КІРІСПЕ 3 страница. Ағылшын елдерінде (Англия, АҚШ, Канада, Австралия) СИ халықаралық бірліктер жүйесінен басқа британдық бірліктер

Ағылшын елдерінде (Англия, АҚШ, Канада, Австралия) СИ халықаралық бірліктер жүйесінен басқа британдық бірліктер жүйесі қолданылады. Бұл жүйеде 1878 жылы өлшем мен салмақ туралы ағылшын ережесімен бекітілген эталондар мен анықталатын негізгі екі бірлік - ярд және фунт негізге алынған.

Метрикалық емес кейбір бірліктерді СИ жүйесіне ауыстыру 8-кестеде көрсетілген.

8-кесте –Ағылшын тілдес елдерде колданылатын кейбір метрикалық емес бірліктер және оның СИ жүйесіне аудармасы

	Бірлік	СИ жүйесіне аудармасы немесе оның еселігі мен үлестігі
Шама	Атауы	Белігіленуі
	ярд	yd	0.9144 м
Ұзындық	фут	ft	0,3048 м
дюйм	і	0,0254 м
	миля	mile	1609,344 м
Аудан	акр	асге	4046.86 ^2
	Ағылшындық бушель	bu (UK)	36,3687 дм^3
	галлон (ағылшындық)	gal (UK)	4.5461 дм^3
	пинта (ағылшындық)	рt(UK)	0,5683 дм^3
	Сұйықтық унция (ағылшындық)	Ft^.oz (UK)	28,413 см^3
Көлем	мұнайлық баррель (АҚШ)		158,988 дм^3
Бушель (АҚШ)	bu (US)	35,2393 дм^3
	Галлон (АҚШ)	gal(US)	3,7854 дм^3
	Сұйықтық пинта (АҚШ)	ligpt (US)	0,4732 дм^3
	сұйықтық унция (АҚІІІ)	fl• oz (08)	29,5737 см^3
	Құрғақтық баррель (АҚШ)	bbl(US)	115,628 дм^3
	құрғақтық пинта (АҚШ)	Dry pt (US)	0,5506 дм^3
Масса	тонна	tn	1016.05 кг
қысқа тонна	Sh tn	907,185 кг
центнер	cwt	50,8023 кг
қысқа центнер	Sh cwt	45,3592 кг
слаг		14,5939 кг
фунт (саудалық)	lb	0,4536 кг
Тройдық унция	Oz tr (UK) Oz t (US)	31,1305 г
Емханалық унқия	Oz ap (US)	31,1035 г
унқия (саудалық)	oz	28,3495 г
Гран	gr	64,7989 мг
Күш	Паундаль	рсl	0,1383 Н
Энергия	Британдың жылу бірлігі	Вtu	І055,06 Дж
8 кестенің жалғасы
Қуат	Фут-паундаль секундына	ft• рdl/s	0.0421 Вт
Британдық жылу бірлігі сағатытна	Btu/h	0,2931 Вт
Температура	Фаренгейт градусы	OF	5/9°С

Физикалық шамалар жүйелеріне мысалдар

Гаусс жүйесі. Бірліктердің абсолюттік жүйесіне енетін кез келген физикалық шаманың туынды бірліктерін анықтағанда, сол шаманы негізгі бірліктер арқылы өрнекгелетін шамалармен байланыстыратын формула қолданылады. Бұл формуладағы тепе-теңдік коэффициент бірге тең деп ұйғарылады. Бірліктердің абсолюттік жүйесін ғылымға тұқғыш рет XIX ғасырдың 30-жылдары неміс ғалымы Карл Гаусс енгізген. Ол негізгі бірліктер ретінде: ұзындық бірлігіне миллиметрді, масса бірлігіне миллиграмды және уақыт бірлігіне секундты алған. Бірліктердің абсолюттік жүйесі қазіргі уақытта ескірген жүйе болып саналады.

Бірліктердің СГС жүйесі - үш негізгі өлшем бірлігінен (сантимстр, грамм, секунд: СГС) тұратын физикалықшамалардың бірліктер жүйесі. Ол 1881 жылы электриктердің Парижде өткен I -халықаралық конгресінде кабылданған. Бірліктердің СГС жүйесі механикалық және электр динамикасының өлшем бірліктерін қамтиды. Алғашында электр динамикасы үшін электрмагниттік (СГСМ) және электрстатикалық (СГСӘ) деп аталатын бірліктердің СГС жүйесінің екі түрі қолданылды. СГСӘ жүйесінің негізіне электр зарядының өзара әсерін, ал СГСМ жүйесінің негізіне магнит зарядының өзара әсерін силапайтын Кулон заңы алынады. Бірліктердің СГСМ жүйесінде вакуумның магниттік өтімділігі (машит тұрақтысы): µ₀ = 1, ал электрлік өтімділігі (электр тұрақтысы) ₀ = 1/с² с²/м², мұндағьі, с - жарық жылдамдығы. Бірліктердің СГСМ жүйесіндегі магнит ағынының өлшем бірлігі - максвелл (Мкс), магнит индукқиясының өлшем бірлігі - гаусс (Гс), магнит өрісі кернеулігінің өлшем бірлігі - эрстед (Э), магнит қозғаушы күшінің өлшем бірлігі - гильберт (Гб).

Бұл жүйеде электрлік өлшем бірліктеріне атау берілмейді. Ал бірліктердің СГСӘ жүйесінде е₀ = 1, µ₀ = 1 /с² с²/см² және онда электрлік бірліктердің атауы болмайды; олардың мөлшерін өлшеу қолайсыз, сондықтан бұл жүйенің бірліктері көбінесе, теориялық еңбектерде қолданылады. XX ғасырдың екінші жартысынан бірдіктердің симметриялық (аралас) СГС жүйесі (немесс Гаусс жүйесі) кеңінен қолданыла бастады. Бұл жүйеде µ₀ = 1 және е₀ = 1. Бұл жүйенің машиттік бірліктері бірліктердің СГСМ жүйесінің бірліктерімен, ал электрлік бірліктері бірліктердің СГСӘ жүйесімен бірдей болып келеді. Бірліктердің СГС жүйесінің негізінде жылу (Цельсий градусын қоса отырып; СГСӘС), жарық (люменді қоса отырып; СГСЛ), радиоактивтілік және иондағыш сәуле (рентгенді қоса отырып; СГСР) бірліктерінің жүйесі құрастырылады. Бірліктердің СГС жүйесінің өлшеу бірліктері физика мен астрономияның теориялық жұмыстарында ғана қолданылады.

Бірліктердің табиғи жүйесі - негізгі бірліктер ретінде іргелі физикалық тұрақтылар қабылданған (мысалы, гравитациялық тұрақты - G, вакуумдағы жарық жылдамдығы - с, Планк тұрақтысы - h, Больцман тұрақтысы - k, Авогадро саны - NА, электрон заряды - е, электронның тыныштық массасы - тле, т.б.) жүйе. Бірліктердің табиғи жүйесінің негізгі бірліктерінің шамасы табиғат құбылыстарына байланысты анықталады; бұл оның - өлшем бірліктерін таңдау лрактикалық өлшеу талабынан туатын басқа жүйелерден өзгешелігі. Бірліктердің табиғи жүйесінің алғашқы нұсқасын 1906 жылы неміс физигі Макс Планк ұсынған. Планк негізгі бірліктерге h, с, G, k сияқты бірліктерді алды. Бұл бірліктер жүйесі жер жағдайына тәуелсіз әрі ғаламның барлық уақытына және кез келген бөлігіне жарамды болып есептеледі.

Кейін Планктің жүйесінен басқа да табиғи жүйелер (мысалы, Льюистің, Хартридің, Лоль Дирактық, тағыда басқа жүйелері) кұрастырылды. Бірліктердің табиғи жүйесінде ұзындық, масса және уақыт сияқты өлшем бірліктерінің шамасы өте аз болса. (мысалы, Планк жүйесіндегі ұзындық 4,03µ10-35метр, масса 5,42h10-8 килограмм және уақыт 1,34h 10-43 секунд), керісінше, температураның өлшем бірлігі өте үлкен шама (3,63 h 1032К) болады.

Мұның үстіне бұл жүйенің өлшем бірліктерінің халықаралық жүйесінің (СИ) негізгі өлшем бірліктеріне қарағанда, қайталау дәлдігі бірнеше есе төмен. Сондықтан бірліктердің табиғи жүйесі практикалық өлшем жүргізуде тек қолданыс тапқан жоқ. Дегенмен, бұл жүйені теориялық физикада пайдалану кейбір физикалық теңдеулерді қарапайым түрге келтіруге мүмкіндік береді. Бірліктердің халықаралық жүйесі - Өлшем мен салмак жөніндегі 11-Бас конференқияда (1960) қабылданған физикалық шамалар бірліктерінің жүйесі. Кейін ол өлшем мен салмақ жөніндегі 12— 18-Бас конференқияларда дәлдене түсті. Оны КСРО-да колдану 1963 жылдан (ГОСТ 9867 - 61) енгізіледі, ал 1982 жылдан ол міндетті түрде қолданыла бастады.

Бірліктердің халықаралық жүйесінің артықшылығы - оның ғылым мен техниканың барлық саласын қамтитын әмбебалтығы және теле-теңдік коэффиқиенттері болмайтын теңдеулер негізінде құрылатын туынды бірліктерінің бір-бірімен үйлесімділігі. Сондықтан есептеу кезінде егер барлық шамалардың мәнін бірліктердің халықаралық жүйесінің бірліктері арқылы өрнектейтін болсақ, онда формулаға бірлік таңдауға тәуелді емес коэффиқиенттерді ендірудің қажеті болмайды. Берілген кестеде бірліктердің халықаралық жүйесінің негізгі, қосымша және кейбір туынды бірліктерінің аталуы мен белгіленуі келтірілген. Алғашқы үш негізгі бірлік (метр, килограмм, секунд) механикалық табиғаты бар барлық шамалардың үйлесімді туынды бірліктерін құрастыруға мүмкіндік береді. Ал қалған төрт негізгі бірлік (ампер, кельвин кандепа, моль) механикалық табиғаты болмайтын шамалардың үйлесімді туынды бірліктерін кұрастыру үшін қосылған (мысалы, ампер - электрлік және магниттік, кельвин - жылулық, кандепа - жарық, моль - молекулалық физика мен химия саласындағы шамалар үшін). Ондық еселік бірліктер мен үлестік бірліктердің аталуы арнаулы қосымша жалғаулардың көмегімен құрастырылады.

1.3 Өлшеу туралы ұғым, өлшеудің классификациясы, негізгі кезеңдері және өлшеу операциясы. Өлшеу әдістері

Өлшеу - арнаулы техникалық құралдардың көмегімен тәжірибелік жолмен физикалық шама мәнін табу. Өлшенетін шама бірнеше рет бақыланады, одан алынған нәтижелер математикалық жолмен өңдепеді және ең соңында өлшеудің жүйелік қателіктерін шығарып тастап, шаманың ақырғы мәні алынады. Қандайда бір қасиетті өлшеу деп өлшенетін шаманы бірлікпен, жаңғырту өлшемімен немесе құралмен салыстыру арқылы осы қасиеттің бағасын алуды айтады.

Физикалық шаманы (ФШ) өлшеу - ФШ бірлігін сактайтын, өлшенетін шама мен оның бірлігінің қатынасын (аның немесе аның емес) табуды және бұл шаманың мәнін алуды қамтамасыз ететін техникалық құралдарды қолдану операцияларының жиынтығы.

Жоғарыда айтылғандай, физикалық шама - сапалық тұрғыдан көптеген физикалық нысандар үшін ортақ, ал сандық қатынаста әркайсысына жеке болатын физикалық нысанның (физикалық жүйенің, кұбылыстың немесе үдерістің) сипаттамасы.

Жекелік деп қасиеттің бір нысан үшін басқаға қарағанда артығырақ не кемірек болуы деп түсіндіріледі. Тығыздық, балқу температурасы, жарықтық сыну көрсеткіші және т.б. физикалық шамаларға мысал бола алады.

Өлшеудің мақсаты - физикалық шаманың шын мәнін пайдалануға ең ыңғайлы формада алу.

Физикалық шаманы өлшеудің негізгі теңдеуін төмендегідей жазуға болады:

Q=Nq (9)

мұндағы, Q - өлшенетін физикалық шама; q - физикалық шаманың бірлігі; N — физикалық шаманың (өлшенетін шама мен өлшеуде пайдаланылған бірліктердің қатынасы) сандық мәні.

Кез келген өлшеудің негізі физикалық шаманы бірлік ретінде қабылданған ұқсас шамамен салыстыру екені теңдікте көрсетілген. Өлшеудің мәні ФШ-ның сандық мәнін анықтау болып табылады. Өлшенетін ФШ-ның табылған санмен байланысын көрсете отырып, бұл үдерісті өлшеу түрленуі деп атайды. Өлшенетін ФШ-ның басқа шамаға бір рет түрленуін немесе түрлену тізбегін көрсетуге болады, бірақ түрленудің негізгі мақсаты - сан алу (1-сурет,) болып табылады. Өлшеу түрленуі әрдайым қандай да бір физикалық заң немесе эффектіге сүйене отырып жүзеге асырылады да, ол өлшеу түрленуінің негізіне алынатын қағида ретінде қарастырылады. Өлшеу қағидасы дегеніміз өлшеу негізіне салынған физикалық құбылыс немесе эффект.

1-сурет - Өлшеу - өлшенетін физикалық шаманың санға түрленуі

Мысал ретінде температураны термопара (термоэлектриялық эффект қолдану) арқылы өлшеуді, массаны серіппелі таразыда өлшеуді (ізделіп отырған масса тепе-теңдік серпімді деформация қағидасына негіздепген ауырлық күшіне тепе-тең болады) карастыруға болады.

Физикалық шама өлшеммен, мәнімен, сандық мәнімен, шын және нақты мәндермен сипатталады. Физикалық шаманың нақты материалдык нысанға, жүйеге, құбылысқа немесе үдеріске тән сандық айқындығы физикалық шаманың өлшемі деп аталады.

Мысалдар:

1.Ең оңай жағдайда, сызғышты алып өлшейді, оның мәнін сызғыштың белгіленген бірлігі (ұзындық, биіктік, жуандық және тағы басқа бөлшектің өлшемдері) бойынша салыстыра отырып есептейді.

2.Өлшегіш аспаптың көмегімен нұсқағышта сақталатын бірлік шамалардың орын ауыстыруымен теңестіреді және есептеулер жүргізеді.

Өлшеу мүмкін емес кезде (физикалық шама ретінде көрсетілмеген жағдайда, осы шаманың өлшем бірлігі көрсетілмеген жағдайда), ондай шамалардың мәнін шкала бойынша өлшейді.

Өлшеу әдісі - өлшеніп отырған физикалық шаманы оның бірлігімен өлшеу ұстанымына сәйкес салыстыру әдісі немесе әдістер жиынтығы.

Өлшеулер әдістерінің стандартты терминдер шегіндегі айырмашылығы олардың метрологияда кеңінен қолданылуына байланысты:

- тікелей бағалау әдісі;

- шамамен салыстыру әдісі болып екі түрге бөлінеді.

Бұл әдістердің бір-бірінен айырмашылығы - тікелей бағалау әдісінде құралмен өлшеу қосымша шама колдануды қажет егпейді, ал шамамен салыстыру әдісінде бір өлшемді басқа бекітілген шамамен салыстыру арқылы жүзеге асырылады.

Тікелей бағалау әдісі - өлшем мәні тікелей көрсетіліп отырған өлшеу құралы арқылы анықталған өлшеу әдісі. Бұл әдістің мәні басқа әдістердегідей өлшеуді бірлік ретінде алынған шамамен салыстырудан тұрады. Бірақ бұл әдісте бірлік ретінде алынған шама құрылғының ішінде орналасқан. Құрылғы өлшеу ақпаратын кіру белгісі арқылы алып, оның мәнін барлық өлшеу шамасы бойынша бағалайды. Мұны біз келесі түрде сипаттай аламыз:

Q=x (10)

мұндағы Q — өлшеніп отырған шама, ал х — өлшеу құралының көрсеткіші.

Шамамен салыстыру әдісі - өлшенетін шаманы өлшеммен жа ңғыртылатын шамамен (мысалы, иінтірек таразыда массаны салыстыру) салыстыру әдісі.

Әдіс өлшенетін шама мен өлшеммен жаңғыртылатын белгілі шаманың айырымын анықтаумен сипатталады. Бұл әдісті жүзеге асыру үшін диапазоны кіші құралдар жарамды. Бұл әдістің мысалдарына иінтірек таразыда массаны өлшеу, белгілі қалыпты элементтің ӘҚК-мен салыстыру арқылы тұрақты токтағы кернеуді құрал-компенсатормен өлшеу жатады

Формалды түрде әдіс келесідей көрініс табады:

Q = х + Х_м (11)

мұнда Q - өлшенетін шама;.х - өлшеу құралының көрсеткіші; Х_м — өлшеммен жаңғыртылатын шама.

Шамамен салыстыру әдісінің бірнеше түрлері бар:

- дифференциалды және нөлдік өлшеу әдісі;

- сәйкестіктер әдісі;

- орын алмастыру әдісі және қарсы қойып салыстыру әдісі;

- қосымшамен өлшеу әдісі.

Дифференциалды өлшеу әдісі - өлшенетін шама белгілі мәні бар, өлшенетін шама мәнінен айырмашылығы болмашы біртекті шамамен салыстырылатын және осы екі шама арасындағы айырмашылық өлшенетін өлшеу әдісі.

Мына өрнекте x≠0 сәйкес келеді:

Q =х+Х, (12)

Нөлдік өлшеу әдісі - шамамен салыстыру әдісі, онда өлшенетін шаманың салыстырылатын кұралға әсер ету эффектісін нөлге дейін жеткізеді.

Егер формалды түрде мұны.X≈0 десек, онда теңдікті осылай жазуға болады:

Q ≈Х_м. (13)

Сәйкестіктер әдісі - бұл өлшенетін шаманың мәнін өлшеммен жаңғыртылатын шамамен сәйкестіктерін ескере отырып бағалайтын шамамен салыстыру әдісі. Сәйкестіктерді бағалау үшін салыстыру кұралдарын немесе органолептиканы қолдануға болады.

Құралға әсер етуінің бірмезгілдігі мен бірмезгілсіздігіне карай орын ауыстыру арқылы өлшеу әдісі және қарсы қойып салыстыру әдісі деп ажыратылады.

Орын ауыстыру өлшеу әдісі (орын ауыстыру әдісі) - шамамен салыстыру әдісі болып табылады, мұнда өлшенетін шама шама мәні белгілі өлшеммен орнын ауыстырады. Мысал ретінде, бір ыдысты кірге косып салу бола алады.

Қарсы қойып салыстыру әдісі - шамамен, салыстыру әдісі, мұнда өлшенетін шама мен өлшеммен жаңғыртылатын шама бір мезгілде кұралға әсер етеді және осы аркылы екеуінің арасындағы арақатынас белгіленеді.

Қосымшамен өлшеу әдісі (толықтыру әдісі) — шамамен салыстыру әдісі, мұнда құралға алдын ала белгіленген екеуінің косындысы әсер ететіндей өлшенетін шама мәні қосымша шамамен толықтырылады. Әдіс орын ауыстыруда да, қарсылық әдісінде де колданыла алады.

Өлшеудің жанасу әдісі - өлшенетін нысанның сезгіш элементімен түйісуіне негіздепген өлшеу әдісі.

Өлшеудің жанасу емес әдісі - өлшенетін нысанның кұралдың сезгіш элементімен түйіспеуіне негіздепген өлшеу әдісі. Пирометрмен домна пешіндегі температураны өлшеуді және оптикалық кұралдармен арақашықтықты өлшеуді мысал ретінде қарастыруға болады.

Өлшеу құралы сезгіш әлементінің объектімен механикалық түйісу кезінде олардың элементтерінің қаттылығының жеткіліксіздігін, жанасу деформацияны және тағы басқаларды ескеру керек. Механикалық туйісудің болмауы кезінде өлшеу ақпаратын жанасусыз алу ерекшеліктерін ескеру керек: ауадағы оптикалық бұрмалану, белгінің арақашықтыктағы баяулауы, нысан бетіндегі шаң мен майлы қабаттарды ң болуы және тағы да басқа.

Өлшеу түрі -дегеніміз өлшенетін шамалардың біртектілігімен ерекшеленетін және өзіндік ерекшеліктсрі бар өлшеу саласының бөлігі.

Өлшеу түрлерін келесі жіктеу белгілері бойынпа жүйелеуге болады:

- тура және жанама өлшеулер;

- жиынтық және бірлестірілген өлшеулер;

- абсолютті және салыстырмалы өлшеулер;

- бір ретті және көп ретті өлшеулер;

- статикалық және динамикалық өлшеулер;

- дәлме-дәл және дәлме-дәл емес өлшеулер.

Өлшеулер қайталануына қарай бір ретті және көп ретті болып бөлінеді.

Бір ретті өлшеулер - бір рет орындалатын өлшеулер. Іс жүзінде көп жағдайларда бір ретті өлшеулер орындалады. Мысалы, нақты уақыт өлшемі сағатпен әдетте, бір рет өлшенеді.

Көп ретті өлшеулер - физикалық шаманың өлшемін бірінен кейін бірі жүргізілген бірнеше өлшеулер нәтижесінен алатын бір ретгі өлшеулер қатарынан тұратын өлшеулер.

Қойылған мақсатқа байланысты қайталама өлшеулер саны әртүрлі болады (2-ден бастап жүздеген, мыңдаған). Көп ретті өлшеулер дөрекі кателіктерді жібермеу үшін (бұл жағдайда 3-5 өлшеу жеткілікті) немесе нәтижелерді математикалық өңдеу үшін қажет.

Абсолютті өлшеу - бір немесе бірнеше негізгі шамаларды тікелей өлшеуге және (немесе) физикалық тұрақтылар мәндерін қолдануға негіздепген өлшеу.

Мысалы, F = mg күшті өлшеу негізгі шама - массаны m өлшеуге және физикалық тұрақтыны g қолдануға негіздепген.

Салыстырмалы өлшеулер - шаманың бірлік ретінде қолданып отырған аттас шамаға қатынасын өлшеу немесе шаманың бастапқы ретінде алынған аттас шамаға қатысты өзгеруін өлшеу. Мұндай өлшеулерге мысал ретінде салыстырмалы ылғалдылық, салыстырмалы ұзындық өлшемдерін жатқызуға болады.

Өлшеу нәтижесін алу тәсіліне байланысты тура және жанама өлшеулерге ажыратылады.

Тура өлшеу - іздепініп отырған ФШ мәні тікелей анықталады. Қателіктерді ескермеген жағдайда тура өлшеуді былай орнектеуге болады:

Q =х (14)

мұндағы Q - өлшенетін шама; х - өлшеу нәтижесі.

Мысалдар:

1. Бөлшекті ң ұзындығын микрометрмен өлшеу;

2.Ток күшін амперметрмен өлшеу;

3.Массаны таразыда өлшеу.

Жанама өлшеу - іздепініп отырған шамамен байланысты басқа ФШ-ларды тура өлшеу нәтижелерінің негізінде іздепіп отырған ФШ-ны анықтау.

Жанама өлшеулер мына жағдайларда жүргізіледі:

- өлшелетін шаманың мәнін тікелей өлшеуге қарағанда жанама өлшеу арқылы табу жеңілірек болғанда;

- шаманы тура өлшеуге арналған құралдар жоқ болған жағдайда;

- жанама өлшеудің қателігі тікелей өлшеуге қарағанда азырақ болған жағдайда.

Жанама өлшеу кезінде шама мәні іздепіп отырған шама мен тура өлшеуге ұшырайтын шамалар арасындағы тәуелділік негізінде анықталады. Мұндай өлшеуді былайша жазуға болады:

Q=F(X,Y,Z…), (15)

мұндағы, X Y,Z,... тура өлшеулердің нәтижелері.

Жанама өлшеулердің маңызды ерекшелігі – нәтижелерді құралдан тыс (калькулятор пемесе компьютер көмегімен, қағазда) ө ңдеуге болатындығы. Жанама өлшеулердің классикалық мысалдары ретінде өлшенген қабырға ұзындықтары бойынша үшбұрыш бұрышының мәнін табу, үшбұрыштың немесе басқа геометриялық пішіндердің ауданын анықтау және т.б. карастыруға болады. Жанама өлшеулерді қолдануды ең жиі кездесетін жағдайларының бірі - қатты дене материалының тығыздығын анықтау.

Мысалы, цилиндрлі дененің тығыздығы ρ цилиндр массасының т, биіктігінің h және диаметрінің d тура өлшеу арқылы алынған нәтижелерінің көмегімен анықталады:

Дата добавления: 2014-12-10