Физикалық шама

Шама

Қоршаған ортаның барлық объектілері өздерінің қасиеттерімен сипатталады. Үдерістер мен физикалық денелердің түрлі қасиеттерін сандық сипаттау үшін шама түсінігі енгізілген. Шама - басқа қасиеттердің ішінен ерекшеленетін және белгілі бір әдіспен бағаланатын белгілі бір нәрсенің қасиеті.

• Шамаларды талдау оларды екі түрге бөлуге мүмкіндік береді: шынайы және идеалды (6-сурет).
• Идеалды шамалар негізінен математика саласына байланысты болады және нақты шынайы түсініктердің жалпы түрі болып табылады.
• Шынайы шамаларды, өз кезегінде, физикалық және физикалық емес, өлшенетін және бағаланатын деп бөлуге болады.

Физикалық шама

Физикалық шама деп көптеген физикалық объекттер үшін сапалық тұрғыда ортақ болатын және сандық мәнде ерекшеленетін физикалық объект (құбылыстың, процестің) қасиеттерінің бірі аталады. Осылайша, «қаттылық» қасиеті сапалық тұрғыда болат, ағаш, шыны сияқты материалды сипаттайды, ал қаттылық дәрежесі (сандық мәні) - олардың әрқайсысы үшін әр түрлі шама.

Физикалық емес шамалар

Физикалық емес шамалар деп қоғамдық ғылымдарға қатысты шамалар аталады. Мысалы, философия, социология, экономика және т.б. салаларда қолданылатын шамалар.

Өнеркәсіп өндірісінде және халық шаруашылығының түрлі салаларында өнімнің сапасын анықтау өте маңызды болып табылады. Сапа - өнімнің арнаулығына сәйкес белгілі бір қажеттіліктерді қанағаттандыратын қасиеттердің жиынтығы (мысалы, өсімдік майының сапа көрсеткіштері. Сапаны өлшеуге арналған метрологияның бір бөлімі квалиметрияда төмендегідей сапа көрсеткіштерінің түрлері ажыратылады:

• арнаулылық көрсеткіштері;
• сенімділік көрсеткіштері;
• шикізат, материалдар, отын, энергия және еңбек ресурстарын пайдалану үнемділігінің көрсеткіштері;
• эргонометриялық көрсеткіштер;
• эстетикалық көрсеткіштер;
• технологиялық көрсеткіштер;
• тасымалдаулық көрсеткіштер;
• стандартизация және сейкестік көрсеткіштер;
• патенттік-құқықтың көрсеткіштер;
• экологиялық көрсеткіштер;
• қауіпсіздік көрсеткіштері;
• жалпыланған (интегралды) көрсеткіштер.

Өнімді пайдалану тиімділігінің жалпыланған көрсеткіші болып сапаның интегралды көрсеткіші табылады. Ол өнімді пайдалану немесе тұтынудың жалпы пайдалылығының және өнімді пайдалану, жасаудың жалпы шығындарының ара-қатынасын анықтайды.

Соңғы уақыттары дәріс алушылардың білімі, спортшылардың шеберлігі, әдемілік, дарындылық сияқты қасиеттерді өлшеу әдетке айналуда.

Квалиметрияда сапа көрсеткіштері техникалық өлшеулердегі физикалық шамалар сияқты рөл атқарады.

Әрі қарай физикалық шамаларға қатысты түсініктер қарастырылады.

Физикалық шамаларды өлшенетін және бағаланатын деп бөлуге болады.

• Бағаланатын физикалық шамаларды сандық түрде белгіленген өлшем бірліктерінің (масса, күш, кернеу және т.б.) белгілі бір саны түрінде өрнектеуге болады.
• Өлшенетін физикалық шамалар - белгілі бір себептермен өлшем бірлігі белгіленбейтін шамалар, сол себептен олар тек бағалануы мүмкін (өнім сапасы, баға және т.б.)

Физикалық шамалардың жіктелуі төмендегі 7-суретте келтірілген. Құбылыс түрлері бойынша олардың түрлері:

• Энергетикалық (белсенді, активті), яғни энергияның түрлену, берілу және пайдалану үдерістерінің энергетикалық сипаттамаларын суреттейтін шамалар; оларға ток, кернеу, қуат, энергия, заряд жатады, олар қосымша энергия көздерін пайдаланбай өлшенетін ақпарат белгісіне түрленуі мүмкін.
• Заттық (пассивті), яғни заттардың, материалдардың және олардан жасалатын бұйымдардың физикалық және физикалық-химиялық қасиеттерін сипаттайтын шамалар; радиотехникалық шамалардың ішінен - электрлік кедергі, сыйымдылық, индуктивтілік және т.б; оларға өлшеуіш ақпарат белгілерін қалыптастыратын қосымша энергия кезі қажет; мұнда пассивті физикалық шамалар өлшенетін активті шамаларға түрленеді.
• Уақыттық процестерді сипаттайтын, бұл топқа түрлі спектальді және поляризациялық сипаттамалар, корреляциялық функциялар және т.б. жатады.

Құбылыстар мен үдерістердің түрлі топтарына қатыстылығы бойынша физикалық шамалар бөлінеді:

• Кеңістіктік-уақыттық
• Механикалық, жылулық
• Электрлік, магниттік, акустикалық
• Физикалық-химиялық
• Иондағыш сәулеленудің, жарықтық
• Атомдық жөне ядерлік физиканың.

Басқа шамалардан шартты тәуелсіздігі дәрежесіне байланысты физикалық шамалар жіктеледі:

• Негізгі
• Туынды
• Қосымша

Бұл белгі бойынша жіктелу туралы төменде толығырақ қарастырылған. Өлшемдерінің болуы бойынша физикалық шамалар бөлінеді:

• Өлшемі бар
• Өлшемі жоқ

Өлшемдердің объектісі негізгі және туындыға бөлуге болатын физикалық шамалар болып табылады.

Негізгі шамалар бір-бірінё тәуелді емес, бірақ олар туынды деп аталатын басқа физикалық шамалармен байланысты орнату үшін негіз ретінде қызмет етеді. Эйнштейн формуласындағы негізгі бірлік - масса, ал энергия - бұл туынды бірлік, олардың арасындағы тәуелділікті белгілі формула анықтайды

$\ E=mc^{2}$

Негізгі шамаларға өлшемдердің негізгі бірліктері сөйкес келеді, ал туынды шамаларға - өлшемдердің туынды бірліктері.

Негізгі жөне туынды бірліктердің жиынтығы физикалық шамалардың бірліктер жүйесі деп аталады. Бірліктердің бірінші жүйесі болып метрлік жүйе саналады, мұнда ұзындықтың негізгі бірлігі болып метр қабылданған, салмақ бірлігі ретінде - +4°С температурадағы химиялық таза судың 1 см³ салмағы - грамм алынған. 1799 жылы метр мен килограмның алғашқы үлгісі (эталоны) жасалған. Бұл екі бірліктерден басқа метрлік жүйеге өзінің бастапқы нұсқасында аудан (ар - қабырғасы 10 м квадрат ауданы), көлем (стер - бүйірі 10 м-ге тең кубтың көлемі), сыйымдылық (литр - бүйірі 0,1 м-ге тең кубтың көлемі) бірліктері енген.

Осылайша, метрлік жүйеде негізгі және туынды бірліктерге нақты бөлу болған жөң.

Бірлік жүйесі түсінігін негізгі және туындының жиынтығы ретінде ең алғаш рет 1832 жылы неміс ғалымы К.Ф. Гаусс ұсынған. Бұл жүйеде негізгі ретінде мыналар қабылданды:

• ұзындық бірлігі - миллиметр
• масса бірлігі - миллиграмм
• уақыт бірлігі - секунд

Бірліктердің бұл жүйесі абсолютті деп аталды.

1881 жылы СГС физикалық шамалардың бірліктер жүйесі қабылданған, оның негізгі бірліктері:

• сантиметр - ұзындық бірлігі
• грамм - масса бірлігі
• секунд - уақыт бірлігі

Жүйенің туынды бірліктері: күш бірлігі - килограмм - күш және жұмыс бірлігі - эрг. СГС жүйесін тәжірибеде қолдану қолайсыз болды. Өйткені көптеген бірліктердің арақатынасын анықтау және басқа жүйелерге қайта санау қиындық тудырды.

XX ғасырдың басында итальяндық ғалым Джорджи МКСА деп аталған және әлемде кең таралған тағы бір бірліктер жүйесін ұсынды. Бұл жүйенің негізгі бірліктері: метр, килограмм, секунд, ампер (ток күшінің бірлігі), ал туынды бірліктер: күш бірлігі - ньютон, энергия бірлігі - джоуль, қуат бірлігі - ватт.

Бұдан басқа да ұсыныстар болды. Бұл халықаралық аспектте өлшемдердің бірлігін қамтамасыз етуге тырысуды көрсетеді. Дегенмен, қазіргі уақытта да кейбір елдер өздерінде тарихи қалыптасқан өлшем бірліктерден бас тартқан жоқ. Ұлыбритания, АҚШ, Канадада массаның негізгі бірлігі ретінде фунт саналады, оның мөлшері әр елде әр түрлі. Қазіргі кезде бүкіл әлемде СИ - Халықаралық бірлік жүйесі (SI) кең таралған.