Текст выступления:

Физикалық шамалар және оларды өлшеу. Бірліктердің халықаралық жүйесі
1. Физикалық шамалар мен өлшеу жүйесіне жалпы шолу

Физика әлемінің негізін қалаушы — физикалық шамалар мен олардың өлшенуі, яғни өлшеу жүйесі. Физика ғылымының басты мақсаты — қоршаған ортаны сандық тұрғыдан сипаттау. Бұл мақсатқа жетудің ең тиімді жолы — физикалық шамалардың көмегімен объектілер мен құбылыстардың нақты сандық сипаттамаларын алу. Физикалық шамалардың жүйелі зерттелуі адамзаттың ғылым мен техника саласында тың жетістіктерге қол жеткізуіне мүмкіндік берді.

2. Физикалық шамалардың тарихы мен қазіргі қолданысы

Физикадағы шамалардың алғашқы тұжырымдамалары ежелгі өркениеттерде пайда болды. Мысалы, Месопотамиядағы саудагерлер заттардың салмағын өлшеу үшін алғашқы өлшеу құралдарын қолданды. Құрылысшылар мұнаралардың биіктігін анықтаған кезде негізгі шамаларды пайдаланды. Осылайша, физикалық шамалар бастапқыда күнделікті тұрмыста кеңінен қолданылып, кейіннен ғылыми зерттеулер мен техниканың дамуына негіз болды. Қазіргі уақытта физикалық шамалар медицинадан бастап ғарыш технологияларына дейін барлық салада маңызды рөл атқарады.

3. Физикалық шама ұғымының анықтамасы

Физикалық шама — бұл заттар мен құбылыстардың сандық сипатын көрсететін өлшенетін қасиет. Мысалы, заттың ұзындығы немесе температурасы. Әр бір физикалық шаманың арнайы өлшем бірлігі мен белгісі бар, мысалы, ұзындық метрмен (м) өлшенеді. Бұл шамалар ғылыми негіздерге сүйеніп, дәл және сенімді өлшеуді қамтамасыз етеді. Міндетті түрде ең кең таралған шамаларды — ұзындық, масса, уақыт, температура және кернеу ретінде атауға болады. Физикалық шамаларды ұғыну ғылым мен техника саласындағы есептеулердің негізін құрайды.

4. Физикалық шамалардың негізгі және туынды түрлері

Физикалық шамалар екі топқа бөлінеді: негізгі және туынды. Негізгі шамалар — бұл өзге шамаларға тәуелді емес және халықаралық стандарттарға сәйкес анықталған өлшем бірліктерімен сипатталатын шамалар. Мысалы, ұзындық, масса, уақыт. Ал туынды шамалар — негізгі шамалардың арифметикалық, геометриялық немесе басқа комбинацияларынан алынған күрделі шамалар, мысалы, жылдамдық немесе күш. Туынды шамалар күрделі құбылыстарды сипаттауға мүмкіндік береді және оларды зерттеу арқылы көптеген техникалық және ғылыми мәселелер шешіледі.

5. Негізгі физикалық шамалар: сипаттамалары мен өлшем бірліктері

Ұзындықтың негізгі өлшем бірлігі — метр (м), ол 1799 жылы Францияда метрикалық жүйе енгізілгеннен кейін халықаралық стандарт ретінде бекітілді. Массаны өлшеудің бірлігі килограмм (кг) — халықаралық жүйеде тұрақты және нақты анықталған стандарт. Уақыттың негізгі бірлігі — секунд (с), ол физикада уақыт өлшемдерінің негізі саналады, оның дәлдігі атомды сағаттар арқылы қамтамасыз етіледі. Электр тогының күші ампер (А) ретінде өлшенсе, температураның өлшем бірлігі кельвин (K) болып табылады; бұл бірліктер бүкіл әлемде ғылыми зерттеулер мен өндірісте стандарт ретінде пайдаланылады.

6. Туынды физикалық шамалар мен олардың формулалары

Туынды физикалық шамалар негізгі шамалардың арифметикалық комбинациялары арқылы анықталады. Мысалы, жылдамдық — бұл ұзындықтың уақытқа қатынасы: v = s/t. Күш шамасы — массаның үдеуге көбейтіндісі: F = ma. Осындай формулалар физикалық құбылыстарды сандық тұрғыдан дәл сипаттауға және оларды есептеу арқылы нақты нәтижелер алуға мүмкіндік береді. Осылайша, физикалық модельдеулер мен инженерлік есептеулер туынды шамалар арқылы жүзеге асады, бұл ғылым мен техниканың түрлі бағыттарында маңызды.

7. Өлшеу туралы түсінік және оның физикадағы рөлі

Өлшеу — бұл физикалық шамалардың нақты сандық мәнін анықтаудың негізгі және маңызды әдісі. Өлшеу арқылы алынған деректер ғылыми зерттеулердің негізі болып табылады, себебі олар арқылы теориялық болжамдар дәлелденеді немесе жоққа шығарылады. Физикада өлшеу эксперименттер мен зерттеулердің ең басты құралы болып саналады, оның нәтижесінде процестер мен құбылыстарды тереңірек түсінуге мүмкіндік туады. Өлшеулердің дұрыс және сенімді болуы ғылыми жұмыстың сапасын айқындайды, ал қателіктер мен бұрмалаулардан аулақ болу үшін арнайы әдістер мен құралдар қолданылады.

8. Өлшеу құралдарының түрлері және олардың қолданылуы

Өлшеу құралдары әр түрлі сипаттағы физикалық шамаларды анықтау үшін қолданылады. Мысалы, линейка ұзындықты, секундомер уақытты, термометр температурасын өлшеуге қызмет етеді. Кейбір құралдар — электр тогының күшін амперметр арқылы, ал қысым мен көлемді арнайы сенсорлар мен манометрлер арқылы өлшейді. Қазіргі заманда сандық және электрондық өлшеу құралдары кең таралған, олар дәлірек және ыңғайлы. Бұл құралдар зертхана мен өндірісте, медицина мен аэроғарышта үлкен маңызға ие.

9. Негізгі және туынды шамалардың байланысы

Диаграммада негізгі шамалардың туынды шамалармен байланысы көрсетілген; әрбір туынды шама негізгі шамалардың комбинациясы. Бұл байланыс физикалық шамаларды түсіну мен есептеулерді жеңілдетеді, олардың өзара тәуелділігін айқын көрсетеді. Мысалы, жылдамдық — ұзындық пен уақыттың қатынасы, күш пен масса — үдеудің функциясы. Мұндай жүйелілік ғылым мен техникада бірізділік пен үйлесімділікті қамтамасыз етеді, сондықтан есептеулер нақты және сенімді нәтиже береді.

10. Өлшеу дәлдігі және қателіктердің түрлері

Өлшеудің дәлдігі — алынған мәннің нақты шын мәнге қаншалықты жақын екенін сипаттайды. Абсолютті қателік — бұл өлшемнің нақты мәннен ауытқуы, ал салыстырмалы қателік абсолютті қателіктің өлшем бірлігіне қатынасы ретінде көрсетіледі. Қателіктердің басты себептері ретінде өлшеу құралдарының ақаулары, адам факторлары және сыртқы орта әсерлері саналады. Мысалы, дұрыс калибрленбеген құралдардың нәтижесі дәлсіз болады, ал адами қателіктер мәліметтерді бұрмалауы мүмкін. Барлық бұл факторлар өлшеудің сенімділігіне әсер етеді, сондықтан оларды азайту үшін санитариялық және техникалық шаралар қабылданады.

11. SI жүйесінің құрылу тарихы және оның халықаралық маңызы

SI өлшем жүйесінің қалыптасуы XVIII ғасырдың соңы мен XIX ғасырдың басында Францияда басталды. 1795 жылы метр мен килограмм негізінде метрлік жүйе енгізіліп, ол кейін халықаралық стандартқа айналды. 1960 жылы Халықаралық салмақтар мен өлшемдер бюросы SI жүйесін бекітіп, физикалық шамалардың өлшем бірліктерін унификациялады. SI жүйесі бүкіл әлемде ғылым мен техниканың барлық саласында бірізділікті қамтамасыз етеді, бұл халықаралық ынтымақтастық пен ақпарат алмасуды жеңілдетеді.

12. SI жүйесіндегі негізгі физикалық шамалар: кесте

Бұл кестеде физикалық шамалардың атауы, белгісі және олардың халықаралық өлшем бірліктері қысқаша келтірілген. Барлық мемлекеттерде бірдей қабылданған стандарттар ғылым мен техниканың үйлесімді дамуына және өлшемдердің дәлдігіне кепілдік береді. Метр, килограмм, секунд, ампер, кельвин, моль және кандела — SI жүйесінің жеті негізгі шамасы. Олардың әмбебап болуы көпфункционалды есептеулер мен зерттеулер жүргізуді жеңілдетеді, техникалық жабдықтардың үйлесімділігін арттырады.

13. Қазақстандағы SI жүйесінің енгізілуі мен қолданылуы

Қазақстанда SI жүйесінің енгізілуі тәуелсіздік алғаннан кейін белсенді жүрді. Мемлекет халықаралық стандарттарды қабылдап, оларды өндіріс, ғылым және білім беру салаларында қолдануға мән берді. Мысалы, техникалық университеттер мен зертханаларда SI жүйесі міндетті негізде енгізілді. Бұл қадам отандық ғылыми зерттеулерді халықаралық деңгейге шығаруға және экспорттық тауарлардың сапасын арттыруға ықпал етті. Сонымен қатар, барлық өлшем бірліктерінің үйлесімді болуы Қазақстанның ғылыми қоғамдастықтарының дамуына жағымды әсерін тигізді.

14. Өлшем бірліктерін түрлендіру ережелері

Өлшем бірліктерін түрлендіру — практикалық есептеулерде маңызды кезең. Мысалы, 1 километр 1000 метрге тең, ал 1 грамм 0,001 килограммға сәйкес келеді. Түрлендіру коэффициенттерін нақты білу есептің дәлдігін арттырады. Түрлендіру кестелері мен формулаларын дұрыс қолданған кезде есептерде қателіктер болмайды, бұл зерттеу мен өндірістерде үлкен маңызға ие. Практикалық түрде түрлендіру қажетті дағдыға айналу арқылы физикалық шамалармен жұмыс істеудің тиімділігін арттырады.

15. Жиі қолданылатын өлшем бірліктері мен олардың арақатынасы

Кестеде күнделікті және ғылыми өлшеулерде кеңінен қолданылатын негізгі бірліктердің арақатынасы көрсетілген. Мысалы, 1 метрде 100 сантиметр бар, ал 1 сағатта 3600 секунд болады. Мұндай ақпарат күнделікті өмірде де, ғылыми есептеуде де маңызды болып табылады. Өлшемдерді дұрыс таңдау мен түрлендіру нақты есептеулер мен қолданбалы жұмыстарда жетістіктерге жетуге мүмкіндік береді, зерттеушілер мен инженерлердің жұмысын жеңілдетеді.

16. Қазақстандағы өлшеу саласындағы стандарттау ұйымдары

Қазақстанда өлшеу және стандарттау саласында жауапты рөл атқаратын бірнеше маңызды ұйымдар бар. Бұл ұлттық мекемелер өз қызметтері арқылы елдегі және халықаралық нарықтағы талаптардың сақталуын қамтамасыз етеді. Мысалы, Қазақстан Республикасының Метрология комитеті стандарттардың бірізділігін және өлшеу құралдарының дәлдігін қадағалайды. Сонымен қатар, олар халықаралық стандарттау ұйымдарына үйлестіруші ретінде қатысып, Қазақстанның экспорттық тауарларының сапасын арттыруға және халықаралық сенімділікті күшейтуге бағытталған жұмыс істейді. Бұл құрылымдардың үйлесімді жұмысы біздің елдің ғылым мен өндірісін дамытуда, сонымен қатар технологиялық жетістіктерге дайын болуда аса маңызды орын алады.

17. Күнделікті өмірде физикалық шамалардың қолданылуы

Физикалық шамалардың біздің күнделікті өміріміздегі ролі өте зор. Мысалы, үйдегі термометр ауа температураны нақты анықтап, киім таңдауға көмектеседі. Сантехникада су қысымын өлшеу үшін манометр қолданылады, ол судың ағып кетуін бақылауға мүмкіндік береді. Аспаздықта тағамның температурасына назар аудару – тамақ дайындаудағы сапаның кепілі. Бұл мысалдар физикалық шамалардың практикалық маңыздылығын көрсетіп, олардың әрбір үйде қалай пайдаланыла алатынын айқын дәлелдейді.

18. Физикадағы ғылыми зерттеулер мен өлшеудің байланысы

Ғылыми зерттеулердің негізінде дәл және нақтылы өлшеулер жатыр, бұл зерттеу нәтижелерінің сенімділігі мен дәлдігін қамтамасыз етеді. Мысалы, қайталанатын тәжірибелер қатар жүргізіле отырып, алынған мәліметтердің дұрыстығы бірнеше рет расталады. Оқу процесінде бұл әдіс оқушыларға зерттеу әдістерін үйренуге, сондай-ақ ғылыми ұғымдарды терең түсінуге көмектеседі. Мектеп зертханасындағы қарапайым құралдар физика заңдарын практикалық тұрғыда ұғынуға жәрдем береді, бұл болашақ ғалымдар мен инженерлердің білімінің негізін құрайды.

19. Өлшеу құралдарын сақтау және калибрлеу

Өлшеу құралдарының дұрыс жұмыс істеуі олардың үнемі сақталуымен және дәл калибрленуінен тәуелді. Құралдарды уақытылы тексеру және реттеу — олардың сенімділігін арттырады әрі дәлсіздіктерді болдырмайды. Мысалы, кәсіби зертханаларда өлшеу құралдары арнайы орталықтарда калибрленеді, бұл олардың көрсеткіштерінің халықаралық стандарттарға сәйкестігін қамтамасыз етеді. Сондай-ақ, құралдарды дұрыс сақтау шарттары — ылғалдылық пен температураның бақылауда болуы — олардың қызмет ету мерзімін ұзартады және нәтижелердің сапасын сақтайды.

20. Физикалық шамалар мен өлшеудің болашақтағы маңызы

Физикалық шамалар мен оларға қатысты өлшеу әдістері ғылым мен технологияның дамуының негізі болып табылады. Олар инженерлік инновацияларды жүзеге асыруда, жаңа ғылыми ашылымдар жасауда маңызды рөл атқарады. Болашақта дәл және тиімді өлшеулер арқылы жаңа материалдар, құрылғылар мен технологиялар пайда болатыны сөзсіз. Сол себепті, бұл саланы дамыту – еліміздің ғылыми және техникалық әлеуетін арттырудың басты бағыттарының бірі.

Дереккөздер

И. В. Крейнин, Физика: Учебник для общеобразовательных учреждений, М., 2020.

BIPM, The International System of Units (SI), 9th edition, 2019.

В. П. Козлов, Основы измерительной техники, СПб., 2018.

Қазақстан Республикасы Ұлттық стандарттау агенттігі. Стандарттар мен өлшемдер, Алматы, 2022.

Н. Н. Зуев, История развития метрической системы, М., 2017.

Қазақстан Республикасының Метрология комитеті. Стандарттау және метрология туралы есеп, 2023.

Ғылым және техника саласындағы мемлекеттік бағдарламалар жинағы, Алматы, 2022.

Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің физика факультетінің оқу құжаттары, 2023.

Халықаралық стандарттау ұйымының есептері. ISO, 2021.