Pomiar - Measurement

Pomiar jest ilościowe z atrybutów obiektu lub zdarzenia, które mogą być wykorzystane do porównania z innymi przedmiotami lub wydarzeń. Zakres i zastosowanie pomiaru zależą od kontekstu i dyscypliny. W naukach przyrodniczych i inżynieryjnych pomiary nie dotyczą nominalnych właściwości obiektów lub zdarzeń, co jest zgodne z wytycznymi Międzynarodowego Słownika Metrologii publikowanego przez Międzynarodowe Biuro Miar i Wag . Jednak w innych dziedzinach, takich jak statystyka oraz nauki społeczne i behawioralne , pomiary mogą mieć wiele poziomów , do których należą skale nominalne, porządkowe, interwałowe i ilorazowe.

Pomiar jest podstawą handlu , nauki , technologii i badań ilościowych w wielu dyscyplinach. Historycznie istniało wiele systemów pomiarowych dla różnych dziedzin ludzkiej egzystencji, aby ułatwić porównania w tych dziedzinach. Często były one osiągane dzięki lokalnym porozumieniom między partnerami handlowymi lub współpracownikami. Od XVIII wieku rozwój postępował w kierunku ujednolicenia, powszechnie akceptowanych standardów, co zaowocowało nowoczesnym Międzynarodowym Układem Jednostek (SI). System ten redukuje wszystkie fizyczne pomiary do matematycznej kombinacji siedmiu jednostek podstawowych. Nauka o pomiarach jest uprawiana w dziedzinie metrologii .

Pomiar definiuje się jako proces porównywania nieznanej wielkości z wielkością znaną lub standardową.

znaczenie pomiaru

1. jest potrzebny do kupna, sprzedaży i wymiany towarów
2. Jest potrzebny do przeprowadzania eksperymentów naukowych.
3. jest potrzebny do przygotowania leków i leczenia pacjentów.
4. jest potrzebny do przygotowania jedzenia.
5. jest to potrzebne do globalnego zrozumienia ilości substancji.

Metodologia

Pomiar właściwości można podzielić na kategorie według następujących kryteriów: typ , wielkość , jednostka , niepewność . Umożliwiają jednoznaczne porównania między pomiarami.

• Poziom pomiaru jest taksonomia w charakterze metodologicznym porównania. Na przykład dwa stany właściwości mogą być porównywane według stosunku, różnicy lub preferencji porządkowej. Typ zwykle nie jest wyraźnie wyrażony, ale dorozumiany w definicji procedury pomiarowej.
• Wielkość jest wartością liczbową opisu, zwykle otrzymuje się z odpowiednio dobranym przyrządu pomiarowego .
• Urządzenie przydziela matematycznych czynnik ważenia dla wielkości, który oblicza się w stosunku do nieruchomego artefaktu stosowanego jako standard lub naturalnej wielkości fizycznej.
• Niepewność reprezentuje losowe i systemowych błędów procedury pomiarowej; wskazuje poziom ufności pomiaru. Błędy są oceniane przez metodycznie powtarzające się pomiary z uwzględnieniem dokładności i precyzji przyrządu pomiarowego

Standaryzacja jednostek miary

Pomiary najczęściej wykorzystują Międzynarodowy Układ Jednostek Jednostek (SI) jako ramy porównawcze. System definiuje siedem podstawowych jednostek : kilogram , metr , kandela , sekunda , amper , kelwin i mol . Sześć z tych jednostek jest zdefiniowanych bez odniesienia do konkretnego obiektu fizycznego, który służy jako wzorzec (bez artefaktów), podczas gdy kilogram jest nadal ucieleśniony w artefakcie, który znajduje się w siedzibie Międzynarodowego Biura Miar i Wag w Sèvres pod Paryżem . Definicje wolne od artefaktów ustalają pomiary o dokładnej wartości związanej ze stałą fizyczną lub innymi niezmiennymi zjawiskami w przyrodzie, w przeciwieństwie do standardowych artefaktów, które ulegają pogorszeniu lub zniszczeniu. Zamiast tego jednostka miary może się zmienić tylko poprzez zwiększenie dokładności określania wartości stałej, do której jest powiązana.

Pierwszy wniosek związać jednostkę bazową SI do eksperymentalnego standardowej niezależnie FIAT był Charles Sanders Peirce'owi (1839-1914), który proponuje się określić miernika w zakresie długości fali o linii widmowej . To bezpośrednio wpłynęło na eksperyment Michelsona-Morleya ; Michelson i Morley cytują Peirce'a i udoskonalają jego metodę.

Normy

Z wyjątkiem kilku podstawowych stałych kwantowych , jednostki miary pochodzą z historycznych uzgodnień. Nic nieodłącznie związane z naturą nie dyktuje, że cal musi mieć określoną długość, ani że mila nie jest lepszą miarą odległości niż kilometr . Jednak w ciągu historii ludzkości, najpierw dla wygody, a potem z konieczności, standardy pomiaru ewoluowały tak, że społeczności miały pewne wspólne punkty odniesienia. Przepisy regulujące pomiary zostały pierwotnie opracowane w celu zapobiegania oszustwom w handlu.

Jednostki miary są ogólnie definiowane na podstawie naukowej, nadzorowane przez agencje rządowe lub niezależne i ustanowione w traktatach międzynarodowych, z których najważniejszym jest Generalna Konferencja Miar (CGPM), ustanowiona w 1875 r. Konwencją metryczną, nadzorującą Międzynarodowy Układ Jednostek Miar (SI). Na przykład miernik został przedefiniowany w 1983 roku przez CGPM pod względem prędkości światła, kilogram został przedefiniowany w 2019 roku pod względem stałej Plancka, a międzynarodowy jard został zdefiniowany w 1960 roku przez rządy Stanów Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii , Australii i RPA jako dokładnie 0,9144 metrów.

W Stanach Zjednoczonych Narodowy Instytut Standardów i Technologii ( NIST ), oddział Departamentu Handlu Stanów Zjednoczonych , reguluje pomiary komercyjne. W Wielkiej Brytanii rolę tę pełni National Physical Laboratory (NPL), w Australii National Measurement Institute , w Republice Południowej Afryki Council for Scientific and Industrial Research, aw Indiach National Physical Laboratory of India .

Jednostki i systemy

jednostka jest znaną lub standardową wielkością, w odniesieniu do której mierzone są inne wielkości fizyczne.

Systemy tradycyjne imperialne i amerykańskie

Zanim jednostki SI zostały powszechnie przyjęte na całym świecie, brytyjskie systemy jednostek angielskich, a później jednostki imperialne, były używane w Wielkiej Brytanii, Wspólnocie Narodów i Stanach Zjednoczonych. System stał się znany jako zwyczajowe jednostki amerykańskie w Stanach Zjednoczonych i jest nadal używany tam oraz w kilku krajach karaibskich . Te różne systemy miar były czasami nazywane systemami stopa-funt-sekunda po jednostkach imperialnych dla długości, wagi i czasu, chociaż tony, cetnary, galony i mile morskie są na przykład inne dla jednostek amerykańskich. Wiele jednostek imperialnych pozostaje w użyciu w Wielkiej Brytanii, która oficjalnie przeszła na system SI – z kilkoma wyjątkami, takimi jak znaki drogowe, które wciąż są wyświetlane w milach. Piwo lane i cydr muszą być sprzedawane w kuflu cesarskim, a mleko w butelkach zwrotnych może być sprzedawane w kuflu cesarskim. Wiele osób mierzy swój wzrost w stopach i calach, a wagę w kamieniach i funtach, by podać tylko kilka przykładów. Jednostki imperialne są używane w wielu innych miejscach, na przykład w wielu krajach Wspólnoty Narodów, które są uważane za metryczne, powierzchnię gruntu mierzy się w akrach, a powierzchnię w stopach kwadratowych, szczególnie w przypadku transakcji handlowych (zamiast statystyk rządowych). Podobnie benzyna jest sprzedawana na galony w wielu krajach, które są uważane za metryczne.

System metryczny

System metryczny jest dziesiętnym systemem miar opartym na jednostkach długości – metra i masy – kilogramie. Występuje w kilku odmianach, z różnymi wyborami jednostek podstawowych , jednak nie mają one wpływu na jego codzienne użytkowanie. Od lat 60. Międzynarodowy Układ Jednostek Miar (SI) jest uznanym na całym świecie systemem metrycznym. Metryczne jednostki masy, długości i energii elektrycznej są powszechnie używane na całym świecie zarówno do celów codziennych, jak i naukowych.

Międzynarodowy układ jednostek miar

Międzynarodowego Układu Jednostek Miar (SI skrótem od francuskiego języka nazwy Système Międzynarodowy d'łączy ) jest nowoczesna rewizja systemu metrycznego . Jest to najczęściej stosowany na świecie system jednostek , zarówno w codziennym handlu, jak iw nauce . SI został opracowany w 1960 roku z systemu metr-kilogram-sekunda (MKS), a nie system centymetr-gram-sekunda (CGS), który z kolei miał wiele wariantów. Jednostki SI dla siedmiu podstawowych wielkości fizycznych to:

Ilość podstawowa	Jednostka podstawowa	Symbol	Definiowanie stałej
czas	druga	s	rozszczepienie nadsubtelne w cezie-133
długość	metr	m	prędkość światła , c
masa	kilogram	kg	Stała Plancka , h
prąd elektryczny	amper	A	ładunek elementarny , e
temperatura	kelwin	K	Stała Boltzmanna , k
ilość substancji	Kret	molo	Stała Avogadro N A
natężenie światła	kandela	Płyta CD	skuteczność świetlna źródła 540 THz K cd

W SI jednostkami podstawowymi są proste pomiary czasu, długości, masy, temperatury, ilości substancji, prądu elektrycznego i natężenia światła. Pochodne jednostki zbudowane są z jednostek bazowych, na przykład wata , to znaczy urządzenia do zasilania, określa się z jednostek bazowych jako m ² · kg-s ^-3 . Inne własności fizyczne mogą być mierzone w jednostkach paszowych, takich jak gęstość materiału, mierzonej w kg / m ³ .

Konwersja przedrostków

SI umożliwia łatwe mnożenie podczas przełączania między jednostkami o tej samej podstawie, ale z różnymi przedrostkami. Aby przeliczyć z metrów na centymetry, wystarczy pomnożyć liczbę metrów przez 100, ponieważ w metrze jest 100 centymetrów. Odwrotnie, aby przejść z centymetrów na metry, liczbę centymetrów mnoży się przez 0,01 lub liczbę centymetrów dzieli przez 100.

Długość

Linijka lub zasada jest narzędziem, na przykład, geometrii , rysunek techniczny , inżynierii i stolarki, do pomiaru długości lub odległości lub rysować linie proste. Ściśle mówiąc, linijka jest instrumentem używanym do rządzenia liniami prostymi, a kalibrowany instrument używany do określania długości nazywa się miarą , jednak w powszechnym użyciu oba instrumenty nazywa się linijkami, a specjalna nazwa straightedge jest używana dla nieoznaczonej linijki . Użycie słowa „ miara” w znaczeniu „przyrządu pomiarowego” przetrwało tylko w wyrażeniu „ taśma miernicza” , przyrządzie, którego można używać do mierzenia, ale nie można go używać do rysowania linii prostych. Jak widać na zdjęciach na tej stronie, dwumetrową miarkę stolarską można złożyć do długości zaledwie 20 centymetrów, by z łatwością zmieścić się w kieszeni, a pięciometrowa taśma miernicza z łatwością chowa się do środka. mała obudowa.

Niektóre specjalne nazwy

Niektóre niesystematyczne nazwy są stosowane dla niektórych wielokrotności niektórych jednostek.

• 100 kilogramów = 1 kwintal; 1000 kilogramów = 1 tona ;
• 10 lat = 1 dekada; 100 lat = 1 wiek; 1000 lat = 1 tysiąclecie

Branża budowlana

Australijska branża budowlana przyjęła system metryczny w 1966 roku, a jednostkami używanymi do pomiaru długości są metry (m) i milimetry (mm). Unika się centymetrów (cm), ponieważ powodują zamieszanie podczas czytania planów . Na przykład długość dwóch i pół metra jest zwykle rejestrowana jako 2500 mm lub 2,5 m; za niestandardową byłoby zapisanie tej długości jako 250 cm.

Zawód geodety

Amerykańscy geodeci używają dziesiętnego systemu miar opracowanego przez Edmunda Guntera w 1620 roku. Podstawą jest łańcuch Guntera o długości 66 stóp (20 m), który jest podzielony na 4 pręty, każdy o długości 16,5 stopy lub 100 ogniw o długości 0,66 stopy. W starych aktach i pomiarach gruntów sporządzonych dla rządu link jest określany skrótem „lk”, a linki „lks”.

Metoda standard pomiaru (SMM) opublikowany przez Royal Institution of Chartered Surveyors (RICS) składała się z tabel klasyfikacji i zasad pomiaru, umożliwiając stosowanie jednolitej podstawie pomiaru robót budowlanych. Po raz pierwszy została opublikowana w 1922 roku, zastępując Szkocką Standardową Metodę Pomiarową, która została opublikowana w 1915 roku. Jej siódme wydanie (SMM7) zostało po raz pierwszy opublikowane w 1988 roku i zrewidowane w 1998 roku. SMM7 został zastąpiony przez New Rules of Measurement , tom 2 ( NRM2), które zostały opublikowane w kwietniu 2012 r. przez RICS Quantity Surveying and Construction Professional Group i rozpoczęły działalność 1 stycznia 2013 r. NRM2 jest powszechnie stosowany od lipca 2013 r.

SMM7 towarzyszył Kodeks Postępowania przy Pomiarach Robót Budowlanych (Kodeks Pomiarowy SMM7). Podczas gdy SMM7 może mieć status umowy w ramach projektu, na przykład w standardowej formie umowy budowlanej JCT , kodeks pomiarowy nie był obowiązkowy.

NRM2 to druga z trzech części składowych pakietu NRM:

• NRM1 - Kolejność szacowania kosztów i planowania kosztów robót budowlanych
• NRM2 - Pomiary szczegółowe dla robót budowlanych
• NRM3 - Zlecenie kosztorysowania i planowania kosztów robót utrzymania budynku.

Czas

Czas jest abstrakcyjną miarą zmian pierwiastków w nieprzestrzennym kontinuum. Jest oznaczony liczbami i/lub nazwanymi okresami, takimi jak godziny , dni , tygodnie , miesiące i lata . Jest to pozornie nieodwracalna seria zdarzeń w tym nieprzestrzennym kontinuum. Jest również używany do oznaczenia odstępu między dwoma względnymi punktami na tym kontinuum.

Masa

Masa odnosi się do wewnętrznej właściwości wszystkich obiektów materialnych polegającej na opieraniu się zmianom ich pędu. Z drugiej strony waga odnosi się do siły skierowanej w dół wytwarzanej, gdy masa znajduje się w polu grawitacyjnym. Podczas swobodnego spadania (bez sił grawitacji netto) obiekty nie mają ciężaru, ale zachowują swoją masę. Imperialne jednostki masy obejmują uncję , funt i tonę . Jednostki metryczne gram i kilogram są jednostkami masy.

Jedno urządzenie do pomiaru masy lub masy nazywa się wagą lub często po prostu wagą . Waga sprężynowa mierzy siłę, ale nie masę, waga porównuje wagę, oba wymagają pola grawitacyjnego do działania. Niektóre z najdokładniejszych przyrządów do pomiaru masy lub masy są oparte na ogniwach obciążnikowych z odczytem cyfrowym, ale wymagają do działania pola grawitacyjnego i nie działają podczas swobodnego spadania.

Ekonomia

Miary stosowane w ekonomii to miary fizyczne, miary wartości nominalnej i miary cen realnych . Miary te różnią się między sobą zmiennymi, które mierzą oraz zmiennymi wyłączonymi z pomiarów.

Badania ankietowe

W dziedzinie badań ankietowych mierzy się indywidualne postawy, wartości i zachowania za pomocą kwestionariuszy jako narzędzia pomiaru. Jak wszystkie inne pomiary, pomiar w badaniach sondażowych jest również podatny na błąd pomiaru , czyli odchylenie od rzeczywistej wartości pomiaru i wartości podanej za pomocą przyrządu pomiarowego. W merytorycznych badaniach ankietowych błąd pomiaru może prowadzić do nieobiektywnych wniosków i błędnie oszacowanych efektów. Aby uzyskać dokładne wyniki, gdy pojawiają się błędy pomiarowe, wyniki należy skorygować o błędy pomiarowe .

Oznaczenie dokładności

Przy wyświetlaniu dokładności pomiarów obowiązują na ogół następujące zasady:

• Wszystkie cyfry inne niż 0 i wszelkie 0 występujące między nimi są istotne dla dokładności dowolnej liczby. Na przykład liczba 12000 ma dwie cyfry znaczące i ma domniemane granice 11500 i 12500.
• Dodatkowe zera można dodać po separatorze dziesiętnym w celu oznaczenia większej dokładności, zwiększając liczbę miejsc dziesiętnych. Na przykład 1 ma domniemane granice 0,5 i 1,5, podczas gdy 1,0 ma domniemane granice 0,95 i 1,05.

Trudności

Ponieważ dokładny pomiar jest niezbędny w wielu dziedzinach, a wszystkie pomiary są z konieczności przybliżeniami, należy włożyć wiele wysiłku, aby pomiary były jak najdokładniejsze. Na przykład, rozważmy problem mierząc czas potrzebny przedmiot spadnie na odległość jednego metra (około 39  w ). Korzystając z fizyki można wykazać, że w polu grawitacyjnym Ziemi opadnięcie na metr dowolnego obiektu powinno zająć około 0,45 sekundy. Oto tylko niektóre z pojawiających się źródeł błędów :

• To obliczenie zostało użyte do przyspieszenia ziemskiego 9,8 metra na sekundę do kwadratu (32 ft/s ² ). Ale ten pomiar nie jest dokładny, a jedynie precyzyjny do dwóch cyfr znaczących.
• Pole grawitacyjne Ziemi zmienia się nieznacznie w zależności od wysokości nad poziomem morza i innych czynników.
• Obliczenie 0,45 sekundy obejmowało wyciągnięcie pierwiastka kwadratowego , operację matematyczną, która wymagała zaokrąglenia do pewnej liczby cyfr znaczących, w tym przypadku do dwóch cyfr znaczących.

Ponadto inne źródła błędów eksperymentalnych obejmują:

• nieostrożność,
• określenie dokładnego czasu, w którym przedmiot zostanie wypuszczony oraz dokładnego czasu uderzenia w ziemię,
• pomiar wysokości i pomiar czasu obarczone są pewnym błędem,
• Opór powietrza .
• postawa ludzkich uczestników

Eksperymenty naukowe muszą być przeprowadzane z wielką starannością, aby wyeliminować jak najwięcej błędów i aby szacunki błędów były realistyczne.

Definicje i teorie

Klasyczna definicja

W klasycznej definicji, która jest standardem w naukach fizycznych, pomiar jest określeniem lub oszacowaniem stosunków wielkości. Ilość i pomiar są wzajemnie zdefiniowane: atrybuty ilościowe to te, które można zmierzyć, przynajmniej w zasadzie. Klasyczne pojęcie ilości wywodzi się od Johna Wallisa i Isaaca Newtona i zostało zapowiedziane w Elementach Euklidesa .

Teoria reprezentacyjna

W teorii reprezentacji pomiar definiuje się jako „korelację liczb z bytami, które nie są liczbami”. Najbardziej zaawansowana technicznie forma teorii reprezentacji jest również znana jako addytywny pomiar conjoint . W tej formie teorii reprezentacji liczby są przypisywane na podstawie odpowiedników lub podobieństw między strukturą systemów liczbowych a strukturą systemów jakościowych. Właściwość jest ilościowa, jeśli można ustalić takie podobieństwa strukturalne. W słabszych formach teorii reprezentacji, takich jak ta zawarta w pracy Stanleya Smitha Stevensa , liczby muszą być przypisane tylko zgodnie z regułą.

Pojęcie pomiaru jest często błędnie rozumiane jako zwykłe przypisanie wartości, ale możliwe jest przypisanie wartości w sposób, który nie jest pomiarem w kontekście wymagań addytywnego pomiaru połączonego. Można przypisać wartość wzrostowi osoby, ale o ile nie można ustalić, że istnieje korelacja między pomiarami wzrostu a relacjami empirycznymi, nie jest to pomiar według addytywnej teorii pomiaru conjoint. Podobnie obliczanie i przypisywanie dowolnych wartości, takich jak „wartość księgowa” aktywów w rachunkowości, nie jest pomiarem, ponieważ nie spełnia niezbędnych kryteriów.

Trzy rodzaje teorii reprezentacji

1) Relacja empiryczna

W nauce związek empiryczny to związek lub korelacja oparta wyłącznie na obserwacji, a nie na teorii. Empiryczny związek wymaga jedynie dane potwierdzające niezależnie od podstawy teoretyczne

2) Zasada mapowania

Rzeczywisty świat to Domena mapowania, a świat matematyczny to zasięg. kiedy mapujemy atrybut do systemu matematycznego, mamy wiele możliwości mapowania i zakresu

3) Warunek reprezentacji pomiaru

Teoria informacji

Teoria informacji uznaje, że wszystkie dane są niedokładne i mają charakter statystyczny. Zatem definicja pomiaru brzmi: „Zbiór obserwacji, które zmniejszają niepewność, gdy wynik jest wyrażony jako wielkość”. Ta definicja jest zawarta w tym, co naukowcy faktycznie robią, kiedy coś mierzą i zgłaszają zarówno średnią, jak i statystyki pomiarów. W praktyce zaczyna się od wstępnego zgadywania oczekiwanej wartości wielkości, a następnie, przy użyciu różnych metod i narzędzi, zmniejsza się niepewność wartości. Zauważ, że w tym ujęciu, w przeciwieństwie do pozytywistycznej teorii reprezentacji, wszystkie pomiary są niepewne, więc zamiast przypisywać jedną wartość, do pomiaru przypisywany jest zakres wartości. Oznacza to również, że nie ma wyraźnego ani zgrabnego rozróżnienia między szacowaniem a pomiarem.

Mechanika kwantowa

W mechanice kwantowej pomiar jest działaniem, które określa konkretną właściwość (położenie, pęd, energię itp.) układu kwantowego. Przed dokonaniem pomiaru system kwantowy jest jednocześnie opisywany wszystkimi wartościami w zakresie możliwych wartości, gdzie prawdopodobieństwo zmierzenia każdej wartości jest określone przez funkcję falową systemu. Podczas wykonywania pomiaru funkcja falowa systemu kwantowego „ zapada się ” do pojedynczej, określonej wartości. Jednoznaczne znaczenie problemu pomiarowego jest nierozwiązanym podstawowym problemem mechaniki kwantowej .

Biologia

W biologii generalnie nie ma dobrze ugruntowanej teorii pomiaru. Podkreśla się jednak wagę kontekstu teoretycznego. Ponadto kontekst teoretyczny wywodzący się z teorii ewolucji prowadzi do wyartykułowania teorii pomiaru i historyczności jako pojęcia fundamentalnego. Do najbardziej rozwiniętych dziedzin pomiaru w biologii należą pomiar różnorodności genetycznej i różnorodności gatunkowej.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki

Zasoby biblioteczne o pomiarach

Zasoby w Twojej bibliotece

• Multimedia związane z pomiarem w Wikimedia Commons
• Schlaudt, Oliver 2020: „pomiar”. W: Kirchhoff, Thomas (red.): Online Encyclopedia Philosophy of Nature. Heidelberg: Universitätsbibliothek Heidelberg, https://doi.org/10.11588/oepn.2020.0.76654 .
• Tal, Era 2020: „Pomiar w nauce”. W: Zalta, Edward N. (red.): The Stanford Encyclopedia of Philosophy (edycja jesienna 2020), URL = < https://plato.stanford.edu/archives/fall2020/entries/measurement-science/ >.
• Słownik jednostek miary
• „Metrologia – w skrócie” wydanie 3, lipiec 2008 ISBN  978-87-988154-5-7