Text Úloha Prolblém Aplikace Domů
Text

Fyzikální veličiny jsou dány objektivními vlastnostmi hmoty, jejichž velikosti, tj. hodnoty lze experimentálně změřit nebo teoreticky vypočítat. Jsou to tedy měřitelné fyzikální vlastnosti, stavy a změny stavů fyzikálních objektů (látek, polí).

Fyzikální veličiny jsou definovány nezávisle na metodě měření, a to přímo nebo nepřímo ve vztahu k jiným fyzikálním veličinám. Vzájemné závislosti fyzikálních veličin nazýváme fyzikálními vztahy (fyzikálními rovnicemi).

Fyzikální veličiny dělíme na:

  • skalární (mají velikost a jednotku měření),
  • vektorové (mají velikost, směr působení a jednotku měření).

Fyzikální veličina má určitou hodnotu - velikost, která je dána komparačním měřením s fyzikální veličinou téhož druhu, přičemž srovnávací i srovnávaná fyzikální veličina jsou jednoznačně určeny stejnou jednotkou měření.

Přímo měřené fyzikální veličiny jsou měřeny v základních jednotkách, nepřímo měřené fyzikální veličiny jsou měřeny v odvozených fyzikálních veličinách pomocí jim odpovídajících fyzikálních vztahů, tj. jsou určeny svým rozměrem. Výsledky zejména odvození fyzikálních vztahů je třeba vždy verifikovat pomocí tzv. rozměrové zkoušky.

Termín, název fyzikální veličiny Symbol, značka fyzikální veličiny Termín, název jednotky nebo rozměru fyzikální veličiny Symbol, značka jednotky nebo rozměru fyzikální veličiny Jednotka nebo rozměr fyzikální veličiny
hmotnost m kilogram kg kg
zrychlení a metr za sekundu na druhou
síla F newton N

Soustava SI je mezinárodní konvenční soustava jednotek měření fyzikálních veličin, která se skládá ze základních jednotek, odvozených jednotek, násobků a dílů jednotek měření.

Základní jednotky měření pro fyzikální veličiny délka, hmotnost, čas, teplota, proud, svítivost a látkové množství jsou: metr, kilogram, sekunda, kelvin, ampér, kandela, mol.

Odvozené jednotky se tvoří jako součiny a podíly jednotek základních.

Dekadické násobky a díly jednotek měření se vyjadřují pomocí předpon před jednotkami.

Metr m je délka dráhy, kterou proběhne světlo ve vakuu za 1/299 792 458 s.

Kilo­gram kg je roven hmotnosti mezinárodního prototypu kilo­gramu uloženého v Mezinárodním ústavu pro míry a vá­hy v Sévres u Paříže. Prototyp kilogramu má tvar válce o průměru 39 mm a je zhotoven ze slitiny platiny a iridia.

Sekunda s je doba rovnající se 9,192631770·109 period záření vydávaného při přechodu mezi dvěma hladinami velmi jemné struk­tury základního stavu izotopu atomu Cesia 133Cs.

Ampér A je časově stálý proud, který při průchodu dvěma nekonečně dlouhými rovnoběžnými přímými vodiči, jejichž průměr je zanedbatelný vůči jejich vzdálenosti, umístěnými ve vakuu ve vzdá­lenosti 1 m od sebe, vyvolá mezi vodiči sílu 2.10-7 N působí­cí na 1 metr délky každého z obou vodičů.

Kelvin K je 273,16 část teploty trojné­ho bodu vody (trojný bod je stav látky se zcela určitou teplotou a tlakem, ve kterém koexistují tři skupenství současně).

Mol mol je takové množství látky, které obsahuje právě tolik částic (atomů, molekul, elektronů), jako je atomů v 0,012 kilogramu uhlíku .

Kandela cd je svítivost 1/600 000 m2 povrchu absolutně černého tělesa ve směru kolmém k tomuto povrchu při teplotě tuhnutí platiny (1768°C) a při normálním tlaku (101 325 Pa).

Úloha

Verbální zadání:

Sokol stěhovavý dokáže při letu střemhlav krátkodobě vyvinout rychlost až 300 km·hod-1.  Převeďte  rozměr této rychlosti do soustavy SI.

 

Matematizované zadání:

v = 300 km·hod-1 ;

v = ? m·s-1

Fyzikální vztahy jako návod pro řešení:

Okamžitou rychlostv definujemeobecně jako změnu dráhys v časet, matematicky jako derivaci dráhy podle času. V soustavě SI měříme dráhu v metrech a čas měříme v sekundách:

Obecný a konkrétní výsledek:

 

Odpověď:

Sokol, jestřáb nebo orel se dokáže pohybovat maximální okamžitou rychlostí asi 80 m·s-1. Jde o obrovskou rychlost živého organismu, ale nejde o tzv. nadzvukovou rychlost, protože rychlost zvuku ve vzduchu je při pokojové teplotě 20°C asi 330 m·s-1. Maximální okamžitá rychlost 300 km·hod-1 je pro většinu automobilů a motocyklů nedosažitelná, dosažitelná je pouze pro výjimečné světově známé značky vozů a motocyklů (např. BMW X6 M, Audi R8 V10, Porsche Panamera Turbo S, Nissan GT-R, Mercedes-Benz SLS AMG, Chevrolet Corvette ZR1, motocykl Suzuki GSX-R 1300, Bugatti Veyron, Lotus F1).

Problém

Verbální zadání:

Které fyzikální veličiny měříme v joulech?

Návod řešení:

Joule je odvozená jednotka měření. Práci, energii a teplo měříme v joulech, což lze v soustavě SI rozměrově vyjádřit:

Moment síly vzhledem k ose otáčení má rovněž rozměr N·m, ale nejde o odvozenou fyzikální veličinu joule.

Závěr:

Práce, energie a teplo jsou skalární fyzikální veličiny téže fyzikální podstaty, protože se měří ve stejných fyzikálních jednotkách (jde pouze o konverzi, při které se například práce může měnit v energii nebo v teplo), ale moment síly vzhledem k ose otáčení je vektorová fyzikální veličina. Skalární a vektorové fyzikální veličiny nejsou téže fyzikální podstaty, proto je nemůžeme měřit v téže fyzikální odvozené jednotce měření.

Aplikace

Vysvětlete, proč se zejména ve vědě i v technické praxi užívají násobky a díly jednotek měření a vyjmenujte některé:

Násobek, díl Zkratka Koeficient Prefix
iotta Y 1024 kvadrilion
zetta Z 1021 triliarda
exa E 1018 trilion
peta P 1015 biliarda
tera T 1012 bilion
giga G 1 000 000 000 miliarda
mega M 1 000 000 milion
kilo k 1000 tisíc
hekto h 100 sto
deka da 10 deset
deci d 0,1 desetina
centi c 0,01 setina
mili m 0,001 tisícina
mikro µ 0,000 001 miliontina
nano n 0,000 000 001 miliardtina
piko p 10-12 biliontina
femto f 10-15 biliardtina
atto a 10-18 triliontina
zepto z 10-21 triliardtina
yocto y 10-24 kvadriliontina

Vysvětlete, proč se zejména ve vědě i v technické praxi užívají vedlejší jednotky měření SI a vyjmenujte některé:

Fyzikální veličina Název Značka Vztah k hlavní jednotce
čas minuta min 60 s
hodina h 3600 s
den d 86 400 s
rovinný úhel (úhlový) stupeň ° (π/180) rad
(úhlová) minuta ' (π/10 800) rad
vteřina " (π/648 000) rad
grad, gon g, gon (π/200) rad
délka astronomická jednotka AU 1,49598·1011 m
parsek pc 3,0857·1016 m
světelný rok ly 9,4605·1015 m
plošný obsah hektar ha 104 m2
objem litr l, L 10-3 m3
hmotnost tuna t 103 kg
atomová hmotnostní jednotka u 1,66057·10-27 kg
délková hmotnost tex tex 10-6 kg·m-1
optická mohutnost dioptrie D 1 m-1
energie elektronvolt eV 1,602 19·10-19 J
zdánlivý výkon voltampér V·A
jalový výkon var var