Відносні та абсолютні шкали вимірювань
Різниця між наведеними прикладами у тому, що з оцінки результатів тут використовують різні шкали. Шкала вимірювання – це ті, з чим порівнюють результат вимірювання. Згадайте, на 9-й неділі (с. 75) ми розглядали шкалу Бофорта для вимірювання сили вітру!
Під час вимірів за відносною шкалою відображається порядок результатів: від більшого до меншого чи від кращого до гіршого тощо. Перелік місць переможців змагань є відносною шкалою. Інше місце — гірше за перше та краще за третє, але цей порядок не відображає, на скільки результати переможців відрізняються одне від одного.
Щоб визначити результат за відносною шкалою, потрібно порівняти два зразки. Так, щоб певно визначити, яка тенісистка з двох є сильнішою, вони мають зіграти одна з одною.
За допомогою абсолютної шкалі ми порівнюємо результати вимірювання певної властивості, що виражені у вигляді числа. Шкала швидкості бігу в кілометрах за годину є абсолютною. Ми спочатку визначаємо швидкість бігу різних тварин, а потім порівнюємо ці результати. Щоб визначити, хто швидше, вилоріг чи гну, нам не потрібні перегони між ними. Вони мешкають на різних континентах, але ми виміряли їхню швидкість.
Таким чином, користуючись відносною шкалою вимірювань, ми можемо сказати, хто отримує кращі, а хто – гірші результати, але не можемо визначити, на скільки. У разі абсолютних вимірювань ми набуваємо числового значення. Ми можемо не лише встановити, хто є кращим, а й розрахувати, на скільки саме відрізняються результати.
Чи тільки у спорті використовують відносні шкали? Розглянемо приклад, яку використовують у природничих науках.
Абсолютне вимірювання твердості
Ми вже обговорювали, що таке твердість (наприклад, під час розмови про матеріали у 15-й неділі, на с. 118). А як визначити твердість? Зрівняйте дві фотографії.
На цих фото — дві різні форми того самого речовини. Ліворуч — шматок базальту, гірської породи. Справа — базальтова мінеральна вата, штучний будівельний матеріал, зроблений з базальту.
В якому разі базальтовий матеріал твердий, а в якому м'який? Відповідь легко знайти, але цікаво, щоб ви замислилися та зрозуміли, за якими ознаками ви її знайшли.
Як не стискатиме пальці людина, що тримає камінець, форма каміння не зміниться, лише пальці побіліють та сплюснуться. Камінь твердіший за пальці. Базальтова вата у таких самих пальцях змінює свою форму, змінюється. Вата м'якша за пальці.
Таким чином, твердість матеріалу — це здатність чинити опір силі, що змінює його форму. Якщо ми надали таке визначення твердості, то ми можемо знайти, як її виміряти. Потрібно натиснути на зразок чимось твердим і виміряти зміну його форми. Це — абсолютне вимірювання твердості.
Абсолютне вимірювання твердості. Прилад з певною силою втискає в досліджувань зразок дуже твердий наконечник та визначає, наскільки він заглибився
До речі, показане на малюнку випробування — це спостереження чи експеримент? Звісно, експеримент, адже в його процесі відбувається втручання в природний стан того, що досліджувалося.
Відносне вимірювання твердості: шкала Моосу
Абсолютне вимірювання твердості потребує спеціальної техніки, а відносне — доступне вам. Прикладом такого вимірювання є досвід із двома формами базальту, показаних на фото на с. 180. Втім, людські пальці — це не найкращий взірець для порівняння. Як покращити відносні вимірювання твердості?
Найпоширеніше рішення на початку ХІХ ст. запропонував німецький навчання Фрідріх Моос. Він вибрав 10 мінералів, що відрізняються за твердістю від дуже м'якого тальку до найтвердішого алмазу, і вибудував із них шкалу.
Шкала Моосу. 10 мінералів утворюють ряд. Об'єкт дослідження порівнюють зі зразками з цього ряду: які зразки можуть почепити об'єкт? На яких зразках об'єкт може залишити царапину?
Як визначити за шкалою Мооса твердість, припустимо, людського нігтя? Ніготь може залишити царапину на тальку, може — на гіпсі, і не може поцарапати кальцит. Наоборот, кальцитом можна поцарапати ніготь. Таким чином, твердість нігтя більша за 2 (гіпс) та менша за 3 (кальцит). Її можна умовно позначити, як 2,5.
Як гадаєте, яке вимірювання твердості є простішим? Відносно, за Моосом! Дослідникові в польових умовах не потрібно мати складних приладів, йому достатньо мати невелику коробку зі зразками та бути готовим почати змагання між мінералами у здатності поцарапати один одного.
Головні думки
• Для порівняння результатів вимірювання використовуються шкали вимірювання.
• Відносні шкали вимірювання відображають відношення більш-менше або краще-гірше, але не дають змоги виміряти різницю між двома результатами.
• Абсолютні шкали слугують для порівняння результатів вимірювань у числовій формі. За ними можна розрахувати, на скільки саме відрізняються різні результати.
• Прикладом відносної шкали є шкала Моосу для визначення твердості мінералів. Існують також способи абсолютного визначення твердості.
Практична частина
Дослідження твердості матеріалів і створення шкалі твердості
Навіть у повсякденній життя виникає потреба порівнювати різні матеріали за твердістю. Чи можна побудувати шкалу твердості для матеріалів, які можна знайти навколо? Спробуємо!
Мета роботи: побудувати шкалу твердості для матеріалів із навколишнього середовища.
Матеріал та обладнання: різні матеріали, наприклад вата, скло, кирпич, гранітний гравій, мел, залізний гвоздь тощо, робочі рукавички.
Завдання 1. Визначення твердості вибраних матеріалів на ощупь.
Для визначення твердості матеріалу на ощупь, стиснімо зразки пальцями. Отримані результати занесемо до таблиці, позначаючи плюсом чи мінусом піддатливість матеріалу.
Матеріал | Вата | Стекло | Кирпич | Гравій | Мел | Цвях |
Чи піддається стисненню пальцями? |
Завдання 2. Порівняння твердості вибраних матеріалів.
Оберемо метод порівняння матеріалів, подібний до того, який Моос використав для побудови своєї шкалі. Для цього потрібно порівняти, які матеріали (якими випробовують) здатні залишати слід царапини на іншому (який випробовують). «ХХХХХ» у таблиці показує ті комірки, де потрібно було б випробовувати матеріал на самому собі. Нам це не потрібно, оскільки завдання полягає у порівнянні різних матеріалів. Вату не включаємо до дослідження на основі результатів попереднього завдання.
Будьте обережні! Виконуйте роботу в захисних рукавичках та у присутності дорослих!
Матеріал, що випробовують | Стекло | Кирпич | Гравій | Мел | Цвях |
Матеріал, яким випробовують | |||||
Стекло | ХХХХХ | ||||
Кирпич | ХХХХХ | ||||
Гравій | ХХХХХ | ||||
Мел | ХХХХХ | ||||
Цвях | ХХХХХ |
Завдання 3. Побудова відносної шкали твердості для дібраних матеріалів.
За результатами виконання попереднього завдання вишикуємо матеріали в порядку зростання стійкості до впливу, тобто твердості.
Висновок. Сформулюйте висновок у вигляді опису, в якому зазначте, який із матеріалів має найменшу твердість, а який — найбільшу.
Немає коментарів:
Дописати коментар