(ЭСВП)

Основные соображения при создании ЭСВП

С точки зрения физики:

Все формы движения в природе являются моделями обобщенной формы движения, и все формы физического поля в природе являются моделями обобщенного физического поля, поэтому уравнения, описывающие формы движения и формы физического поля любой конкретной физической системы, являются моделями уравнений, описывающих обобщенную физическую систему, включающую обобщенное физическое поле.

С точки зрения метрологии:

1. Системы физических величин должны базироваться на том комплекте основных физических величин, которые предоставляет в наше распоряжение Природа, а не на том, который принимают люди на своей планете Земля, разрабатывая различные системы единиц.

2. Обобщенная координата состояния обобщенной физической системы и обобщенный заряд обобщенного физического поля представляют собой две условные основные величины.

3. Для двух условных основных величин (обобщенная координата состояния и обобщенный заряд) вводятся условные символы размерностей. Формула размерности условных основных величин включает в себя размерности основных величин, возведенных в разные степени, включая дробные.

4. В каждой конкретной форме движения и в каждой конкретной форме физического поля конкретизируется формула размерности условных основных величин. Конкретные координаты состояния и заряды определяют физические содержание конкретных форм движения.

С точки зрения педагогики:

Существующие в физике понятия и обозначения тщательно анализируются с целью устранения существующей в этом вопросе бессистемности. Если это устранение не представляется возможным, приводятся рекомендации о внесении соответствующих разъяснений в метрологические и терминологические стандарты, в учебные пособия и справочники, а также в практику преподавания.

Основные физические величины ЭСВП

ЭСВП описана ранее в работах И.Когана (1998, 2004, 2006). Она постоянно совершенствуется, уточняется и дополняется, в том числе, и на страницах данного сайта.

ЭСВП является системой физических величин, а не системой их единиц. Автор вынужден не раз повторять это, так как многие читатели не сразу понимают, зачем нужна еще одна система физических величин, когда уже есть СИ. Но СИ не система физических величин, а система единиц. Чтобы получить подробный ответ на этот неясный для многих вопрос, можно прочесть статью И.Когана (2007) или заглянуть на страницу, где детально описана разница между системами физических величин и системами единиц.

ЭСВП базируется на следующих пяти основных физических величинах: энергия (символ размерности E), длина (символ размерности L), угол поворота (символ размерности А), число структурных элементов (символ размерности N), время (символ размерности T). Соответственно, ЭСВП может быть представлена как система размерностей ELАNT. Поясним конкретно причины введения именно такого комплекта основных физических величин:

1. Идея о необходимости считать основной физической величиной энергию была в начале ХХ века высказана А.Пуанкаре и заложена в скрытом виде в естественную систему единиц М.Планка, постулирована и обоснована в середине ХХ века А.Вейником (1968), разработана в конце ХХ века другими авторами (см. историю проблемы). В упрощенном виде эта идея обосновывается на страницах, посвященных уравнению состояния и формам и видам энергии.

Энергия со своим символом размерности E была включена, как основная физическая величина в систему физических величин, по-видимому, впервые в работе И.Когана (1993). Второе аналогичное упоминание о том же самом найдено в работе Д.Конторова (1999). На возможность замены единицы массы на единицу энергии в системе единиц указал И.Миллс (1995). Г.Трунов (2004) включил энергию в качестве основной физической величины в свою систему электромагнитных величин с символом размерности W. На методическую ценность использования такой замены в процессе анализа размерностей указал Г.Голицын (2008).

Это соответствует законам природы, так как инертная масса (масса покоя) является мерой энергии, она пропорциональна энергии и является по отношению к энергии производной величиной. В одной из формулировок единицы массы, предлагаемой к переопределению килограмма, предлагается следующее: “Килограмм есть масса тела, эквивалентная энергия которого равна энергии такого числа фотонов, сумма частот которых равна точно [(299 792 458)2/662 606 93] × 10⁴¹ Гц”. Справедливость этой формулировки для систем единиц оспаривается (см., например, Г.Трунов, 2009), но зависимость массы от энергии для систематизации величин очевидна.

2. Относительно угла поворота тела и того, какой именно физической величиной он является (основной, производной, дополнительной), дискуссия ведется не один десяток лет. Эта дискуссия отражена в разделе, посвященном углу поворота. Утверждение о том, что угол поворота тела должен являться основной физической величиной, опубликовано впервые в работе И.Когана (2007). Доказательство этого утверждения приведено на данном сайте.

3. Число структурных элементов в качестве основной физической величины известно метрологам, но несколько в другом качестве. Оно входит составной частью в определение основной физической величины СИ, называемой количеством вещества. Полное определение количества вещества (А.Чертов, 1990): ”физическая величина, равная числу структурных элементов, составляющих систему”. Только в СИ термин ”число структурных элементов” отнесен к частному случаю − к количеству вещества − и применяется лишь в молекулярной физике. На странице, посвященной числу структурных элементов, подробно обосновано применение этой в качестве основной в метрологии периодических процессов, в квантовой механике, в информатике.

4. Анализ основных физических величин, лежащих в основе системы единиц СИ, показал. что их размерности могут быть выражены через размерности основных физических величин ЭСВП. Размерность силы света может быть выражена через размерность энергии. Размерность электрического тока должна быть выражена через размерность электрического заряда, являющуюся, в свою очередь, размерностью условной основной величины в ЭСВП. Размерность термодинамической температуры является размерностью частоты колебаний, что обосновывается на странице, посвященной новой размерности температуры.

Причина того, что в комплектах основных физических величин в системах единиц присутствуют те же основные величины, что и в системах величин, только с другой формулой размерности, объясняется следующим. Метрология − это наука об измерениях, и для таких единиц, например, как кг, А, К и кд созданы измерительные эталоны. А для единицы энергии Дж это сделать чрезвычайно трудно, и уж, во всяком случае, не экономично. Но системы физических величин, в отличие от любой системы единиц, не нуждаются в измерительных эталонах. У систем физических величин и систем единиц разные цели и задачи.

Заключение

Введение обобщенной координаты состояния и обобщенного заряда физического поля подсказали и идею конструирования таблиц ЭСВП. Более подробно о конструкции самих таблиц рассказано на отдельной странице.

Для освоения методики пользования таблицами ЭСВП требуется мало времени, она доступна даже школьнику-старшекласснику. Естественно, в соответствии с тем объёмом знаний, которые уже накоплены на момент знакомства с таблицами. Немаловажным достоинством таблиц является то, что ими можно пользоваться и как справочником по единицам измерений. Но это второстепенная функция таблиц ЭСВП.

В таблицах ЭСВП приняты единицы измерений СИ, но для одних и тех же физических величин единицы в ЭСВП и СИ могут быть разными. В таблицах ЭСВП всего 5 единиц основных величин (Дж, м, об, шт, с) плюс 2 единицы для заряда физического поля (кг, Кл). В СИ имеется 7 единиц для основных величин (м, кг, с, А, К, кд, моль) плюс примерно 27 единиц для наиболее часто применяемых производных величин, не считая нескольких десятков кратных и внесистемных единиц.

Для практических целей могут быть также использованы приведенные в таблицах ЭСВП определяющие уравнения для каждой физической величины, это тоже может оказаться полезным.

Литература