Фундаментальные и производные величины
Экспериментирование является ключевым аспектом физики и других физических наук. Теории и другие гипотезы проверяются и утверждаются как научная истина посредством проведенных экспериментов. Измерения являются неотъемлемой частью экспериментов, где величины и отношения между различными физическими величинами используются для проверки истинности проверяемой теории или гипотезы.
Есть очень распространенный набор физических величин, которые часто измеряются в физике. Эти величины принято считать фундаментальными величинами. Используя измерения этих величин и отношения между ними, можно вывести другие физические величины. Эти величины известны как производные физические величины.
Основные величины
В каждой системе единиц определен набор основных единиц, и соответствующие физические величины называются основными величинами. Фундаментальные единицы определяются независимо друг от друга, и часто величины поддаются непосредственному измерению в физической системе.
В общем случае система единиц требует трех механических единиц (массы, длины и времени). Также требуется один электрический блок. Несмотря на то, что приведенный выше набор единиц может быть достаточным, для удобства несколько других физических единиц считаются основными. cgs (сантиметр-грамм-секунда), mks (метр-килограмм-секунда) и fps (фут-фунт-секунда) ранее использовались системы с основными единицами измерения.
Система единиц СИ заменила большую часть старых систем единиц. В системе единиц СИ по определению следующие семь физических величин считаются фундаментальными физическими величинами, а их единицы - фундаментальными физическими единицами.
| Количество | Единица | Символ | Размеры |
| Длина | Счетчик | м | L |
| Масса | Килограмм | кг | М |
| Время | Секунды | s | Т |
| Электрический ток | Ампер | А | |
| Термодинамическая температура | Кельвин | К | |
| Количество вещества | Крот | моль | |
| Яркость | Кандела | cd |
Производные величины
Производные величины образуются произведением степеней основных единиц. Другими словами, эти величины могут быть получены с использованием фундаментальных единиц. Эти единицы не определяются независимо; они зависят от определения других единиц. Величины, присоединенные к производным единицам, называются производными величинами.
Например, рассмотрим векторную величину скорости. Измерив расстояние, пройденное объектом, и затраченное время, можно определить среднюю скорость объекта. Следовательно, скорость является производной величиной. Электрический заряд также является производной величиной, где он определяется как произведение протекающего тока и затраченного времени. Каждая производная величина имеет производные единицы. Могут быть сформированы производные величины.
| Физическое количество | Единица | Символ | ||
| плоский угол | Радиан (a) | рад | – | m·m-1 =1 (b) |
| сплошной угол | Стерадиан (a) | ср (c) | – | m2·m-2 =1 (b) |
| частота | Герц | Гц | – | s-1 |
| сила | Ньютон | N | – | м·кг·с-2 |
| давление, стресс | Паскаль | Па | N/m2 | м-1·кг·с-2 |
| энергия, работа, количество теплоты | Джоуль | J | N·м |
м2·кг·с-2 |
| мощность, лучистый поток | Ватт | W | J/s | м2·кг·с-3 |
| электрический заряд, количество электричества | Кулон | С | – | A·s |
| разность электрических потенциалов, электродвижущая сила | Вольт | В | W/A | м2·кг·с-3·A-1 |
| емкость | Фарад | F | C/V | m-2·kg-1·s4·A 2 |
| электрическое сопротивление | Ом | В/А | м2·кг·с-3·A-2 | |
| электропроводность | Сименс | S | A/V | m-2·kg-1·s3·A 2 |
| магнитный поток | Вебер | Вб | V·s | м2·кг·с-2·A-1 |
| плотность магнитного потока | Tesla | Т | Вб/м2 | кг·с-2·A-1 |
| индуктивность | Генри | Н | Wb/A | м2·кг·с-2·A-2 |
| Температура по Цельсию | Градусы Цельсия | °C | – | К |
| световой поток | Люмен | лм | cd·sr (c) | m2·m-2·cd=cd |
| освещенность |
Люкс |
лк | лм/м2 | m2·m-4·cd=m-2·cd |
| активность (радионуклида) | Беккерель | Bq | – | s-1 |
| поглощенная доза, удельная энергия (передаваемая), керма | Серый | Gy | Дж/кг | m2·s-2 |
| эквивалент дозы (d) | Зиверт | Св | Дж/кг | m2·s-2 |
| каталитическая активность | Катал | кат | s-1·mol | |
В чем разница между фундаментальными и производными величинами?
• Фундаментальные величины являются базовыми величинами системы единиц и определяются независимо от других величин.
• Производные величины основаны на фундаментальных величинах, и они могут быть выражены в терминах фундаментальных величин.
• В единицах СИ производным единицам часто даются имена людей, таких как Ньютон и Джоуль.
