2. FÜÜSIKALISE SUURUSE MÕISTE

Σχετικά έγγραφα
Geomeetrilised vektorid

Kompleksarvu algebraline kuju

HULGATEOORIA ELEMENTE

Vektorid II. Analüütiline geomeetria 3D Modelleerimise ja visualiseerimise erialale

ITI 0041 Loogika arvutiteaduses Sügis 2005 / Tarmo Uustalu Loeng 4 PREDIKAATLOOGIKA

KOMBINATSIOONID, PERMUTATSIOOND JA BINOOMKORDAJAD

HAPE-ALUS TASAKAAL. Teema nr 2

KATEGOORIATEOORIA. Kevad 2016

KATEGOORIATEOORIA. Kevad 2010

MATEMAATIKA TÄIENDUSÕPE MÕISTED, VALEMID, NÄITED, ÜLESANDED LEA PALLAS VII OSA

MATEMAATIKA TÄIENDUSÕPE MÕISTED, VALEMID, NÄITED LEA PALLAS XII OSA

Lokaalsed ekstreemumid

2. HULGATEOORIA ELEMENTE

Graafiteooria üldmõisteid. Graaf G ( X, A ) Tippude hulk: X={ x 1, x 2,.., x n } Servade (kaarte) hulk: A={ a 1, a 2,.., a m } Orienteeritud graafid

2.2.1 Geomeetriline interpretatsioon

Funktsiooni diferentsiaal

1.1. NATURAAL-, TÄIS- JA RATSIONAALARVUD

Arvuteooria. Diskreetse matemaatika elemendid. Sügis 2008

Planeedi Maa kaardistamine G O R. Planeedi Maa kõige lihtsamaks mudeliks on kera. Joon 1

Ruumilise jõusüsteemi taandamine lihtsaimale kujule

Ehitusmehaanika harjutus

4. TEMPERATUUR Termodünaamiline tasakaal Temperatuuri mõiste Termodünaamika teine seadus

T~oestatavalt korrektne transleerimine

9. AM ja FM detektorid

Suhteline salajasus. Peeter Laud. Tartu Ülikool. peeter TTÜ, p.1/27

Skalaar, vektor, tensor

Mudeliteooria. Kursust luges: Kalle Kaarli september a. 1 Käesoleva konspekti on L A TEX-kujule viinud Indrek Zolk.

Punktide jaotus: kodutööd 15, nädalatestid 5, kontrolltööd 20+20, eksam 40, lisapunktid Kontrolltööd sisaldavad ka testile vastamist

Kontekstivabad keeled

Skalaar, vektor, tensor

PLASTSED DEFORMATSIOONID

1 Kompleksarvud Imaginaararvud Praktiline väärtus Kõige ilusam valem? Kompleksarvu erinevad kujud...

4.2.5 Täiustatud meetod tuletõkestusvõime määramiseks

Sisukord. 3 T~oenäosuse piirteoreemid Suurte arvude seadus (Law of Large Numbers)... 32

Kirjeldab kuidas toimub programmide täitmine Tähendus spetsifitseeritakse olekuteisendussüsteemi abil Loomulik semantika

4 T~oenäosuse piirteoreemid Tsentraalne piirteoreem Suurte arvude seadus (Law of Large Numbers)... 32

Sisukord. 4 Tõenäosuse piirteoreemid 36

Funktsioonide õpetamisest põhikooli matemaatikakursuses

Formaalsete keelte teooria. Mati Pentus

ALGEBRA I. Kevad Lektor: Valdis Laan

MATEMAATILISEST LOOGIKAST (Lausearvutus)

Eesti koolinoorte XLVIII täppisteaduste olümpiaadi

28. Sirgvoolu, solenoidi ja toroidi magnetinduktsiooni arvutamine koguvooluseaduse abil.

Sissejuhatus mehhatroonikasse MHK0120

Krüptoloogia II: Sissejuhatus teoreetilisse krüptograafiasse. Ahto Buldas

Vektorid. A=( A x, A y, A z ) Vektor analüütilises geomeetrias

3. LOENDAMISE JA KOMBINATOORIKA ELEMENTE

LOOGIKA ELEMENTE MATEMAATIKAS. GEOMEETRIA AKSIOMAATILISEST ÜLESEHITUSEST. Koostanud Hilja Afanasjeva

Jätkusuutlikud isolatsioonilahendused. U-arvude koondtabel. VÄLISSEIN - COLUMBIA TÄISVALATUD ÕÕNESPLOKK 190 mm + SOOJUSTUS + KROHV

1 Reaalarvud ja kompleksarvud Reaalarvud Kompleksarvud Kompleksarvu algebraline kuju... 5

Matemaatiline analüüs I iseseisvad ülesanded

I tund: Füüsika kui loodusteadus. (Sissejuhatav osa) Eesmärk jõuda füüsikasse läbi isiklike kogemuste. Kuidas kujunes sinu maailmapilt?

1 Funktsioon, piirväärtus, pidevus

Krüptoräsid (Hash- funktsioonid) ja autentimine. Kasutatavaimad algoritmid. MD5, SHA-1, SHA-2. Erika Matsak, PhD

Lambda-arvutus. λ-termide süntaks. Näiteid λ-termidest. Sulgudest hoidumine. E ::= V muutuja (E 1 E 2 ) aplikatsioon (λv.

Koduseid ülesandeid IMO 2017 Eesti võistkonna kandidaatidele vol 4 lahendused

Algebraliste võrrandite lahenduvus radikaalides. Raido Paas Juhendaja: Mart Abel

Füüsikalise looduskäsitluse alused

Eesti koolinoorte 43. keemiaolümpiaad

siis on tegemist sümmeetrilise usaldusvahemikuga. Vasakpoolne usaldusvahemik x i, E x = EX, D x = σ2

MATEMAATIKA AJALUGU MTMM MTMM

HSM TT 1578 EST EE (04.08) RBLV /G

YMM3740 Matemaatilne analüüs II

20. SIRGE VÕRRANDID. Joonis 20.1

Aritmeetilised ja loogilised operaatorid. Vektor- ja maatriksoperaatorid

Tuletis ja diferentsiaal

7.7 Hii-ruut test 7.7. HII-RUUT TEST 85

ISS0050 MÕÕTMINE. Teine loeng

,millest avaldub 21) 23)

SISUKORD 1. SISSEJUHATUS FÜÜSIKASSE 2. FÜÜSIKA UURIMISMEETOD

Matemaatiline analüüs IV praktikumiülesannete kogu a. kevadsemester

2017/2018. õa keemiaolümpiaadi piirkonnavooru lahendused klass

Eesti koolinoorte XLIX täppisteaduste olümpiaad

Matemaatiline analüüs I iseseisvad ülesanded

Kontekstivabad keeled

Prisma. Lõik, mis ühendab kahte mitte kuuluvat tippu on prisma diagonaal d. Tasand, mis. prisma diagonaal d ja diagonaaltasand (roheline).

Andmeanalüüs molekulaarbioloogias

ELEKTRIMÕÕTMISTE TÄIENDKOOLITUS

sin 2 α + cos 2 sin cos cos 2α = cos² - sin² tan 2α =

Keerukusteooria elemente

; y ) vektori lõpppunkt, siis

KORDAMINE RIIGIEKSAMIKS V teema Vektor. Joone võrrandid.

Semantiline analüüs. Süntaksipuu dekoreeritakse tüübi- ja muu kontekstist sõltuva

2-, 3- ja 4 - tee ventiilid VZ

LOFY Füüsika looduslikus ja tehiskeskkonnas I (3 EAP)

Eksamite kohta näpunäited tudengile; õppejõududel lugemine keelatud!

LOFY Füüsika kui loodusteadus (2 EAP)

KORDAMINE RIIGIEKSAMIKS VII teema Vektor. Joone võrrandid.

Matemaatika VI kursus Tõenäosus, statistika KLASS 11 TUNDIDE ARV 35

Algoritmid ja andmestruktuurid Ülesannete kogu

1 Entroopia ja informatsioon

Vahendid Otsus Analüüs: Analüüsi Riskantseid Otsuseid

Analüütilise geomeetria praktikum II. L. Tuulmets

Ecophon Line LED. Süsteemi info. Mõõdud, mm 1200x x x600 T24 Paksus (t) M329, M330, M331. Paigaldusjoonis M397 M397

MateMaatika õhtuõpik

ÜHIKANALÜÜS I Õppevahend TÜ teaduskooli õpilastele Tartu 2017

Joonis 1. Teist järku aperioodilise lüli ülekandefunktsiooni saab teisendada võnkelüli ülekandefunktsiooni kujul, kui

8. KEEVISLIITED. Sele 8.1. Kattekeevisliide. Arvutada kahepoolne otsõmblus terasplaatide (S235J2G3) ühendamiseks. F = 40 kn; δ = 5 mm.

1. Paisksalvestuse meetod (hash)

Elastsusteooria tasandülesanne

Transcript:

Soojusõpetus 2 1 2. FÜÜSIKALISE SUURUSE MÕISTE 2.1. Mõõtmisteooria Füüsikalise suuruse üldise mõiste avab mõõtmisteooria. Mõõtmisteooria loogiline koht on enne füüsikakursust. Probleemide komplitseerituse tõttu ei saa seda aga esimesel semestril kavasse võtta. Soojusõpetuses tekib vajadus selgitada temperatuuri kui füüsikalise suuruse iseärasusi ja seda on raske teha ilma vastava sissejuhatuseta. Sobivaid õpikuid ei ole. Tuntuim raamat: J. Pfanzagl, Theory of Measurement, Physica-Verlag, Würzburg, 1971. eeldab lugejalt ülikooliharidust matemaatikas ja on füüsikaüliõpilase jaoks liiga formaalne. Meie käsitlus on aga lihtsustatud ja ei ole kõiges päris range. 2.2. Loodus ja mudel Füüsikas kasutatakse vahel füüsilisi mudeleid, veel enam aga matemaatilisi mudeleid. Füüsilise modelleerimise näide: lennuki frontaaltakistuse ja tõstejõu mõõtmine aerodünaamilises torus. Tehniline märkus: näited on konspektis kirjutatud enamasti kursiivis. Matemaatilist mudelit nimetatakse sageli ka formalismiks. Looduse elemendid on näpuga näidatavad asjad. Formalismi elemendid on nimetatavad asjad: varras, ainepunkt, kolb, kiirus jne. Nimi on ühine. Just see muudab füüsikast arusaamise sageli raskeks ülesandeks. Samasugune terminoloogiline dualism esineb aga ka igapäevakeeles: koer tähendab nii konkreetset koera kui ka koera üldse (Koer hammustas mind / Muri on koer). Ka siin esineb mitteüheselt mõistetavaid väljendeid (koer on kuri). Loodus Formalism Füüsika P N P F P N P F hulk ja struktuur hulk ja struktuur kanooniline kujutus Formalismi siseehituse uurimine = teoreetiline füüsika, formalismi ja looduse vahekorra uurimine = eksperimentaalfüüsika, mudeli ehitamine = füüsika = teoreetiline + eksperimentaalfüüsika, mudel juurutamine = rakendusfüüsika, mudeli kasutamine = tehnika. 2.3. Ekvivalentsi mõiste Tähistagu P 2 kõigi elemendipaaride (p i, p j ) hulka. Paarid (a, b) ja (b, a) loetakse erinevateks ja ka (a, a) on paar. Kui P sisaldab n elementi, siis P 2 sisaldab n 2 elementi. Näide: kui P on kõigi inimeste hulk, siis P 2 on kõigi paaride hulk (NB! ka

Soojusõpetus 2 2 iseendaga!). Hulgast P 2 võib eraldada osahulki. Näide: kõigi abielupaaride hulk. Füüsikaline näide: olgu P kõigi varraste hulk, P 2 kõigi vardapaaride hulk ja selle valitud osahulgaks nende vardapaaride hulk, milles vardad on võrdpikkused. P 2 osahulka nimetatakse binaarseks relatsiooniks hulgas P. Relatsioon (vene keeles otnoshenie ) on igapäevakeeles paari siduv suhe, matemaatikas aga sageli tõlgendatav kui paaride hulk. Teine binaarne relatsioon varraste hulgas: parempoolne on vasakpoolsest pikem. Relatsiooni A võimalikke omadusi: Refleksiivsus: (p a, p a ) A Sümmeetria: (p a, p b ) A (p b, p a ) A Transitiivsus: (p a, p b ) A & (p b, p c ) A (p a, p c ) A Ühtaegu refleksiivset, sümmeetrilist ja transitiivset relatsiooni nimetatakse ekvivalentsi relatsiooniks. Siduv suhe = elementide ekvivalentsus. Teineteisega ekvivalentsete elementide täielikku osahulka nimetatakse ekvivalentsiklassiks. Klassid ei lõiku. Ekvivalentsiklasside hulka P A = P/A nimetatakse faktorhulgaks. Näide: Lasteaias võrreldakse esemete hulki elementide paari sidumise meetodil: a c b Hulgad a ja b on sarnased, hulgad a ja c aga pole, sest c-s jääb üks element üle. Võrdlemiseks pole loendamise oskust ega arvu mõistet tarvis. Hulki siduv suhe kummalgi pool ei jää midagi üle osutub refleksiivseks, sümmeetriliseks ja transitiivseks (kontrollige!) ja vastavate hulgapaaride osahulk on ekvivalentsi relatsioon lõplike hulkade hulgas. Niiviisi jõutaksegi lasteaias arvu mõisteni. Naturaalarv kolm on kõigi selle hulgaga paarisidumisekvivalentsete hulkade hulk. Naturaalarvude hulk on kõigi lõplike hulkade hulga faktorhulk paarisidumisekvivalentsi järgi. 2.4. Fundamentaalne füüsikaline suurus Nimetame füüsikaliseks relatsiooniks sellist relatsiooni, mille siduv suhe on määratud füüsikalise eeskirjaga. Füüsikalist ekvivalentsi relatsiooni looduses nimetatakse fundamentaalseks füüsikaliseks suuruseks (sageli ka lühidalt füüsikaliseks suuruseks) ja vastavaid ekvivalentsiklasse füüsikalise suuruse väärtusteks. Looduse faktorhulka relatsiooni A järgi P A nimetatakse füüsikalise suuruse väärtuste hulgaks. Näited: varda pikkus, raske mass, inertne mass.

Soojusõpetus 2 3 Kokkuvõte: füüsikute keeles rääkides määrab füüsikalise suuruse mingi konkreetne objektide võrdlemise eeskiri. Iga eeskiri ei kõlba. Füüsikalise suuruse saab ainult siis, kui võrdluseeskiri rahuldab refleksiivsuse, sümmeetria ja transitiivsuse nõudeid. Nõuete rahuldamist saab põhimõtteliselt kontrollida ainult eksperimentide abil. 2.5. Füüsikaline liitmine Binaarne operatsioon on kujutus paaride hulgast üksikobjektide hulka P 2 P. Operatsioone uuritakse tavaliselt arvude hulgas. Operatsioonil võivad olla või võivad puududa mitmesugused algebralised omadused, näiteks: assotsiatiivsus, (? liitmine, keskmistamine) kommutatiivsus, (? liitmine, lahutamine) neutraalelemendi olemasolu. Operatsiooni, millel on kõik kolm eelnimetatud omadust, nimetatakse üldistatud mõttes liitmiseks. Aritmeetikas on nii liitmine kui korrutamine üldistatud mõttes liitmisoperatsioonid. Juhul, kui looduse elementide paarist (p a, p b ) saab kindlat eeskirja järgides moodustada uue üksikobjekti, võib rääkida binaarsest operatsioonist looduses. Paarist moodustatud objekti võib nimetada ühendatavate objektide kompositsiooniks. Kas operatsioonil on üks või teine algebraline omadus, saab kontrollida ainult eksperimentide abil. Liitmiselt nõutavaid omadusi rahuldavat füüsikalist ühendamisoperatsiooni võib nimetada füüsikaliseks liitmiseks. Näited: vee kokkukallamine, varraste jätkamine, takistite kombineerimine paralleelselt ja järjestikku. Kui on teada füüsikaline liitmine P 2 P, siis saab moodustada liitmisoperatsiooni P A 2 P A ka füüsikalise suuruse väärtuste hulgas. 2.6. Homomorfism ja isomorfism Vaatleme kahte hulka, milles kummaski on defineeritud binaarne algebraline operatsioon. Hulka koos operatsiooniga nimetame süsteemiks. Tähistame esimese hulgas elemendid ladina tähtedega ning operatsioonimärgi & ja teise hulgas elemendid kreeka tähtedega ning operatsioonimärgi $. Vaatleme esimese hulga kujutust teise hulka: a α c=a&b γ γ = α$β??? b β

Soojusõpetus 2 4 Vastastikust homomorfismi nimetatakse isomorfismiks. Probleem: Olgu mõlemad hulgad reaalarvude hulgad, tehe & korrutamine tehe $ liitmine. Milline kujutus oleks homomorfism? On see ka isomorfism? Lahendus: vt. J. Napier, 1614. Napier homomorfismi kasutatakse rakendusliku mudelina matemaatika sees ja ka matemaatiliste operatsioonide füüsiliseks modelleerimiseks. 2.7. Aditiivne füüsikaline suurus Suurust A nimetatakse aditiivseks juhul, kui eksisteerib assotsiatiivne ja kommutatiivne nullelemendiga operatsioon P A 2 P A. Selleks peab looduses olema määratletud eksperimentaalselt kontrollitav vajalike omadustega kompositsioonireegel P 2 P. Aditiivse füüsikalise suuruse jaoks saab moodustada mõõtmishomomorfismi P Z ja mõõtmisisomorfismi P A Z, kus süsteemiks Z on reaalarvude hulk koos liitmisoperatsiooniga. 2.8. Arhimedese protseduur Ülesanne: määrata x kümnendikgrammi täpsusega, kasutades ainult kangkaalu ja omamata teisi kaliibritud kaaluvihte! Selline ülesanne püstitus loomulikul teel vahetult pärast kilogrammi etaloni valmistamist, teisi kaliibritud vihte siis veel polnud. 1 kg x kg Arhimedese protseduuris kasutatakse füüsikalise suuruse aditiivsust. Osates määrata summat, saab määrata ka füüsikalise suuruse väärtuste suhte ja konstrueerida täiendava kujutuse loodusest arvuhulka P + Z, kus süsteemi Z operatsiooniks on jagamine. Vastava omadusega füüsikalist suurust võib nimetada divitiivseks. Arhimedese protseduuri abil saab näidata, et iga aditiivne füüsikaline suurus on ühtaegu ka divitiivne. Termin divitiivsus on tarvilik ainult mõõtmise põhimõtete selgitamisel ega ole üldkasutatav. Divitiivse suuruse mõõtmiseks on tarvis etaloni ja Arhimedese protseduuri täitmise võimalusi ning oskust. Etalonile vastavat ekvivalentsiklassi nimetatakse füüsikalise suuruse mõõtühikuks. 2.9. Mõõtskaalad Mõõtskaalaks nimetatakse suvalist kujutist P A Z, kus Z on väärtuste nimede hulk. Kui skaalal puudub struktuur, siis nimetakse teda nimeskaalaks. Divitiivse suuruse puhul saab nimede hulgaks valida arvuhulga niiviisi, et nimiarvude suhted oleks samad, kui looduslike objektide eksperimentaalselt määratud suhted. Suhteskaala on kõige täiuslikum mõõtskaala. Füüsikas kasutatakse pea eranditult suhte-

Soojusõpetus 2 5 skaalasid. Reeglina määratakse suhteid Arhimedese protseduuri abil, kuid sellest reeglist on ka erandeid. Kõige tähtsam ja vist ainus oluline erand on temperatuur. Vähem korrastatud skaaladest leiavad kasutamist järjeskaalad. Järjestus on niisugune relatsioon, mis on küll transitiivne, kuid ei ole refleksiivne. Kui looduse objektide hulgas on leitud relatsioon, millel on järjestuse omadused, siis saab vastavat süsteemi homomorfselt kujutada järjestatud nimede hulka (arvud, alfabeet jne.). Näide: Mohs i skaala. Oluline ja vaidlusi põhjustav järjeskaala on õpilaste teadmiste mõõtmise skaala. 2.10. Tuletatud füüsikalised suurused Eelkirjeldatud viisil määratletud füüsikalised suurused on fundamentaalsuurused. Nende abil saab tuletada sekundaarseid suurusi. Küsimus: millised järgnevatest füüsikalistest suurustest on fundamentaalsed ja millised tuletatud: mass, pikkus, tihedus, ruumala. 2.11. Loodusseadused ja kokkulepped Seos fundamentaalsete suuruste vahel on eksperimentaalselt kontrollitav. Kui kirjutada kuubikujulise anuma jaoks võrrand V = const a n, siis võib eksperiment selle kas adekvaatseks või ebaadekvaatseks tunnistada. Ilma eksperimentaalse kogemuseta ei ole tulemust võimalik ennustada. Kokkulepet aga pole tarvis kontrollida ja kokkuleppe võrrand on alati absoluutselt täpne. Küsimus: Millised alltoodud võrranditest esitavad loodusseadusi ja millised defineerivaid kokkuleppeid V = const a 3, F = ma = ml/t 2, U = RI, m = ρv, F = m r g, F = m i g, m r = m i.