АНАЛИЗ РАЗМЕРНОСТЕЙ
7.1 Непосредственное измерение физических величин. Первичные величины.
1. Исследование объекта при отсутствии его математической модели довольно часто встречается в практической деятельности. Применение Анализа Размерностей в этом случае оправдано и целесообразно, поскольку методы теории размерностей позволяют найти обобщенные переменные (называемые еще критериями подобия) из набора размерных параметров, которые характеризуют объект. Имея в своем распоряжении критерии подобия, можно установить зависимости между параметрами объекта и правильно спланировать эксперимент.
2. Исследование объекта приобретает количественную форму, после того как параметры объекта будут представлены числами.
Величина х получает численное значение Х в результате измерений. К примеру, при измерении длины отрезка х устанавливаем, сколько раз в нем укладывается другой отрезок х0, принятый за масштаб, или единицу измерения (в дальнейшем - ЕИ). Измеряя интервал времени х1, находим число Х1, показывающее, сколько в нем содержится ЕИ х01. Как видим, при измерении сравниваются физические величины одного рода. Сопряжение величины х с числом Х происходит в результате непосредственного (прямого) измерения.
Процесс прямого измерения можно записать математически:
Х = х/х0, (7.1)
Где х, х0 – измеряемая величина и ее ЕИ (масштаб); Х – мера физической величины, её численное значение, которое характеризует её в количественном отношении.
Величины х, х0 – одной физической природы, при этом х’0 может быть как стандартная ЕИ, так и не стандартная. Принимая в (7.1) Х=1, найдем, что х = х0. Отсюда заключаем, что численное значение величины х есть величина безразмерная. Вместе с тем изменение ЕИ х0’ на х0” приводит к изменению численного значения величины х
Х” = х/х”0 (7.1а)
Величины, которые изменяют свое численное значение с изменением их ЕИ, называют размерными. В таблице 7.1 численные значения величин Х‘1 , Х’2 , Х”1 , Х”2 – суть размерные. Рядом с численным значением размерных величин следует писать их ЕИ: Х‘1 = 2 см; …; Х”1 = 3,94 дюйма. Отсутствие ЕИ рядом с числом можно истолковать в том смысле, что х относится к безразмерным величинам.
Безразмерной величиной называют величину, численное значение которой не зависит от изменения её ЕИ. Такие величины в табл. 7.1, как D’1, D”1, L’, L”, - величины безразмерные и от ЕИ, как это следует из таблицы, не зависят.
3. Установим соотношения между численными значениями величины х, измеренной в единицах х0’ , х0”. Положим, х0’ = 1 мм; х0” = 1 дюйм. Опытным путем установлено, что 1 дюйм = 25,4 мм. В общем виде это можно записать как
х0” = С х0’
Для нашего случая С = 25,4. Имея ввиду (7.1) и (7.1а), найдем
Х’ = х/х’0 ; Х” = х/х”0
Х” / Х’ = х’0/ х”0 = 1/C
Отсюда следуют зависимости
Х” = кХ’ (7.2)
к = 1/С = х’0/ х”0 (7.3)
Положим, в нашем примере Х = 20 мм. Поскольку к = 1/С = 1/25,4 = 0,0394, то Х” = кХ’ = 0,0394*20 = 0,79 дюйма. Известно, каждый дюйм состоит из 10 линий, следовательно 1 линия составляет 2,54 мм; три линии – 2,54*3 = 7,62 мм – калибр патрона знаменитой «трехлинейки».
Соотношение между ЕИ х’0, х”0 запишем иначе
х’0 =к х”0
и тем самым получим метрическое преобразование ЕИ первичной величины х; коэффициент «к» есть коэффициент метрического преобразования.
4. Результаты:
5. Результаты измерений физических величин хi (i=1,2,…,n), являющимися параметрами объекта, должны однозначно отражать его свойства независимо ни от ЕИ, ни от способов измерений. Так, отношение длины цилиндра к его диаметру (табл. 7.1) равно пяти. Как следует из таблицы, независимо от того, в сантиметрах или дюймах определялись размеры цилиндра, его относительная длина остается равной пяти.
Таблицы 7.1
Размеры Цилиндра |
Единицы измерений и их обозначения |
Коэфф. к = х’0/ х”0 |
Результаты измерений |
||
символ |
Числ.знач. |
||||
Диаметр х1 |
х0’ |
см |
2,54 |
хi |
2,0 |
х0” |
дюйм |
х”1 |
0,79 |
||
Длина х2 |
х0’ |
см |
2,54 |
х’2 |
10 |
х0” |
дюйм |
х”2 |
3,94 |
||
Коэфф. метрич. преобразования к = Х”/Х |
К1 = Х”1/ Х’1 = 0.79/2 = 0.394 К1 = Х”2/ Х’2 = 3.94/10 = 0.394 |
||||
Относительные размеры цилиндра D, L = X2\X1 |
D’ = X’/X’1 = 1 |
||||
D” = X”1/X”1 = 1 L = X”2/X’1 = 5 |
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.