Отбеливание зубов

Отбеливание зубов

 

Заработок для студента

Заработок для студента

 Заказать диплом

Заказать диплом

 Cкачать контрольную

Cкачать контрольную

 Курсовые работы

Курсовые работы

Репетиторы онлайн по любым предметам

Репетиторы онлайн по любым предметам

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Магазин студенческих работ

Магазин студенческих работ

Диссертации на заказ

Диссертации на заказ

Заказать курсовую работу или скачать?

Заказать курсовую работу или скачать?

Эссе на заказ

Эссе на заказ

Банк рефератов и курсовых

Банк рефератов и курсовых

Курс лекций по физике Основы специальной теории относительности (СТО) Основы классической динамики Законы Ньютона в классической механике

ПРЕДМЕТ ФИЗИКИ. ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ.

Физика – в переводе с греческого означает «природа», и как трудно дать краткое внятное определение понятию «природа», так трудно дать определение и предмету «физика» из-за чрезвычайной широты области знания, изучаемой этой наукой.

 Если отвлечься от частностей, то можно согласиться с определением, в соответствии с которым предметом физики является изучение простейших и вместе с тем наиболее распространенных видов движения простейших элементов материи.

 Такое «амебное» определение предмета просто означает, что физика интересуется в первую очередь такими объектами, как молекулы, атомы и их конгломераты, ядра атомов, электроны и т.п., различные силовые поля. Конечно, мы не забываем, что из этого-то и состоим мы и все, что нас окружает…

  2. В современных условиях быстрого и все возрастающего темпа развития науки и техники инженеру, исследователю все чаще приходится сталкиваться с качественно новыми для него областями физических явлений. Эти физические явления часто входят составной частью в технологии получения новых материалов или являются основой реконструкции старых производств, являются теоретической основой элементов новой техники – базы технологического прогресса общества. Поэтому для будущего инженера важно не столько описательное знакомство с обширным кругом разнообразных физических явлений, сколько твердое усвоение иерархии основных физических законов и понятий, позволяющее эффективно их использовать в конкретных ситуациях, при решении конкретных инженерных и технологических задач.

 3. ФИЗИКА – наука опытная. Хотя современные физические теории (например, квантовая механика, теория поля) выглядят как сложные абстрактные конструкции из математических предположений, математических выкладок и выводов в виде математических формул, однако все эти теории опираются на опыт, и только опыт является критерием их достоверности.

 Физическим опытом называется только такое измерение, в котором все воздействия на исследуемую систему поддаются учету и измерению. Это требование необходимо выполнять, чтобы реализовать главное свойство опыта – его воспроизводимость.

 Примеры «антиопытов» – телепатия, телекинез.

 Процесс познания в физике начинается либо с наблюдения некоторого (обычно – повторяющегося) явления в естественных условиях, либо со специально поставленных опытов-экспериментов. На основе накопленного экспериментального материала путем обобщения строится некоторое предварительное предположение – гипотеза. Гипотеза требует проверок, подтверждений и доказательств достоверности. Не все гипотезы выдерживают проверок (светоносный эфир, флогистон и др.). Гипотезы, выдерживающие проверку, превращаются в законы.

Физические теории, как правило, базируются на нескольких физических законах, и способны не только удовлетворительно объяснять известные явления, но и могут предсказывать новые явления и закономерности.

Появление достоверного опыта, не согласующегося с существующей теорией, является побудительным толчком к созданию новой, более совершенной теории или к уточнению существующей. Как правило, «хорошие» теории не отвергаются полностью, а входят как составная часть или предельный случай существующей (пример – классическая и релятивистская механика). Реализуется известный принцип развития вверх по спирали, что можно прокомментировать схемой рис.1.1.

 

 Рис.1.1. Схема развития физического знания.

 4. Все физические измерения производятся с ограниченной точностью. Поэтому при каждом физическом измерении указывают не только величину полученного результата, но и точность или величину доверительного интервала.

 Одним из самых точных опытов в физике является измерение (с использованием эффекта Мёссбауэра) изменение величины энергии гамма-кванта на долю 10-17 под действием силы тяжести Земли при подъеме на 3 метра (опыт Паунда и Реббки). Повышение точности измерений расширяет возможности познания окружающего мира и поэтому является важнейшей научной и технической проблемой, но, начиная с некоторого предела, стоит недешево. Например, определение величины ускорения свободного падения g с точностью до 7-8 знака после запятой (м/с2) потребовало применения в качестве «падающего предмета» сверхточного лазера. Эти эксперименты дают замечательные результаты при гравиметрической разведке полезных ископаемых и расходы вполне оправданы. Вообще же при решении конкретной инженерной задачи нужно стремиться к тому, чтобы точность была лишь достаточной. И не более того.

Обработка наблюдений и представление результатов эксперимента.

Задачей эксперимента является определение истинного значения физической величины. Истинное значение измеряемой величины является объективным, наиболее полным отражением определенных свойств этой величины, как в количественном, так и в качественном отношениях. В однократном опыте, однако, истинное значение определить невозможно.

Процесс измерения подвержен воздействию ряда факторов, называемых помехами или возмущениями, приводящих к отличию результатов измерения от истинного значения измеряемой величины. Эти факторы, в большинстве своем не зависящие от исследователя, могут быть как известными, так и неизвестными. Они могут быть обусловлены различными причинами: нестабильностью и собственными шумами аппаратуры, внешними воздействиями (колебаниями температуры в помещении, колебаниями напряжения сети и источников питания), ограниченной точностью измерительных приборов, личными качествами исследователя и т.п.

Воздействие помех на процесс измерения приводит к тому, что результаты измерения всегда отличаются от истинного значения измеряемой величины и по этим результатам определить истинное значение нельзя. Поэтому вместо него в опыте находят некоторое приближенное к нему значение, называемое результатом измерения или действительным значением физической величины.

Разность между результатом измерения и истинным значением измеряемой величины называется истинной погрешностью или просто погрешностью измерения. В силу того, что истинное значение неизвестно, неизвестной является и истинная погрешность.

Определение величины погрешностей и их снижение является обязательной и насущной необходимостью любого экспериментатора, поэтому методологии измерений всегда уделяется большое внимание.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Прямым называется измерение, при котором значение измеряемой величины непосредственно считывается со шкалы прибора, проградуированного в соответствующих единицах измерения. Уравнение прямого назначения имеет вид

Y=cx,

где Y - значение измеряемой величины, с - цена деления шкалы прибора в единицах измеряемой величины, х - отсчет по индикаторному устройству и делениях шкалы.

Примерами прямых измерений являются: измерение длины предмета с помощью линейки с миллиметровыми делениями, штангенциркуля или микрометра измерение тока амперметром, напряжения - вольтметром, температуры - термометром и др.

Косвенным называется измерение, результат которого определяют на основании прямых измерений величин, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью. Уравнение косвенного измерения имеет вид

Y=f(x1,x2,…,xn),

где Y искомая величина, являющаяся функцией величин х1, х2, ..., xn, измеряемых прямым методом. Можно сказать, что косвенное измерение - это измерение, результат которого рассчитывается по формуле.

Примерами таких измерений являются: определение радиуса шара R == D/2 , площади его поверхности S =pD2 или объема V =pD3/6 по прямо измеренной величине - диаметру шара D.

Теория погрешностей: классификация, происхождение,

признаки, методы снижения.

Учитывая, что ни истинное значение физической величины, ни истинную погрешность в опыте определить невозможно, задачу нахождения истинного значения формулируют как задачу нахождения некоторого приближенного к истинному значения с указанием возможных небольших отклонений этого приближенного значения от истинного.

По влиянию на результаты измерений погрешности подразделяются на систематические, случайные и промахи.

Систематическая погрешность - это составляющая погрешности измерения, которая остается постоянной или закономерно меняется при повторных измерениях.

Признак систематических погрешностей – мало изменяются по величине и не меняются по знаку.

К систематическим погрешностям относятся, например, погрешности градуировки шкалы, смещение нуля измерительного прибора и др. Одной из основных задач обработки результатов эксперимента является выявление и оценка величины всех систематических погрешностей. Изменяющиеся систематические погрешности выявляются легче постоянных. Для выявления постоянной систематической погрешности необходимо выполнив измерений хотя бы двумя различными способами или методами. Обнаруженные и оцененные систематические погрешности исключаются из результатов (или уменьшается их влияние) путем введения поправок.

 Наблюдаются  различные виды систематических погрешностей.

1. Погрешности метода или модели, которые обычно называют методическими погрешностями. Например, определение плотности вещества без учета имеющихся в нем примесей и пустот, использование в нем формул, не совсем точно описывающих явление (влияние силы Архимеда при взвешивании, тепловое расширение при определении линейных размеров и т.п.). Если возникает подозрение, что сама физическая модель, подвергаемая измерению, неадекватно отражает сущность, то единственный путь уточнения измерений – проведение его принципиально отличающимся методом. Сюда же относятся погрешности, к сожалению, неизвестные экспериментатору.

2. Погрешности воздействия внешних факторов: внешних тепловых, радиационных, гравитационных, электрических и магнитных полей.

3. Погрешности, возникающие из-за неточности действия или личных качеств оператора (экспериментатора), называемые личностными погрешностями.

4. Инструментальные или приборные погрешности, обусловленные конструктивными и технологическими несовершенствами средства измерения. Например, смещение начала отсчета, неточность градуировки шкалы прибора, использование прибора вне допустимых пределов эксплуатации, неправильное положение приборов и т.п.

В общем случае систематическая погрешность обусловлена суммарным воздействием перечисленных выше факторов, многие из которых невозможно рассчитать, подавить или выявить в данном эксперимента. Самым простым способом выявления суммарной систематической погрешности было бы сопоставление результатов измерений, полученного с помощью серийного (рабочего) и более точного, образцового прибора. Разность результатов измерений даст суммарную систематическую погрешность, вносимую серийным прибором в результат измерения. Однако такой способ выявления систематиче­ской погрешности был бы слишком дорогим. На практике поэтому различные составляющие систематической погрешности пытаются устранить с помощью экспериментальных или математических приемов путем введения поправок в результаты наблюдений при условии, что погрешность данного вида по величине и знаку известна.

Общность колебательных процессов, их разнообразие и в тоже время их специфическое своеобразие, играют существенную роль в установлении внутренних связей между весьма разнообразными, на первый взгляд, явлениями. Этим обстоятельством, как мне кажется, и обусловливается, главным образом, принципиальное значение и важность интересующей нас области. Весьма существенно следующее: в области колебаний особенно объективно выступает взаимодействие между физикой и математикой, влияние потребностей физики на развитие математических методов и обратное влияние математики на физические знания.
Основы термодинамики