Fizikalne velicine

Opazanje fizikalnih velicina

Eksperiment je temelj svake objektivne spoznaje prirode. Cilj eksperimenta je odrediti parametre o kojima ovisi dana prirodna pojava. Te parametre nazivamo fizikalnim velicinama koje mozemo shvatiti kao apstrakcije, kojima se sluzimo pri opisivanju tih pojava.
Prvi korak za razumijevanje fizikalnih pojava je odreðivanje parametara o kojima te pojave ovise te nakon toga njihovo mjerenje, tj. usporeðivanje s danim vrijednostima velicinama koje nazivamo jedinicama.

 

Daljnji korak u upoznavanju fizikalnih pojava je povezivanje izvedenih fizikalnih velicina u matematicke formule, koje iskazuju fizikalne zakone. Tako npr. opisivanje prostornog pada vrsimo jednadzbom v=g*t tako se razlicite fizikalne velicine povezuju jedan fizikalni zakon.
Razumljivo je da broj fizikalnih velicina moze biti veoma velik. Zbog toga se fizikalne velicine dijele na temeljne fizikalne velicine i izvedene fizikalne velicine.

Osnovne fizikalne velicine

Danasnji razvoj fizike pokazuje da se citavo podrucje pojava koje istrazuje suvremena fizika moze prikazati pomocu sljedecih osnovnih fizikalnih velicina:

 

3 mehanicke velicine

1 elektricna velicina

1 termicka velicina

1 fotometrijska velicina

1 atomisticka velicina

 

U mehanici imamo sljedece osnovne fizikalne velicine: duzina, vrijeme, masa te ponekad sila.

U elektricnim mjerenjima pojavljuje se i cetvrta fizikalna velicina koju je 1901 uveo Giorgi i zove se jakost struje. Sve ostale velicine su izvedene i mogu se izraziti uz pomoc tri mehanicke velicine i jakosti struje.

Za podrucje termodinamike potrebno je uvesti jos jednu fizikalnu velicinu: temperaturu.

Za fotometrijska mjerenja potrebne su nam tri osnovne velicine, i to dvije kineticke, duzina i vrijeme te cetvrtu svjetlosni tok.Druga mogucnost, koja je danas opcenito prihvacena je definirati analognu jakosti u elektrodinamici. Tu cemo velicinu u fotometriji nazvati jakost svijetlosti.

Kod mjerenja u atomskoj fizici potrebna nam je uz mehanicke velicine jos jedna specificna velicina, tj. broj jednakih odnosno za dani problema ekvivalentnih jedinki, npr. atoma, molekuli, radikala, elektrona i sl.

potrebno je dakle poznavati broj individualnih cestica. Kako se taj broj moze odrediti samo u iznimnim slucajevima, uzima se umjesto toga kolicina materije, proporcionalna broju cestica. Kao posljedica diskontinuirane strukture materije faktor proporcionalnosti izmeðu kolicine materije i broja cestica je univerzalna konstanta (Avangardov broj A0=N0/m). Tako je kao osnova velicina koja se temelji na broju cestica uvedena odreðena kolicina materije, koju cemo definirati kao 1 mol

11. opca konferencija za utege i mjere, odrzana u listopadu 1960. g. prihvatila je sljedecih sest osnovnih velicina kao velicine koje ce tvoriti internacionalni sustav mjera (Systeme International d' Unites, simbol SI):

- duzina (mehanika)

-vrijeme (mehanika)

-masa (mehanika)

-jakost struje (elektrodinamika)

-temperatura (termodinamika)

-jakost svijetlosti (fotometrija

14. opca meðunarodna konferencija za utege i mjere dodala je 1971. g. ovim sedmu osnovnu fizikalnu velicinu:

-kolicina materije (atomska fizika)

Mjerni sustavi; jedinice

 

Mjerni sustavi

Skup jedinica osnovnih fizikalnih velicina nazivamo mjernim sustavom. Mjerni sustav u pravilu obuhvaca jedinice osnovnih fizickih velicina odreðenih danim podrucjem fizike. Tko govorimo o mjernom sustavu u mehanici ili u elektrodinamici; svaki od tih sustava obuhvaca odreðeni broj jedinica.

Povijest metrickih mjernih sustava

Potreba za mjerenjem i usporeðivanjem velicina prije svega je prakticni problem koji se pojavio jos u samim zacecima civilizacije. Prirodno je da su prve velicine za duljinu, tezinu ili vrijeme bile vezane uz objekte ili vremenske intervale npr. dijelovi tijela. Neke od tih jedinica su i danas u upotrebi (palac - inc). Sa sirim razvojem meðunarodne razmjene pojavila se im potreba za standardizacijom mjernih jedinica. Bila je meðutim potrebna drustvena revolucija da bi se odbacile tradicionalne jedinice i prihvatilo ono sto je se danas naziva meðunarodnim sustavom jedinica.

23. kolovoza 1790. g. Francuska ustavotvorna skupstina, nikla u francuskoj revoluciji, zaduzuje Akademiju nauka da nacini jednostavan unificirani sustav mjera za duzinu (a time za povrsinu i volumen). 9. ozujka sljedece godine Akademija predlaze da sustav bude decimalan, i da njegova osnova bude desetmiljuntni dio kvadrata (cetvrtina) Zemljina meridijana. Nakon sto su 1792. g. Delambre i Mchain izmjerili da kvadrat pariskog meridijana izmeðu Dunquerquea i Barcelone iznosi otprilike 9 stupnjeva i 30 minuta, zakonom od 7. travnja 1795. g. francuska vlada prihvaca mjeru za duzinu metar, definiran kao desetmiljuntni dio kvadrata Zemljina meridijana. Istovremeno su definirane jedinice za povrsinu (metar cetvorni), volumen (metar kubni) i masu (kilogram). Uzorci prakilograma i parametra sacuvani su u francuskom nacionalnom arhivu 1799. g. Metricki sustav prosirio se tokom 19. st. na vecinu europskih zemalja. U meðuvremenu jedince za vrijeme ostaju u dotadasnjim sustavima. Paralelno tome i u ostalim granama fizike (elektricitet i magnetizam) se prihvaca meðunarodni sustav jedinica.

Meðunarodni sustav mjernih jedinica (SI)

Meðunarodni sustav jedinica tvore sljedece jedinice:

 

za duljinu - metar (m)

za masu - kilogram (kg)

za vrijeme - sekunda (s)

za jakost elektricne struje - amper (A)

za termodinamicku temperaturu - kelvin (K)

za jakost svijetlosti - kandel (cd)

za kolicinu materije - mol (mol)

Definicije osnovnih SI jedinica

1 metar je duzina jednaka 1 650 763,73 valnih duzina u vakuumu zracenja koje odgovara prijelazu atoma nuklida 86Kr iz stanja 5 d5 u stanje 2p10.

1 kilogram je masa meðunarodnog prakilograma koji se cuva u Sevresu kraj Pariza.

1 sekunda je trajanje 9 192 631 770 perioda zracenja koje odgovara prijelazu izmeðu dva hiperfina nivoa osnovnog stanja atoma nuklida 133Cs.

1 amper je jakost vremenski stalne struje koja, prolazeci dvama paralelnim pravocrtnim neizmjerno dugackim vodicima zanemarivo malog kruznog presjeka, razmaknutim za 1 metar u vakuumu, uzrokuju izmeðu njih elektrodinamicku silu od 2*10-7 njutna po metru duzine.!jedn!

1 kelvin je 273,16-ti dio termodinamicke temperature trone tocke kemijski ciste vode u prirodnoj izotopnoj mjesavini.

1 kandela ja jakost svjetlosti u smjeru okomitom na pukotinu povrsine 1/600 000 m2 crnog tijela na temperaturi talista platine pri tlaku 101 325 m-1 kgs-2 (kasnije je jedinica napustena zbog nepreciznosti)

1 mol je kolicina materije u sustavu koji sadrzi onoliko jednakih individualnih cestica koliko ima atoma u 0,012 kg. izotopa ugljika 12C.

Drugi mjerni sustavi u fizici i tehnici

CGS sustav nekad opcenito prihvacen i jos danas cesto upotrebljavan, ovaj se sustav osniva na tri metricke jedinice: centimetar za duzinu, gram za masu i sekunda za vrijeme.

Tehnicki ili M kp S sustav. U originalnoj definiciji metrickog sustava kilogram je bio definiran kao jedinica za masu. Pojmovna razlika, vazna u fizici, koja postoji izmeðu mase i tezine, nije bila uvijek uocena u praksi. Zato se kilogram opcenito upotrebljavao i kao jedinica za tezinu tj. silu. Pri tome tu jedinicu za silu nazivamo kilopond (kp) - 1 kilopond je tezina mase 1 kg. na mjestu normalne Zemljine akceleracije - 1 kp = 9,806 65 N = 1000 ponda.

Neke fizikalne jedinice izvan mjernih sustava

Premda su jedinice SI sustava prihvacene u vecini zemalja cesto se opcoj upotrebi nalaze i jedinice izvan tog sustava. Razlog je osim tradicije i taj sto su neke jedinice SI sustava nespretne.

 

Tlak. 1 fizikalna (normalna) atmosfera (atm) definira se kao tlak 0,76 m visokog stupca tekucine gustoce 13 595,1 kg m-3 (priblizno ziva na 0 C) na mjestu normalne Zemljine akceleracije - 1 atm = 101 325 Pa

Radnja i energija 1 kilovatsat je radnja izvrsena pri stalnoj snazi od 1 kilovat za vrijeme jedan sat - 1 kWh = 3,6 * 10 na 6 J.

Kolicina topline 1 termokemijska kalorija definira se kao 4,1840 J. 1 internacionalna kalorija bila je originalno definirana kao 1/860 internacionalnog Wh - 1 caliT = 4,1868 J. 1 vodena kalorija definira se kao kolicina topline potrebna da se 1 kg ciste vode zagrije sa 14,5 na 15,5 celzijevih stupnjeva pri normalnom tlaku p0 = 1 atm. - 1 cal = 4,1855 J.