- Physics is a natural science that studies the properties and transformations of matter and energy, as well as the interactions between them. - Physics answers questions such as: Why is the sky blue? How do magnets attract? Should you be afraid of electricity? What is bigger: hectolitre or cubic meter? How to measure the distance to the stars? ... and many others. - Physics research objects may be both creatures and living organisms.
a) Each object of this science study will be called a physical bodyphysical bodyphysical body, in short, a body. b) Physical bodies are always built of some matter - we will call this matter a substancesubstancesubstance. c) Physical phenomenon - a natural phenomenon involving the physical properties of matter and energy. d) Physical quantityphysical quantityPhysical quantity - characteristic properties of material or phenomenon in our nature, which can be measured.
Task
Classify the following concepts into physical bodies and physical substances:
clay, wood, paper, glass, bottle, tree, piece of paper, water, soap, soap bubble, a drop of water.
[Table 1]
Answer:
[Table 2]
Task
What substances is your pen made of?
Answer:
Pen housing is made of plastic, which is an organic polymer. The ink is a mixture of organic substances. The tip of the ballpoint pen is made of metal.
Task
Familiarize yourself with the drawings: a rectangular sheet of paper and a cuboid brick.
[Illustration 1]
Task
a) Describe briefly a sheet of paper and a brick. Indicate similarities and differences.
b) List the characteristics describing these bodies that we can measure?
c) List the characteristics describing these bodies, which we can calculate using the previous direct measurements.
Answer:
a) The sheet of paper is a solid. You can measure its length and width. To measure its thickness, a ruler is not enough. Other, more accurate measuring instruments would be needed, for example micrometer screw. Or maybe you have an idea how to determine its thickness differently? The brick is also a solid body. We can measure its length, width and height. Using the weight with the appropriate accuracy, we can also determine the mass of these bodies. These bodies differ in the substance from which they were built.
b) The sheet of paper: length, width, mass, type of substance from which it was made. The brick: length, width, height, mass, type of substance from which it was made.
c) The sheet of paper: surface (as a product of length and width). The brick: volume (product of length, width and height), surface of side walls.
Task
Familiarize yourself with the following table Physical quantities and their basic units in the S.I. system.
[Table 3]
A common system of units of measurement was adopted in 1960 at the 11th General Conference of Weights and Measures in Paris under the name of the International System of Units, abbreviated S.I. (from the French Le Système International d’Unités).
Poland adopted this system of units in 1966. It is adopted in the vast majority of countries around the world. The exceptions are the United States of America and Burma and Liberia.
Units of this system were divided into basic and derived.
The measurement of a physical quantity consists in determining a numerical value determining a given quantity and giving its unit.
It is therefore insufficient to provide only the numerical result of the measurement.
The measurement can be direct or indirect.
The measurement of a physical quantity is only possible if there is a unit of measure of a given quantity. In the case of basic quantities, the unit is arbitrarily selected state of this quantity, to which we assign a unit value and we call it a prototype (sometimes called artefact).
The unitunitunit of measure of derivative quantities is determined on the basis of definitional formulas through units of basic quantities.
Physical measurements can only be made with finite accuracy. The reason for this is above all the imperfection of measuring instruments and the imprecision of our senses participating in observations. It is therefore insufficient to provide only the measurement result.
Measurement uncertainty is a quantitative measure of doubt regarding the numerical value of a measurement result and is the most important newly defined term.
Each physical quantityphysical quantityphysical quantity is a real quantity, i.e. it has a real value called a true value.
If we could make measurements of physical quantities with perfect accuracy, then with each measurement of the same quantity we would get the same value. However, such measurements are not possible.
The measurement uncertainty is characterized by the dispersion of the measurement results, which can be reasonably assigned to the measured value.
Due to the existence of inaccuracies of measuring instruments but also the limited methods of reading the result by man in physics, there is the concept of measurement uncertainty, which may result from: - the accuracy of the measuring instruments used (using a scales to determine the human body weight, we do not weigh e.g. the bird feather or the tablet), - properties of the physical body being examined (e.g. the bench has no sharp edges and therefore it is difficult to measure its length), - limited precision of the person making the measurement (human error), - non‑adjustment of the measuring instrument (e.g. paper thickness using a ruler).
Click on the tag and you will get information.
[Interactive graphic]
After clicking the following information appears:
Systematic error - measurements of the quantity are systematically away from the true value. Most likely, this is the result of a measuring device defect or a wrong theoretical assumption.
Random error - impossible to avoid, associated with limited precision of measuring instruments or randomness of factors affecting the measurement.
Gross error - a simple mistake while taking a measurement. If we only carry out a series of measurements, the gross error is easy to detect - clear deviations from the norm.
- Obiekt będący przedmiotem badań fizyki będziemy nazywać ciałem fizycznym a w skrócie – ciałem. - Ciała fizyczne zawsze są zbudowane z jakiejś materii - materię tę nazywać będziemy substancją. - Zjawisko fizyczne - naturalne zjawisko dotyczące (np. zmian) własności materii (ciała) i energii. - Stosowanie na całym świecie wspólnego systemu miar, którego nazwa brzmi: Międzynarodowy Układ Jednostek, w skrócie S.I. umożliwia porównywanie wyników pomiarów.
m8bf023072fa09bdf_1528449000663_0
Pomiary w fizyce. Niepewność pomiaru
m8bf023072fa09bdf_1528449084556_0
Drugi
m8bf023072fa09bdf_1528449076687_0
I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.
m8bf023072fa09bdf_1528449068082_0
45 minut
m8bf023072fa09bdf_1528449523725_0
Określenie pomiaru wielkości fizycznej.
m8bf023072fa09bdf_1528449552113_0
1. Rozpoznawanie ciał i substancji fizycznych.
2. Rozpoznawanie wielkości fizycznych.
3. Stosowanie układu S.I. do opisu wielkości fizycznych.
m8bf023072fa09bdf_1528450430307_0
Uczeń:
- rozpoznaje podstawowe pojęcia fizyczne,
- stosuje jednostki z układu S.I. do opisu wielkości fizycznych.
m8bf023072fa09bdf_1528449534267_0
1. Uczenie się przez obserwację.
m8bf023072fa09bdf_1528449514617_0
1. Praca indywidualna.
2. Praca z całą klasą.
m8bf023072fa09bdf_1528450127855_0
Czym jest fizyka?
- Fizyka to nauka przyrodnicza zajmująca się badaniem właściwości i przemian materii oraz energii, a także oddziaływań między nimi. - Fizyka odpowiada na pytania w rodzaju: Dlaczego niebo jest niebieskie? Jak przyciągają się magnesy? Czy należy bać się prądu? Co jest większe: hektolitr czy metr sześcienny? Jak zmierzyć odległość do gwiazd? ... i wiele innych. - Obiektami badania fizyki mogą być zarówno przedmioty, jak i organizmy żywe.
m8bf023072fa09bdf_1528446435040_0
Definicje:
a) Każdy obiekt będący przedmiotem badań tej nauki nazywać będziemy ciałem fizycznym a w skrócie – ciałem. b) Ciała fizyczne zawsze są z czegoś zbudowane – to coś nazywać będziemy substancją. c) Zjawisko fizyczne - naturalne zjawisko dotyczące (np. zmian) własności materii (ciała) i energii. d) Wielkość fizyczna - własności mterii lub zjawiska w przyrodzie, które można mierzyć.
Polecenie
Wymienione pojęcia podziel na ciała fizyczne i substancje fizyczne:
Obudowa długopisu zbudowana jest z tworzywa sztucznego, będącego polimerem organicznym. Tusz jest mieszaniną substancji organicznych. Końcówka długopisu jest wykonana z metalu.
Polecenie
Zapoznaj się z rysunkami przedstawiającymi prostokątną kartkę papieru i cegłę w kształcie prostopadłościanu.
[Ilutracja 1]
Polecenie
a) Opisz krótko kartkę papieru oraz cegłę. Wskaż podobieństwa i różnice. b) Wymień cechy opisujące te ciała, które możemy zmierzyć? c) Wymień cechy opisujące te ciała, które możemy obliczyć korzystając z wcześniejszych bezpośrednich pomiarów.
Odpowiedź:
a) Kartka papieru jest ciałem stałym. Można zmierzyć jej długość i szerokość. Aby zmierzyć jej grubość nie wystarczy linijka. Potrzebne byłyby inne, bardziej dokładne przyrządy pomiarowe, np. śruba mikromertyczna. (A może masz pomysł jak inaczej wyznaczyć jej grubość?) Cegła jest również ciałem stałym. Możemy zmierzyć jego długość, szerokość i wysokość. Wykorzystując wagę o odpowiedniej dokładności możemy również wyznaczyć masę tych ciał. Ciała te różnią się substancją z której zostały zbudowane. b) Kartka papieru: długość, szerokość, masa, rodzaj substancji z której ją wykonano. Cegła: długość, szerokość, wysokość, masa, rodzaj substancji z której ją wykonano. c) Kartka papieru: powierzchnia (jako iloczyn długości i szerokości). Cegła: objętość (iloczyn długości, szerokości i wysokości), powierzchnia ścian bocznych.
Polecenie
Zapoznaj się z poniższą Tabelą Wielkości fizyczne i ich podstawowe jednostki w układzie S.I.
[Tabela 3]
Wspólny system jednostek miar został przyjęty w roku 1960 na XI Generalnej Konferencji Miar i Wag w Paryżu pod nazwą Międzynarodowy Układ Jednostek Miar, w skrócie S.I. (z jęz. francuskiego Le Système International d'Unités).
Polska przyjęła ten układ jednostek w roku 1966. Obowiązuje on w zdecydowanej większości krajów świata. Wyjątek stanowią Stany Zjednoczone Ameryki oraz Birma i Liberia.
Jednostki tego układu podzielono na podstawowe i pochodne.
Pomiar wielkości fizycznej polega na wyznaczeniu liczbowej wartości określającej daną wielkość oraz podaniu jej jednostki.
Podawanie samego tylko wyniku liczbowego pomiaru jest zatem niewystarczające.
Pomiar może być bezpośredni lub pośredni.
Pomiar wielkości fizycznej to porównanie wartości mierzonej ze wzorcem.
Z pewnością wiesz, że jednostką długości jest metr. Początkowo definiowano go jako 1/10 000 000 część południka ziemskiego, a wzorzec tej jednostki sporządzono w postaci szyny platynowo‑irydowej i przechowywano w Sèvres we Francji, niedaleko Paryża. Po około 100 latach uznawania go za wzorzec okazało się, że południk został źle zmierzony i trzeba było ponownie określić wzorzec jednego metra. Po 70 latach okazało się jednak, że substancja z której nowy wzorzec został wykonany zmienia swoje właściwości przez co zmienia również swoją długość. W drugiej połowie XX wieku sformułowano abstrakcyjną definicję jednego metra z pogranicza matematyki i fizyki. Wyjaśnienie tego wzorca jest jednak skomplikowane.
Polecenie
Zmierzcie długość i szerokość jednej książki. Pomiarów dokonajcie zarówno tą samą jak i inną linijką. Porównajcie wasze wyniki. Czy wszystkie otrzymane wyniki są takie same?
Pomiary fizyczne mogą być dokonane tylko ze skończoną dokładnością. Powodem tego jest przede wszystkim niedoskonałość przyrządów pomiarowych i nieprecyzyjność naszych zmysłów biorących udział w obserwacjach. Podawanie samego tylko wyniku pomiaru jest zatem niewystarczające.
Ze względu na istnienie niedokładności przyrządów pomiarowych ale i ograniczoną procyzję odczytywania wyniku przez człowieka w fizyce istnieje pojęcie niepewności pomiarowej, która może wynikać z: • dokładności użytych przyrządów pomiarowych (za pomocą wagi do wyznaczania masy ciała człowieka nie zważymy masy tabletki); • własności badanego ciała fizycznego (np. ławka nie ma ostrych krawędzi i dlatego trudno zmierzyć jej długość); • ograniczonej precyzji osoby dokonującej pomiaru • niedostosowania przyrządu do pomiaru (np. grubości kartki z wykorzystaniem linijki).
Każda wielkość fizyczna jest wielkością rzeczywistą, tzn. posiada wartość rzeczywistą zwaną wartością prawdziwą.
Gdybyśmy mogli dokonywać pomiarów wielkości fizycznych z idealną dokładnością, to przy każdym pomiarze tej samej wielkości otrzymalibyśmy identyczną wartość. Jednak pomiary takie nie są możliwe.
Niepewność pomiaru charakteryzuje rozrzut wartości wyników pomiarów, które można w uzasadniony sposób przypisać wartości mierzonej.
[Ilustracja interaktywna]
Po kliknięciu ukazuje się informacja:
Błąd systematyczny – pomiary szukanej wielkości są systematycznie oddalone od wartości prawdziwej. Najprawdopodobniej jest to efekt wady przyrządu pomiarowego.
Błąd przypadkowy – niemożliwy do uniknięcia, związany z ograniczoną precyzją przyrządów pomiarowych lub przypadkowością występowania czynników mających wpływ na pomiar.
Błąd gruby – zwykła pomyłka podczas wykonywania pomiaru. Jeżeli tylko wykonujemy serie pomiarów, to błąd gruby jest łatwy do wykrycia – wyraźne odstępstwa od normy.
m8bf023072fa09bdf_1528450119332_0
a) Obiekt będący przedmiotem badań fizyki będziemy nazywać ciałem fizycznym a w skrócie – ciałem. b) Ciała fizyczne zawsze są z czegoś zbudowane – to coś nazywać będziemy substancją. c) Zjawisko fizyczne - naturalne zjawisko dotyczące (np. zmian) własności materii (ciała) i energii. d) Stosowanie na całym świecie wspólnego systemu miar, którego nazwa brzmi: Międzynarodowy Układ Jednostek Miar i Wag, w skrócie S.I. umożliwia porównywanie wyników pomiarów.