Файл: Лекции по теоретической метрологии.doc

Сила ветра у земной поверхности по шкале Бофорта (на стандартной высоте 10 м над открытой ровной поверхностью)

Баллы Боф-форта	Словесное определение силы ветра	Скорость ветра, м/с	Действие ветра
			на суше	на море
0	Штиль	0-0,2	Штиль. Дым поднимается вертикально	Зеркально гладкое море
1	Тихий	0,3-1,5	Направление ветра заметно по относу дыма, но не по флюгеру	Рябь, пены на гребнях нет
2	Лёгкий	1,6-3,3	Движение ветра ощущается лицом, шелестят листья, приводится в движение флюгер	Короткие волны, гребни не опрокидываются и кажутся стекловидными
3	Слабый	3,4-5,4	Листья и тонкие ветви деревьев всё время колышутся, ветер развевает верхние флаги	Короткие, хорошо выраженные волны. Гребни, опрокидываясь, образуют стекловидную пену, изредка образуются маленькие белые барашки
4	Умеренный	5,5-7,9	Ветер поднимает пыль и бумажки, приводит в движение тонкие ветви деревьев	Волны удлинённые, белые барашки видны во многих местах
5	Свежий	8,0-10,7	Качаются тонкие стволы деревьев, на воде появляются волны с гребнями	Хорошо развитые в длину, но не очень крупные волны, повсюду видны белые барашки (в отдельных случаях образуются брызги)
6	Сильный	10,8-13,8	Качаются толстые сучья деревьев, гудят телеграфные провода	Начинают образовываться крупные волны. Белые пенистые гребни занимают значительные площади (вероятны брызги)
7	Крепкий	13,9-17,1	Качаются стволы деревьев, идти против ветра трудно	Волны громоздятся, гребни срываются, пена ложится полосами по ветру
8	Очень крепкий	17,2-20,7	Ветер ломает сучья деревьев, идти против ветра очень трудно	Умеренно высокие длинные волны. По краям гребней начинают взлетать брызги. Полосы пены ложатся рядами по направлению ветра
9	Шторм	20,8-24,4	Небольшие повреждения; ветер срывает дымовые колпаки и черепицу	Высокие волны. Пена широкими плотными полосами ложится по ветру. Гребни волн начинают опрокидываться и рассыпаться в брызги, которые ухудшают видимость
10	Сильный шторм	24,5-28,4	Значительные разрушения строений, деревья вырываются с корнем. На суше бывает редко	Очень высокие волны с длинными загибающимися вниз гребнями. Образующаяся пена выдувается ветром большими хлопьями в виде густых белых полос. Поверхность моря белая от пены. Сильный грохот волн подобен ударам. Видимость плохая
11	Жестокий шторм	28,5-32,6	Большие разрушения на значительном пространстве. На суше наблюдается очень редко	Исключительно высокие волны. Суда небольшого и среднего размера временами скрываются из вида. Море всё покрыто длинными белыми хлопьями пены, располагающимися по ветру. Края волн повсюду сдуваются в пену. Видимость плохая
12	Ураган	32,7 и более		Воздух наполнен пеной и брызгами. Море всё покрыто полосами пены. Очень плохая видимость

---

---

МОДУЛЬ 3. Физические величины, системы единиц физических величин

Понятие «величина» как оценка размеров какого-либо объекта появилось еще до математики, а математическое понятие «величина» на сегодняшний день связывают с числом. В физике и математике укоренился подход, в соответствии с которым существуют «размерные» и «безразмерные» величины. При этом «величина» рассматривается как число, наименование единицы – как «размерность». В метрологии эти понятия имеют принципиально иное значение, из-за чего иногда возникают недоразумения и путаница.

Очевидно, что применяемое для количественной оценки определенного свойства в математике и часто в физике понятие «величина» идеально – это абстрактная количественная оценка величины любого вида (физической либо нефизической), определяемая числом как номинальное или абсолютно точное значение. В метрологии нормативным документом РМГ 29–99 «Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения» введено понятие «физическая величина» (величина) – одно из свойств физического объекта (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. В «Международном словаре основных и общих терминов метрологии» (VIM—93) понятие величина (измеримая) раскрывается как «характерный признак (атрибут) явления, тела или вещества, которое может выделяться качественно и определяться количественно».

Понятие «физическая величина» (сюда же включаются и «химические» либо иные величины) настолько фундаментально, что дать ему корректное определение практически невозможно. Однако понятно, что физическая величина – определенное свойство, присущее реальным объектам, которое на множестве объектов может быть индивидуальным в количественном отношении, то есть иметь разные уровни интенсивности. Если уровни интенсивности свойства доступны количественной оценке аппаратурными методами, их изучением занимается метрология.

---

Необходимость оценивания уровней интенсивности таких свойств привела к появлению в РМГ 29–99 ряда терминов, которые вместе с определениями приведены ниже. Наряду с полными терминами в скобках приведены и их краткие формы, которые можно использовать, если контекстная информация исключает возможность их неправильного толкования.

Основные термины с определениями:

размер физической величины (размер величины) – количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу;

значение физической величины (значение величины) – выражение размера физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц;

действительное значение физической величины (действительное значение величины, действительное значение) – значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него;

числовое значение физической величины (числовое значение величины; числовое значение) – отвлеченное число, входящее в значение величины;

истинное значение физической величины (истинное значение величины; истинное значение) – значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину.

Примечание – Истинное значение физической величины может быть соотнесено с понятием абсолютной истины. Оно может быть получено только в результате бесконечного процесса измерений с бесконечным совершенствованием методов и средств измерений.

Анализ определений показывает, что математическому понятию «величина» в метрологии соответствуют понятия «значение физической величины», «числовое значение физической величины». Кроме того, можно определить связь между этими понятиями и идеализированными представлениями о «размере физической величины» и «истинном значении физической величины», в которые также вкладываются количественные оценки.

Для количественной оценки значений физических величин применяют единицы соответствующих величин. Поскольку существуют объективные связи между физическими величинами, очевидно, что единицы физических величин не могут назначаться произвольно. Логика требует объединения единиц физических величин в достаточно строгую систему.

---

Система (от древнегреческого σύστημα – соединенное в одно целое из многих частей) – множество закономерно соединенных между собой элементов, образующих определенную целостность, единство. В определении следует обратить внимание на три важных момента: наличие элементов, их закономерное соединение и вновь образованное благодаря этому качество образованного соединения – его целостность. Элементами системы могут выступать предметы, явления, процессы, принципы, взгляды, теории, связями – объективно существующие или искусственно созданные закономерности.

Поскольку физические величины существуют как объективные свойства, а числовые значения единиц выбирают произвольно и принимают конвенционально, единицы вторичны по отношению к физическим величинам. В соответствии с данным положением для получения системы единиц физических величин представляется теоретически правильным предварительное создание системы физических величин.

Система физических величин (система величин) – совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимают за независимые, а другие определяют как функции независимых величин. В этих системах выбранные независимые величины называют основными, а прочие, получаемые с их использованием, – производными.

На базе системы физических величин затем создают систему единиц физических величин. Главной характеристикой системы единиц физических величин является наличие системно связанных значений каждой величины, принятых за единицу. Единицы независимых величин устанавливают конвенционально (по договоренности), это основные единицы системы. Остальные единицы системы – производные – получают из физических формул (количественных уравнений связи между величинами).

До начала глубокого исследования этой проблемы метрологами системы физических величин в явном виде не рассматривались, а проявлялись как побочный продукт эмпирически создаваемых систем единиц физических величин. Системы единиц физических величин некогда предназначались для обслуживания конкретных областей физики, например, для механики были в ходу системы МТС (метр-тонна-секунда), СГС (сантиметр-грамм-секунда), а для обеспечения электрических и механических измерений использовалась система МКСА (метр-килограмм-секунда-ампер).

Наличие множества разных единиц, характеризующих одну физическую величину, например, давление (атмосфера, бар, миллиметр ртутного столба, миллиметр водяного столба, паскаль) привели к необходимости преобразования числовых значений при переходе из одной системы в другую. Неудобства этих

---