Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №81 (май) 2020
Разделы: Физика
Размещена 05.05.2020. Последняя правка: 01.06.2020.
Просмотров - 399

Классификация физических величин в трехмерной системе СИ

Бессонов Евгений Александрович

Доктор технических наук

Горнодобывающие предприятия РФ

Консультант

Аннотация:
В работе представлены результаты дополнительных исследований автора в области классификации физических величин, которые могут иметь научную и практическую значимость в развитии теории и практики в метрологии. Исследования включали глубокое изучение структуры физических величин по составу и взаимосвязи производных единиц в их размерностях, анализ и идентификацию однородных физических полей, образованных физическими величинами в трехмерной системе СИ. Результаты работы: систематизированы и введены в классификацию новые виды физических величин; вновь классифицированным видам были даны наименования и научные определения; разработаны блок-схема классификации и системообразующие таблицы подгрупп и видов физических величин; откорректированы наименования отдельных, ранее классифицированных автором, подгрупп и видов физических величин; отредактированы индексы символов в ряде видов физических величин.


Abstract:
The paper presents the results of additional research by the author in the field of classification of physical quantities, which may have scientific and practical significance in the development of theory and practice in metrology. The studies included a deep study of the structure of physical quantities in terms of the composition and relationship of derived units in their dimensions, analysis and identification of homogeneous physical fields formed by physical quantities in a three-dimensional SI system. Results: new types of physical quantities are systematized and introduced into the classification; newly classified species were given names and scientific definitions; a classification flow chart and system-forming tables of subgroups and types of physical quantities have been developed; the names of individual, previously classified by the author, subgroups and types of physical quantities are adjusted; Edited symbol indices in a number of types of physical quantities.


Ключевые слова:
классификация физических величин; система физических величин; группы физических величин; подгруппы физических величин; виды физических величин; системообразующие таблицы; систематизирующая таблица

Keywords:
classification of physical quantities; system of physical quantities; groups of physical quantities; subgroups of physical quantities; types of physical quantities; system-forming tables; systematizing table


УДК 006.915 (53.081)

Введение

Изучение физических величин позволяет выявить общие метрологические особенности их отдельных групп (подмножеств) и представить их в виде классификации.

В метрологии принято классифицировать физические величины: по видам явлений (вещественные, энергетические, характеризующие протекание процессов по времени); по степени условной независимости от других величин (основные, производные и дополнительные);  по наличию размерности (размерные и безразмерные); по принадлежности к различным группам физических процессов (пространственно-временные, механические, тепловые, электрические и магнитные, акустические, световые, физико-химические, ионизирующих излучений, атомной и ядерной физики) [1, 2]. На рис. 1 показан наиболее распространенный вариант классификации физических величин, составленный по выше перечисленным признакам.

 

Рис. 1. Наиболее распространенный вид  классификации физических величин [1]

Согласно нормативам [3,4,5] все известные физические величины и их единицы классифицированы и подразделяются на группы, части и разделы (Таблица 1). Так, по сборнику [3],  производные единицы физических величин по разделам физики разделены на 10 частей: пространство и время; периодические и связанные с ним явления; механика; теплота; электричество и магнетизм; свет и связанные с ним электромагнитные излучения; акустика; физическая химия и молекулярная физика; ионизирующие излучения; атомная и ядерная физика. В классификации [4]  все физические величины по группам измерений разделены на 11 групп: времени и частоты; геометрические; параметров потока, расхода, уровня и объема веществ; давления и вакуума; механические; теплофизические и температурные; физико-химического состава и свойств веществ; оптико-физические; акустические; электрические, магнитные, радиотехнические и радиоэлектронные; ионизирующих излучений и ядерных констант.  Для прикладной физики, например в строительных нормах [5], физические величины подразделяются на 7 разделов единиц: пространства и времени; строительной механики, гидромеханики и механики грунтов; электрических и магнитных величин; строительной теплофизики; строительной акустики; строительной светотехники; ионизирующих излучений.

Подобное распределение физических величин прописано и во многих других  источниках справочной информации.

В таблице 1 показана принадлежность частей, разделов и групп физических величин к  нормативам [3,4,5].

Таблица 1

п/п

Наименование частей, разделов, групп физических величин

Их принадлежность к нормативам:

 

[3]

[4]

[5]

1

2

3

4

5

1

Пространства и времени

+

 

+

2

Времени и частоты

 

+

 

3

Периодические величины и связанные с ним явления

+

 

 

4

Геометрические

 

+

 

5

Параметров потока, расхода, уровня и объема веществ

 

+

 

6

Давления, вакуума

 

+

 

7

Механические

+

+

 

8

Строительной механики, гидромеханики и механики грунтов

 

 

+

9

Величины теплоты

+

 

 

10

Теплофизические и температурные

 

+

 

11

Строительной теплофизики

 

 

+

12

Физической химии и молекулярной физики

+

 

 

13

Физико-химического состава и свойств веществ

 

+

 

14

Величины света и связанные с ним электромагнитные излучения

+

 

 

15

Оптико-физические

 

+

 

16

Строительной светотехники

 

 

+

17

Акустические

+

+

 

18

Строительной акустики

 

 

+

19

Ионизирующих излучений

+

+

+

20

Атомные и ядерных констант

+

+

 

21

Величины электричества и магнетизма

+

 

+

22

Электрические, магнитные, радиотехнические и радиоэлектронные

 

+

 

Примечание: + - знак принадлежности.

Такое многообразие и разночтения в наименованиях подразделов физических величин и их единиц, по сути измеряемых (характеризуемых) одни и те же физические процессы, препятствуют их упорядоченному распределению (классификации) по классам - группам, подгруппам и пр.   

Одним из основных недостатков распространенной классификации (рис. 1) является то, что она строится на трех обобщенных поверхностных признаках физических величин, которые не в полной мере обеспечивают систематизацию величин на требуемую глубину познания, необходимую для выявления индивидуальных особенностей их более углубленных подмножеств, каковыми могу являться подгруппы и виды. Так же к существенным недостаткам можно отнести и тот фактор, что классификация раздроблена на большое число групп и разделена на целый ряд  вспомогательных подмножеств (основные, производные, дополнительные, размерные и безразмерные величины), что делает ее громоздкой и многосложной.  Кроме того, распространенная классификация не может быть результативно применена к трехмерной системе единиц СИ [6], поскольку она не вписывается в структуру трехмерной системы и не в полной мере отображает глубину ее содержания.

Целью работы является устранение перечисленных недостатков, которые характерны для распространенных видов классификаций физических величин.

Для достижения указанной цели необходимо провести более углубленную систематизацию физических величин, предельно емко сгруппировать однородные величины,  сделать ее более структурированной и приспособленной к трехмерной системе СИ.

Основная часть - методология, результаты

Исследования в данной области были выполнены автором поэтапно. Вначале, в результате сбора, анализа и обобщения базы данных многочисленных физических величин были выявлены их общепринятые наименования, обозначения, размерности и определена их принадлежность к той или иной общности физических процессов. Затем из этих физических величин были сформированы группы и подгруппы, а на их основе создана базовая основа трехмерной системы единиц СИ [6]. В результате проведения дальнейших исследований выяснилось, что трехмерность системы и ее многоуровневая структура распределяют физические величины с однородными свойствами по определенным местам систематизирующей таблицы, образуя на ней однородные физические поля (пространства). Эти поля, впоследствии, были названы автором видами, они получили свои наименования и определения и впервые, вместе с компактным вариантом систематизирующей таблицы трехмерной системы СИ, были опубликованы автором в работе [7]. 

Дальнейший детальный анализ предложенной классификации и связанной с ней трехмерной системы СИ показал, что однородных физических полей, занятых величинами в системе, может быть значительно больше. Поэтому для усовершенствования классификации автором было принято решение провести дополнительные исследования в плане развития предшествующей работы [7]. Они включали в себя более глубокое изучение структуры физических величин по составу и взаимосвязи производных единиц в их размерностях, анализ и идентификацию однородных физических полей системы.

Как было показано ранее [7], физические величины в предложенной классификации были подразделены на группы, подгруппы и виды. Им были даны определения и наименования, присвоены именные символы. А в связи с тем, что работа [7] имеет несколько ограниченную доступность для читателей (ее можно приобрести только в издательствe LAMBERT Academic Publishing), то ниже дано краткое изложение некоторых положений предшествующей работы автора и показаны ее основные результаты.

Группы физических величин, их определение, символическое обозначение и наименования.

 Группа – подмножество, образованное из физических величин по их принадлежности к определенной общности физических процессов, они получили именные символы I, II, III, IV и свои соответствующие наименования: механические и пространственно-временные; физико-химические, тепловые и температурные; световые, акустические, ионизирующие, атомные и ядерные; электрические и магнитные. Классификация физических величин по группам представлена в  таблице 2.

Таблица 2. Классификация физических величин по группам

 

     
Подгруппы физических величин, их определение, наименования и символическое обозначение.

Подгруппа – однородное подмножество, образованное физическими величинами по содержанию в их размерностях одноименных основных и дополнительных (производных) единиц: м; кг; с; А; К; моль; кд; рад; ср.  Подгруппы получили наименования: пространственные; массивные; подвижные; заряженные; температурные; количественные; светоизлучательные; радианные; стерадианные, и были обозначены соответственными прописными буквами – символами: L; М; Т; I; Q; N; J; R; S. Классификация подгрупп физических величин представлена в таблице 3.  

Виды физических величин, их определение, наименования и символическое обозначение.

Вид – однородное подмножество, образованное физическими величинами по содержанию в их размерностях одноименных основных и дополнительных (производных)  единиц, возведенных в степени, показатели которых содержат (кроме числа 0) положительные либо отрицательные действительные числа n: м^±n; кг^±n; с^±n; А^±n; К^±n; моль^±n; кд^±n; рад^±n; ср^±n. Классификация видов физических величин представлена в таблице 4. 

Таблица 3. Классификация физических величин по подгруппам

 

     
Таблица 4. Классификация физических величин по видам

 

№ п/п

Наименование видов* физических величин в подгруппах

Символ вида и степень определяющей вид единицы

Определение 

 

1

2

3

4

1

Подгруппа L (пространственность):

 

1.1

Квадрипространственные

L1  4)

Вид физических величин, характеризующих пространственные свойства, в размерностях единиц которых содержится единица метр в четвертой степени – м4

1.2

Трипространственные

L23)

То же, …в  третьей степени – м3

1.3

Дипространственные

L3  2)

То же, …во второй степени – м2

1.4

Монопространственные, в т.ч.:

L(м)

Вид физических величин, характеризующих пространственные свойства, в размерностях единиц которых содержится единица метр  – м

1.4.1

пространственные'

L4.1  4/3)

то же, …в  дробной степени – м4/3

1.4.2

гемипространственные

L4.2  1/2)

то же, …в  дробной степени – м1/2

1.4.3

пространственные’’

L4.3  0,37)

то же, …в  дробной степени – м0,37

1.5

Непространственные

L5 0)

Вид физических величин, в размерностях  единиц которых  отсутствует единица метр – м0

1.6

Контр-монопространственные, в т.ч.:

L-1)

Вид физических величин, характеризующих пространственные свойства, в размерностях единиц которых содержится единица времени с отрицательной степенью – с-1

1.6.1

контр-пространственные

L6.1  -3/2)

то же, …с отрицательной дробной степенью –  м-3/2

1.6.2

контр-гемипространственные

L6.2  -1/2)

то же, …с отрицательной дробной  степенью –  м-1/2

1.6.3

контр-пространственные’

L6.3  -1/3)

то же, …с отрицательной дробной степенью –  м-1/3

1.7

Контр-дипространственные

L-2)

То же, …с отрицательной степенью – м-2

1.8

Контр-трипространственные, в т.ч.:

L-3)

То же, …с отрицательной степенью – м-3

1.8.1

контр-пространственные’’’

L8.1  -5/2)

то же, …с отрицательной дробной степенью –  м-5/2

1.9

Контр-квадрипространственные

L9  (м-4)

То же, …с отрицательной степенью – м-4

1.10

Контр-пентапространственные

L10  (м-5)

То же, …с отрицательной степенью – м-5

1.11

Контр-гептапространственные

L11  (м-7)

То же, …с отрицательной степенью – м-7

1.12

Пентапространственные

L12  (м5)

Вид физических величин, характеризующих пространственные свойства, в размерностях единиц  которых содержится единица метр  в пятой степени – м5

1.13

Гексапространственные

L13  (м6)

то же, …в шестой степени – м6

2

Подгруппа М (массивность)

 

2.1

Массивные, в т.ч.:

М1.i  (кгn)

Вид физических величин, характеризующих массивные свойства, в размерностях единиц которых содержится единица массы с показателем  степени – кгn

2.1.1

димассивные

М1.1  (кг2)

то же, …с показателем степени – кг2

2.1.2

мономассивные

М1.2  (кг)

то же, …без показателя степени – кг

2.1.3

гемимассивные

М1.3  (кг1/2)

то же, … с дробным показателем степени  – кг1/2

2.1.4

массивные'

М1.4  (кг1/4)

то же, … с дробным показателем степени  – кг1/4

2.2

Немассивные

М2 (кг0)

Вид физических величин, в размерностях единиц которых отсутствует единица массы – кг0

2.3

Контр-массивные, в т.ч.:

М3.i  (кг-n)

Вид физических величин, характеризующих массивные свойства в размерностях единиц которых содержится единица массы с отрицательной степенью  – кг-n

2.3.1

контр-массивные

М3.1(кг-1/3)

то же,  …с отрицательной степенью - кг-1/3

2.3.2

контр-гемимассивные

М3.2(кг-1/2)

то же, … с отрицательной дробной степенью - кг-1/2

2.3.3

контр-мономассивные

М3.3  (кг-1)

то же, … с отрицательной степенью – кг-1

2.3.4

контр-димассивные

М3.4 (кг-2)

то же, … с отрицательной степенью - кг-2

2.3.5

контр-тримассивные

М3.5 (кг-3)

то же, … с отрицательной степенью - кг-3

2.4

Немассивные субтильные

М4 (кг0)

Вид «светоизлучающих» физических величин, в размерностях единиц  которых  отсутствует единица  массы – кг0

3

Подгруппа Т (подвижность):

     

3.1

Квадриподвижные

Т1 4)

Вид физических величин, характеризующих временны́е свойства, в размерностях единиц которых содержится единица времени в четвертой степени – с4

3.2

Триподвижные, в т.ч.:

Т3)

Вид физических величин, характеризующих временны́е свойства, в размерностях единиц которых содержится единица времени в третьей степени – с3

3.2.1

подвижные'

Т2.1 5/2)

то же, …с дробной степенью – с5/2

3.3

Диподвижные, в т.ч.:

Т2)

Вид физических величин, характеризующих временны́е свойства,  в размерностях единиц которых содержится единица времени во второй степени – с2

3.3.1

диподвижные магнитные

Т3.1  2)

то же, характеризующих временны́е свойства в магнитных процессах или явлениях

3.3.2

диподвижные электрические

Т3.2 2)

то же, характеризующих временны́е свойства в электрических процессах или явлениях

3.3.3

подвижные электрические

Т3.3 3/2)

то же, …с дробной степенью – с3/2

3.4

Моноподвижные, в т.ч.:

Т4 (с)

Вид физических величин, характеризующих временны́е свойства, в размерностях единиц которых содержится единица времени – с

3.4.1

моноподвижные электрические

Т4.1 (с)

то же, характеризующих временны́е свойства в электрических процессах или явлениях

3.4.2

гемиподвижные

Т4.2 1/2)

то же,…с  единицей времени с дробной степенью – с1/2

3.5

Неподвижные

Т5 0)

Вид физических величин, в размерностях  единиц которых отсутствует единица времени, т.е. – с0

3.6

Контр-моноподвижные, в т.ч.:

Т6 -1)

Вид физических величин, характеризующих временны́е свойства, в размерностях единиц которых содержится единица времени с отрицательной степенью – с-1

3.6.1

контр-моноподвижные электрохимические

Т6.1 -1)

то же, характеризующих временны́е свойства в электрохимических процессах или явлениях

3.6.2

контр-моноподвижные электрические

Т6.2 -1)

то же, характеризующих временны́е свойства в электрических процессах или явлений

3.6.3

контр-подвижные

Т6.3 -1/3)

то же, …с  единицей времени с отрицательной дробной степенью – с-1/3

3.6.4

контр-гемиподвижные

Т6.4 -1/2)

то же, …с  единицей времени с отрицательной дробной степенью – с-1/2

3.7

Контр-диподвижные, в т.ч.:

Т-2)

Вид физических величин, характеризующих временны́е свойства, в размерностях единиц которых содержится единица времени с отрицательной степенью – с-2

3.7.1

контр-диподвижные магнитные

Т7.1  -2)

то же, характеризующих временны́е свойства в магнитных процессах или явлениях

3.7.2

контр-диподвижные индуктивные

Т7.2  -2)

то же, характеризующих временны́е свойства в электрических и магнитных процессах или явлениях, связанных с индукцией

3.7.3

контр-подвижные

Т7.3  -5/2)

то же, …с единицей времени с отрицательной дробной степенью – с-5/2

3.8

Контр-триподвижные, в т.ч.:

Т-3)

Вид физических величин, характеризующих временны́е свойства, в размерностях единиц которых содержится единица времени с отрицательной степенью – с-3

3.8.1

контр-триподвижные поточные

Т8.1 -3)

то же,  характеризующих временны́е свойства при определении мощности, плотности и темпа протекания физических процессов или явлений

3.8.2

контр-триподвижные электрические

Т8.2  -3)

то же, характеризующих временны́е свойства в электрических процессах или явлений

3.8.3

контр-триподвижные реактансные

Т8.3  -3)

то же,  характеризующих временны́е свойства при определении сопротивления протекания физических процессов или явлений

3.9

Контр-квадриподвижные

Т-4)

Вид физических величин, характеризующих временны́е свойства, в размерностях единиц которых содержится единица времени с отрицательной степенью – с-4

3.10

Контр-гексаподвижные

Т10  -6)

Вид физических величин, характеризующих временны́е свойства, в размерностях единиц которых содержится единица времени с отрицательной степенью – с-6

3.11

Гексаподвижные

Т11  6)

То же, в размерностях единиц которых содержится единица времени в шестой степени – с6

3.12

Гептаподвижные

Т12  7)

То же, …с  единицей времени в седьмой степени – с7

3.13

Декаподвижные

Т13  10)

То же, …с  единицей времени в десятой степени – с10

4

Подгруппа I (заряженность):

 

4.1

Незаряженные

I1 0)

Вид физических величин, в размерностях единиц  которых отсутствует единица  измерения  силы электрического тока - ампер – А0

4.2

Заряженные

I2 (А)

Вид физических величин, характеризующих электрические свойства, в размерностях единиц которых  содержится единица  измерения силы электрического тока -  ампер – А

4.3

Дизаряженные, в т.ч.:

I3 2)

То же, …- во второй степени – А2

4.3.1

дизаряженные'

I3.1 5/2)

то же, …- с дробной степенью  – А5/2

4.4

Контр-заряженные

I-1)

То же, …- с отрицательной степенью – А-1

4.5

Контр-дизаряженные

I-2)

То же, …- с отрицательной степенью – А-2

4.6

Тризаряженные

I3)

То же, …- в третьей степени – А3

4.7

Квадризаряженные

I7  4)

То же, …- в четвертой степени – А4

5

 

Подгруппа Θ (температурность):

 

5.1

Температурные

Θ (К)

Вид физических величин, характеризующих тепловые свойства, в размерностях  единиц которых  содержится единица измерения  температуры – К

5.1.1

тритемпературные

Θ1.13)

то же, …- в третьей степени – К3

5.2

Нетемпературные

Θ20)

Вид физических величин,  в размерностях единиц которых отсутствует единица измерения  температуры – К0

5.3

Контр-температурные

Θ3-1)

Вид физических величин, характеризующих тепловые свойства, в размерностях единиц  которых  содержится единица измерения  температуры с отрицательной степенью – К-1

5.4

Контр-дитемпературные

Θ4-2)

То же, …с отрицательной степенью – К-2

5.5

Контр-квадритемпературные

Θ5-4)

То же, …с отрицательной степенью – К-4

5.6

Контр-пентатемпературные

Θ6-5)

Тто же, …с отрицательной степенью – К-5

6

Подгруппа N (количественность):

      

6.1

Количественные

N1(моль)

Вид физических величин, характеризующих количественное свойство, в размерностях единиц которых содержится единица измерения  количества вещества  – моль

6.2

Неколичественные

N2(моль0)

Вид физических величин, в размерностях единиц которых отсутствует единица измерения  количества вещества  – моль

6.3

Контр-количественные

N3(моль-1)

Вид физических величин, характеризующих количественное свойство, в размерностях единиц которых содержится единица измерения  количества вещества с отрицательной степенью – моль-1

6.4

Контр-диколичественные

N4 (моль-2)

то же, …с отрицательной степенью – моль-2

7

Подгруппа J (светоизлучательность):

    

7.1

Светоизлучательные

J1 (кд)

Вид физических величин, характеризующих электромагнитно-излучающие свойства, в размерностях единиц которых содержится единица силы света  – кд

7.2

Несветоизлучательные

J2(кд0)

Вид физических величин, в размерностях единиц которых отсутствует единица измерения  силы света  – кд0

7.3

Контр-светоизлучательные

J3 (кд-1)

Вид физических величин, характеризующих протекание электромагнитно-излучающих процессов или явлений, в размерностях единиц которых содержится единица силы света с отрицательной степенью  – кд-1

8

Подгруппа R (радианность):

 

8.1

Радианные

R1  (рад)

Вид физических величин, связанных с мерой измерения физических процессов и явлений, в размерностях единиц которых содержится единица плоского угла – рад

8.2

Нерадианные

R2  (рад0)

Вид физических величин, в размерностях единиц которых отсутствует единица плоского угла – рад0

8.3

Контр-радианные

R(рад-1)

Вид физических величин, связанных с мерой измерения физических процессов и явлений, в размерностях единиц которых содержится единица плоского угла с отрицательной степенью – рад-1

9

Подгруппа S (стерадианность):

      

9.1

Стерадианные

S1(ср)

Вид физических величин, связанных с мерой измерения физических процессов и явлений, в размерностях единиц которых содержится единица телесного угла – ср

9.2

Нестерадианные

S2(ср0)

Вид физических величин, в размерностях единиц которых отсутствует единица телесного угла – ср0

9.3

Контр-стерадианные

S3(ср-1)

Вид физических величин, связанных с мерой измерения физических процессов и явлений, в размерностях единиц которых содержится единица телесного угла с отрицательной степенью – ср-1

*- наименования видов, предложенные автором в книге [7] и дополненные в данной работе.

Приставки к названиям контр- в таблице 4 обозначают, что определяющая вид единица СИ в размерностях физических величин имеет отрицательный показатель степени.

С целью унификации видам были присвоены наименования в виде умножающих приставок (образованных от греческих числительных) к наименованиям подгрупп, обозначающих показатель степени, в которую возведена та или иная единица физической величины. Например, в наименовании гемимассивные1.3) приставка геми -  дробное число ½ - обозначает, что показатель степени единицы кг равен  ½, т.е. - кг1/2.  Другой пример – декаподвижные  (Т13) – приставка дека – число 10 – обозначает, что показатель степени  единицы с (например, для физической величины g*) равен 10, т.е. – с10.

*- g - 2-я гипер-поляризуемость – физическая величина IV группы, ее производная единица обозначения (С4м4)/J3, полная размерность L-2M-3T10I4Θ0N0J0R0S0, размерность единицы м-2кг-3с10А4, ее вид по своду символов L73.513; I72;N2;J2;R2;S2.

Исключение из выше приведенного правила было сделано только для видов подгруппы Т («подвижные» величины), в которой, к большинству присвоенных наименований видов, были добавлены прилагательные, отождествляющие основные отличительные свойства физических процессов: электрические; магнитные; индуктивные; поточные; реактансные. Это было сделано для того, чтобы продемонстрировать логическую значимость предложенной классификации. Так, в трехмерной системе показано, что систематизированные в классификации физические величины с однородными свойствами, имеющие в своих размерностях одноименные производные единицы с одинаковыми показателями степени и с одинаковыми их значениями, строго определенно располагаются в систематизирующей таблице [8].  Например,  по оси Y системы в строках № 45 и № 51 располагаются только диподвижные магнитные величины (Т3.1), в  строке № 47 исключительно диподвижные электрические3.2),  в строке №  62 контр-триподвижные реактансные8.3) и т.д.  Подобным образом располагаются  виды физических величин по оси Х системы, например, дипространственные (L3)  исключительно в столбцах №№ 5, 21, 36, а мономассивные 1.2) только в столбцах №№ 2-13 и т.д. Так же  располагаются  виды физических величин по оси Z системы (по уровням приставки к таблице), например, контр-количественные (N3) простираются непосредственно по уровням №№ X, XI, единицы величин которых проецируются в определенные ячейки систематизирующей таблицы,  объединяются с другими производными единицами и формируют, таким образом,  размерность определенной физической величины данного вида. Например, размерности таких величин как: Gр – теплотворность, м2кг·с-2моль-1 (II группа); MRмолекулярная рефракция, кг-1с4А2моль-1 (IV группа) и др.

Физические величины в предложенной классификации характеризуются не по основным и производным единицам, как обычно принято в известных классификациях, а по размерностям, выраженным через основные и дополнительные единицы (обозначены строчными буквами), что позволяет глубже, масштабнее и более определенно систематизировать физические величины.

Например, такая известная физическая величина как динамическая вязкость имеет обозначение производной единицы: Па·с, а ее размерность, выраженная через основные и дополнительные единицы и обозначенная строчными буквами, имеет вид: м-1кг·с-1. Следовательно, рассматриваемая физическая величина в предложенной классификации будет характеризоваться по содержанию в ее размерности производных единиц: м-1;  кг; с -1. Поэтому величина динамической вязкости будет охарактеризована в классификации следующей совокупностью видов - контр-монопространственная (L6), мономассивная (М1.2), контр-моноподвижная (Т6), незаряженная (I1), нетемпературная (Θ2), неколичественная (N2), несветоизлучающая (J2), нерадианная (R2), нестерадианная (S2) и может быть кратко представлена сводом символов:  (L61.26;I12;N2;J2;R2;S2).  Где Li, Мi, Тi, Ii, Θi, Ni, Ji, Ri, Si–  индивидуальные обозначения видов физических величин, символично представленные прописными буквами – символами - от названий основных и дополнительных единиц, где i -  их индексы, характеризующие порядковый номер символа.

Безразмерные физические величины составляют неотъемлемую часть предложенной классификации и группируются в ней подобным способом. Например, безразмерная физическая величина I группы число Рейнольдса (Re) будет охарактеризована в ней следующей совокупностью видов - непространственная (L5), немассивная (М2), неподвижная (Т5), незаряженная (I1), нетемпературная (Θ2), неколичественная (N2), несветоизлучающая (J2), нерадианная (R2), нестерадианная (S2) и может быть кратко представлена сводом символов: (L525;I12;N2;J2;R2;S2). Безразмерные величины в системе классифицируются в алфавитном порядке по символическому обозначению величин. Они занимают свое равноправное место в ячейках трехмерной системы СИ и для более удобного просмотра сносятся под систематизирующую таблицу в виде Примечания [8].     

Предложенная классификация не разделена на отдельные группы по видам явлений (вещественных, энергетических, характеризующих протекание процессов по времени), как это было сделано в традиционной классификации (рис. 1), а подразделена на более глубоко систематизированные и более конкретизированные отдельные виды физических величин, выполненные в виде подмножества подгрупп величин (рис. 2).

 

Рис. 2. Блок-схема предложенной классификации физических величин

В связи с включением в классификацию в разряд основополагающих единицы радиан и стерадиан следует напомнить, что они первоначально входили в класс дополнительных основных единиц системы СИ. Однако в 1995 году, из-за многочисленных споров метрологов о статусе дополнительных единиц по отношению к базовым единицам, XX Генеральная конференция по мерам и весам  (ГКМВ, Резолюция 8) исключила данные единицы из класса основных и переместила их в класс безразмерных производных единиц, имеющих специальные наименования и обозначения.  Несмотря на это, в ряде российских учебниках и справочниках по метрологии, опубликованных после 1995 года,  классификации физических величин продолжают представлять с единицами радиан и стерадиан в качестве основных дополнительных [9, 10].

Предложенная классификация также не исключает единицы радиан и стерадиан из разряда основополагающих, а равноценно, вместе с основными единицами,  применяет их в трехмерной системе величин СИ.  Например, физическую величину ω, – угловую скорость, в действующих нормативах [11] принято выражать только через  основную единицу времени с-1, а весьма значимую для протекающего пространственного процесса единицу радиан, ранее содержащуюся в ее размерности, выражают в виде единицы (м/м = 1). В предложенной классификации данная величина характеризуется и через основную единицу времени – с, и через (ранее дополнительную, а ныне производную) единицу величины плоского угла – рад.  Введение в трехмерную систему единиц СИ в качестве дополнения к основным единицам производных единиц радиан - радn (Rn) и стерадиан - срn (Sn) было продиктовано необходимостью сделать систему более полноценной, а классификацию более систематизированной, поскольку плоский и телесный углы – это  единственные в системе величины, характеризующие меру углового пространственного протекания физического процесса.  

В предложенной классификации различают однородные величины, которые имеют одинаковые размерности и один и тот же физический смысл и величины с  однородными физическими свойствами (авт.). Величины с однородными физическими свойствами имеют более широкое толкование, поскольку, наряду с одинаковыми размерностями, могут также содержать в своих размерностях одноименные производные единицы с одинаковыми показателями степени и с одинаковыми их значениями (+ или -). Например, физическая величина v – кинематическая вязкость, имеющая размерность единицы  м2с-1 (полная размерность: м2кг0с-1А0К0моль0кд0рад0ср0), будет обладать по классификационному виду Т6 однородными физическими свойствами с рядом физических величин, расположенных на строке № 8 таблицы [8], в частности, с физической величиной f – плотность потока жидкости, имеющей размерность единицы м-2кг·с-1 (полная размерность: м2кг·с-1А0К0моль0кд0рад0ср0), так как они в своих размерностях одинаково содержат одноименную  производную единицу с-1, имеющую одинаковое значение показателя степени.

Подобным образом в трехмерной системе СИ располагаются все классифицированные физические величины, обладающие однородными свойствами.   

Заключение

В работе представлена глубоко систематизированная и структурированная классификация физических величин.

В ходе выполнения данных исследований были систематизированы и введены в классификацию 36 новых вида физических величин, а всем подгруппам и видам дано научное определение. Разработаны блок-схема классификации и системообразующие таблицы подгрупп и видов физических величин, откорректированы наименования 2 подгрупп и 20 видов физических величин, а также отредактированы индексы символов в 10 видах физических величин.

Результаты настоящих исследований могут внести заметный вклад в развитии теории и практики в метрологии. Они, совместно с другими работами автора, - трехмерной системой СИ и системным методом прогнозирования физических величин, способны оказать значительную помощь исследователям в данной области знаний. А систематизирующая таблица трехмерной системы СИ, содержащая в своей основе классифицированные величины, может стать общедоступной интерактивной базой данных для сбора, хранения и черпания наиболее важных сведений о физических величинах для имеющихся и вновь открываемых законов физики.

Библиографический список:

1. Метрология и стандартизация. Классификация физических величин. Metalcutting.ru 2015-2020. https://www.metalcutting.ru/content/klassifikaciya-fizicheskih-velichin (дата обращения 10.03.2020).
2. РМГ 29-2013 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения. http://docs.cntd.ru/document/1200115154 (дата обращения 10.03.2020).
3. Единицы физических величин. Сборник нормативно-технических документов. – М.: Издательство стандартов. 1987. – 176 с.
4. Виды измерений. Классификация. Рекомендация. МИ 2222-92 ГСИ. https://info.metrologu.ru/ntd/ntd_1799.html (дата обращения 17.01.2020).
5. СН 528-80. Перечень единиц физических величин, подлежащих применению в строительстве. – М. 1981. https://files.stroyinf.ru/Data1/1/1884/ (дата обращения 20.01.2020).
6. Бессонов Е.А. Логическая система физических величин. Электронный периодический научный журнал «SCI-ARTICLE.RU». № 15. 2014. С.95-102. URL: http://sci-article.ru/number/11_2014.pdf (дата обращения 27.04.2020).
7. Бессонов Е. Многоуровневая система физических величин СИ. Издательство LAP Lambert Academic Publishing. - 2015 г. С. 15 – 41.
8. Систематизирующая таблица трехмерной системы величин СИ /Е.А. Бессонов URL: https://cloud.mail.ru/public/4MGG/2rToE1qwi (дата обращения 27.04.2020), (для удобного просмотра таблицы рекомендуется скачать файл, Excel, 718 КБ).
9. Метрология, стандартизация и сертификация: иллюстративно-справочное пособие /Сост. М.В.Воронина. –Ульяновск: УВАУ ГА, 2004. – С.7-8. http://venec.ulstu.ru/lib/disk/2015/Voronina_1.pdf (дата обращения 18.03.2020) .
10. Метрология, стандартизация, сертификация: учебник для вузов / С.В.Пономарев, Г.В.Шишкина, Г.В. Мозгова. – Тамбов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2010. - Табл. 1.1.
11. ГОСТ 8.417-2002. Государственная система обеспечения единства измерений. http://docs.cntd.ru/document/1200031406 (дата обращения 25.03.2020).




Рецензии:

5.05.2020, 11:31 Мельник Сергей Иванович
Рецензия: В работе предложен новый способ классификации физических величин. Сама по себе задача классификации допускает множество способов упорядочения множества объектов по их свойствам и имеет целью упростить описание наблюдаемых явлений с их помощью. Что касается задач метрологии, то наиболее удобной и естественной для них является классификация физических величин на основе способов их измерения. Поэтому предложение автора построить классификацию физических величин на основе их размерностей представляется дискуссионным. Для обоснования перспективности введения этой классификации необходимо привести примеры задач, в которых она дает преимущества, по сравнению с существующими аналогами. К сожалению, таких примеров в работе нет, а утверждения о преимуществах предлагаемого подхода носят декларативный характер. Тем не менее, работа представляет интерес для специалистов в области метрологии и после доработки может быть рекомендована к публикации.

06.05.2020 11:11 Ответ на рецензию автора Бессонов Евгений Александрович:
Классификация физических величин на основе способов измерений, на которую ссылается уважаемый рецензент, позволяет оценить качество их измерений (погрешность, точность, сходимость и пр.), а по способу получения результата измерений подразделить их на совокупные, косвенные и пр. измерения. Это совершенно другое направление в метрологии и оно не имеет прямого отношения к данной работе. Предложенная классификация физических величин выполняет совсем иные функции и позволяет осуществить другие, важные для науки, задачи. Главные преимущества предложенной классификации это возможность, с ее помощью, прогнозировать новые физические величины и способность значительно облегчить труд исследователей в поиске важных сведений о физических величинах системы СИ (все классифицированные ФВ располагаются в одной систематизирующей таблице). Об этом я подробно изложил в ряде своих работ, в т.ч.: 1). Бессонов Е.А. Трехмерная система физических величин СИ. Three-dimensional system of Units SI // Научно-технический журнал «Законодательная и прикладная метрология». – Москва, – 2015. - №2 (137). - С.22-33. https://cloud.mail.ru/public/Bdv9/pdWSQXn53 2). Бессонов Е.А. Системный метод прогнозирования новых физических величин. System method of forecasting of new physical Units // Научно-технический журнал «Законодательная и прикладная метрология». – Москва, – 2015. - № 6 (139). - С.5-9. https://cloud.mail.ru/public/BfdN/BSt4Na8eC 3). Бессонов Е.А. Метод прогнозирования новых физических величин // Научный периодический электронный рецензируемый журнал «SCI-ARTICLE.RU». - 2015. - № 23. - С. 74-79. 4). Бессонов Е.А. Системный метод прогнозирования новых физических величин (Продолжение) // Научный периодический электронный рецензируемый журнал «SCI-ARTICLE.RU». - 2017. - № 43. - С. 105-114. 5). Бессонов Е.А. Новые физические величины в системе СИ // Научный периодический электронный рецензируемый журнал «SCI-ARTICLE.RU». - 2017. - № 52. - С. 244-259. Рекомендую уважаемому рецензенту ознакомиться с указанными работами, а также с систематизирующей таблицей [8], где показано логическое распределение в трехмерной системе СИ классифицированных (по способу автора) физических величин по группам, подгруппам и видам.

6.05.2020, 14:11 Белых Сергей Анемподистович
Рецензия: Статья уникальна и имеет развитие, чтобы заполнить пустые клетки в таблице Бартини в системе единиц LT , но требует доработки, исправить "в метрологи", "ср.Подгруппы","соднородными", т.е. где надо вставить пробелы. Статья может быть рекомендована к публикации после доработки.
07.05.2020 9:09 Ответ на рецензию автора Бессонов Евгений Александрович:
Уважаемый Сергей Анемподистович! Ваши замечания учтены, а в тексте сделаны соответствующие поправки. Благодарю за поддержку моей работы.

7.05.2020, 21:02 Чуев Анатолий Степанович
Рецензия: Поскольку я сам занимаюсь систематизацией физических величин в системе СИ на базе LT- размерностной основы Р. Бартини, то мне не очень нравятся все иные подходы к систематизации величин. Поэтому я могу выразить только свою точку зрения, которая не может быть объективной. Главный недостаток большинства имеющихся подходов, как и предлагаемого здесь (трехуровневого по группам, подгруппам и видам) - это отсутствие систематизации физических величин по их самому объективному, на мой взгляд, критерию - их отличию (и объединению в группы) путем сравнения с их LT - размерностным представлением. Поскольку только такой подход позволяет открывать естественное деление физических величин на отдельные размерностные группы и подгруппы и обнаруживать в системе действующие в природе физические закономерности. В целом, же мне очень симпатичны люди, занимающиеся проблемой систематизации физических величин. Их взгляды, естественно отличающиеся от моего взгляда, мне тоже очень интересны. Рекомендую работу Бессонова Евгения Александровича к публикации.
08.05.2020 12:12 Ответ на рецензию автора Бессонов Евгений Александрович:
Уважаемый Анатолий Степанович! Ваши работы в области систематизации физических величин в размерностях LT и MLT хорошо известны научному сообществу и заслуживают особого внимания и уважения, поскольку они позволяют приоткрыть природу физических закономерностей. Мои исследования преследуют иную и более скромную цель - это усовершенствование недостаточно систематизированной структуры системы СИ и выявление закономерностей распределения физических величин внутри самой системы на основе представленной классификации. С уважением, Е. Бессонов



Комментарии пользователей:

7.05.2020, 20:28 Мельник Сергей Иванович
Отзыв: В ответе на рецензию автор утверждает, что предложенная им классификация позволяет "прогнозировать новые физические величины и способность значительно облегчить труд исследователей в поиске важных сведений о физических величинах системы СИ". Это, безусловно, является веским аргументом в пользу актуальности работы. Однако, в этом случае вполне естественно ожидать упоминания в тексте работы о примерах (хотя бы одном) предсказания новых физических величин и получения новых сведениях об их свойствах на основе предложенной классификации . Кроме того, автору следует отредактировать аннотацию, та как эти задачи не имеют отношения к "развитию теории и практики в метрологии", а являются предметом исследования в физике. Как правило, введение новых физических величин, а также анализ их свойств, связаны с обнаружением инвариантов преобразований, генерируемых тем или иным множеством измерений. Например, длина отрезка в геометрии Эвклида (инвариантна к поворотам и смещениям системы координат), интервал в СТО (инвариант преобразований Лоренца), цветность кварков в хромодинамике ... и т.п.


8.05.2020, 13:48 Чуев Анатолий Степанович
Отзыв: По замечаниям Мельника Сергея Ивановича. 1. "Поэтому предложение автора построить классификацию физических величин на основе их размерностей представляется дискуссионным". Наиболее объективная и самая важная классификация физических величин строится именно на основе их размерностей. 2. "Для обоснования перспективности введения этой классификации необходимо привести примеры задач, в которых она дает преимущества, по сравнению с существующими аналогами". Примеры были бы желательны, но требование показа перспективности данной классификации совершенно излишне. Каждый тип классификации выражает что-то своё особенное, чего нет в других типах, и в этом есть её ценность. 3 "Как правило, введение новых физических величин, а также анализ их свойств, связаны с обнаружением инвариантов преобразований, генерируемых тем или иным множеством измерений". Новые физические величины не вводят, а их открывают. При этом их соответствие математической операции инвариантности преобразований, на мой взгляд, совсем необязательно.


Оставить комментарий


 
 

Вверх