Измерение

Измерение – операция, посредством которой определяется отношение одной (измеряемой) величины к другой однородной величине (принимаемой за единицу); число, выражающее такое отношение, называется численным значением измеряемой величины.

Измерение — одна из древнейших операций, применявшаяся человеком в практической деятельности (при распределении земельных участков, в строительном деле, при ирригационных работах и т. д.); современная хозяйственно-экономическая и общественная жизнь немыслима без измерений.

Для точных наук характерна органическая связь наблюдений и эксперимента с определением численных значений характеристик исследуемых объектов и процессов. Д.И. Менделеев не раз подчёркивал, что наука начинается с тех пор, как начинают измерять.

Законченное измерение включает следующие элементы: объект измерения, свойство или состояние которого характеризует измеряемая величина; единицу измерения; технические средства измерения, проградуированные в выбранных единицах; метод измерения; наблюдателя или регистрирующее устройство, воспринимающее результат измерения; окончательный результат измерения.

Простейшим и исторически первым известным видом измерения является прямое измерение, при котором результат получается непосредственно из измерения самой величины (например, измерение длины проградуированной линейкой, измерение массы тела при помощи гирь и т. д.). Однако прямые измерения не всегда возможны. В этих случаях прибегают к косвенным измерениям, основанным на известной зависимости между искомой величиной и непосредственно измеряемыми величинами.

Установленные наукой связи и количественные отношения между различными по своей природе физическими явлениями позволили создать самосогласованную систему единиц, применяемую во всех областях измерений (например, Международная система единиц -СИ).

И. следует отличать от других приёмов количественной характеристики величин, применяемых в тех случаях, когда нет однозначного соответствия между величиной и её количественным выражением в определённых единицах. Так, визуальное определение скорости ветра по Бофорта шкале или твёрдости минералов по Мооса шкале следует считать не измерением, а оценкой.

Всякое измерение неизбежно связано с погрешностями измерений. Погрешности, порожденные несовершенством метода измерения, неточной градуировкой и неправильной установкой измерительной аппаратуры, называют систематическими. Систематические погрешности исключают введением поправок, найденных экспериментально. Погрешности другого типа — случайные — обусловлены влиянием на результат измерения неконтролируемых факторов (ими могут быть, например, случайные колебания температуры, вибрации и т. д.). Случайные погрешности оцениваются методами математической статистики по данным многократных измерений.

В некоторых случаях — особенно часто встречающихся в атомной и ядерной физике — разброс результатов измерений связан не только с погрешностями аппаратуры, но и с характером самих исследуемых явлений. Например, если пучок одинаково ускоренных электронов пропустить через щель дифракционной решётки, то электроны с определённой вероятностью попадут в разные точки поставленного за решёткой экрана. Приведённый пример показывает, что распространение измерений на новые области физики требует пересмотра и уточнения понятий, которыми оперируют при измерениях в других областях. С развитием науки и техники возникла ещё одна важная проблема — автоматизация измерений. Это связано, с одной стороны, с условиями, в которых осуществляются современные измерения (ядерные реакторы, открытый космос и т. д.), с другой стороны — с несовершенством органов чувств человека. В современном производстве, особенно в условиях высоких скоростей, давлений, температур, непосредственное соединение измерительных устройств с регулирующими, минуя человека, позволяет перейти к наиболее совершенной форме производства — автоматизированному производству.

Измерения в метрологии подразделяются на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Различают также абсолютные и относительные измерения. К первым относят косвенные измерения, основанные на измерениях одной или нескольких основных величин (например, длины, массы, времени) и использовании значений фундаментальных физических постоянных, через которые измеряемая физическая величина может быть выражена. Под вторыми понимают измерения либо отношения величины к одноимённой величине, играющей роль произвольной единицы, либо изменения величины относительно другой, принимаемой за исходную.

Найденное в результате измерения значение измеряемой величины представляет собой произведение отвлечённого числа (числового значения) на единицу данной величины.

Результаты измерения из-за погрешностей всегда несколько отличаются от истинного значения измеряемой величины, поэтому результаты И. обычно сопровождают указанием оценки погрешности.

Обеспечение единства измерений в стране возлагается на метрологическую службу, хранящую эталоны единиц и производящую поверку применяемых средств измерений. Широкое распространение получила классификация измерений по объектам измерений. Согласно ей, различают измерения линейные (измерения длины, площади, объёма), механические (измерения силы, давления и пр.), электрические и т. д. В общем, эта классификация соответствует основным разделам физики.