный подход требует придерживаться принципа причинности. А следствием принципа причинности является принцип последовательности: производные величины, что находится на более низком иерархическом уровне, должны определяться величинами, находящимися на более высоком иерархическом уровне. Только те величины, которые находятся на самом высоком иерархическом уровне, заслуживают того, чтобы их считали основными. А уж в каких единицах будет их измерять человек, – для Природы это совершенно безразлично. Эти величины не определяются уравнениями связи, их следует называть естественными основными величинами. А производные величины, которые по практическим соображениям принято условно считать основными величинами, следует называть условными основными величинами.

Набор естественных основных величин (на греческом языке базис) устанавливает наука. Любые соображения и действия при выявлении базиса естественных основных величин не должны относиться к разряду волевых событий, даже если такие события имеют форму международных конференций. Волевой подход при систематизации физических величин приводит только к бессистемности, чьи признаки мы и наблюдаем, когда анализируем набор основных единиц СИ.

5. Сколько должно быть естественных основных физических величин?

Число основных физических величин, как считает К.Широков (1979), определяется путем вычитания числа уравнений связи между физическими величинами из общего числа этих величин. Хотя он же указывает на то, что “такой способ не всегда дает однозначный результат“. Так что способ, предлагаемый К.Широковым, является ненадежным критерием для определения числа основных величин. К.Широков считает также, что свидетельством того, что число основных величин неполно, является наличие одинаковых размерностей у физических величин, имеющих разную физическую природу. Но физическую природу величины определяет уравнение связи, а не размерность величины.

Известен пример, когда одинаковую размерность имеют такие различные физические величины, как вращающий момент и энергия. Этот недостаток исчезает после того, как в число естественных основных величин добавляется угол поворота. Бессистемность в размерностях и единицах физических величин, применяемых при описании колебаний и волн, устраняется после добавления в число естественных основных величин числа структурных элементов, как частного случая считаемых величин. В периодических явлениях это выглядит в виде числа периодов колебаний или числа волн (И.Коган, 2011в).

Число основных величин в ХХ веке в СИ достигло семи за счет условных основных величин. Есть основания полагать, что в результате обновления СИ добавятся еще 2 основные величины (угол поворота и количество считаемых величин).

По нашему мнению, число естественных основных величин должно равняться пяти, Именно такое число представлено в статье, посвященной набору естественных основных величин. Такое же число (пять) представлено К.Томилиным (2006) после анализа истории создания естественных систем единиц. Заметим, что число 5 не накладывает никаких ограничений на число условных основных величин в СИ или на число основных единиц, так как современные стандарты разрешают введение условных основных величин и условных основных единиц.

Литература

1. Брянский Л.Н., 2002, Непричесанная метрология. – М.: ПОТОК-ТЕСТ, 160 с.
2. Брянский Л.Н., Дойников А.С., Крупин Б.Н., 1999, О “размерностях” безразмерных единиц. – Законодательная и прикладная метрология, № 4, с.с. 48-50.
3. Коган И.Ш., 1998, О возможном принципе систематизации физических величин. – “Законодательная и прикладная метрология”, 5, с.с. 30-43.
4. Коган И.Ш., 2011а, Основные физические величины назначаются или продиктованы природой? – “ Законодательная и прикладная метрология, 3, с.с. 55-56.
5. Коган И.Ш. 2011б, Природа размерности и классификация физических величин. – “ Законодательная и прикладная метрология, 4, с.с. 40-50.
6. Коган И.Ш. 2011в, Метрологические и терминологические проблемы описания периодических процессов и выбора единиц измерений. – “Мир измерений”, 6, с.с. 12-18.
7. Томилин К.А., 2006, Фундаментальные физические постоянные в историческом и методологическом аспектах. – М.: Физматлит, 368 с.
8. Широков К.П., 1979, Размерность физических величин и их применение в метрологии. – “Измерительная техника”, 6, с. 13.
10. Чертов А.Г., 1990, Физические величины. – М.: Высшая школа, 336 с.
9. 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,
10. 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 01.04.2008
Дата последнего обновления 24.01.2014

Оглавление раздела Предыдущая Следующая