1.3 Φυσικά μεγέθη

Η μελέτη των φυσικών φαινομένων έδειξε ότι τα φυσικά μεγέθη που εμφανίζονται σε κάθε φαινόμενο συνδέονται μεταξύ τους με ορισμένες σχέσεις. Η έρευνα των φυσικών φαινομένων αξιολογείται, όταν μετρούνται τα φυσικά μεγέθη. Σε ένα φυσικό φαινόμενο τα φυσικά μεγέθη είναι ουσιαστικά οι μετρήσιμες ιδιότητες των σωμάτων, π.χ. το μήκος ενός σώματος, ο όγκος, η πυκνότητα κ.ά.

Η μέτρηση των φυσικών μεγεθών είναι μια διαδικασία σύγκρισης του μεγέθους με μια μονάδα μέτρησης του, όπως για παράδειγμα η απόσταση μεταξύ δυο πόλεων με τη μονάδα μέτρησης των μεγάλων αποστάσεων, που είναι το χιλιόμετρο ή το μίλι, η σύγκριση της μάζας που έχει ένα σώμα με τη μονάδα μέτρησης της, που είναι το χιλιόγραμμο. Οι πρότυπες μονάδες προέκυψαν υστέρα από συμφωνία των επιστημόνων και αντιπροσωπεύονται από πρότυπα αντικείμενα.

Το πρότυπο χιλιόγραμμο μάζας, για παράδειγμα, είναι ένας κύλινδρος από κράμα πλατίνας και ιριδίου, διαμέτρου 39 mm και ύψους 39 mm, όπως φαίνεται στην εικόνα 1.9, και φυλάσσεται στο Μουσείο Μέτρων και Σταθμών στις Σέβρες της Γαλλίας.

Από τη μέτρηση ενός φυσικού μεγέθους προκύπτει ένας αριθμός που δείχνει πόσες φορές η μονάδα μέτρησης περιέχεται στο μέγεθος που εξετάζεται. Ο αριθμός αυτός ονομάζεται αριθμητική τιμή του μεγέθους και συνοδεύεται πάντοτε από τη μονάδα μέτρησης, π.χ. η απόσταση μεταξύ της πόλης Α και της πόλης Β είναι 56 km. Το 56 είναι η αριθμητική τιμή του μεγέθους, ενώ το km είναι η μονάδα μέτρησης.

Άλλα φυσικά μεγέθη είναι η μάζα, η επιφάνεια, ο όγκος, η ταχύτητα, ο χρόνος, η δύναμη κ.ά. Η αριθμητική τιμή και η μονάδα μέτρησης αποτελούν το μέτρο του μεγέθους, το οποίο προσδιορίζει πλήρως ένα μονόμετρο (ή βαθμωτό) μέγεθος.

Τα φυσικά μεγέθη ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο τα εισάγουμε διακρίνονται σε: θεμελιώδη και παράγωγα.

Θεμελιώδη μεγέθη είναι το μήκος, η μάζα, ο χρόνος, η θερμοκρασία, η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος, η ένταση φωτεινής πηγής (Πίνακας 1.1).

Εικόνα 1.9 Το πρότυπο χιλιόγραμμο

Πίνακας 1.1 Τα θεμελιώδη μεγέθη και οι μονάδες μέτρησης τους στο S.I Θεμελιώδες μέγεθος – Σύμβολο - Μονάδα μέτρησης - Σύμβολο μονάδων Μήκος - l - Μέτρο - m Μάζα - m - Χιλιόγραμμο - kg Χρόνος - t - Δευτερόλεπτο - s Θερμοκρασία - θ, T - Βαθμός Κελσίου ή Κέλβιν - oC,K Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος - i - Ampere - A Ένταση φωτεινής πηγής - J - Candela - cd

Παράγωγα μεγέθη είναι το εμβαδόν, ο όγκος, η ταχύτητα, η πυκνότητα κ.ά., τα οποία ορίζονται από τις μαθηματικές σχέσεις που τα συνδέουν με τα θεμελιώδη μεγέθη (Πίνακας 1.2).

Πίνακας 1.2 Τα παράγωγα μεγέθη και οι μονάδες μέτρησής τους στο S.I Παράγωγο μέγεθος - Σύμβολο - Σχέση - Μονάδα μέτρησης - Σύμβολο μονάδων Εμβαδόν - Α - [pic] - Τετραγωνικό μέτρο - m2 Όγκος - V - [pic] - Κυβικό μέτρο - m3 Ταχύτητα - υ - υ = s/t - Μέτρο ανά δευτερόλεπτο - m/s Πυκνότητα - ρ - ρ= m / V - Χιλιόγραμμο ανά κυβικό μέτρο - kg/m3

Πολλά από τα μεγέθη αυτά, ανάλογα με την τάξη μεγέθους, χρησιμοποιούνται με διαφορετικές μονάδες μέτρησης. Τα πολλαπλάσια και υποπολλαπλάσια των παραπάνω μονάδων φαίνονται στον πίνακα 1.3 που ακολουθεί.

Πίνακας 1.3 Πολλαπλάσια και υποπολλαπλάσια μονάδων Μέγεθος - Μονάδα μέτρησης - Πολλαπλάσια - Υποπολλαπλάσια Μήκος - lm - - δεκατόμετρο 1dm = 1/10m Μήκος - lm - - εκατοστόμετρο 1cm=1/100m Μήκος - lm - lkm = 1000m - χιλιοστόμετρο 1mm=1/1000m Μήκος - lm - 1 mi = 1852 m - γιάρδα 1yd=91,44cm Μήκος - lm - - πόδι lft=30,48cm Μήκος - lm - - ίντσα 1in=2,54 cm Εμβαδόν - 1m2 - - τετραγωνικό δεκατόμετρο (dm2) 1dm2= 10-2m2 Εμβαδόν - 1m2 - 1 στρέμμα = 1000m2 - τετραγωνικό εκατοστόμετρο (cm2) 1cm2= 10-4 m2 Εμβαδόν - 1m2 - - τετραγωνικό χιλιοστόμετρο (mm2) 1mm2 =10-6m2 Όγκος - 1m3 - - λίτρο ή κυβικό δεκατόμετρο (lt) 1lt= 1dm3 =10-3m3 Όγκος - 1m3 - - κυβικό εκατοστόμετρο (cm3) 1cm3=10-6m3 Όγκος - 1m3 - - κυβικό χιλιοστόμετρο (mm3) 1mm3=10-9m3