Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.Большинство физических величин имеют определенную размерность, т.е. измеряются в определенных единицах измерения. Любая система единиц измерения содержит основные единицы (для которых существуют определенные эталоны) и производные единицы, которые выражаются через основные единицы.
1.1. Паскаль.
Блез Паскаль (фр. Blaise Pascal); (годы жизни 1623 -1662)
- французский математик, физик, литератор, философ, теолог; один из основателей математического анализа, теории вероятностей; создатель первых образцов счетной техники, автор основного закона гидростатики.
Его именем названа единица измерения давления в системе СИ.
Подумай, откуда появляется давление в жидкости — что давит на единицу площади поверхности.
Воспользуйся определением давления как силы, действующей на единицу площади: запиши размерность давления через размерности силы и площади.
- Запиши размерность силы через основные единицы СИ, пользуясь механическим выражением силы.
- Запиши размерность площади как квадрат длины.
- Подставь размерности силы и площади в отношение для давления.
- Выразите размерность давления через базовые единицы СИ.
1.1 Паскаль.
1.1.1 Выразите единицу измерения давления Паскаль через основные единицы измерения системы СИ.
Что физически измеряет давление в данном контексте? Нарисуй силу, действующую на участок поверхности, и подумай, какие основные величины участвуют в этой картинке.
Запиши определение давления как отношениe соответствующей силы к площади и вырази размерность силы через основные единицы массы, длины и времени (без подстановки чисел).
- Представь силу через массу и ускорение и выпиши её размерность в терминах [kg], [m], [s].
- Выпиши размерность площади в терминах [m].
- Раздели размерность силы на размерность площади, не выполняя численных операций.
- Вырази искомую размерность давления [p] из полученной системы.
1.1.1 Размерность единицы давления выражается цепочкой формул
1.1.2 А в каких единицах измерял давление сам Блез Паскаль? В дюймах ртутного столба - гидростатическое давление, которое создает столб ртути высотой в 1 дюйм. Чему равна единица давления Б. Паскаля в единице системы СИ - Паскалях.
1 дюйм равен 2,54 см; плотность ртути
Подумай, какое давление создаёт столб жидкости высотой 1 дюйм: от чего оно зависит?
Применяй формулу гидростатического давления
- Переведи 1 дюйм в метры.
- Подставь численные значения
, и высоты в формулу . - Вычисли произведение, чтобы получить давление в СИ.
- Выразите давление 1 дюйма ртути в Паскалях.
1.1.2 По формуле для гидростатического давления
1.2 . Джоуль
Джеймс Прескотт Джоуль (годы жизни 1818 – 1889) – английский физик, внесший значительный вклад в развитие термодинамики.
Его именем названа единица измерения работы и энергии в системе СИ.
Подумай, через какие базовые величины в системе СИ выражаются механические величины. Представь процесс подъёма тела на высоту — какие физические величины при этом участвуют и в каких единицах они заданы?
Воспользуйся размерностным подходом: энергия (работа) равна произведению силы на пройденный путь; для численного перехода найди работу при подъёме тела массой 1 фунт на высоту 1 фут, пользуясь выражением
- Запиши размерность силы через основные единицы СИ:
.кг м с - Используя шаг 1, запиши размерность энергии как произведение силы и длины:
.кг м - Переведи 1 фут и 1 фунт в метры и килограммы и подставь эти величины и
в выражение для работы одного футо‑фунта. - Выразите численное значение работы (одного футо‑фунта) в джоулях из полученной записи.
1.2 Джоуль
1.2.1 Выразите единицу измерения энергии Джоуль через основные единицы системы СИ.
Подумай, через какие базовые единицы выражается энергия в механике: что входят в формулу работы?
Используй связь
- Запиши размерность силы как
.кг м с - Умножь эту размерность на метр.
- Собери показатели одинаковых единиц.
- Выразите Джоуль через основные единицы СИ.
1.2.1 Единица энергии имеет размерность (из
1.2.2 А в каких единицах измерял работу Дж. П. Джоуль? В футо-фунтах - работа, которую необходимо совершить, чтобы поднять тело массой 1 фунт на высоту 1 фут. Чему равна единица измерения работы Дж.П. Джоуля в единице системы СИ - Джоулях?
1 фут равен 30,5 см; 1 фунт равен 450 г.
Работа подъёма массы в поле тяжести равна массе, умноженной на ускорение и высоту — представь поднимаемый объект.
Применяй формулу
- Переведи 1 фут в метры и 1 фунт в килограммы.
- Подставь эти значения и
в формулу . - Вычисли произведение, чтобы получить работу в джоулях.
- Выразите значение футо-фунта в Джоулях.
1.2.2 Работа в поле тяжести рассчитывается по формуле
Следовательно
1.3 . Ом
Георг Симон Ом (нем. Georg Simon Ohm) (годы жизни 1789 – 1854) – немецкий физик, теоретически вывел и экспериментально подтвердил закон, выражающий связь между силой тока, напряжением и сопротивлением. Его именем названа единица измерения электрического сопротивления в системе СИ.
1.3 Ом
1.3.1 Выразите единицу измерения сопротивления Ом через основные единицы системы СИ.
1.3.1 С помощью закона Ома и определения электрических величин получим
Поэтому размерность единицы сопротивления выражается через основные единицы СИ следующим образом
1.3.2 Во времена исследований Г.С. Ома еще не существовало строгих понятий силы тока, напряжения, электрического сопротивления. Поэтому фактический Г.С. Ом в качестве единицы сопротивления использовал сопротивление единицы длины медного провода – сантиметр. Рассчитайте, чему равно сопротивление 1 Ом в «медных» сантиметрах.
Удельное сопротивление меди
Для провода сопротивление связано с удельным сопротивлением, длиной и площадью поперечного сечения — что произойдёт при уменьшении длины до сантиметра?
Используй формулу проводника
- Переведи площадь
в м^2 и длину 1 см в метры.м м - Подставь
, полученные и в формулу . - Вычисли значение сопротивления для «медного сантиметра» в омах.
- Выразите, сколько «медных сантиметров» соответствует 1 Ом, решив обратную задачу из полученного значения.
2.1 Выразите единицу длины
2.1 Запишем формулу для Планковской длины, используя неизвестные показатели степеней:
На основании которого получим уравнение размерностей:
Приравнивая показатели степеней одинаковых единиц, получим систему уравнений для неизвестных показателей
Решением этой системы являются числа:
Тогда формула для планковской длины имеет вид:
Подстановка значений дает:
2.2 Выразите единицу времени
2.2 Формулу для планковского времени проще всего получить из очевидного выражения:
Его численное значение
2.3 Выразите единицу массы







