Fysiikan perusteet. SI-järjestelmä. Antti Haarto

Transkriptio

1 Fysiikan perusteet SI-järjestelmä Antti Haarto

2 Fysiikka ja muut luonnontieteet Ihminen on aina pyrkinyt selittämään havaitsemansa ilmiöt Kreikkalaiset filosofit pyrkivät selvittämään ilmiöt pelkästään ajattelemalla Aristoteles auktoriteettina keskiajalle asti Galileo Galilei ja Isaac Newton aloittivat kokeellisen tutkimuksen

3 Fysiikan tehtäväksi voidaan määritellä aineen ja säteilyn ominaisuuksien sekä niiden keskinäisten vuorovaikutuksien tutkiminen. Fysiikka tutkii kaikkien luonnonilmiöiden yhteisiä peruslakeja. Luonnontutkimuksen perustiede, jolle tekniikankin sovellukset pohjautuvat

4 Fysiikan jako Mekaniikka Termofysiikka Sähkö- ja magnetismioppi Aalto-oppi Kvanttifysiikka (atomi- ja ydinfysiikka) Klassinen fysiikka (1800-luvun lopulle) Moderni fysiikka (suhteellisuusteoria ja kvanttiteoria)

5 Fysikaalinen ajattelutapa Havaintojen tekeminen Järjestelmällisten kokeiden tekeminen (vain yhtä muuttujaa kerrallaan) Mallin laatiminen Mallin testaus Lopullinen teoria Eksaktitiede (voidaan esittää matemaattisesti)

6 Suure Suure on ainemäärän, kappaleen tai tapahtuman mitattavissa tai määritettävissä (laskettavissa) oleva ominaisuus Suure = lukuarvo yksikkö Yksikkö on sovittu vertailuarvo

7 Suure- ja mittayksikköjärjestelmä Perussuureet Perusyksiköt Muut suureet ja yksiköt johdetaan edellisistä Johdannaissuureet Johdannaisyksiköt Kerrannaisia käyttämällä 10 n -kertojia

8 SI-järjestelmä Perussuureet ja perusyksiköt

9 Johdannaisyksiköt

10

11 Radioaktiivisen säteilyn lajit α-säteily (helium-atomin ytimiä) β-säteily (elektroneja) γ-säteily (suurienergisiä fotoneja) neutronisäteily (neutroneita)

12 Muut yksiköt, joita voidaan käyttää

13 Kokeellisesti saadut SI-yksiköt

14 Kerrannaisyksiköt Suuria tai pieniä lukuja käytettäessä. Huom! Kilogrammassa on jo etuliite kilo.

15 Kurssilla käytettäviä suureita aika (t ; s) massa (m ; kg) tasokulma (α, ; rad, º) voima (F, ; N) työ (W ; J) teho (P ; W) energia (E ; J) matka, paikka (s, x, ; m) nopeus (v ; m/s) kiihtyvyys (a ; m/s 2 ) nopeuden muutosnopeus

16 Yksikkötarkastelu Yksikkötarkastelussa selvitetään suureiden yksiköiden perusteella onko yhtälö mahdollinen Tarkastetaan onko merkkien =, ja + välisillä osilla sama yksikkö Esim. Tarkasta yksikkötarkastelulla onko suureyhtälö mahdollinen. teho = voima kiihtyvyys ( P = Fa )

17 Tarkista yksikkötarkastelulla ovatko yhtälöt mahdollisia pituus = nopeus aika ( l = vt ) teho = työ aika ( P = Wt ) energia = ½ massa nopeus² ( E = ½mv² )

18 Kirjoitus- ja käyttöohjeita Kerroin valitaan niin, että lukuarvo on välillä 0, Etuliite valitaan niin, että edellinen toteutuu 10 eksponentti yleensä 3 jaollinen Yksiköiden tunnukset pystykirjaimilla Suureet kursiivilla

19 Muunna eksponenttimuotoon ja etuliitteelliseen muotoon 0, m m m K 0, K 0,00174 Km kg 0, g

20 Merkitsevät numerot Luvun alussa olevat nollat eivät ole merkitseviä ,00045 Luvun lopussa olevat nollat ovat merkitseviä, jos niitä on desimaalipilkun jälkeen 5,3400 Kokonaisluvun lopussa olevien nollien merkitsevyys on epäselvää ,

21 Mikä on merkitsevien numeroiden määrä? 1,2304 0,0034 0, ,30 34,00 0,

22 Lukujen katkaisu Jos ensimmäinen pois jätettävä numero on Pienempi kuin 5, niin ei tehdä korotusta Suurempi kuin 5 tai 5, jonka perässä on nollasta poikkeava desimaali, niin tehdään korotus 5, jonka perässä ei ole nollasta poikkeavaa desimaalia, niin pyöristetään lähimpään parilliseen numeroon

23 Katkaise luvut sadasosan tarkkuuteen 0,234 23,567 0,0080 5,505 9,055 0,00125

24 Tulosten ilmoittamisen tarkkuus Kun kerrotaan tai jaetaan eri suureita keskenään, lopputuloksen merkitsevien numeroiden määrä on sama kuin sen suuren merkitsevien numeroiden määrä, missä niitä on vähiten. Lopputuloksen lukuarvon katkaisu normaalien sääntöjen mukaisesti 3,25 m 0,0042 m = 0,01365 m 2 0,014 m 2

25 Yhteen- ja vähennyslaskussa tulos ilmaistaan niin monella desimaalilla kuin niitä on vähiten desimaaleja sisältävässä luvussa. 23,0 m + 0,253 m = 23,253 m 23,3 m

26 Laske ja ilmoita oikealla tarkkuudella 12 kg + 4,3 kg 24,34 s + 3,66 s 16,7 m 8,3 m 2,3 m/s 12,5 s 25,2 m 39,8 m (135 m) (4,50 s) (24,6 m²) (3,7 m)

27 Laskutehtävien suoritusohjeita Varaa riittävästi tilaa Kokoa annetut lähtötiedot suorituspaperiin ja muunna SIyksiköiksi sekä kerrannaiset kymmenen potensseiksi Tunnista mistä aihealueesta on kyse Mieti onko voimassa jokin säilymislaki Mieti tehtävän looginen ratkaisu

28 Tee tarpeelliset piirrokset tilannekuva vapaakappalekuva Johda riittävästi perustellen suureyhtälö, josta kysytty suure ratkaistaan Alleviivaa loppuyhtälö Laske sekä lukuarvoilla että yksiköillä Tarkista, että vastaus on fysikaalisesti mielekäs Lopputulos selkeästi ja oikeassa muodossa Tarkista, että olet vastannut kysymykseen

29 TIIVISTETTYNÄ Pyri selkeään ja systemaattiseen esitykseen. Harjoitustehtävien ratkaiseminen on hyvä keino insinöörimäisen ajattelutavan kehittämiseen. Samalla voit todeta omat tiedot ja taidot.