Физические величины

Даже если вы далеки от физики, без физических величин не обойтись. Они окружают нас повсюду: определить площадь участка, измерить высоту здания, понять, какой объем вмещает в себя емкость. Еще наши предки сталкивались со всеми этими вопросами, но тогда измеряли длину в локтях, а объем – в ведрах. Сегодня мы изучим, как это делается в современном мире.

Что такое физическая величина в физике

Физическими величинами в физике называют измеримые свойства или характеристики физических тел, состояний и процессов, которые можно оценить количественно и использовать для описания явлений природы. 

Полезная информация о физических величинах

Основные физические величины

Их также называют основными единицами Международной системы единиц. К ним относят семь основных единиц измерения основных физических величин: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура, количество вещества и сила света.

Интересный факт

До конца XIX века в мире не было единой классификации физических величин. На Руси для измерения длины использовали локоть, аршин и сажень, а в Англии – фут. В 1889 году на Международной конференции мер и весов в Париже создали Международную систему мер. В 1960 году на ее основе ввели международную систему единиц, которую сегодня используют в большинстве стран.

Обозначения

Обозначения основных единиц, как и остальных единиц системы единиц, пишутся маленькими буквами. Но если речь идет об обозначении единиц, которые названы в честь ученых по первой букве их фамилии, обозначения пишутся с заглавной буквы. Так, секунды обозначаются буквами с/s; метры – м/m; килограммы — кг/kg; амперы – А; кельвины – К; моли – моль/mol; канделы – кд/cd.

При этом температура обозначается символом T, время – t, количество вещества – n, масса – m, пространство – I, S, V, сила света — l_v, сила тока – I.

Формулы

Физические величины можно найти по определенным формулам. Одну и ту же величину можно найти разными способами, ниже мы приведем самые распространенные формулы.

Время: t = S : v, где t – время, S – путь, пройденный объектом, а v – скорость объекта.

Масса: m = r * V, где  m – масса вещества, r — его плотность, а V – объем.

Длина. Вычислить длину окружности можно по формуле: С = 2π*r, где С – длина окружности, π – постоянное число, равное примерно 3,14, r – радиус окружности.

Сила электрического тока: I = q * t, где I – сила электрического тока, q – заряд, t – время.

Количество вещества: n(A) = m(A) : M(A), где n(A) – количество вещества А, m(A) – масса вещества, M(A) – молярная масса вещества.

Сила света: I = Ф : w, где I – сила света, Ф – световой поток, w – телесный угол.

Единицы измерения

Пространство принято измерять в метрах, массу в килограммах, время в секундах, силу тока в амперах, температуру в кельвинах, количество вещества в молях, а силу света – в канделах.

это интересно

Механическое движение

Сколько видов механического существует — разберемся вместе с экспертом

подробнее

Производные физические величины

Помимо основных, выделяют и производные физические величины. Эти величины определяются через основные. К ним относятся площадь, объем, скорость, ускорение, импульс, сила, механическая работа, энергия, мощность, давление, плотность, поверхностная плотность, линейная плотность, количество теплоты, электрический заряд, напряжение, электрическое сопротивление, магнитный поток, частота, угол, угловая скорость, угловое ускорение, момент инерции, момент импульса, момент силы и телесный угол. 

Обозначения

Площадь обозначается символом S, объем – V, скорость – v, ускорение – a, импульс – p, сила – F, механическая работа – A, энергия – E, мощность – N, давление – p, плотность – r, поверхностная плотность – r_А, линейная плотность – r_I, количество теплоты – Q. Обозначение электрического заряда – q, напряжения – U, электрического сопротивления – R. Магнитный поток поток принято обозначать буквой Ф, частоту – v, угол – a, угловую скорость – w, а угловое ускорение – e. Момент инерции обозначают I, момент импульса – L, момент силы – M, телесный угол — W. 

Формулы

Приведем формулы для расчета производных физических величин.

Площадь: S = a * b, где S – площадь, a – одна из сторон, b – вторая сторона.

Объем: V = m : p, где V – объем, m – масса, p – плотность.

Скорость: u = S : t, где u – скорость, S – путь, t – время.

Ускорение: a = Du : Dt, где a – ускорение,  Du – изменение скорости, Dt – изменение длины.

Импульс: p = m * u, где p – импульс, m – масса, u – скорость.

Сила: F = m * a, где F – сила, m – масса тела, a – ускорение.

Механическая работа: W = F * s, где W – механическая работа, F – сила, s – пройденный путь.

Энергия: E = m * c², E – энергия, m – масса тела, c² – скорость света в квадрате.

Мощность: P = W : Dt, где P – мощность, W – работа, Dt – промежуток времени.

Давление: p = F : S, где p – давление, F – сила, оказывающая давление, S – площадь поверхности, на которую оказывается давление.

Плотность: p = m * V, где p – плотность, m – масса, V – объем.

Линейная плотность: p_l = m : l, где p_l – линейная плотность, m – масса, l – длина.

Количество теплоты: Q = m * c * Dt, где Q – количество теплоты, m – масса вещества, c – удельная теплоемкость вещества, Dt – разница между конечной и начальной температурами.

Электрический заряд: q = I * t, где q – электрический заряд, I – сила тока, t – время.

Напряжение: U = A * q, где U – напряжение, A – работа электрического поля, q – заряд.

Электрическое сопротивление: R = U : I,  R – электрическое сопротивление, U – напряжение на концах проводника, I – сила тока, протекающего между концами проводника под действием приложенного напряжения.

Магнитный поток: Ф = B * S, где Ф – магнитный поток, B – количество линий магнитной и индукции, S – площадь, через которую проходят линии магнитной индукции.

Частота: v = n * t, где v – частота, n – число колебаний, t – время.

Угловое ускорение: e = a : R, где e – угловое ускорение, a – ускорение, направленное по касательной траектории, R – радиус.
Момент импульса: L = [rp] = [r, mv], где L – момент импульса, r – радиус-вектор, проведенный из точки О в точку А, p = mv – импульс материальной точки.

Телесный угол: W = A : r², где W – телесный угол, A – площадь сферической поверхности шарового сегмента, на который этот угол опирается, r² – квадрат радиуса.

Единицы измерения

Площадь измеряется в квадратных метрах и обозначается как м²; объем – в кубических метрах (м³); скорость в метрах в секунду (м/с); ускорение в метрах в секунду в квадрате (м/с²); импульс в килограммах, умноженных на метры в секунду (кг*м/с).

Сила измеряется в ньютонах (Н) – в килограммах, умноженных на метр в секунду в квадрате (кг*м/с²);. Механическая работа, энергия и количество теплоты измеряются джоулях (Дж) – в килограммах, умноженных на метры в квадрате на секунды в квадрате (кг*м²/с²).

Мощность измеряется в ваттах (Вт) – это килограммы, умноженные на квадратные метры, деленные на секунды в третьей степени (кг*м²/с³). Давление измеряется в паскалях (Па) – килограммах, деленных на метры, умноженные на секунды в квадрате (кг/(м*с²)).

Плотность измеряют в килограммах, деленных на кубические метры (кг/м³). Поверхностную плотность – в килограммах, деленных на квадратные метры (кг/м²). Линейная плотность – это килограммы, деленные на метры (кг/м).

Электрический заряд измеряется в кулонах (Кл) – А*c; напряжение – в вольтах (В): это квадратные метры, умноженные на килограммы, деленные на секунды в третьей степени, умноженные на амперы (м²*кг/(с³*А)). 

Электрическое сопротивление измеряют в омах (Ом). Рассчитывается оно так: квадратные метры, умноженные на килограммы, деленные на секунды в кубе, умноженные на амперы в квадрате (м²*кг/(с³*А²)). 

Магнитный поток в веберах (Вб) – это килограммы, умноженные на квадратные метры, деленные на секунды в квадрате, умноженные на амперы (кг*м²/с²*А).

Частота измеряют в герцах (Гц) – с^-1; угол – в радианах (рад); угловую скорость – в радианах в секунду (с^-1); угловое ускорение – в радианах на секунду в квадрате (с^-2).

Момент инерции измеряется в килограммах, умноженных на квадратные метры (кг*м²); момент импульса – в килограммах, умноженных на квадратные метры, деленные на секунды (кг*м²/с). Момент силы – в килограммах, умноженных на квадратные метры, деленные на секунды в квадрате (кг*м²/с²). Телесные углы измеряются в стерадианах (ср).

Таблица физических величин

Физических величин множество, мы собрали в таблице основные из них.

Задачи на тему «Физические величины»

Закрепим все, что узнали, решив несколько задач по теме.

Задача 1

Установите соответствие между физическими величинами и формулами. Соедините буквы, обозначающие физические величины, и цифры, которыми пронумерованы формулы, с помощью которых данные физические величины исчисляются:

А) скорость
Б) мощность
В) высота
Г) плотность

1) m : V
2) V : S
3) S : t
4) A : t 

Задача 2

Установите соответствие между физическими величинами и единицами измерения. Соедините буквы, которыми промаркированы физические величины, с цифрами, которыми обозначены единицы измерения этих величин:

А) давление твердых тел
Б) объем
В) удлинение
Г) время

1) кубические метры
2) секунды
3) паскаль
4) метры

Задача 3

Среди перечисленных физических величин выберите те, что относятся к основным: напряжение, сила электрического тока, скорость, магнитный поток, давление, длина, площадь, количество вещества, электрический заряд, напряжение. 

Ответы к задачам

Итак, ниже вы можете проверить, правильно ли ответили на предыдущие вопросы.

Задача 1

А – 3
Б – 4
В – 2
Г – 1

Задача 2

А – 3
Б – 1
В – 4
Г – 2

Задача 3

К основным физическим величинам относятся: длина, сила электрического тока, количество вещества.

Популярные вопросы и ответы

Отвечает Валерий Тепляков, преподаватель физики и математики: