Stebimieji dydžiai ir operaciniai apibrėžimai

Pasirinkite klausime slypintį dydį

Vežimėlis gali turėti padėtį, ilgį ir masę. Tai skirtingi dydžiai, susiję su tuo pačiu objektu. Čia pateikiamuose klasikinės fizikos pavyzdžiuose stebimasis dydis yra fizikinis dydis, kurį tiriame atlikdami apibrėžtą stebėjimą ar matavimą. Pirmiausia įvardykite, ką norite sužinoti: padėtį išilgai takelio, laiko tarp įvykių trukmę ar vandens temperatūrą pasirinktoje vietoje.

Dydžio vertei reikia ne tik skaičiaus, bet ir atskaitos. Kai nurodomas 1.20 m ilgis, metras suteikia skaičiui mastelį. Pasakius tik 1.20, matavimo vienetas lieka nenurodytas. Net ir nurodžius vienetą lieka kitas klausimas: kurio taško padėtis, kurios koordinačių pradžios atžvilgiu ir kuriuo laiko momentu?

Nurodykite, ką ketinate matuoti

Metrologijoje, matavimų moksle, konkretus dydis, kurį ketinate matuoti, vadinamas matuojamuoju dydžiu. Naudingas matuojamojo dydžio apibūdinimas susieja dydį su jo objektu ir svarbiomis sąlygomis. Vežimėlio padėtis yra mažiau tikslus apibūdinimas nei jo priekinės žymos padėtis išilgai nurodytos ašies, takelio nulinės žymos atžvilgiu, užfiksuotu laiko momentu.

Du stebėtojai gali gauti skirtingus skaičius, nes pasirinko skirtingus taškus ar laiko momentus. Apibrėžimo pakeitimas savaime nėra matavimo priemonės paklaida. Prieš vertindami rezultatų sutapimą, nustatykite, kokį dydį siekiama matuoti. Išnagrinėtame vežimėlio pavyzdyje jo priekio padėtis yra 1.20 m, o galo – 1.00 m tuo pačiu laiko momentu; abi padėtys atitinka nurodytą 0.20 m vežimėlio ilgį.

Aprašykite veiksmus taip, kad juos būtų galima pakartoti

Operacinis apibrėžimas aiškiai nurodo, koks stebėjimas ar veiksmas naudojamas savybei ar įvykiui nustatyti. Apibrėždami pravažiavimo laiką, nurodykite, kad laikas pradedamas skaičiuoti, kai vežimėlio priekinė žyma kerta liniją A, ir baigiamas, kai ta pati žyma kerta liniją B. Taip apibrėžiamas tiriamas laiko intervalas. Matavimo procedūra tuomet paaiškina, kaip gauti įvertį: koks laikrodis ar įrašas naudojamas, kaip nustatomas kiekvienas linijos kirtimas ir kaip apskaičiuojamas dviejų laikrodžio rodmenų skirtumas.

Toks nurodymas kaip „išmatuokite vežimėlio judėjimo laiką“ yra neišsamus. Kitas stebėtojas galėtų pradėti skaičiuoti laiką nuo vežimėlio paleidimo, baigti, kai jo galas kerta finišo liniją, arba pasirinkti kitą įvykį. Prieš lygindami rezultatus, užrašykite pradžios ir pabaigos nustatymo taisykles. Taikant vaizdo įrašu pagrįstą procedūrą, abu įvykiai galėtų būti nustatomi viename įraše; vis tiek reikia patikrinti laiko matavimo metodą ir jo ribotumus.

Atskirkite rodmenį nuo jo interpretacijos

Matavimo priemonės rodmuo yra vertė, kurią pateikia jos ekranas, rodyklė ar išvestis. Termometras gali rodyti 45.0 °C. Vien šis rodmuo neleidžia nustatyti temperatūros visame puodelyje. Jutiklio vieta, stebėjimo laikas, matavimo procesas ir atitinkamos pataisos lemia, kaip galima panaudoti rodmenį.

Matavimo rezultatu nurodytam matuojamajam dydžiui priskiriama įvertinta vertė arba verčių aibė kartu su susijusia informacija. Paprastai ši informacija apima neapibrėžtį. Kartu su skaičiumi visada nurodykite dydį, sąlygas ir metodą. Vien papildomi ekrane rodomi skaitmenys nepatvirtina mažesnės neapibrėžties ar didesnio tikslumo. Tikroje ataskaitoje būtinas tinkamas matavimo sistemos įvertinimas; mūsų pateiktos mokomosios vertės nepatvirtina matavimo priemonės charakteristikų.

Susiekite dydžio prasmę su jo matavimo procedūra

Dydis, kurį siekiama matuoti, ir jo įvertinimo procedūra atlieka skirtingus vaidmenis. Padėtis nusako vietą pasirinktoje koordinačių sistemoje. Liniuotė, kamera ar kita tinkama sistema gali suteikti duomenų apie tą padėtį. Kurios procedūros duoda palyginamus rezultatus, priklauso nuo jų atskaitos pagrindų, sąlygų, pataisų ir ribotumų.

Kai kurie dydžiai apibrėžiami sutartu bandymo metodu. Tokiais atvejais metodas turi būti nurodytas dydžio pavadinime ir ataskaitoje, nes kitu metodu gauti rezultatai gali atsakyti į kitą klausimą. Tai nereiškia, kad kiekvienas fizikinis dydis yra tapatus vieno prietaiso naudojimo instrukcijoms. Operacinis apibrėžimas padeda tiksliai apibrėžti konkretų tyrimą; platesnę fizikinę prasmę taip pat suteikia ryšiai, modeliai ir taikymo būdai.

Lyginkite tą patį matuojamąjį dydį nurodytomis sąlygomis

Prieš lygindami skaičius, patikrinkite objektą, sekamą tašką ar vietą, dydžio rūšį, atskaitos pagrindą, laiko skaičiavimo pradžią ir pabaigą žyminčius įvykius bei sąlygas. Tada patikrinkite, ar matavimo ribotumai leidžia atsakyti į keliamą klausimą. Pats matavimo procesas gali paveikti objektą ar jo būseną, todėl gauta vertė nebūtinai tiksliai atitinka vertę, kurią iš pradžių siekta nustatyti.

Skirtingi rodmenys gali atskleisti skirtingas vietines sąlygas, pasikeitusią apibrėžtį, matavimo problemą arba kelis kartu pasireiškiančius poveikius. Vien skaičiai priežasties nenurodo. Lygindami vandens temperatūrą, išlaikykite tą pačią numatytą vietą ir stebėjimo laiką, dokumentuokite procedūrą ir išnagrinėkite matavimo sistemą. Toliau fizikinių sistemų pamoka padės nuspręsti, kokį objektą, aplinką ir ribas įtraukti į tyrimą.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Pabandykite patys

1. Vandens temperatūros užduotyje nustatykite, kokį vaidmenį atlieka temperatūra; vandens temperatūra centre, pusės gylio lygyje, praėjus penkioms minutėms po to, kai baigta pilti; zondo padėties nustatymo ir naudojimo instrukcijos; ir ekrane rodomas 45.0 °C rodmuo.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Dydžio rūšis; apibrėžtas matuojamasis dydis; matavimo procedūra; matavimo priemonės rodmuo.

   Bendroji savybė, konkretus matuojamasis dydis, veiksmai ir pateiktas rodmuo atsako į skirtingus klausimus. Norint rodmenį interpretuoti kaip matuojamojo dydžio įvertį, taip pat reikia atitinkamos informacijos apie matavimą.

2. Stebėtojas nurodo, kad išnagrinėtame pavyzdyje 0.20 m ilgio vežimėlio galinės dalies padėtis yra 1.00 m. Kokia priekinės dalies padėtis išplaukia iš šios sutartos geometrijos ir ką reikia išlaikyti lyginant ją su kita priekinės dalies padėtimi?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   1.20 m. Išlaikykite tą pačią vežimėlio orientaciją, koordinačių pradžią, ašį ir stebėjimo momentą.

   Vežimėlio priekis yra 0.20 m toliau teigiama ašies kryptimi: 1.00 m + 0.20 m = 1.20 m. Šiame tiksliame modelyje skaičiavimu pereinama tarp nurodytų taškų; atliekant realų palyginimą taip pat būtina atsižvelgti į neapibrėžtį.

3. Pagal pateiktus laikrodžio rodmenis vežimėlis paleidžiamas laiko momentu 0.0 s, jo priekis kerta liniją A laiko momentu 0.8 s, o liniją B – laiko momentu 2.8 s. Kuris laiko intervalas atsako į apibrėžtą klausimą apie vežimėlio priekio pravažiavimo nuo A iki B trukmę?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   2.0 s, nuo 0.8 s iki 2.8 s.

   Naudokite nurodytus įvykius: 2.8 s - 0.8 s = 2.0 s. Atėmus paleidimo metu užfiksuotą laikrodžio rodmenį, būtų gauta 2.8 s ir atsakyta į kitą klausimą – kiek laiko praėjo nuo paleidimo.

4. Užraše teigiama, kad vanduo buvo 45.0. Kokia informacija leistų šį užrašą panaudoti lyginant vandens vėsimą puodeliuose ir ar užrašius 45.000 būtų pagrįstas didesnis tikslumas?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Nurodykite matavimo vienetą, puodelio ir vandens sąlygas, zondo vietą, stebėjimo laiką ir laiko atskaitos pradžią, procedūrą bei svarbius matavimo apribojimus. Vien papildomi skaitmenys nepagrindžia didesnio tikslumo.

   Skaitiniam rodmeniui reikia apibrėžto matuojamojo dydžio ir matavimo konteksto. Užrašius daugiau skaitmenų po kablelio, neatsiranda trūkstama informacija apie kalibravimą, neapibrėžtį ar vietą.

Ką verta įsidėmėti

• Prieš interpretuodami skaičių, įvardykite fizikinį dydį ir nurodykite konkretų matuojamąjį dydį.
• Nurodykite sekamą tašką, atskaitą, laiką ir palyginimui svarbias sąlygas.
• Apibrėžkite laiko matavimo įvykius ir dokumentuokite veiksmus, kuriais gaunamas įvertis.
• Atskirkite prietaiso rodmenį nuo matavimo rezultato su jam svarbia informacija.
• Lyginkite vienodai apibrėžtus matuojamuosius dydžius ir įvertinkite apribojimus; viena procedūra neatskleidžia visos kiekvieno dydžio fizikinės prasmės.