ΦΥΣΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ

ΕΡΓΑΣΙΑ ΦΥΣΙΚΗΣ

 

ΜΑΘΗΤΡΙΑ:ΒΑΣΙΛΕΙΑ ΚΟΥΣΚΟΥΡΙΔΑ

ΤΜΗΜΑ:Β1

ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΒΕΛΕΣΤΙΝΟΥ

 

 

    «Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους»

 

    Η εργασία αυτή δίνει ιδιαίτερη σημασία στα φυσικά μεγέθη και για της μετρήσεις.

    Πρώτα απ’ όλα θα μιλήσουμε για το μέγεθος. Μέγεθος ονομάζουμε την ποσότητα που μπορεί να μετρηθεί. Επίσης με τον όρο μέτρηση στη φυσική ονομάζουμε τη διαδικασία σύγκρισης ομοειδών μεγεθών. Φαινόμενα ονομάζουμε όλα όσα μεταβάλλονται γύρω μας όπως για παράδειγμα τα αυτοκίνητα κινούνται, οι άνθρωποι αναπτύσσονται κ.ά. Έτσι για να μελετήσουμε ένα φαινόμενο είναι ανάγκη να μετρήσουμε τα μεγέθη που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή του. Προκειμένου να μελετήσουμε την πτώση των σωμάτων, είναι απαραίτητο να μετρήσουμε το χρόνο της κίνησης και το μήκος της διαδρομής που διανύουν τα σώματα καθώς πέφτουν. Πρέπει να πούμε ότι τα μεγέθη αυτά που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή ενός φυσικού φαινόμενου λέγονται φυσικά μεγέθη. Υπάρχουν επτά (7) φυσικά μεγέθη τα οποία είναι το μήκος, το εμβαδόν, ο όγκος, ο χρόνος, η ταχύτητα, η μάζα, η πυκνότητα.

    Για να μετρήσουμε ένα φυσικό μέγεθος, το συγκρίνουμε με άλλο ομοειδές, το οποίο ονομάζουμε μονάδα μέτρησης. Για να μετρήσουμε το μήκος ενός σώματος, το συγκρίνουμε με ορισμένο μήκος, το οποίο έπειτα από συμφωνία, θεωρούμε ως μονάδα μέτρησης, όπως για παράδειγμα είναι το 1 m. Η διαδικασία της μέτρησης μπορεί να είναι εύκολη, όπως όταν μετράς το μήκος του θρανίου, ή περίπλοκη, όπως η μέτρηση της απόστασης των πλανητών από τον ήλιο.

 

Τα θεμελιώδη μεγέθη: Το μήκος, ο χρόνος και η μάζα

 

    Μερικά φυσικά μεγέθη προκύπτουν από τη διαίσθησή μας και δεν ορίζονται με τη βοήθεια άλλων μεγεθών. Αυτά τα μεγέθη ονομάζονται θεμελιώδη. Τέτοια φυσικά μεγέθη είναι το μήκος, ο χρόνος και η μάζα. Οι μονάδες μέτρησης των θεμελιωδών μεγεθών ορίζονται συμβατικά και ονομάζονται θεμελιώδεις μονάδες. Το μέτρο (m), το δευτερόλεπτο (s) και το χιλιόγραμμο (kg) είναι θεμελιώδεις μονάδες στη Μηχανική.

 

Μέτρηση μήκους

 

   Η θεμελιώδεις μονάδα μέτρησης του μήκους είναι το μέτρο (meter). Tο όνομα του προέρχεται από την ελληνική λέξη μετρώ και παριστάνεται με το γράμμα m. Για τη μέτρηση μηκών μικρότερων του ενός μέτρου, χρησιμοποιούμε τα υποπολλαπλάσια του: το εκατοστό (cm), το χιλιοστό (mm) κ.ά. Για τη μέτρηση μηκών πολύ μεγαλυτέρων από το 1 m χρησιμοποιούμε τα πολλαπλάσια του μέτρου, όπως το ένα χιλιόμετρο (km) κ.ά. Το υποδεκάμετρο, το πτυσσόμενο μέτρο, η μετροταινία κ.ά. είναι συνηθισμένα όργανα μέτρησης του μήκους.

 

Μέτρηση του χρόνου

 

  Για τη μέτρηση του χρόνου χρησιμοποιούμε φαινόμενα τα οποία επαναλαμβάνονται με ίδιο τρόπο σε ίσα χρονικά διαστήματα(περιοδικά φαινόμενα). Τέτοια φαινόμενα είναι η διαδοχή της ημέρας με τη νύχτα(ημερονύκτιο),

οι φάσεις της σελήνης, οι κτύποι της καρδιάς ενός ανθρώπου, η κίνηση του εκκρεμούς, η μεταβολή της ενέργειας ορισμένων ατόμων. Η θεμελιώδεις μονάδα μέτρησης του χρόνου είναι το δευτερόλεπτο(σύντομα s ή second). Ορίζουμε το δευτερόλεπτο έτσι ώστε το ημερονύκτιο να διαρκεί 86.400 s. Τα όργανα μέτρησης του χρόνου ονομάζονται χρονόμετρα.

 

Μάζα και μέτρησή της

 

   Με τι συνδέεται η μάζα ενός σώματος; Ένας οδηγός

φορτηγού γνωρίζει από την εμπειρία του ότι το φορτωμένο φορτηγό σταματά πολύ πιο δύσκολα από το άδειο.

Είναι πιο δύσκολο να σπρώξεις ένα γεμάτο κιβώτιο σε μια πίστα από πάγο, ώστε να κινηθεί, παρά ένα άδειο.

Λέμε ότι το φορτωμένο φορτηγό έχει μεγαλύτερη μάζα από το άδειο και το γεμάτο κιβώτιο από το άδειο. Η εμπειρία μας δείχνει ότι όσο πιο δύσκολα ένα σώμα

αρχίζει να κινείται ή σταματά, τόσο μεγαλύτερη είναι η μάζα του. Η μάζα φαίνεται να συνδέεται με την κίνηση.

Η μάζα συνδέεται, επίσης, με την «ποσότητα της ύλης»

που περιέχεται σε ένα σώμα. Πράγματι, όσο περισσότερη ύλη περιέχεται σε κάποιο σώμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η μάζα του.

   Θεμελιώδης μονάδα μάζας είναι το χιλιόγραμμο (1 kg).

Υποπολλαπλάσιο του 1 kg είναι το 1 g (γραμμάριο),

(1 kg=1.000 g). Όργανα μέτρησης της μάζας είναι οι ζυγοί (ζυγαριές). Υπάρχουν διάφοροι τύποι ζυγών.

 

Παράγωγα μεγέθη

 

  Τα μεγέθη που ορίζονται με απλές μαθηματικές σχέσεις από τα θεμελιώδη ονομάζονται παράγωγα. Οι μονάδες τους μπορούν να εκφραστούν, με τις ίδιες απλές μαθηματικές σχέσεις, μέσω των μονάδων των θεμελιωδών μεγεθών και ονομάζονται παράγωγες μονάδες. Για παρά-δειγμα, το εμβαδόν, ο όγκος, η πυκνότητα, η ταχύτητα κτλ, είναι παράγωγα μεγέθη.

 

Μέτρηση εμβαδού

 

   Μονάδα μέτρησης εμβαδού (συμβολικά Α) είναι το εμβαδόν της επιφάνειας ενός τετραγώνου με πλευρά 1 m. Η μονάδα μέτρησης του εμβαδού προκύπτει από τον ορισμό του.

  Εμβαδόν τετραγώνου = μήκος πλευράςxμήκος πλευράς.

  Αν τα μήκη των πλευρών μετρώνται σε μέτρα (m),

            Τότε:μονάδα εμβαδού=1 m∙1 m=1 m².

 

    Αυτή τη μονάδα την ονομάζουμε τετραγωνικό μέτρο(m²). Βλέπουμε ότι η μονάδα μέτρησης του εμβαδού εκφράζεται μέσω της θεμελιώδους μονάδας του μήκους.

 

Μέτρηση όγκου

 

   Μονάδα μέτρησης όγκου είναι ο όγκος κύβου ακμής 1 m. Η μονάδα μέτρησής του προκύπτει από τον ορισμό του.

   Όγκος κύβου = μήκος ακμήςxμήκος ακμήςxμήκος ακμής. Αν τα μήκη των πλευρών μετρώνται σε m,

              Τότε:μονάδα όγκου=(1m)∙(1m)∙(1m)=1m³.

 

    Αυτή τη μονάδα την ονομάζουμε κυβικό μέτρο (m³). Βλέπουμε ότι η μονάδα μέτρησης του όγκου εκφράζεται μέσω της θεμελιώδους μονάδας του μήκους.

 

Μέτρηση της πυκνότητας

 

   Ποιο είναι πιο βαρύ, ο σίδηρος ή το ξύλο; Πολλοί άνθ-

ρωποι νομίζουν ότι ο σίδηρος είναι βαρύτερος από το ξύλο, παρόλο που ένα καρφί είναι ελαφρύτερο από μια σανίδα. Για να απαντήσουμε σ’ αυτή την ερώτηση, ζυγίζουμε ένα κομμάτι από σίδηρο και ένα κομμάτι από ξύλο, που έχουν τον ίδιο όγκο. Για παράδειγμα, 1 cm³ σιδήρου έχει μάζα 7,9 g, ενώ 1 cm³ ξύλου έχει μάζα 0,3 g. Λέμε ότι η πυκνότητα του σιδήρου είναι 7,9 g ανά κυβικό εκατοστόμετρο, ενώ του ξύλου 0,7 g ανά κυβικό εκατοστόμετρο. Ο σίδηρος έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από το ξύλο.

    Η πυκνότητα ενός υλικού ορίζεται ως το πηλίκο που έχει ως αριθμητή τη μάζα σώματος από το υλικό αυτό και παρονομαστή τον όγκο του. Δηλαδή

                                    μάζα                                      m

          Πυκνότητα =———, ή με σύμβολα: ρ= ——

                                    όγκο                                       V

   Η πυκνότητα εκφράζει τη μάζα του υλικού που περιέχεται σε μια μονάδα όγκου. Η πυκνότητα είναι χαρακτηριστικό του υλικού κάθε σώματος. Δεν χαρακτηρίζει, για παράδειγμα, μια σιδηροδοκό αλλά το σίδηρο. Έτσι, η πυκνότητα μιας σιδηροδο-κού είναι ίδια με την πυκνότητα ενός πολύ μικρού κομματιού (ρινίσματος) σιδήρου.

 

   Για να υπολογίσουμε την πυκνότητα ενός υλικού, για παράδειγμα του αλουμινίου, αρκεί να διαιρέσουμε τη μάζα ενός σώματος από αλουμίνιο με τον όγκο. Ένα κομμάτι αλουμινίου μάζας m=270 g έχει όγκο V=100 cm³. Επομένως, η πυκνότητα ρ του αλουμινίου είναι:

             μάζα             m            270 g

   ρ = ———— = ——— = ———— = 2,7 g/cm³

             όγκος            V          100 cm³

   Η πυκνότητα εκφράζεται μέσω της μάζας και του όγκου. Επομένως, είναι ένα παράγωγο μέγεθος. Η μονάδα της πυκνότητας μπορεί να εκφραστεί μέσω των θεμελιωδών μονάδων της μάζας (Kg) και του μήκους (m), δηλαδή:

                                           μονάδα μάζας          1 Kg

μονάδα πυκνότητας =———————— = ———   

                                           μονάδα όγκου          1 m³

                                      

Γενικά η μονάδα μέτρησης κάθε παράγωγου μεγέθους  μπορεί να εκφραστεί ως συνάρτηση των μονάδων των θεμελιωδών μεγεθών.

 

 

 

 

Μετροταινία             Χρονόμετρο      Υποδεκα-

                                                                τόμετρο