Физикадағы өлшеудің негізгі әдістері: эксперименттердің негізгі негізі
Пенгантар
Өлшеу физиканың негізгі аспектісі болып табылады, ол бізге айналамыздағы әлем туралы сандық деректер алуға мүмкіндік береді. Негізгі физика өлшеу әдістері ұзындық, масса, уақыт, температура және т.б. сияқты физикалық шамаларды өлшеу үшін қолданылатын әртүрлі құралдар мен әдістерді қамтиды. Бұл мақалада физика эксперименттерінде жиі қолданылатын кейбір негізгі өлшеу әдістері, сондай-ақ олардың негізінде жатқан принциптер талқыланады.
1. Ұзындықты өлшеу
Ұзындықты немесе қашықтықты өлшеу физикадағы ең негізгі әрекеттердің бірі. Кең таралған өлшеу құралдарына сызғыштар, верниер штангенциркульдер және микрометрлік бұрандалы манометрлер жатады.
сызғыш
Сызғыш - ұзындықты өлшеуге арналған ең қарапайым және ең негізгі өлшеу құралы. Әдетте ағаштан, пластиктен немесе металдан жасалған сызғыштың масштабы метрмен, сантиметрмен және миллиметрмен белгіленген. Сызғышпен өлшеу дәлсіздігі әдетте ±0.5 мм шамасында болады.
Вернье суппорттары
Суппорт - сызғышқа қарағанда дәлірек өлшеу құралы. Ол ұзындықтарды 0.1 мм-ге дейінгі дәлдікпен өлшей алады. Бұл құрал екі жақтан, бірі қозғалмайтын және бірі жылжымалыдан және егжей-тегжейлі көрсеткіштерге арналған верниус шкаласынан тұрады.
Бұрандалы микрометр
Микрометрлік бұрандалы өлшеуіш - бұл өте жоғары дәлдік деңгейі бар, әдетте ±0.01 мм шамасында болатын өлшеу құралы. Ол кішкентай немесе жұқа заттарды өлшеу үшін қолданылады. Микрометрлік бұрандалы өлшеуіш бекітілген біліктен және қозғалмалы біліктен тұрады, олардың әрқайсысы дәл өлшеу үшін айналмалы шкаламен жабдықталған.
2. Массаны өлшеу
Масса - заттағы зат мөлшерін көрсететін шама. Физикада масса таразы немесе таразы арқылы өлшенеді.
Аналогтық таразылар
Аналогтық шкала - заттың салмағын өлшеу үшін серіппені пайдаланатын масса өлшеу құралы. Заттың массасына әсер ететін гравитациялық күш серіппенің созылуына әкеледі, ал шкала заттың массасын көрсетеді. Аналогтық шкаламен өлшеудің белгісіздігі серіппенің күйіне және құралдың калибрлеуіне байланысты өзгеруі мүмкін.
Сандық таразылар
Сандық таразылар аналогтық таразыларға қарағанда жоғары дәлдікпен масса өлшеулерін қамтамасыз етеді. Бұл құрылғылар массаны өлшеу және нәтижелерді сандық түрде көрсету үшін электрондық сенсорларды пайдаланады. Сандық таразылардың дәлдігі құрылғының түрі мен сапасына байланысты граммға немесе тіпті миллиграммға жетуі мүмкін.
3. Уақытты өлшеу
Уақыт - физикадағы негізгі шамалардың бірі, ол көбінесе секундомер, сағат немесе электрондық уақыт өлшеу құралымен өлшенеді.
Секундомер
Секундомер - физика тәжірибелерінде жиі қолданылатын уақытты өлшеу құралы. Секундомер аналогтық немесе сандық болуы мүмкін, ал сандықтарының дәлдігі әдетте 0.01 секундқа дейін жетеді. Олар көбінесе салыстырмалы түрде қысқа уақыт аралықтарын өлшеуді қажет ететін тәжірибелерде қолданылады.
Атомдық сағат
Уақытты өте дәл өлшеу үшін атомдық сағаттар қолданылады. Атомдық сағаттар уақытты өлшеу үшін атомдардың резонансын (әдетте цезий немесе рубидий) пайдаланады. Атомдық сағаттар миллион жылда бір секундқа дейін дәлдікпен жұмыс істей алады, бұл ғылыми зерттеулерде уақытты өте дәл өлшеуге мүмкіндік береді.
4. Температураны өлшеу
Температура - заттағы бөлшектердің орташа кинетикалық энергиясын көрсететін шама. Ол өлшенетін температура диапазоны мен түріне сәйкес келетін термометр немесе басқа құрылғы арқылы өлшенеді.
Сынап және спирт термометрі
Дәстүрлі термометрлер индикаторлық сұйықтық ретінде сынапты немесе спиртті пайдаланады. Температура жоғарылаған сайын бұл сұйықтық капиллярлық түтікте кеңейіп, көтеріліп, температураны көрсететін белгілі бір шкалаға жетеді. Бұл термометрлердің дәлдігі әдетте олардың өлшеу диапазонына байланысты, бірақ әдетте ондық таңбалармен өлшенеді.
Сандық термометр
Сандық термометрлер температураны өлшеу және нәтижелерді сандық түрде көрсету үшін электрондық сенсорларды пайдаланады. Жалпы сенсорлар - термопаралар немесе RTD (кедергі температурасын анықтағыштар). Сандық термометрлерді оқу көбінесе оңайырақ және дәлдікпен ең жақын ондық нүктеге дейін дәлірек өлшеулерді қамтамасыз ете алады.
5. Электр тогы мен кернеуін өлшеу
Электр тогы мен кернеуді өлшеу электр және электрониканы зерттеудің маңызды аспектісі болып табылады. Қолданылатын құралдарға амперметрлер, вольтметрлер және мультиметрлер жатады.
амперметр
Амперметр - тізбектегі электр тогын өлшеу үшін қолданылатын құрылғы. Ол тізбекке тізбектей қосылған, ток күшін өлшейді. Амперметрдің дәлдігі құрылғының түрі мен сапасына байланысты, бірақ ол әдетте ток күшін миллиампер дәлдігімен өлшеу үшін қолданылады.
Вольтметр
Вольтметр тізбектегі екі нүкте арасындағы кернеуді өлшейді. Ол терминалдық кернеуі өлшенетін компонентке параллель қосылған. Қазіргі заманғы сандық вольтметрлер вольт бойынша бірнеше ондық таңбаларға дейін дәл көрсеткіштерді бере алады.
Мультиметр
Мультиметр - ток күшін, кернеуді және кедергіні өлшей алатын әмбебап өлшеу құралы. Мультиметрлер аналогтық және цифрлық нұсқаларында қолжетімді, ал цифрлық нұсқалары әдетте жоғары дәлдікті қамтамасыз етеді және оқуды жеңілдетеді.
6. Өлшеудің негізгі принциптері
Физикалық өлшеулерде сақталуы тиіс бірнеше негізгі қағидалар бар:
Калибрлеу
Калибрлеу - өлшеу құралын оның дәлдігін қамтамасыз ету үшін оны белгілі эталонмен салыстыру процесі. Калибрленбеген өлшеу құралдары эксперимент нәтижелеріне әсер ететін бұрмаланған немесе қате деректерді шығаруы мүмкін.
Өлшеу белгісіздігі
Әрбір өлшеудің мойындалуы тиіс белгісіздігі бар. Бұл белгісіздікті өлшеу құралы, өлшеу әдісі немесе басқа сыртқы факторлар тудыруы мүмкін. Өлшеу белгісіздігін айту ғылыми есеп берудің маңызды бөлігі болып табылады.
Қайталанатын өлшеулер
Қайталап өлшеу жүргізу кездейсоқ қателіктерді азайтуға көмектеседі және сенімдірек деректер береді. Бірнеше өлшеулердің орташа мәні көбінесе репрезентативті мән алу үшін қолданылады.
Жүйелі және кездейсоқ қателіктер
Жүйелі қателіктер – бұл калибрленбеген өлшеу құралдары сияқты бекітілген факторлардан туындайтын белгілі бір бағытта үнемі ауытқып отыратын қателіктер. Кездейсоқ қателіктер – болжанбайтын немесе басқарылмайтын факторлардан туындайтын кездейсоқ өзгеретін қателіктер.
Қорытынды
Өлшеу физикадағы барлық тәжірибелердің негізі болып табылады. Физикалық өлшеудің негізгі әдістерін меңгеру және негізгі қағидаларды түсіну дәл және сенімді ғылыми зерттеулерге алғашқы қадам болып табылады. Дұрыс өлшеу құралдарымен, дұрыс әдістермен және өлшеу белгісіздігін толық түсіну арқылы ғалымдар жарамды деректер алып, тәжірибелерінен сенімді қорытындылар жасай алады.
