Фундаментальные и производные величины

В мире физики измерение является основой. Оно позволяет ученым и студентам описывать мир в числах, привнося ясность и точность в концепции, которые иначе могли бы быть абстрактными или трудными для понимания. Чтобы исследовать область измерений, мы должны сначала понять строительные блоки: фундаментальные и производные величины.

Понимание величин

Прежде чем углубиться в фундаментальные и производные величины, давайте сначала поймем, что такое «величина» в физике. В научных терминах величина — это любое свойство объекта или явления, которое можно измерить. Величины обычно выражаются числом и единицей, например, 20 м, где «20» — число, а «м» — единица измерения.

Фундаментальные величины

Фундаментальные величины — это базовые единицы измерения, от которых зависят другие величины. Они считаются основой всех физических измерений. Другими словами, это строительные блоки измерения. В международной системе единиц (СИ) приняты семь фундаментальных величин. Это:

• Длина — обозначается метром (м).
• Масса — обозначается килограммом (кг).
• Время — обозначается секундой (с).
• Электрический ток — обозначается амперами (А).
• Температура — обозначается Кельвином (К).
• Количество вещества — обозначается молями.
• Световая интенсивность — выражается в канделах (кд).

Визуальный пример: линейка

Подумайте о простой линейке. Она помогает вам измерять основные величины, такие как длина. Когда вы измеряете книгу и обнаруживаете, что она шириной 20 см, вы используете основную величину, потому что вы заинтересованы только в одном измерении: длине.

Производные величины

С другой стороны, производные величины — это те, которые выводятся из основных величин посредством математических операций, таких как умножение и деление. Для существования они зависят от одной или нескольких основных величин. Например, скорость является производной величиной, потому что она зависит как от длины, так и от времени. Производные величины формируются путем комбинирования базовых единиц. Некоторые общие производные величины включают в себя:

• Площадь — комбинация длины и ширины, измеряется в квадратных метрах (^м2 ).
• Объем — комбинация длины, ширины и высоты, измеряется в кубических метрах (^м3 ).
• Скорость — комбинация длины и времени, измеряется в метрах в секунду (м/с).
• Сила — измеряется в ньютонах (Н), что является комбинацией массы и ускорения (кг м/с² ).
• Давление — сила на единицу площади, измеряется в паскалях (Па).
• Энергия — измеряется в джоулях (Дж), включает массу, скорость и ускорение (кг ^м2 / ^с2 ).

Визуальный пример: расчет скорости

Представьте, что ваш друг ездит на велосипеде из дома в школу, и вы хотите измерить, с какой скоростью он ездит. Это включает основные величины длину и время. Если он проезжает 1 000 метров за 200 секунд, нам нужно использовать формулу для скорости:

Скорость = Расстояние / Время

Скорость = 1 000 метров / 200 секунд = 5 метров/секунда

Отношения и примеры

Чтобы лучше понять, как связаны фундаментальные и производные величины, рассмотрим следующие отношения:

Пример: расчет площади

Площадь является производной величиной, потому что она зависит от двух измерений основной величины длины. Например, если длина прямоугольного сада составляет 50 м, а ширина — 20 м, площадь будет равна:

Площадь = Длина × Ширина

Площадь = 50 метров × 20 метров = 1 000 квадратных метров (м2)

Пример: расчет силы

Сила — еще один пример производной величины. В физике она определяется как масса, умноженная на ускорение. Если масса автомобиля составляет 1 000 кг и он движется со скоростью 3 м/^с2, прикладываемая сила может быть рассчитана как:

Сила = Масса × Ускорение

Сила = 1 000 кг × 3 м/с2 = 3 000 Н (ньютонов)

Заключение

Понимание фундаментальных и производных величин важно для изучения физики. Фундаментальные величины являются основными блоками измерения, в то время как производные величины расширяют эти строительные блоки для описания более сложных явлений. Изучая эти концепции, можно исследовать различные физические ситуации с точностью и глубиной.

По мере того, как вы продолжаете изучать физику, попробуйте определить, являются ли измеряемые вами вещи фундаментальными или производными. Когда вы считаете скорость своего велосипеда, рассчитываете энергию движущегося объекта или оцениваете площадь своей комнаты, помните об этих концепциях и размышляйте о том, как они связаны между собой. Эта основа поможет вам углубиться в более сложные научные исследования.

Комментарии