Виды физических величин и единиц

В науке, технике и повседневной жизни человек имеет дело с разнообразными свойствами окружающих тел. Эти свойства от­ражают процессы взаимодействия тел между собой и их воздей­ствие на органы чувств. Для описания свойств вводятся физические величины, каждая из которых является качественно общей для многих объектов (физических тел, их состояния, процессов, в ко­торых они участвуют), но в количественном отношении различной для разных объектов.

Единица физической величины — это значение данной величи­ны, которое по определению считается равным. Операция, с помощью которой становится известным числовое значение той или иной величины для определенного объекта, пред­ставляет собой измерение этой величины.

Чтобы измерение физической величины имело однозначный характер, следует обеспечить выполнение следующего условия: отношение двух однородных (одноименных) величин не должно зависеть от того, с помощью какой единицы они измерены. Боль­шинство физических величин удовлетворяет этому условию, кото­рое обычно называют условием абсолютного значения относи- тельного количества.

Это условие может быть соблюдено при наличии по крайней мере принципиальной возможности такого количественного сравнения двух однородных величин, в результа­те которого получается число, выражающее отношение этих вели­чин. Однако иногда требуется измерить свойства, которые не могут быть охарактеризованы величиной, отвечающей данному требова­нию. В этом случае вводят некоторые условные величины и шкалы. Существовало и существует большое число разнообразных единиц величин, что создает серьезные трудности прежде всего в между­народных торговых отношениях и обмене результатами научных исследований. Выделяют основные и производные единицы.

Основные единицы независимы друг от друга. С их по­мощью устанавливаются связи с другими физическими величинами на основе закономерностей между ними. Таким образом, из нескольких условно выбираемых основных единиц строятся про­изводные единицы.

В метрологии существует два вида уравнений, связывающих между собой различные физические величины:

• уравнения связи между величинами;
• уравнения связи между числовыми значениями.

Первые представляют соотношения между величинами в общем виде, независимо от единиц; вторые могут иметь различный вид в зависимости от выбранных единиц и входящих в уравнение вели­чин.

При этом в уравнениях связи между числовыми значениями часто имеются коэффициенты пропорциональности. Именно для установления единиц физических величин используются уравнения связи между числовыми значениями.
Первый вид уравнений имеет вид

где X1, X2, …, Xm — величины, связанные с измеряемой величиной X
некоторым уравнением связи.

Уравнение (5.1), если X1, X2, …, Xm представляют собой основные величины, служит для образования производных величин. Напри­мер, сила F определяется уравнением F  ma  mlT 2, где m — мас­са тела, к которому приложена сила; a — ускорение, приобретае­мое телом при приложении к нему данной силы; l — длина.

По­скольку длина, масса и время во всех системах представляют собой основные величины, то сила является производной величиной.

Второй вид уравнений — уравнения связи между числовыми значениями, которые используются для установления единиц из­мерений. Входящие в уравнение (5.1) величины можно представить в соответствии с основным уравнением измерений в следующем виде: