Измерение

Большинство научных экспериментов и наблюдений предусматривают проведение различных измерений. Измерение - это процесс, суть которого заключается в определении количественных значений тех или иных свойств, сторон изучаемого объекта или явления с помощью специальных технических устройств.

Огромное значение измерений для науки отмечали многие известные ученые. Например, Д. И. Менделеев подчеркивал, что "наука начинается с того момента, когда начинают измерять". А известный английский физик В. Томсон (Кельвин) указывал на то, что "каждая вещь известна лишь настолько, насколько ее можно измерить".

Важной стороной процесса измерения является методика его проведения. Она представляет собой совокупность приемов, основанных на определенных принципах и средствах измерения. Под принципами измерения в данном случае понимают какие-то явления, лежащие в основе измерений (например, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта).

Наличие субъекта (исследователя), который проводит измерения, не всегда является обязательным. Он может и не брать непосредственного участия в процессе измерения, если измерительная процедура является составной частью работы автоматической информационно-измерительной системы. Последняя базируется на использовании электронно-вычислительной техники. Причем, когда появились * сравнительно недорогие компьютеры, измерительная техника получила возможность создавать «интеллектуальные» приборы, обработку данных измерений осуществляют одновременно с собственно измерительными операциями.

Результат измерения имеет вид определенного числа единиц измерения. Единица измерения - это эталон, с которым сравнивается характеристика объекта или явления, измеряется (эталона присваивается числовое значение "1"). Существует много единиц измерения, соответствует большом количестве объектов, явлений, их свойств, характеристик, связей, которые приходится измерять в процессе научного познания. При этом единицы измерения подразделяются на основные, которые являются базисными при построении системы единиц, и производные, которые выводятся из других единиц на основе каких математических соотношений.

Методика построения системы единиц как совокупности основных и производных единиц впервые предложил в 1832 году К. Гаусс. Он предложил систему единиц, в которой за основу были приняты три произвольные, независимые друг от друга основные единицы - длины (миллиметр), массы (мг) и времени (секунда). Все остальные (производные) единицы можно было определить с помощью этих трех. Позже, с развитием науки и техники, появились и другие системы единиц физических величин, построенные по принципу, предложенному Гауссом. Они базировались на метрической системе мер, но отличались друг от друга основными единицами.

Кроме того, в физике появились так называемые природные системы единиц. их основные единицы определялись на основе законов природы (это исключало произвол человека как фактора, влияющего на построение указанных систем). В качестве примера можно привести "естественную" систему физических единиц, предложенную в свое время Максом Планком. За ее основу было взято "мировые стали": скорость света в вакууме, стала тяжести, постоянная Больцмана и постоянная Планка. Взяв эти величины за основу и приравняв их к "1", Планк получил ряд производных единиц (длины, массы, времени и температуры).

Ученый писал по поводу единиц предложенной им системы так: "Эти величины сохраняют свое естественное значение, пока законы всемирного тяготения и распространения света в вакууме и два основных начала термодинамики остаются неизменными, они должны быть одинаковыми, какими бы разумными существами и какими бы методами они не определялись ".

Значение подобных "естественных" систем единиц (к ним относятся также система атомных единиц Хартри и некоторые другие) заключается в существенном упрощении вида отдельных уравнений физики. Однако запись единиц таких систем делает их неудобными для применения на практике. Кроме того, точность измерения основных единиц подобных систем, необходимая для установки всех других производных единиц, является отнюдь не достаточным. По указанным причинам предложенные до сих пор "естественные" системы единиц не могут в настоящее время решить проблему унификации единиц измерения.

Вопрос об обеспечении единообразия при измерении величин, отражающих те или иные явления материального мира, всегда было очень важным. Отсутствие такой единообразия в прошлом создавала существенные трудности в развитии научного познания. Например, до 1880 года включительно не было согласованности по измерению электрических величин: использовалось 15 различных единиц электрического сопротивления, 8 единиц ЭДС, 5 единиц электрического тока и т.д. Такое положение дел в значительной мере затруднял сопоставление результатов измерений и расчетов, выполненных различными исследователями. Остро встала необходимость введения единой системы электрических единиц. Такую систему было принято на Первом международном конгрессе по электричеству, который состоялся в 1881 году.

Наибольшее распространение в настоящее время в естествознании приобрела Международная система единиц (СИ), принятая в 1960г. На 11 Генеральной конференции по вопросам мер и весов. В основе Международной системы единиц - семь основных (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела, моль) и две дополнительные (радиан, стерадиан) единицы. С помощью специальной таблицы множителей и приставок можно образовывать кратные и частичные единицы (например, с помощью множителя 10 ~ 3 и добавления префикса "милли" к наименованию каждой из названных выше единиц измерения можно образовывать частичную единицу величиной в одну тысячную от исходной).

Международная система единиц физических величин является наиболее совершенной и универсальной среди всех, которые существовали до сих пор. Она охватывает физические величины механики, термодинамики, электродинамики и оптики, которые связаны между собой физическими законами.

Насущной необходимостью в условиях современной научно-технической революции является создание единой Международной системы единиц измерения. Поэтому такие международные организации, как ЮНЕСКО и Международная организация законодательной метрологии обязали государства, которые являются членами этих организаций, принять вышеупомянутую Международную систему единиц и градуировать все измерительные приборы в соответствии с этими единиц.

Существует несколько видов измерений. Принимая во внимание характер зависимости измеряемой величины от времени, измерения разделяют на статические и динамические. Во время статических измерений величина, которую мы измеряем, остается постоянной во времени (измерение размеров тел, постоянного давления и т.п.). К динамическим относятся измерения, в процессе которых измеряемая величина изменяется во времени (измерение вибраций, переменных давлений и т.п.).

По способу получения результатов различают измерения прямые и косвенные. Когда проводят прямые измерения, неизвестное значение измеряемой величины получают путем непосредственного сравнения ее с эталоном или определяют с помощью измерительного прибора. Когда прибегают к косвенному измерения, искомую величину определяют с помощью известной математической зависимости между этой величиной и другими величинами, полученными путем прямых измерений (например, определение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлением, длине и площади поперечного сечения). Косвенные измерения широко используются в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить непосредственно или когда прямое измерение дает менее точный результат.

Технические возможности измерительных приборов в значительной степени отражают уровень развития науки. С точки зрения современной науки, приборы, использовавшиеся учеными-натуралистами в 19 веке и в начале нашего века, были очень несовершенными. Однако с помощью этих приборов было открыто и изучено важные закономерности природы, осуществлено блестящие эксперименты, оставивших заметный след в истории науки. Оценивая, например, значение известных измерений скорости света, проведенных американским физиком А. Майкельсоном, для последующего развития науки, академик С. И. Вавилов писал: «На основе его экспериментальных открытий и измерений выросла теория относительности, развились и рафинувалися волновая оптика и спектроскопия, окрепла теоретическая астрофизика ".

С прогрессом науки развивается и измерительная техника. Вместе с совершенствованием существующих измерительных приборов, работающих на основе традиционных, устоявшихся принципов (замена материалов, из которых изготовлено детали прибора, внесенные в его конструкцию отдельных изменений и т.д.), происходит переход к принципиально новых конструкций измерительных устройств, обусловлено новыми теоретическими находками. В последнем случае создаются приборы, в которых воплощаются новые научные достижения. Так, например, развитие квантовой физики существенно расширил возможности измерений с высокой степенью точности. Использование эффекта Месс-бауэра позволило создать прибор, который имеет точность, что приближается к 10 "13% измеряемой величины.

Хорошо развито измерительное приборостроение, разнообразие методов и высокие характеристики средств измерения способствуют прогрессу в научных исследованиях. В свою очередь, решение научных проблем, как уже отмечалось выше, часто открывает новые пути для совершенствования самих измерений.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >