Физические величины и их измерение
п.1. Физические величины
Физические тела могут отличаться своими размерами, весом, материалом, из которого изготовлены, и т.д. Физические явления также могут различаться своей продолжительностью, интенсивностью, скоростью и т.п.
Физическое свойство – это то, чем одно тело или явление отличается от других тел или явлений.
Многие физические свойства мы измеряем, т.е. определяем их количественные величины: меряем длину в метрах, площадь – в квадратных метрах, время – в секундах, массу – в килограммах и т.п.
Физическая величина – это количественная характеристика (мера) определенного физического свойства тела или явления.
Примеры физических свойств и соответствующих им физических величин:
Физическое тело — стол
Физическое свойство
Физическая величина
Плотность (древесины столешницы)
Плотность (металла ножек)
Физическое явление – кипение воды
Физическое свойство
Физическая величина
Температура кипения
Длительность полного выкипания 1 кг воды на обычной конфорке (2,0 кВт)
п.
2. Единицы измерения
2. Единицы измерения| «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры». Д.И. Менделеев (1834-1907), |
Единица измерения – это физическая величина определенного размера, которой условно по соглашению присвоено числовое значение, равное 1.
Примеры единиц измерения:
- для расстояний – метры, километры, сантиметры;
- для времени – секунды, минуты, часы;
- для массы – килограммы, граммы, тонны.
Найти физическую величину – это значит указать, во сколько раз она больше или меньше единицы измерения.
Примеры размеров, выраженные в метрах:
- радиус наблюдаемой части Вселенной – 1026 м
- среднее расстояние от Солнца до Земли – 1,5·1011 м
- средний рост ученика 7 класса – 1,5 м
- средний размер вируса – 10-7 м
- радиус протона – 10-15 м
п. 3. Международная система единиц СИ
3. Международная система единиц СИВ современном мире система единиц измерения для науки, техники и быта устанавливается государством в специальных законах.
В большинстве государств используется Международная система единиц СИ.
Международная система единиц (СИ) – система единиц, основанная на Международной системе величин, вместе с наименованиями и обозначениями, а также набором приставок и их наименованиями и обозначениями вместе с правилами их применения, принятая Генеральной конференцией по мерам и весам (CGPM).
СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г., изменялась и дополнялась на последующих конференциях (последние изменения внесены в 2019 г.).
В СИ определено семь основных единиц для семи физических величин.
| Физическая величина | Длина | Время | Масса | Сила тока | Температура | Кол-во вещества | Сила света |
Ед. измерения | Метр | Секунда | Килограмм | Ампер | Кельвин | Моль | Кандела |
Остальные единицы СИ являются производными и образуются из основных с помощью уравнений.
Кроме того, существуют ещё кратные единицы, которые в разы больше, и дольные единицы, которые в разы меньше основных и производных единиц.
Названия кратных и дольных единиц формируются с помощью приставок «кило», «мега», «гига», «деци», «санти», «милли» и т.п.
Примеры кратных и дольных единиц для метра:
103 м=1000 м=1 км – километр
10-1 м=0,1 м=1 дм – дециметр
10-2 м=0,01 м=1 см – сантиметр
10-3 м=0,001 м=1 мм – миллиметр
10-6 м=0,000001 м=1 мк – микрометр
10-9 м=0,000000001 м=1 нм – нанометр
Существуют также внесистемные единицы измерения, которые остаются в употреблении по традиции и потому что удобны. Например, тонна и центнер для массы, литр для объема, миля для расстояния и т.
п.
п.4. Измерительные приборы
В большинстве случаев мы измеряем физические величины с помощью приборов: длину – с помощью линейки, вес – с помощью весов, время – с помощью секундомера и т.д.
Измерительный прибор – это техническое средство, предназначенное для измерения значений физической величины в
| Длина |
| 1 см = 10 мм = 0,01 м |
| 1 дм = 10 см = 0,1 м |
| 1 м = 100 см = 10 дм |
| 1 км = 1000 м |
| 1 дюйм (inch) = 2.54 см |
| 1 фут (foot) = 12 дюймов = 30,48 см = 0,3048 м |
| 1 ярд (yard)= 3 фута = 91,44 см = 0,9144 м |
| 1 миля (mile) = 5280 футов = 1609,34 м = 1,609 км |
| 1 морская миля (nautical mile) =1,852 км |
| 1 м = 3,28 фута = 1,094 ярда = 0,00062 мили |
| 1 см = 0,393 дюйма |
| Площадь |
| 1 см2 = 100 мм2 |
| 1 дм2 = 100 см2 = 0,01 м2 |
| 1 м2 = 100 дм2 |
| 1 км2 = 1 000 000 м2 |
| 1 ар (1 а) = 100 м2 = 1 сотка |
| 1 гектар (1 га) = 10 000 м2 |
1 кв. дюйм (square inch) = 6,4516 см2 |
| 1 кв. фут (square foot) = 144 кв. дюймам = 929,03 см2 |
| 1 кв. ярд (square yard) = 9 кв. футам = 0,83613 м2 |
| 1 акр (acre) = 4046,86 м |
| 1 кв. миля (square mile) = 640 акрам = 2,59 км2 |
| 1 м2 = 10,76 кв. футов = 1,196 кв. ярдов |
| 1 см2 = 0,155 кв. дюймов |
| Объем |
| 1 см3 = 0,001 дм3 = 0,001 л |
| 1 литр = 1 дм3 = 61,03 куб. дюйм = 0,22 галлона |
| 1 куб. дюйм = 16,387 см3 = 0,016 л |
1 куб. фут = 28316,8 см3 =28,316 л |
| 1 куб. ярд = 764555 см3 = 764,555 л |
| 1 пинта англ. = 0,568 л |
| 1 пинта амер. = 0,473 л |
| 1 галлон англ. = 4,54 л |
| 1 галлон амер. = 3,78 л |
| 1 баррель нефти =42 галлона = 158,988 л = 0,136 тонн |
| Вес |
| 1 кг = 1000 г |
| 1 ц = 100 кг = 0,1 т |
| 1 т = 1000 кг = 10 ц |
| 1 фунт = 453,6 г = 0,4536 кг |
| 1 унция = 1/16 фунта = 28,35 г |
| 1 г = 0,035 унций = 0,002205 фунтов |
| 1 кг = 2,2 фунта |
| Тройская система мер для благородных металлов и драгоценных камней |
| 1 гран = 64,8 мг |
| 1 карат = 3,086 грана = 0,2 г |
1 тройская унция = 31,10 г = 1/12 тр. фунта = 480 гран |
| 1 тройский фунт = 373,24 г |
| Температура |
| 40°С = 104 F; 0°С= 32 F |
| F = (°C *1.8)+32 |
| °C = (F — 32)/1,8 |
| Разница температур в 1 °C эквивалентна разнице температур в 1,8 F |
фунты, ярды, пинты и прочие мили в час
Когда я был в Америке, одной из трудностей для меня стала непривычная система мер. Разумеется, я знал, что в США, как и в Великобритании, используют не привычные нам метры, литры, килограммы, а непонятные футы, дюймы, галлоны. Но я недооценил, насколько часто в повседневной жизни мы сталкиваемся с единицами измерения. В этой статье я приведу наиболее важную практическую информацию о единицах измерения.
Наиболее важную – потому что от полной информации мало пользы.
В английской системе мер есть много единиц, которые упоминаются в литературе, документах, но практически не встречаются в повседневной жизни. Подробнее о веях, централах, слагах, хендах можно прочитать в Википедии. Здесь я написал о том, что пригодится в жизни, это не энциклопедическая статья, а практическое руководство.
Содержание:
- Что такое английская система мер?
- Меры длины: дюймы, футы, ярды, мили — сколько это в (санти-) метрах?
- Меры веса: унции, фунты, стоуны и тонны — сколько вешать в граммах?
- Меры жидкостей: пинта пива — сколько это в литрах?
- Меры сыпучих тел: «сухие» галлоны, пинты, пеки, бушели.
- Температура по Фаренгейту.
- Скорость в милях в час.
- Бытовые единицы измерения: коробка конфет, ящик муки, стакан воды и др.
- Трудно ли привыкнуть к английским единицам измерения?
Что такое английская система мер?
В мире используются английская (имперская) система мер (Imperial system) и метрическая (metric system).
Английская система мер используется в Великобритании (с 1995 года в качестве официальной используется метрическая система), США, Мьянме и Либерии. Эти четыре страны говорят на языке дюймов и фунтов. Весь остальной мир – на языке метров и килограммов. Пусть вас не обманывает то, что в американских фильмах в русском переводе герои говорят метрами и литрами – в кино обычно конвертируют единицы измерения для простоты восприятия (в книгах чаще оставляют).
Наиболее заметное отличие английской системы в том, что в ней единицы измерения, к примеру, веса, не соотносятся между собой как миллиметры, сантиметры, метры и километры, то есть 1 к 100 или 1000. Например, 1 фунт = 16 унциям, а 1 тонна = 2000 фунтов. Так сложилось исторически, и эта разница часто подчеркивается в разных шутках на тему английской системы.
Меры длины: дюймы, футы, ярды, мили – сколько это в (санти-) метрах?
Рост человека измеряется в футах и дюймах. К примеру, когда говорят, что “he is six and five”, имеют в виду, что “его рост шесть футов, пять дюймов” (195 см).
Дюймы, футы и ярды употребляются, когда речь идет о размере разных предметов. Когда говорят о расстоянии, используют мили.
| Единица на английском | Единица на русском | Соотношение единиц | В сантиметрах |
|---|---|---|---|
| Inch (oz) | Дюйм | 2.54 см | |
| Foot (lb) | Фут | 12 дюймов | 30.48 см |
| Yard (st) | Ярд | 3 фута | 91.44 см |
| Mile | Миля | 1760 ярдов или 5280 футов | 1609.34 м |
Примечание: слово foot образует множественное число нестандартно: 1 foot – 10 feet.
Меры веса: унции, фунты, стоуны и тонны – сколько вешать в граммах?
Меры веса используются в магазинах при взвешивании продуктов. На ценниках тоже обычно пишут цену за фунт, как в наших магазинах цену за килограмм. Вес тела измеряют в фунтах (США) или фунтах и стоунах (Великобритания).
Также проблемы возникнут, если вы придете в спортзал в Америке: веса будут подписаны в фунтах.
В России в некоторых финтес-клубах тоже можно увидеть тренажеры с необычными весами: 22.5 кг – 36 кг – 45.5 кг. Причем написано на приклеенных бумажках. Это результат “русификации” иностранного оборудования.
| Единица на английском | Единица на русском | Соотношение единиц | В килограммах |
|---|---|---|---|
| Ounce (oz) | Унция | 2 столовые ложки | 0.028 кг |
| Pound (lb) | Фунт | 16 унций | 0.45 кг |
| Stone (st) | Стоун | 14 фунтов | 6.35 кг |
| Ton | Тонна | 2000 фунтов | 907.18 кг |
Примечание: обратите внимание, что pound сокращенно lb – от латинского libra – весы.
Меры жидкостей: пинта пива – сколько это в литрах?
Меры жидкостей встречаются на упаковках товаров: воды, безалкогольных и алкогольных напитков (градусы, кстати, обозначаются так же, как и у нас). Бензин на заправках считают галлонами.
| Единица на английском | Единица на русском | Соотношение единиц | В литрах |
|---|---|---|---|
| Teaspoon | Чайная ложка | 1/3 столовой ложки | 4.9 мл |
| Tablespoon | Столовая ложка | 1/2 унции | 14.78 мл |
| Fluid Ounces (fl oz) | Жидкая унция | 2 столовые ложки | 29.37 мл |
| Cup (cp) | Чашка (амер. стакан) | 8 жидких унций | 0.23 л |
| Pint (pt) | Пинта (амер. жидкая пинта) | 2 чашки | 0,47 л |
| Quart (qt) | Кварта | 2 пинты | 0,94 л |
| Gallon (gl) | Галлон | 4 кварты | 3.78 л |
| Barrell (br) | Баррель | 31.5 галлона | 117.3 л |
На этикетках товаров чаще всего попадаются унции (oz) и галлоны (gl). К примеру, пиво в маленьких бутылках – это обычно 12 унций (29,5 мл), в больших – 40 унций (1182,9 мл).
“Кока-кола” в банках – 7.5 (198 мл) или 12 унций (29.5 мл). Молоко обычно продают в бутылках в 1 галлон (3.78 л). Чашки, чайные и столовые ложки используются в кулинарных рецептах.
Отдельно стоит упомянуть баррель (barrel на англ. “бочка”) . Есть несколько разновидностей барреля. В таблице приведен американский баррель для жидкостей (fluid barrel), равный 31.5 галлона или 117.3 литра. Баррель, о котором мы слышим в новостях, – это нефтяной баррель, единица измерения объема нефти (oil barrel, сокр.: bbl), он равен 42 галлонам или 158,988 литрам.
Меры сыпучих тел: “сухие” галлоны, пинты, пеки, бушели
Единицы измерения сыпучих тел нечасто встречаются в повседневной жизни, однако я тоже решил их упомянуть, потому что нужно знать, что бывают “сухие” пинты, кварты, галлоны и “жидкие”. По больше части эти меры используются в сельском хозяйстве.
К сыпучим телам можно отнести не только крупы, сахар, но и ягоды, фрукты. Виноград или яблоки в сельском хозяйстве вполне могут измеряться (и продаваться) сухими пинтами, квартами или даже пеками, бушелями, если речь идет о большом объеме.
| Единица на английском | Единица на русском | Соотношение единиц | В литрах |
|---|---|---|---|
| Pint (pt) | Пинта (амер. сухая пинта) | 1/2 кварты | 0.55 л |
| Quart (qt) | Кварта | 2 пинты | 1.1 л |
| Gallon (gal) | Галлон | 2 кварты | 4.4 л |
| Peck (pk) | Пек | 2 галлона | 8.8 л |
| Bushel (bu) | Бушель | 4 пека | 35.23 л |
| Barrel (bbl) | Баррель | 3.28 бушеля | 115.62 л |
Перед всеми словами, кроме peck и bushel, можно добавить “dry”, если нужно уточнить, что речь идет именно о “сухих” пинтах, галлонах и т. д. Пек и бушель не может быть не “сухим”.
Температура по Фаренгейту
В Великобритании температура измеряется по Цельсию, как у нас, а в США – по Фаренгейту. Когда я приехал в США, поначалу мне ничего не говорили эти “80 degrees” в прогнозе погоды или разговоре.
Есть “легкий” способ перевести температуру из Фаренгейта в шкалу Цельсия и наоборот:
- Фаренгейт – Цельсий: из исходного числа вычесть 32, умножить на 5, разделить на 9.
- Цельсий – Фаренгейт: исходное число умножить на 9, разделить на 5, прибавить 32.
Разумеется, я им ни разу не пользовался, просто со временем я привык, что 70 – это тепло, 80 – жарко, а больше 90 – адское пекло. Для чисто практических целей я составил для вас таблицу, наглядно объясняющую температуру в Фаренгейтах.
| По Цельсию | По Фаренгейту | С чем сопоставимо |
|---|---|---|
| 0 | 32 | Температура замерзания воды |
| 100 | 212 | Температура кипения воды |
| -20 | -4 | Сильный мороз |
| -10 | 14 | Мороз |
| 10 | 50 | Тепло \ прохладно |
| 20 | 68 | Тепло |
| 30 | 86 | Очень тепло \ жарко |
| 40 | 104 | Жарко |
Примечание: в эпиграфе романа Р.
Брэдбери “451 градус по Фаренгейту” говорится, что при температуре 451 градус по Фаренгейту загорается бумага. Это ошибка, на самом деле бумага загорается при температуре около 450 градусов по Цельсию.
Скорость в милях в час
Если вы водите машину, придется привыкать не только к расстоянию в милях, но и к скорости в милях в час. Перевести мили в час в километры в час намного проще, чем Фаренгейта в Цельсия: нужно всего лишь умножить скорость в милях в час на 1.609344. Если грубо, то просто умножить в полтора раза.
В этой таблице я привел сравнение скоростей, чтобы вы могли получить представление о том, что такое скорость в милях в час.
| Километры в час | Мили в час |
|---|---|
| 1 | 0.62 |
| 5 | 3.1 |
| 10 | 6.21 |
| 50 | 31.06 |
| 80 | 49.7 |
| 100 | 62.13 |
Бытовые единицы измерения: коробка конфет, ящик муки, стакан воды и др.
Помимо настоящих официальных единиц измерения в разговорной речи активно используются “бытовые” меры: банка пива, бутылка воды, ящик мандаринов, кусочек колбасы и т. д. Вот некоторые из этих слов. Обратите внимание, что иногда они употребляются в переносном смысле (a grain of truth – зерно истины, доля правды).
- a bar of
- chocolate – плитка шоколада
- soap – кусок мыла
- gold – слиток золота
- a box of
- cereal – коробка хлопьев
- chocolat (chocolates) – коробка шоколадных конфет
- a pile of
- paper – куча бумаг
- trash – куча мусора
- a glass of
- water, wine etc – стакан вина, воды и т. д.
- a drop of
- oil, blood, water – капля масла, крови, воды и т. д
- a piece of
- cake – кусок пирога
- furniture – предмет мебели
- advice – совет (в ед. числе)
- luggage – предмет багажа (напр. один чемодан)
- a carton of
- ice cream – упаковка (коробка) мороженого
- milk – коробка молока
- juice – коробка сока
- cigarettes – блок сигарет
- a crate of
- oysters – ящик креветок
- coconuts – ящик кокосов
- a bowl of
- cereal – чашка хлопьев
- rice – чашка риса
- soup – чашка супа
- a grain of
- rice – зерно риса (одна рисовинка)
- sand – песчинка
- truth – зерно истины
- a bottle of
- water – воды
- wine – вина
- a slice of
- bread – кусочек хлеба
- meat – кусочек мяса
- cheese – кусочек сыра
- a bag of
- sugar – мешок сахара
- flour – мешок муки
- a pack of
- cigarettes – пачка сигарет
- cards – колода карт (UK), deck\set of cards – US
- a roll of
- tape – рулон пленки
- toilet paper – рулон туалетной бумаги
- a handful of
- dust – горсть пыли
- salt – горсть соли
- a pinch of
- salt – щепотка соли
- pepper – щепотка перца
числе)Примечания:
- Одноразовые пластиковые стаканчики – это foam cups, а не foam glasses, или обычно просто cups. Foam glass – это пеностекло (стойматериал).
- Пакеты в магазинах – это bags, а не packs.
- Box – это обычно небольшая картонная коробка (коробка хлопьев, конфет), crate – ящик (напр. деревянный ящик с фруктами).
- Slice – это кусочек, отрезанный ножом.
- Cup – это чашка для напитков (чай, кофе), а bowl – чашка для еды.
- Advice – неисчисляемое существительное, как information или knowledge. Говоря об отдельном единичном совете употребляют выражение “a piece of advice”.
Foam glass – это пеностекло (стойматериал).Трудно ли привыкнуть к английским единицам измерения?
Когда я приехал в США по программе Work and Travel, я уже довольно сносно говорил по-английски. У меня не было проблем, когда я беседовал с работодателем – он даже удивился моему знанию языка. Но когда я проходил медосмотр, врач задала мне три простейших вопроса, и я не смог ответить ни на один.
Она спросила, какой у меня рост, вес и цвет глаз. И тут я понял, что понятия не имею, какой у меня рост и вес по американской системе. Насчет глаз (карие) хотел было сказать, что hazel, но засомневался – и не зря, карие глаза (в моем случае) по-английский brown, а hazel eyes – это светло-карий, ближе к зеленому.
Позже оказалось, что с мерами измерения мы сталкиваемся на каждом шагу. Раньше я просто никогда не обращал на это внимание. Поначалу я пытался грубо переводить в уме американские единицы в наши: фунт считал за полкило, а милю – за полтора километра. Насчет температуры я запомнил, что 80 градусов – это жарко, а 100 – адская жара (такое бывает в Новом Орлеане).
Этот подход подойдет, если вы приехали в США на несколько дней, но если вы живете там довольно долго, работаете, общаетесь с местными жителями, то лучше не мучаться с конвертанцией, а просто привыкнуть считать яблоки фунтами, расстояние милями, а рост футами и дюймами. Быстрее всего “внутренний конвертер” отключается в самом насущном – валюте.
Поначалу я считал, покупая галлон молока, сколько это в рублях и сколько молока можно купить на эти деньги у нас, но позже эта привычка отпала. В Америке другие соотношения между ценами разных вещей, продуктов, и постоянно что-то переводить и сравнивать просто нет смысла.
3. 5. 2. Меры физических величин
Простейшее средство измерений — мера физической величины(кратко: мера величины или мера) — средство измерений, воспроизводящее и хранящее физическую величину одного или нескольких заданных размеров.
Применяются меры однозначные, когда
воспроизводится физическая величина
одного размера (концевая мера длины,
гиря и т.п.) имногозначные, например,
измерительные линейки и лимбы (круговые
шкалы), которые называются штриховыми
мерами, конденсатор переменной емкости,
вариометр индуктивности и т.п. Существуютнаборы мер(наборы гирь, концевых
мер длины) имагазины мер(например,
магазин электрических резисторов,
магазины индуктивности, емкости).
Набор мер— совокупность мер, применяемых как отдельно, так и в различных сочетаниях с целью воспроизведения ряда значений величины в определенных пределах. Значения мер, входящих в набор, выбирают наиболее рациональные.
Магазин мер— набор мер, в котором меры объединены в одно конструктивное целое с устройством для соединения их в различных сочетаниях.
К мерам относятся также стандартные образцы(например, образцы шероховатости поверхности) иобразцовые вещества.
Образцовое вещество— это вещество с известными свойствами, воспроизводимыми при соблюдении указанных условий приготовления. Например, «чистая » вода, «чистые» металлы. Такие вещества воспроизводят регламентированный состав и используются для количественных химических анализов, в создании реперных точек шкал. «Чистый» цинк, например, служит для воспроизведения температуры420С.
Калибры — это меры, имеющие форму
поверхности, противоположную (обратную)
контролируемому объекту и предназначенные
для проверки соответствия размеров
изделий или их конфигурации установленным
допускам (скобы, пробки, кольца, щупы и
т.
д.). Они относятся к средствам измерений
«пассивного» (допускового) контроля.
3. 5. 3. Измерительные приборы
Под приборами понимают устройства, служащие для выполнения функций измерения, контроля, регулирования, управления, вычисления и т.д. Поэтому различают измерительные, контрольные, регулирующие, управляющие, счетные и др. приборы.
Измерительный приборпредставляет собой средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Результаты измерений приборами выдаются их отсчетными устройствами, которые бывают шкальными, цифровыми и регистрирующими.
Чувствительность измерительного
прибора — отношение изменения сигналаlна выходе прибора к вызвавшему его
изменению измеряемой величиныA: S =l A. Чем меньше изменение
величины, отмечаемое прибором, тем выше
его чувствительность (и тем меньше может
быть цена деления шкалы).
Цена деления шкалы — значение измеряемой величины, которое вызывает перемещение подвижного элемента отсчетного устройства на одно деление.
Диапазон измерений — часть диапазона показаний, для которой нормированы пределы допускаемых погрешностей средств измерений.
Пример.У электроизмерительного
прибора равномерная шкала (шкала с
делениями постоянной длины и с постоянной
ценой деления), разделена на 100 интервалов.
Нижний предел измеренияUH =25мВ, верхнийUB= +25мВ. Здесь стрелка переместится с
одной отметки шкалы на соседнюю при
изменении входного напряжения наU = cU= [25(25)]100 = 0,5мВ. Поэтому
цена деления cU = 0,5мВ. Если за изменение выходной
величины прибора принять перемещение
стрелки на один интервал, то чувствительностьSи цена деления cU — обратные величины:S = 1cU = 2мВ1.
По способу определения значения измеряемой величины приборы делятся на приборыпрямого действияиприборысравнения.
Приборы прямого действия реализуют метод непосредственной оценки и позволяют получать значения измеряемой величины на отсчетном устройстве (2.3). Результаты измерений не требуют сравнения с вещественными мерами или рабочими эталонами.
Приборы сравнения реализуют при измерении метод сравнения с мерой. Разновидности его и применения рассмотрены в 2.3. К таким приборам относят компараторы для сравнения линейных мер, фотоэлектрическую скамью с фотометром, электроизмерительный потенциометр, равноплечные весы и другие.
По способу образования показаний приборы подразделяют на показывающиеирегистрирующие.
Показывающие делят нааналоговыеицифровые.
Аналоговые приборы, как правило,
стрелочные с отсчетными устройствами
из двух элементов — шкалы и подвижного
указателя.
Их показания — непрерывная
функция измеряемой величины. Это
устаревшие приборы, заменяются на
цифровые. Из приборов механического
типа такими являются почти все приборы
линейных измерений (индикаторы,
измерительные головки, микрометры и
т.д.)
Цифровые измерительные приборы вырабатывают дискретные сигналы измерительной информации, которые представляют в цифровой форме. Достоинства этих приборов: нет погрешностей от ошибок оператора, малое время измерения, результат легко фиксируется цифропечатающим устройством и удобен для ввода в ЭВМ. С цифровой индикацией уже созданы и приборы механического типа (индикаторы, микрометры, штангенциркули).
Регистрирующие приборыприменяют
при измерении физических величин —
параметров процессов или свойств
объектов в динамических режимах или
когда меняются условия измерения
(температура, давление и т.п.). Подразделяются
на самопишущие (термографы, барографы,
шлейфные осциллографы и т.п.) с выдачей
показания в форме диаграммы, и печатающие,
с выдачей результата в цифровой форме,
например, на бумажной ленте.
Меры электрических величин — Большая советская энциклопедия
Ме́ры электрических величин
Служат для воспроизведения величин заданного размера. К М. в. относятся измерительные Резисторы (катушки сопротивления), катушки индуктивности и взаимной индуктивности, измерительные конденсаторы, меры электродвижущей силы (нормальные элементы (См. Нормальный элемент)) и др. М. э. в. выполняются регулируемыми (многозначными) и позволяют изменять величины в определённом диапазоне (например, конденсаторы переменной ёмкости, Вариометры индуктивности). Из М. э. в. составляют наборы, а также объединяют их в магазины сопротивлений, ёмкостей или индуктивностей.
По метрологическому назначению М. э. в. подразделяются на образцовые и рабочие (см. Меры). Обычно М. э. в. применяются в мостовых или измерительных установках, позволяющих осуществлять измерения с более высокой точностью, чем непосредственно приборами прямого действия (см.
Компенсационный метод измерений).
Изготовляют М. э. в. различных классов точности. Резисторы — семи классов точности: 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05 (числа указывают предел допустимого отклонения сопротивления от номинального значения в %) конденсаторы (магазины ёмкости) — пяти классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; катушки индуктивности — семи классов: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; нормальные элементы — с пределами годовой нестабильности от 0,001 до 0,02%.
М. э. в. позволяют воспроизводить электрические величины в диапазонах 10-5—109ом, 10-8—10 Гн, 10-3—108пф.
Лит.: ГОСТ 6864—69. Катушки электрического сопротивления измерительные; ГОСТ 13654—68. Катушки индуктивности и взаимной индуктивности измерительные; ГОСТ 6746—65. Магазины ёмкости измерительные. См. также лит. при ст. Меры.
К. П. Широков.
Источник:
Большая советская энциклопедия
на Gufo.
me
Величина (математика) — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия
Для других значений этого слова см. Величину.Величина математического объекта — это его размер: свойство, благодаря которому он может быть больше или меньше других объектов того же типа.
На математическом языке можно сказать: это упорядочение класса объектов, к которому он принадлежит.
Древние греки различали несколько типов величин, в том числе:
Они доказали, что первые две системы не могут быть одинаковыми или даже изоморфными по величине.Они не считали отрицательные величины значимыми, и величина звездная величина по-прежнему в основном используется в контекстах, в которых ноль является либо наименьшим размером, либо меньшим, чем все возможные размеры.
Величину действительного числа x {\ displaystyle x} обычно называют абсолютным значением или модулем .
Он записывается как | x | {\ displaystyle | x |}, [1] [2] и определяется следующим образом:
- | x | = x , если x ≥ 0
- | x | = — x , если x <0
Это дает расстояние числа от нуля на линии действительного числа.{2}}}}. [3]
Величина никогда не бывает отрицательной. При сравнении звездных величин часто бывает полезно использовать логарифмическую шкалу. Примеры из реального мира включают громкость звука (децибел), яркость звезды или шкалу Рихтера силы землетрясения.
Поскольку величины часто не линейны, их обычно нельзя складывать или вычитать значимым образом.
- ↑ 1.0 1.1 «Исчерпывающий список символов алгебры». Математическое хранилище . 2020-03-25. Проверено 23 августа 2020.
- ↑ «Определение величины (Иллюстрированный математический словарь)». www.mathsisfun. com . Проверено 23 августа 2020.
- ↑ Никамп, Дуэйн. «Величина определения вектора». Math Insight . Проверено 23 августа 2020 г.
com . Проверено 23 августа 2020. Как измеряются магнитуды землетрясений?
Рисунок 1 — Чарльз Рихтер изучает сейсмограмму. | |
К сожалению, многие шкалы, такие как шкала Рихтера, не дают точных оценок землетрясений большой магнитуды. Cегодня моментная величина шкала , сокращенно M W , предпочтительно, потому что он работает для более широкого диапазона размеров землетрясений и применимо во всем мире. Шкала моментной магнитуды основана на общий момент выпуска землетрясения.Момент — продукт расстояние, на которое переместился разлом, и сила, необходимая для его перемещения. Это выведено от моделирования записи землетрясения на нескольких станциях. Величина момента оценки примерно такие же, как блеск Рихтера для малых и больших землетрясения. Но только шкала моментных величин способна измерить M8 (читать «величина 8 ’) и более крупные события.
Звездные величины основаны на логарифмической шкале (основание
10).Это означает, что для каждого целого числа вы увеличиваете величину
шкала, амплитуда колебаний грунта, регистрируемая сейсмографом, увеличивается
десять раз.
По этой шкале землетрясение магнитудой 5 приведет к десятикратной
уровень землетрясения сопоставим с землетрясением силой 4 балла (и в 32 раза больше
энергия будет высвобождена). Чтобы вы понимали, как складываются эти числа,
подумайте об этом с точки зрения энергии, выделяемой взрывчатыми веществами: сейсмический балл 1
волна выделяет столько же энергии, сколько взрывает 6 унций тротила.Землетрясение магнитудой 8 баллов
высвобождает столько же энергии, сколько взрывает 6 миллионов тонн тротила. милая
впечатляет, да? К счастью, большинство землетрясений, происходящих ежегодно,
имеют величину 2,5 или меньше, слишком малы, чтобы их могло почувствовать большинство людей.
Шкалы магнитуд могут использоваться для описания землетрясений настолько малых, что они
выражается отрицательными числами. Шкала также не имеет верхнего предела, поэтому она может
описать
землетрясения невообразимой и (пока) неизученной интенсивности, например, магнитуды
10.
0 и выше.
Вот таблица с описанием магнитуды землетрясений, их последствий и расчетного количества землетрясений, которые происходят каждый год.
Рисунок 2 — Джузеппе Меркалли | Другой способ измерить силу землетрясения — использовать шкалу Меркалли . Эта шкала, изобретенная Джузеппе Меркалли в 1902 году, использует наблюдения людей, переживших землетрясение, для оценки его интенсивности. Однако шкала Меркалли не считается такой научной, как шкала Рихтера. Некоторые свидетели землетрясения могут преувеличивать, насколько плохо было во время землетрясения, и вы можете не найти двух свидетелей, которые согласны с тем, что произошло; каждый скажет что-то свое. Сумма ущерба, причиненного землетрясением, также может не отражать с точностью, насколько оно было сильным. |
Некоторые факторы, влияющие на размер нанесенного ущерба:
- строительные конструкции,
- удаленность от эпицентра,
- и тип материала поверхности (камень или грязь), на котором построены здания.
Разные конструкции зданий по-разному выдерживают землетрясение, и чем дальше вы находитесь от землетрясения, тем меньше повреждений вы обычно видите. Независимо от того, построено ли здание на твердой скале или на песке, сильно зависит от того, сколько повреждений оно получит. Твердая порода обычно трясется меньше, чем песок, поэтому здание, построенное на вершине твердой породы, не должно быть так повреждено, как если бы оно находилось на песчаном участке.
Рисунки 1 и 2 взяты из Walker, 1982. Все остальное содержание — Мичиганский технологический университет 2007 года.Разрешено воспроизведение в некоммерческих целях.
Моментальная величина, шкала Рихтера — какие существуют шкалы величин и почему их так много?
Размер землетрясения, измеренный по шкале Рихтера , является хорошо известной, но не совсем понятной концепцией. Идея логарифмической шкалы магнитуды землетрясений была впервые разработана Чарльзом Рихтером в 1930-х годах для измерения силы землетрясений, происходящих в южной Калифорнии, с использованием относительно высокочастотных данных с близлежащих сейсмографических станций.
Эта шкала звездных величин получила обозначение ML , где L означает местную. Это то, что в конечном итоге стало известно как величина Рихтера.
По мере того, как в мире было установлено больше сейсмографических станций, стало очевидно, что метод, разработанный Рихтером, строго применим только для определенных диапазонов частот и расстояний. Чтобы воспользоваться преимуществами растущего числа глобально распределенных сейсмографических станций, были разработаны новые шкалы магнитуд, которые являются продолжением первоначальной идеи Рихтера.К ним относятся величина объемной волны ( Ms) и величина поверхностной волны ( Ms) . Каждый из них действителен для определенного диапазона частот и типа сейсмического сигнала. По своему диапазону достоверности каждый эквивалентен величине Рихтера.
Из-за ограничений всех трех шкал звездных величин (ML, Mb и Ms) было разработано новое, более универсальное расширение шкалы звездных величин, известное как моментная величина, или Mw .
В частности, для очень сильных землетрясений моментная магнитуда дает наиболее надежную оценку размера землетрясения.
Момент — это физическая величина, пропорциональная скольжению по разлому, умноженному на площадь скользящей поверхности разлома; это связано с общей энергией, высвободившейся при землетрясении. Момент можно оценить по сейсмограммам (а также по геодезическим измерениям). Затем момент преобразуется в число, аналогичное магнитуде других землетрясений, по стандартной формуле. Результат называется моментной величиной. Моментная магнитуда обеспечивает оценку размера землетрясения, которая действительна во всем диапазоне магнитуд, характеристика, которая отсутствовала в других масштабах магнитуды.
Подробнее:
Величина / Интенсивность | Тихоокеанская северо-западная сейсмическая сеть
Пожалуй, ни одна сейсмическая тема не утомляет сейсмологов так, как обсуждение силы землетрясений. Часто кажется, что нет конца путанице, непониманию и чрезмерной интерпретации того, что на самом деле является довольно грубыми показателями.
И когда дикторы новостей упоминают сейсмологов «шкалы Рихтера», во всем мире начинают скрежетать зубами.
Величина
Знакомая аналогия, помогающая понять показатели размера землетрясения, — это подумать о лампочке.Одним из показателей силы лампочки является то, сколько энергии она потребляет. 100-ваттная лампа ярче, чем 50-ваттная, но не такая яркая, как 250-ваттная. Мощность лампочки говорит вам о мощности источника света. Таким же образом, землетрясение с магнитудой баллов является объективным измерением энергии, излучаемой землетрясением. Однако магнитуда землетрясения не имеет физических единиц или значимого нуля. Это связано с тем, что мы не можем легко измерить энергию так, как мы можем с помощью электрической цепи, поэтому сейсмологи обычно используют относительную меру.Проще выбрать конкретное землетрясение, зарегистрированное на определенном расстоянии, как «стандартное» землетрясение и назвать его магнитудой 1. Землетрясение, которое вызывает колебание земли на сейсмической станции (с поправкой на расстояние), в 10 раз больше, чем эталонное землетрясение, M2.
Землетрясение, вызывающее движение на таком расстоянии, в 10 раз превышающем M2, называется M3 и так далее. Для достижения этого десятикратного увеличения движения грунта требуется примерно в 32-33 раза больше энергии. Когда речь идет о мощности или энергии, выделяемой при землетрясении, используется этот множитель 32.Землетрясение, которое выделяет примерно в 33 раза меньше энергии и вызывает движение в 10 раз меньше, чем M1, называется M0, а магнитуды могут даже стать отрицательными.
Эта анимация Live Science поможет вам визуализировать экспоненциальную шкалу величин с точки зрения выделяемой энергии.
Интенсивность
Интенсивность землетрясения измеряет, насколько сильно землетрясение влияет на конкретное место. В аналогии с лампочкой — это яркость, с которой вы воспринимаете свет в определенном месте в комнате.
Можете ли вы прочитать мелкую книгу при лампе? Подобрать иглу? Выполнить деликатную операцию? Зависит от мощности лампы и как далеко вы от нее, верно? Если вы составили карту яркости с точки зрения того, чего вы можете достичь при уровне освещения в комнате, у вас будет карта интенсивности.
Что ж, вы можете составить карту землетрясений, используя Модифицированную шкалу интенсивности Меркалли (MMI), которая была получена из более ранней десятиградусной шкалы Росси-Фореля, позже пересмотренной итальянским вулканологом Джузеппе Меркалли в 1884 и 1906 годах для количественной оценки (в некоторой степени) последствия землетрясения.Дальнейшие уточнения для более современного строительства были опубликованы в 1931 году американскими сейсмологами Гарри Вудом и Фрэнком Нойманом. Измерения интенсивности с использованием модифицированной шкалы Меркалли состоят из 12 возрастающих уровней, которые варьируются от незаметного сотрясения до катастрофического разрушения, обычно обозначаемых римскими цифрами, что подчеркивает их полуколичественный характер.
В то время как землетрясение будет иметь одну магнитуду (ну, как отмечено ниже, вероятно, будет несколько различных оценок магнитуды землетрясения в зависимости от типа оценки и т. Д.), для каждого отдельного землетрясения будет диапазон интенсивности, частично зависящий от величины источника, но также и от местоположения места, на котором наблюдалась интенсивность.
Подробнее о величинах — 3 подхода
Если у вас было время подумать немного об аналогии землетрясения / лампочки, у вас, вероятно, возникли некоторые вопросы, например: Но некоторые лампочки синие, некоторые белые и некоторые желтые, что с этим дает? И люминесцентные светильники действительно излучают свет другого качества, чем лампы накаливания, и они ярче при той же мощности, а? А как насчет вспышки от моей камеры, которая невероятно яркая…но на долю секунды? И, если моя комната наполнена паром или дымом, остается ли интенсивность такой же? Все это хорошие моменты; оказывается, что аналогично для землетрясений сложность и изменчивость процессов разрыва землетрясений и сейсмических волн, когда они проходят через Землю (а также развитие конструкции и чувствительности сейсмометров), существуют различные методы измерения магнитуды землетрясения.
При использовании для оценки энергии, выделяемой при землетрясении, они могут возвращать несколько иное число.
В общем, существует три подхода к использованию записей сейсмографа для количественной оценки размеров землетрясений, с многочисленными разновидностями каждого. Один из подходов — использовать некоторую меру пиковых амплитуд, записанных на сейсмограммах. Второй — использовать записанную продолжительность встряхивания. Третий вариант — попытаться сопоставить фактическое колебание формы волны с математической моделью («синтетической сейсмограммой») и сообщить размер смоделированного землетрясения.
1. Величины на основе амплитуды (местная, объемная волна, поверхностная волна)
Самый старый и самый известный метод измерения звездной величины — Местная звездная величина (раньше ее называли звездной величиной Рихтера) — был разработан доктором Дж.Чарльз Рихтер и Бено Гутенберг из Калифорнийского технологического института в 1935 году. Записанный как M L , он остается популярным методом измерения землетрясений малой и средней силы в пределах 600 км от записывающего сейсмографа.
Рихтер использовал сейсмограммы, записанные на определенном инструменте, торсионном сейсмографе Вуда-Андерсона. Сегодня мы используем более современные инструменты и учитываем их реакцию, имитирующую то, что мог бы произвести исторический сейсмограф Вуда-Андерсона. Мотивацией Рихтера к созданию местной шкалы магнитуд было измерение отношения землетрясений малой и средней силы.Он никогда не предназначался для измерения сильных или удаленных землетрясений. Все величины, основанные на амплитуде, основаны на логарифме по основанию 10 пиковой амплитуды, измеренной сейсмографом. Это связано с тем, что между наименьшей и наибольшей амплитудами наблюдаемых колебаний грунта существует множество разностей в 10 раз. Землетрясение силой 5,0 балла по шкале Рихтера имеет амплитуду сотрясения в 10 раз большую и соответствует выделению энергии в 31,6 раза больше, чем землетрясение силой 4,0.
Магнитуда объемной волны представляет собой аналогичное понятие, но обычно применяется к телесейсмам — землетрясениям на расстоянии более 3000 км от станции регистрации — и подходит для глубоких и неглубоких землетрясений.
Магнитуды поверхностных волн измеряют поверхностные волны, которые генерируются крупными региональными и телесейсмическими землетрясениями и распространяются на большие расстояния без потери большой энергии из-за поглощения.
В общем, местные магнитуды «насыщаются» (теряют разрешение) для землетрясений, превышающих M5,8 или около того, объемные волны остаются в масштабе до несколько больших магнитуд, в то время как магнитуды поверхностных волн насыщаются около M8 или около того. В основном это происходит из-за частот каждой из сейсмических волн.Более высокочастотные методы (местные, длительность) не позволяют увидеть разницу между более сильными землетрясениями, в то время как низкочастотные методы (поверхностные волны, моментная величина) характеризуют длинноволновую энергию, которая излучается от большей поверхности разрыва.
2. Продолжительность звездных величин (кодовая величина)
Другая оценка величин особенно полезна при записи «клипа», когда вы не можете измерить пиковую амплитуду.
Это называется магнитудой кода, или величиной продолжительности, и выводится из наблюдения, что отношение максимальной амплитуды к продолжительности сотрясения от землетрясения взаимосвязано.PNSN часто рассчитывает размер землетрясений PNW, используя среднюю длительность из ряда сейсмограмм для получения оценок «Md». В прошлом сейсмический аналитик выбирал длительность каждой сейсмограммы на глаз независимо, что было несколько субъективным и изменчивым, поскольку фоновый шум сильно варьируется. Современный метод, ставший возможным благодаря более быстрым компьютерам, заключается в моделировании затухающей амплитуды сейсмограммы для автоматического и объективного определения продолжительности.
3.Моделирование формы волны (моментная величина)
Современные цифровые сейсмические приборы, современная теория сейсмики и, прежде всего, современные высокоскоростные компьютеры позволили нам моделировать сейсмограммы, покачиваясь за покачиванием. Для этого мы используем стандартную модель Земли и источника для создания синтетических сейсмограмм, а компьютер настраивает местоположение, размер и ориентацию разрыва в соответствии с наблюдаемыми формами волн.
Магнитуда, полученная при моделировании формы волны, называется магнитудой Момент , и в некотором смысле это наиболее точная оценка размера землетрясения — и единственная, применимая к сильным землетрясениям с M> 8.Большой интерес представляет то, что, поскольку мы можем наблюдать деформацию Земли при таких сильных землетрясениях, у нас есть независимая оценка энергии, которую они высвобождают, так что мы можем (наконец!) Связать величину с энергией, высвобождаемой во время разрыва.
Стоит отметить, что все эти подходы были откалиброваны и определены относительно друг друга, так что все они в среднем согласуются в диапазонах, в которых они перекрываются. Таким образом, для общих целей M8 — это M8 — это M8, независимо от метода, который его создал.Но также интересно, что изначальный локальный масштаб Рихтера был тем, с которым, как правило, соответствовали все другие методы (так как это было первое), так что, в некотором смысле, «шкала Рихтера», которую репортеры часто цитируют (к нашему огорчению сейсмологов) действительно достойная дань уважения.
Величина и энергия
Ниже представлены данные Геологического общества Америки о магнитуде землетрясений и эквивалентном выделении энергии. (Да хоть убей, мы не знаем, почему геологи использовали фунты взрывчатого вещества в качестве заменителя энергии вместо реальной физической единицы энергии, такой как Джоуль! Но цифра в любом случае имеет значение.)
Заметили, что отношения не линейны? Изменение количества энергии, выделяемой от одной магнитуды к другой, больше по мере увеличения магнитуды землетрясения. Например, разница в количестве выделяемой энергии от 5 до 10 не вдвое больше, а в 30 миллионов раз больше!
Нужна дальнейшая практика соотношения магнитуды землетрясения с энергией? Нет проблем, USGS вычисляет разницу между 5.8 и 8,7 землетрясения и имеет калькулятор, в который вы можете ввести свои собственные числа, чтобы увидеть, насколько сильней может стать землетрясение с разной магнитудой.
Величина Vs. Интенсивность
Интенсивность В приведенной ниже таблице утверждается, что величины по шкале Рихтера сравниваются с интенсивностями в очень обобщенном виде — как если бы «звездная величина Рихтера» каким-то образом измеряла то же самое, что и «интенсивность Меркалли». Теперь, когда вы знаете основы магнитуд землетрясений и интенсивности землетрясений, вы знаете, что эта диаграмма не имеет смысла.Если вы видите это или подобное изображение, вы можете быть уверены, что поставщик информации не обременен знанием основ.
Одно последнее слово — призыв к пониманию
Теперь, когда вы знаете, сколько существует различных подходов к измерению землетрясения, и как это зависит от используемых вами трасс, типов инструментов, которые у вас есть, и того, как далеко они находятся от землетрясения, и сколько их …
Возможно, вы поймете, почему наши оценки магнитуды меняются со временем сразу после землетрясения, поскольку мы стараемся быть как можно более быстрыми и точными.
И почему разные организации сообщают несколько разную магнитуду для одного и того же землетрясения.
Эмпирическое правило, возможно, состоит в том, что в первые минуты (или десятки минут) после землетрясения разница до половины магнитуды между оценками обычно будет отвергнута сейсмологами как разумный разброс. Но большие различия обычно означают, что возникла довольно серьезная проблема … например, использовалась совершенно неправильная техника или были пропущены важные данные.
Измерение астрономических расстояний и звездных величин
По словам Дугласа Адамса, автора «Автостопом по галактике»:
Космос большой. Вы просто не поверите, насколько он огромен, невероятно велик. Я имею в виду, вы можете подумать, что до аптеки далеко, но в космос это пустяки.
Расстояния во Вселенной настолько огромны, что метров или километров будет недостаточно. Мы должны ввести новые шкалы длины, с помощью которых можно будет охватить небеса.
Астрономический отряд А.У.
Одна естественная и практическая единица, которую мы можем придумать, — это расстояние от Солнца до Земли. Это A.U. или астрономическая единица. 1 астрономическая единица = 149 598 000 км
световой год
Движение на большие расстояния даже AU становится невыносимым, и поэтому следующей подходящей единицей является световой год. Световой год, как следует из названия, — это расстояние, которое свет проходит за один год. Все электромагнитные волны распространяются со скоростью x 299 792 458 мс -1 в вакууме, а средний год равен 365.25 дней, один световой год равен 299 792 458 x 10 8 мс -1 x (365,25 x 24 x 60 x 60) с =
9,46073 x 10 15 м. или 9,46073 x 10 12 км.
1 литр-год = 63 239,6717 AU
Имея под рукой наши новые измерительные палочки, мы можем дать несколько примеров масштаба Вселенной.
Расстояние от Земли до ближайшей звезды (Альфа Центавра A или B) после нашего Солнца составляет 4.3 св. Лет.
Галактика Млечный Путь составляет около 150 000 световых лет в поперечнике
Галактика Андромеды равна 2.3 миллиона световых лет от нас.
Край наблюдаемой Вселенной находится на расстоянии 46,5 гига световых лет от нас.
Парсек
Другая часто используемая единица измерения в астрономии и Звездном пути называется Парсек (параллакс в одну угловую секунду). Парсек определяется как расстояние, на котором звезда будет иметь угол параллакса p, равный одной угловой секунде (1/3600 градуса). Два измерения, которые определяют этот треугольник, — это угол параллакса (определяемый как 1 угловая секунда) и противоположная сторона (определяемая как 1 астрономическая единица (AU), расстояние от Земли до Солнца).
Рис. 1. Парсек определяется как расстояние, необходимое для создания угла параллакса в одну угловую секунду.
Параллакс — это видимый сдвиг ближайших звезд из-за движения Земли вокруг Солнца. Метод параллакса дает естественную единицу расстояния, которую астрономы называют парсек (мы будем сокращать ее как pc).
Рис. 2. Парсек в тригонометрическом выражении.
1 Парсек = 3,08568025 × 10 16 м. также используются: kpc = 1000 pc и Mpc = 1 миллион pc
1 Parsec = 3.26 л лет.
Если расстояние до звезды не превышает 500 световых лет, то параллаксный сдвиг звезды можно использовать для определения расстояния от Земли.
Расстояние (в парсеках) = 1 / угол паралллекса.
Видимая звездная величина
Ранние греческие астрономы использовали шкалу величин, разработанную Гиппархом примерно во 2 веке до нашей эры, которая была основана на том, как яркие звезды появлялись невооруженным глазом. Шкала Гиппарха изменялась от 1-й величины для самых ярких звезд до 6-й величины для едва видимых звезд.
Улучшение светосилы телескопов позволило более точно сравнивать интенсивности света от звезд. В 1856 году Норман Роберт Погсон формализовал систему, определив типичную звезду первой величины как звезду, которая в 100 раз ярче типичной звезды шестой величины. Таким образом, звезда первой величины примерно в 2,512 раза ярче звезды второй величины. Корень пятой степени из 100 (так как звездная величина 6 должна быть 1: x 5 , известна как коэффициент Погсона.Однако в расчетах часто используется коэффициент 2,5.
Чтобы еще больше запутать ситуацию, самые яркие звезды на небе превышают звездную величину 1. Эти яркие старты компенсируются за счет допуска отрицательной звездной величины. Солнце имеет видимую величину -26,74, а Сириус — -1,46. На другом конце шкалы, когда светосила телескопов увеличилась, шкала звездных величин расширилась, чтобы охватить гораздо более слабые звезды. Самый тусклый объект, наблюдаемый в настоящее время в самые большие телескопы, имеет звездную величину 30.В качестве полезного ориентира взята звезда Вега нулевой величины. Более точные измерения показали, что его видимая величина составляет 0,03.
Также важно отметить, что система величин имеет смысл только тогда, когда величины сравниваются при измерении в одном и том же диапазоне длин волн.
| Имя | Видимая звездная величина | Расстояние от Земли | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Солнце | -26,74 | 1 AU | |||
| Полнолуние | -12 | 200000 км | |||
| 38 миллионов км | |||||
| Sirius | -1,46 | 2,6 шт. | |||
| Vega | 0,03 | 13 шт. | |||
| Canopus | 0,7 | 96pc ± 5pc | 30, как видно на Европейском сверхбольшом телескопе (E-ELT) или космическом телескопе Хаббла | — |
Видимая величина м. определяется как
м = — 2.5 log 10 ( b ) + C (1)
Где b — наблюдаемая интенсивность или яркость звезды, а C — постоянная величина, зависящая от полосы, в которой наблюдается объект, т.е. фиолетовый U, синий, B или видимый V.
Если мы измеряем яркость двух разных звезд с помощью детектора в одном и том же диапазоне, мы можем определить их разницу в величине. Разница в их видимой величине равна
м 1 — м 2 = — 2.5 log 10 (b1 / b2) (2)
, где m 1 и m 2 два — видимые величины двух звезд, а b 1 и b 2 — их соответствующие яркости.
Исходя из свойств логарифмов, отношение интенсивностей / яркости двух звезд составляет.
м 1 — м 2 = — 2,5 [лог 10 ( b 1 ) — лог 10 ( b 2 )]
м 1 — м 2 = — 2.5 log 10 ( b 1 / b 2 ) (3)
Абсолютная звездная величина
Кажущаяся яркость звезды — это то, насколько яркой она кажется с Земли, но большая, яркая звезда может казаться тусклой, если она находится далеко от Земли, а тусклая звезда может казаться яркой, если она находится близко к Земле. Следовательно, видимая звездная величина не влияет на расстояние от Земли.
Чтобы точно измерить яркость звезды, нам нужно построить шкалу абсолютных величин.Абсолютная величина — это то, насколько яркой будет звезда, если смотреть с заданного расстояния. Было выбрано расстояние 10 парсеков, поскольку звезды являются довольно крупными объектами.
Абсолютная величина — это яркость звезды на расстоянии 10 парсеков.
Абсолютная звездная величина и закон интенсивности обратных квадратов
Чтобы найти абсолютную звездную величину, нам нужно знать расстояние до звезды от Солнца. как нам это сделать? Интенсивность или яркость света уменьшается по мере удаления от звезды.Скорость, с которой он уменьшается, обратно пропорциональна квадрату расстояния. Таким образом, если у нас есть звезда светимости L и мы перемещаемся на расстояние d, такое же количество света должно покрыть большую сферическую область. Следовательно, яркость или интенсивность определяется как
b = L / (4π d 2 ) (4)
Или, говоря более простым языком, видимая яркость звезды пропорциональна 1 / расстояние 2
Рисунок 3.Закон обратных квадратов для интенсивности света.
Для вычисления абсолютной звездной величины мы, по сути, используем формулу относительной величины и закон обратных квадратов, чтобы позволить нам заменить яркость расстоянием. Теперь мы можем сравнить ее звездную величину со звездой на заданном расстоянии 10%.
M — м = -2,5 log 10 ( d 2 ) — (-2,5 log 10 10 2 )
Использование правил логарифмов для некоторых упрощений.
M = м -2,5 бревна 10 ( d 2 /10 2 )
M = м -5 бревен ( d /10) (5)
M = м — 5 [лог ( d ) — 1]
M = м — 5 бревен ( d ) + 5 (6)
Модуль упругости
Начало из уравнения (6) мы можем вычислить расстояние d от Земли, если мы знаем абсолютную звездную величину.На практике мы не знаем абсолютной звездной величины, потому что мы не можем пройти 10 парсеков от рассматриваемой звезды. Мы можем использовать несколько косвенных методов, чтобы определить его абсолютную величину. Если звезда находится на главной последовательности звезд, мы можем определить яркость по ее параллаксу.
Если мы знаем видимую звездную величину m и абсолютную звездную величину, то мы можем найти расстояние до звезды в парсеках.
м — M = 5 log 10 (d) + 5
Перестановка для d
d = 10 ((мМ) +5) / 5 (7)
Шкала Рихтера и величина
Шкала магнитуды по шкале Рихтера (часто сокращается до шкалы Рихтера) является наиболее распространенным стандартом измерения землетрясений.Он был изобретен в 1935 году Чарльзом Ф. Рихтером из Калифорнийского технологического института в качестве математического устройства для сравнения силы землетрясений. Шкала Рихтера используется для оценки магнитуды землетрясения балла, то есть балла энергии, выделяемой во время землетрясения.
Изображение: Что такое шкала Рихтера
Шкала Рихтера не измеряет ущерб от землетрясения (см .: Шкала Меркалли), который зависит от множества факторов, включая население в эпицентре, рельеф, глубину и т. Д.Землетрясение в густонаселенном районе, которое приводит к гибели многих людей и значительному ущербу, может иметь такую же силу, что и землетрясение в отдаленном районе, которое не более чем пугает дикую природу. Землетрясения большой магнитуды, происходящие под океаном, могут даже не ощущаться людьми.
Изображение: Шкала Рихтера энергии землетрясений
Магнитуда землетрясения определяется с использованием информации, собранной сейсмографом.
Как рассчитывается шкала Рихтера
Магнитуда Рихтера включает измерение амплитуды (высоты) самой большой зарегистрированной волны на определенном расстоянии от сейсмического источника.Внесены поправки на изменение расстояния между различными сейсмографами и эпицентром землетрясений.
Шкала Рихтера представляет собой логарифмическую шкалу по основанию 10 и , что означает, что каждый порядок величины в 10 раз интенсивнее, чем предыдущий. Другими словами, двойка в 10 раз интенсивнее единицы, а тройка в 100 раз сильнее. В случае шкалы Рихтера увеличение происходит в амплитуде волны. То есть амплитуда волны при землетрясении уровня 6 в 10 раз больше, чем при землетрясении уровня 5, а амплитуда увеличивается в 100 раз между землетрясением уровня 7 и землетрясением уровня 9.Количество выделяемой энергии увеличивается в 31,7 раза между целыми числами.
Изображение: Как рассчитывается шкала Рихтера
На самом деле, это указывает на то, что, хотя правильно говорить, что на каждое увеличение на 1 по шкале Рихтера происходит десятикратное увеличение амплитуды волны, неверно говорить, что каждое увеличение на 1 по шкале Рихтера магнитуда представляет собой десятикратное увеличение силы землетрясения (как это обычно неправильно заявляется в прессе).Лучшим показателем размера землетрясения является количество энергии, выделяемой землетрясением, которое связано со шкалой Рихтера следующим уравнением: Log E = 11,8 + 1,5 M (где Log относится к логарифму с основанием 10, E — энергия, выделяемая в эргах, M — величина по Рихтеру).
Формула шкалы Рихтера
Этот принцип выражен исходной формулой шкалы Рихтера как:
Изображение: Графическое представление шкалы Рихтера
Сначала шкалу Рихтера можно было применять только к записям с инструментов идентичного производства.Теперь инструменты тщательно откалиброваны относительно друг друга. Таким образом, магнитуду можно рассчитать по записи любого откалиброванного сейсмографа.
У шкалы Рихтера нет верхнего предела. Недавно для более точного изучения сильных землетрясений была разработана другая шкала, называемая шкалой моментной магнитуды MMS .
Шкала Рихтера, объяснение в видео
Видео: Узнайте о шкале Рихтера — что это такое?
Видео: Билл Най, ученый — Землетрясения и шкала Рихтера
Видео: Как все работает: как работает шкала Рихтера?
Самая высокая величина из когда-либо зарегистрированных
Тектонические землетрясения могут иметь размер от магнитуды менее нуля, возникающей в результате смещения разломов на несколько сантиметров, до самых крупных событий (магнитудой более 9), когда смещения разломов составляют порядка многих метров.Размер землетрясения зависит не только от величины смещения , но и от площади плоскости разлома, которая разрушает . Следовательно, чем больше площадь разрыва, тем сильнее землетрясение. Землетрясение магнитудой 7 разрывает зону разлома площадью около 1000 км2 или около 50 км в длину и 20 км в ширину.
Также глубина является важным фактором, влияющим на силу землетрясения. Мы знаем, что землетрясения могут возникать на разных глубинах твердого ядра Земли.Чем глубже землетрясение, тем оно мощнее, но вероятность его выхода на поверхность гораздо меньше. Вот почему неглубокие землетрясения более распространены и более опасны, потому что чем глубже землетрясение, тем больший ущерб поверхностным структурам оно может нанести.
Самые большие землетрясения в исторические времена имели магнитуду немногим более 9 баллов, хотя возможной магнитуде нет предела. Последнее сильное землетрясение с магнитудой 9,0 или более было землетрясением магнитудой 9,0 в Японии в 2011 году (по состоянию на март 2011 года), и это было крупнейшее землетрясение в Японии с момента начала регистрации.
Изображение: Фотография землетрясения в Японии в марте 2011 г.
К счастью, большинство землетрясений очень слабые. Большинство землетрясений регистрирует менее 3 баллов по шкале Рихтера; эти толчки, называемые микроземлетрясениями, обычно не ощущаются людьми и обычно регистрируются только местными сейсмографами. С каждой точкой увеличивается величина, сила волн увеличивается в десять раз. События с магнитудой около 4,5 и более — ежегодно происходит несколько тысяч таких толчков — достаточно сильны, чтобы их регистрировали чувствительные сейсмографы по всему миру.