Физические величины

7.5K

Простыми словами расскажем, что такое физические величины, какими они бывают и почему вычитать километры из часов нельзя, а разделить их — можно.

Что такое физическая величина

Физическая величина — это характеристика, признак, свойство чего-либо, которые можно измерить.

Такие характеристики есть у всего, что нас окружает: любого предмета, вещества и т. д. Когда мы смотрим на большой шкаф, то легко представляем, как много он весит. Но при взгляде на крошечную снежинку кажется, будто она невесома. Однако масса есть и у неё, и это тоже можно измерить.

Даже то, что нельзя увидеть или потрогать, всё равно обладает измеряемыми свойствами. Например, воздух в помещении. Он ничего не весит и не виден, но у него есть другие характеристики: объём, влажность, давление, температура и др.

Чтобы физическую величину можно было использовать, её нужно описать. Поэтому у каждой известной есть:

физический смысл — описание того, что она измеряет;
название;
символьное (буквенное) обозначение;
единицы измерения;
формула, которая пригодится в расчётах этой величины из других.

Также должен быть инструмент, которым можно измерить эту величину. Например, определять массу предметов помогают весы, длину — рулетки и линейки, а температуру — термометр.

Единицы измерения, система СИ

Единица измерения — это такие единицы, которые обозначают меру различных физических величин.

Причём у одной и той же величины часто есть несколько единиц измерения, которые можно переводить из одной в другую. Например, массу можно измерять в граммах, килограммах, тоннах и т. д.

Раньше на Руси были свои единицы измерения: локти, аршины, вершки и прочие. Но от них пришлось отказаться: в каждой стране измеряли величины по-разному, и поэтому людям было тяжело понять друг друга. Чтобы убрать путаницу, страны договорились их унифицировать и создали Международную систему единиц (СИ).

Основные и производные величины

Основные физические величины — это такие величины, которые лежат в основании системы СИ.

В Международной системе у каждой такой величины есть основная единица измерения. Всего их 7:

килограмм (кг/kg) — масса (m);
секунда (с/s) — время (t);
метр (м/m) — путь, расстояние (S, L);
ампер (А) — сила электрического тока (I);
кельвин (К) — температура (T);
кандела (кд/mol) — сила света (l_v);
моль (моль/cd) — количество вещества (n).

Производные физические величины — это такие величины, которые образованы от основных.

К таким единицам относятся:

квадратный метр (м²) — площадь (S);
кубический метр (м³) — объём (V);
метр в секунду (м/с)— скорость (v);
метр в секунду в квадрате (м/с²) — ускорение (a);
килограмм на метр в секунду (кг ⋅ м/с) — импульс (p);
ньютон (Н) — сила (F);
джоуль (Дж) — количество теплоты (Q);
кулон (Кл) — электрический заряд (q);
вольт (В) — напряжение (U);
джоуль (Дж) — механическая работа (A);
джоуль (Дж) — энергия (E);
ватт (Вт) — мощность (N);
паскаль (Па) — давление (p);
килограмм, делённый на кубический метр (кг/м³) — плотность (ρ);
герц (Гц) — частота (v);
радиан (рад) — угол (α);
радиан в секунду (рад/с)— угловая скорость (ω);
радиан в секунду в квадрате (рад/с²) — угловое ускорение (ε);
стерадиан (ср) — телесный угол (Ω);
ом (Ом) — электрическое сопротивление (R);
вебер (Вб) — магнитный поток (Ф) и др.

Приставки

Однако основные единицы не подходят для всех измерений. Во время расчётов люди сталкиваются с огромными и мизерными значениями величин, использовать для них основные единицы из системы СИ неудобно. Поэтому создали приставки (префиксы), которые помогают в таких случаях.

Приставки бывают кратным и дольными. Первые обозначают увеличение, умножение на степени 10, вторые — уменьшение, деление на эти степени. Их много, в таблице ниже мы разберём только те, которые чаще будут встречаться в задачах.

Префиксы единиц измерения в СИ
Префикс	Обозначение	Множитель
Нано-	н	10⁻⁹
Микро-	мк	10⁻⁶
Милли-	м	10⁻³
Санти-	с	10⁻²
Деци-	д	10⁻¹
Дека-	да	10¹
Гекто-	г	10²
Кило-	к	10³
Мега-	М	10⁶
Гига-	Г	10⁹

Внесистемные единицы

Внесистемные единицы измерения — это такие единицы, которых нет в системе СИ.

Несмотря на это, мы пользуемся ими каждый день. Ещё их можно переводить в единицы измерения СИ и они будут встречаться вам в задачах по физике. А значит, нужно уметь работать и с ними. Вот примеры таких единиц для разных величин:

масса: тонны;
площадь: гектар;
время: минуты, часы, сутки;
объём: литры и т. д.

Перевод внесистемных единиц измерения в СИ
Физические величины	Внесистемные единицы измерения	Единицы измерения СИ
Масса	1 тонна (т)	1 000 кг
Площадь	1 гектар (га)	10 000 м²
Время	1 минута (мин)	60 с
	1 час (ч) = 60 мин	3 600 с
	1 сутки (сут) = 24 ч = 1 440 мин	86 400 с
Объём	1 литр (л) = 1 дм3	0,001 м³

203K

Какая профессия тебе подходит? Узнай за 10 минут!

Получи больше пользы от Skysmart:

Подтяни оценки на курсах по физике
Выбирай из 890+ репетиторов по физике
Записывайся на бесплатные курсы для детей

Действия над физическими величинами

В физике можно выполнять математические действия со значениями величин. Но есть правила: складывать, вычитать и сравнивать можно только те, что обозначают одни и те же физические характеристики. Т. е. значения величин, которые выражены в одних единицах измерения.

Например, можно вычесть метры из метров, сантиметры из метров, метры из километров, потому что всё это — меры расстояния. Однако из метров никак не вычесть минуты или граммы.

При сложении и вычитании величин действия нужно проводить только над значением, сама величина останется прежней. При этом их важно привести к общей единице измерения:

5 м + 1 м = 5 м;
5 м – 200 см = 5 м – 2 м = 3 м;
5 м < 650 см = 5 м < 6 м 50 см.

Однако умножать и делить можно не только однородные единицы измерения, но и те, что относятся к разным величинам. Например, можно умножить метры на метры и получатся метры в квадрате. А частным метров и секунд будут метры в секунду — единицы измерения скорости, производной величины.

Это важно

При умножении или делении величин результат всегда будет в новых единицах измерения.

При умножении любых величин перемножаются и их значения, и сами единицы:

5 м ⋅ 2 м = 10 м²;
150 мм ⋅ 2 см = 15 см ⋅ 2 см = 30 см²;
6 м ⋅ 2 м² = 12 м³;
4 кг ⋅ 3 м = 12 кг ⋅ м.

То же самое при делении: выполняем действия и с числовыми значениями, и с самими единицами:

15 м : 5 с = 3 м/с;
21 м³ : 7 м² = 3 м и т. д.

Таблица физических величин

Таблица основные и производных физических величин
Физическая величина	Обозначение	Единица измерения в СИ	Обозначение
Основные физические величины
Масса	m	килограмм	кг/kg
Время	t	секунда	с/s
Путь, расстояние	S	метр	м/m
Сила электрического тока	I	ампер	А
Температура	T	кельвин	К
Сила света	lv	кандела	кд/cd
Количество вещества	n	моль	моль/mol
Производные физические величины
Площадь	S	квадратный метр	м²
Объём	V	кубический метр	м³
Скорость	v	метр в секунду	м/с
Ускорение	a	метр в секунду в квадрате	м/с²
Импульс	p	килограмм на метр в секунду	кг ⋅ м/с
Сила	F	ньютон	Н
Механическая работа	A	джоуль	Дж
Энергия	E	джоуль	Дж
Мощность	N	ватт	Вт
Давление	p	паскаль	Па
Плотность	ρ	килограмм, делённый на кубический метр	кг/м³
Количество теплоты	Q	джоуль	Дж
Электрический заряд	q	кулон	Кл
Напряжение	U	вольт	В
Электрическое сопротивление	R	ом	Ом
Магнитный поток	Ф	вебер	Вб
Частота	v	герц	Гц
Угол	α	радиан	рад
Угловая скорость	ω	радиан в секунду	рад/с
Угловое ускорение	ε	радиан в секунду в квадрате	рад/с²
Телесный угол	Ω	стерадиан	ср

Работать с физическими величинами и единицами измерения может быть сложно — на контрольных и экзаменах встречаются задачи, в которых легко запутаться. Но немного регулярной практики — и они будут на страшны. Начните заниматься на курсе по физике: преподаватель поможет закрыть пробелы в знаниях и научит решать задачи, которые раньше давались с трудом. Первый урок — бесплатно!