Абсолютная система измерения физических величин

Информация - Физика

Другие материалы по предмету Физика

Скачать Бесплатно!
Для того чтобы скачать эту работу.
1. Подтвердите что Вы не робот:
2. И нажмите на эту кнопку.
закрыть



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Абсолютная система измерения физических величин

 

В последние два столетия в науке происходила бурная дифференциация научных дисциплин. В физике помимо классической динамики Ньютона появились электродинамика, аэродинамика, гидродинамика, термодинамика, физика различных агрегатных состояний, специальная и общая теории относительности, квантовая механика и многое другое. Произошла узкая специализация. Физики перестали понимать друг друга. Теорию суперструн, например, понимают лишь насколько сот человек во всем мире. Чтобы профессионально разбираться в теории суперструн, нужно заниматься только теорией суперструн, на остальное просто не хватит времени.

Но не следует забывать, что столь разные научные дисциплины изучают одну и ту же физическую реальность - материю. Наука, а особенно физика, вплотную подошла к тому рубежу, когда дальнейшее развитие возможно только путем интегрирования (синтеза) различных научных направлений. Рассматриваемая абсолютная система измерения физических величин - первый шаг в этом направлении.

В отличие от международной системы единиц СИ, имеющей 7 основных и 2 дополнительные единицы измерения, в абсолютной системе единиц измерения используется одна единица - метр (см. табл.). Переход к размерностям абсолютной системы измерения осуществляется по правилам:

 

(1.1)

(1.2)

 

Где: L, T и М - размерности длины, времени и массы соответственно в системе СИ.

Физическая сущность преобразований (1.1) и (1.2) состоит в том, что (1.1) отражает диалектическое единство пространства и времени, а из (1.2) следует, что массу можно измерять в квадратных метрах. Правда, в (1.2) - это не квадратные метры нашего трехмерного пространства, а квадратные метры двумерного пространства. Двумерное пространство получается из трехмерного, если трехмерное пространство разогнать до скорости, близкой к скорости света. Согласно специальной теории относительности, из-за сокращения линейных размеров в направлении движения, куб превратится в плоскость.

Размерности всех остальных физических величин установлены на основании так называемой пи-теоремы, утверждающей, что любая верная зависимость между физическими величинами с точностью до постоянного безразмерного множителя соответствует какому-либо физическому закону.

Чтобы ввести новую размерность какой-либо физической величины, нужно:

подобрать формулу, содержащую эту величину, в которой размерности всех других величин известны;

алгебраически найти из формулы выражение этой величины;

в полученное выражение подставить известные размерности физических величин;

выполнить требуемые алгебраические действия над размерностями;

принять полученный результат как искомую размерность.

Пи-теорема позволяет не только устанавливать размерности физических величин, но и выводить физические законы. Рассмотрим для примера задачу о гравитационной неустойчивости среды.

Известно, что как только длина волны звукового возмущения оказывается больше некоторого критического значения, силы упругости (давление газа) не в состоянии вернуть частицы среды в первоначальное состояние. Требуется установить зависимость между физическими величинами.

Имеем физические величины:

- длина фрагментов, на которые распадается однородная бесконечно протяженная среда;

- плотность среды;

a - скорость звука в среде;

G - гравитационная постоянная.

В системе СИ физические величины будут иметь размерность:

 

~ L ; ~ ; a~; G ~

 

Из , и составляем безразмерный комплекс:

 

,

 

где: и - неизвестные показатели степеней.

Таким образом:

 

 

Так как П по определению величина безразмерная, то получаем систему уравнений:

 

 

Решением системы будет:

 

; ,

 

следовательно,

 

Откуда находим:

 

(1.3)

 

Формула (1.3) с точностью до постоянного безразмерного множителя описывает известный критерий Джинса. В точной формуле .

Формула (1.3) удовлетворяет размерностям абсолютной системы измерения физических величин. Действительно, входящие в (1.3) физические величины имеют размерности:

 

~ ; ~ ; ~ ; ~

 

Подставив размерности абсолютной системы в (1.3), получим:

 

 

Анализ абсолютной системы измерения физических величин показывает, что механическая сила, постоянная Планка, электрическое напряжение и энтропия имеют одинаковую размерность: . Это означает, что законы механики, квантовой механики, электродинамики и термодинамики - инвариантны.

Например, второй закон Ньютона и закон Ома для участка электрической цепи имеют одинаковую формальную запись:

 

~ (1.4)

~ (1.5)

 

При больших скоростях движения во второй закон Ньютона (1.4) вводится переменный безразмерный множитель специальной теории относительности:

 

 

Если такой же множитель ввести в закон Ома (1.5) , то получим:

 

(1.6)

 

Согласно (1,6) закон Ома допускает появление сверхпроводимости, так как при низких температурах может принимать значение, близкое к нулю. Если бы физика с самого начала применяла абсолютную систему измерения физических величин, то явление сверхпроводимости было бы предсказано вначале теоретически, а уже потом обнаружено экспериментально, а не наобор

s