Fizikas mērījumu pamatmetodes: galvenais pamats eksperimentos
Pengantar
Mērīšana ir fizikas pamatelements, kas ļauj mums iegūt kvantitatīvus datus par apkārtējo pasauli. Fizikas pamata mērīšanas metodes ietver dažādus rīkus un metodes, ko izmanto, lai mērītu fizikālos lielumus, piemēram, garumu, masu, laiku, temperatūru utt. Šajā rakstā tiks aplūkotas dažas pamata mērīšanas metodes, ko bieži izmanto fizikas eksperimentos, kā arī to pamatā esošie principi.
1. Garuma mērīšana
Garuma vai attāluma mērīšana ir viena no fizikas pamatdarbībām. Izplatītākie mērinstrumenti ir lineāli, vernjēra suporti un mikrometru skrūvmēri.
Mistars
Lineāls ir vienkāršākais un pamata mērinstruments garuma mērīšanai. Lineāls parasti ir izgatavots no koka, plastmasas vai metāla, un tam ir skala, kas atzīmēta metros, centimetros un milimetros. Mērījumu nenoteiktība ar lineālu parasti ir aptuveni ±0.5 mm.
Vernjēra suporti
Suports ir precīzāks mērinstruments nekā lineāls. Tas var izmērīt garumus ar precizitāti līdz 0.1 mm. Šis instruments sastāv no diviem žokļiem, viena fiksēta un otra pārvietojama, un verniera skalas detalizētākiem rādījumiem.
Skrūves mikrometrs
Mikrometra skrūvgabarīts ir mērinstruments ar ļoti augstu precizitātes līmeni, parasti aptuveni ±0.01 mm. To izmanto mazu vai plānu objektu mērīšanai. Mikrometra skrūvgabarīts sastāv no fiksētas vārpstas un kustīgas vārpstas, katra no kurām ir aprīkota ar rotējošu skalu precīziem mērījumiem.
2. Masas mērīšana
Masa ir lielums, kas norāda vielas daudzumu objektā. Fizikā masu mēra, izmantojot svarus.
Analogās skalas
Analogie svari ir masas mērīšanas instruments, kas izmanto atsperi, lai mērītu objekta svaru. Gravitācijas spēks, kas iedarbojas uz objekta masu, izraisa atsperes stiepšanos, un svari parāda objekta masu. Mērījumu nenoteiktība ar analogajiem svariem var atšķirties atkarībā no atsperes stāvokļa un instrumenta kalibrēšanas.
Digitālie svari
Digitālie svari nodrošina masas mērījumus ar augstāku precizitātes pakāpi nekā analogie svari. Šīs ierīces izmanto elektroniskos sensorus, lai mērītu masu un digitāli attēlotu rezultātus. Digitālo svaru precizitāte var sasniegt gramus vai pat miligramus atkarībā no ierīces veida un kvalitātes.
3. Laika mērīšana
Laiks ir viens no fizikas pamatlielumiem, ko bieži mēra ar hronometru, pulksteni vai elektronisku laika mērīšanas ierīci.
Hronometrs
Hronometrs ir laika mērīšanas instruments, ko parasti izmanto fizikas eksperimentos. Hronometri var būt analogi vai digitāli, un digitālajiem hronometriem parasti ir precizitāte līdz 0.01 sekundei. Tos bieži izmanto eksperimentos, kuros nepieciešams mērīt relatīvi īsus laika intervālus.
Atomu pulkstenis
Īpaši precīziem laika mērījumiem tiek izmantoti atomu pulksteņi. Atomu pulksteņi laika mērīšanai izmanto atomu (parasti cēzija vai rubīdija) rezonansi. Atomu pulksteņi var būt precīzi ar vienas sekundes precizitāti miljons gados, kas zinātniskajos pētījumos ļauj veikt ļoti precīzus laika mērījumus.
4. Temperatūras mērīšana
Temperatūra ir lielums, kas norāda vielas daļiņu vidējo kinētisko enerģiju. To mēra, izmantojot termometru vai citu ierīci, kas atbilst mērāmajam temperatūras diapazonam un veidam.
Dzīvsudraba un spirta termometrs
Tradicionālie termometri kā indikatora šķidrumu izmanto dzīvsudrabu vai spirtu. Temperatūrai paaugstinoties, šis šķidrums izplešas un paceļas kapilārajā caurulē, sasniedzot noteiktu skalu, kas norāda temperatūru. Šo termometru precizitāte parasti ir atkarīga no to mērīšanas diapazona, bet parasti ir decimālzīmēs.
Digitālais termometrs
Digitālie termometri izmanto elektroniskos sensorus, lai mērītu temperatūru un digitāli attēlotu rezultātus. Izplatītākie sensori ir termopāri vai RTD (pretestības temperatūras detektori). Digitālos termometrus bieži vien ir vieglāk nolasīt un tie var nodrošināt precīzākus mērījumus ar precizitāti līdz tuvākajam decimālzīmei.
5. Elektriskās strāvas un sprieguma mērīšana
Elektriskās strāvas un sprieguma mērīšana ir ļoti svarīgs elektrības un elektronikas pētījumu aspekts. Izmantotie instrumenti ir ampērmetri, voltmetri un multimetri.
ampērmetrs
Ampermetrs ir ierīce, ko izmanto elektriskās strāvas mērīšanai ķēdē. Tas ir savienots virknē ar ķēdi, lai mērītu plūstošo strāvu. Ampermetra precizitāte ir atkarīga no ierīces veida un kvalitātes, bet to parasti izmanto strāvas mērīšanai ar miliamperu precizitāti.
voltmetrs
Voltmetrs mēra spriegumu starp diviem ķēdes punktiem. Tas ir savienots paralēli ar komponentu, kura spailes spriegums ir jāmēra. Mūsdienu digitālie voltmetri var sniegt rādījumus ar precizitāti līdz vairākām zīmēm aiz komata.
Multimeter
Multimetrs ir daudzpusīgs mērinstruments, kas var izmērīt strāvu, spriegumu un pretestību. Multimetri ir pieejami gan analogā, gan digitālā versijā, un digitālie parasti piedāvā lielāku precizitāti un ir vieglāk nolasāmi.
6. Mērīšanas pamatprincipi
Fiziskajos mērījumos ir jāievēro vairāki pamatprincipi:
Kalibrēšana
Kalibrēšana ir mērinstrumenta salīdzināšanas process ar zināmu standartu, lai nodrošinātu tā precizitāti. Nekalibrēti mērinstrumenti var radīt neobjektīvus vai kļūdainus datus, kas ietekmēs eksperimentālos rezultātus.
Mērījumu nenoteiktība
Katram mērījumam ir nenoteiktība, kas ir jāatzīst. Šo nenoteiktību var izraisīt mērinstruments, mērīšanas metode vai citi ārēji faktori. Mērījumu nenoteiktības norādīšana ir būtiska zinātniskās ziņošanas sastāvdaļa.
Atkārtoti mērījumi
Atkārtotu mērījumu veikšana palīdz samazināt nejaušas kļūdas un nodrošina ticamākus datus. Lai iegūtu reprezentatīvāku vērtību, bieži tiek izmantota vairāku mērījumu vidējā vērtība.
Sistemātiskas un nejaušas kļūdas
Sistemātiskas kļūdas ir kļūdas, kas pastāvīgi novirzās noteiktā virzienā, ko izraisa fiksēti faktori, piemēram, nekalibrēti mērinstrumenti. Nejaušas kļūdas ir kļūdas, kas mainās nejauši, ko izraisa neparedzami vai nekontrolējami faktori.
Secinājums
Mērīšana ir visu fizikas eksperimentu pamatā. Fizisko mērījumu pamatmetožu apgūšana un pamatprincipu izpratne ir pirmais solis ceļā uz precīziem un ticamiem zinātniskiem pētījumiem. Ar pareizajiem mērinstrumentiem, pareizajām metodēm un pilnīgu izpratni par mērījumu nenoteiktību zinātnieki var iegūt derīgus datus un izdarīt ticamus secinājumus no saviem eksperimentiem.
