3. Понятие о взаимосвязи и размерности физических величин.

Все явления в мире так или иначе взаимосвязаны и подчиняются общим физическим законам. Чтобы иметь возможность сопоставлять физические вели¬чины друг с другом, производить расчеты нужно каждую физическую величину представить через некоторые общие для всех исходные физические величины, принимаемые за первичные. Однако эти первичные величины могут быть выбраны произвольно, и тогда при определении их физической сущности и при расиста” неизбежно возникнут дополнительные трудности. Чтобы их избежать, нужно определить те физические категории, которые являются неизменными при преобразованиях материи при взаимодействии материальных образований, (относительно которых будут оцениваться все остальные физические величины и параметры. Но если речь идет о всеобщих закономерностях материи во Вселенной, то должны быть определены всеобщие физические инварианты, которые не изменяются ни при каких преобразованиях форм материи и ни при каких физических процессах. То есть они инвариантны по отношению и к преобразованиям форм материи, и к конкретным физическим явлениям.

Общими физическими инвариантами могут быть только такие категории, которые являются всеобщими для всех без исключения физических явлений, то есть для всей реальности нашего физического мира. Такими категориями является движение и три его неразрывных составляющих — материя, пространство и время. Ибо в мире нет ничего, кроме движущейся материи. И следовательно, все физические величины и все физические явления так или иначе будут определяться этими категориями как исходными. Именно они поэтому и должны валяться основой любой системы измерений, т.е. в основе любой системы измерений должны являться три величины — мера материя, такой мерой является единица массы как количества материи и обозначается через символ М (от англ. слова "matter" — вещество, материя); мера пространства, такой мерой является единица длины и обозначается через символ L (от англ. слова "length" — длина); мера времени, такой мерой является единица времени и обозначается через символ Т (от англ. слова “time” — время).

Размерность физической величины — это выражение, показывающее связь данной физической величины с физическими величинами, положенными в основу системы единиц. Размерность записывается в виде произведения символов соответствующих основных величин, возведенных в определенные степени, которые называются показателями размерности. Величины, в которые все основные величины входят в степени 0, называются безразмерными. Во всех остальных случаях размерность конкретной физической величины записывается в виде:

[]=M^xL^yT^z,

— есть обозначение самой величины, х, у, z — показатели размерности каждой из основных величин. Например, размерность ускорения должна быть записана в виде:где

[a] = LT^-2,

а размерность работы и мощности соответственно в виде:

[А] = МL² T^-2, [Р = МL² T^-3.

Поскольку во многих случаях такой вид обозначений не очень удобен, то на практике применяются производные величины, изначально содержащие в себе исходные величины в определенных степенях. Таким величинами являются, например, мера площади — м², мера объема — м³, мера силы — Ньютон (Н), равная [Н] = МLT^-2 или Н = кг*м*с^-2 или мера работы — Джоуль (Дж), равная [Дж] = МL²Т^-2 или Дж = кг м²с^-2 , и т.п.