Suureyhtälöt

Fysiikassa suureiden väliset riippuvuudet ilmoitetaan suureyhtälöiden avulla.


Keskivauhdin v, matkan s  ja matkaan kuluneen ajan t välinen yhteys                                                     ilmoitetaan suureyhtälöllä v=s/t

Kappaleeseen kohdistuvan painon suuruus G lasketaan kertomalla kappaleen massa m putoamiskiihtyvyydellä g eli G=mg

Laitteen sähköteho P lasketaan yhtälöstä P=UI, jossa U on laitteen jännitehäviö ja I on laitteessa kulkeva sähkövirta.

Muunnokset
Kun yksikkö m/s muuttetaan yksiköksi km/h, suureen lukuarvo kerrotaan luvulla 3,6

1 maili on 1,609 km

1 cm² = 0,0001m²

1 cm³ = 0,00001m³

1 dm³ = 1 litra

1 kcal = 0,0041868 MJ ja 4,188 J

1 hv = 0,75 kW ja 735,5 W

1 tuuma = 2,54 cm
1 solmu = 1 mpk/h = 1,852 km/h
1 kW = 1000 V (V=A)

Mittaaminen

Käsitteitä

• Suure on ilmiön, kappaleen tai aineen mitattavissa oleva ominaisuus (esim. nopeus v¯, massa m ja aika t). 
• Vektorisuureilla  on sekä suuruus että suunta (esim. kiihtyvyys, voima ja nopeus).
• Skalaarisuureilla on vain suuruus (esim. lämpötila, aika ja massa).
• Mittayksikkö on sovittu, mittauskohteessa käytetty termi, jonka avulla mitattavia kohteita voidaan vertailla.
• Merkitsevät numerot, näitä on kaikki, paitsi pääsääntöisesti kokonaislukujen lopussa olevat nollat ja desimaalilukujen alussa olevat nollat.
  
  

  mittaustulos	merkitsevät numerot
  8 s	1
  8,2 s	2
  8,000 s	4
  0,155 kg	3
  1,670 m	4
  0,06740 nm	4
  100 m	1 tai 2 tai 3

• Mittaustarkkuus kertoo, miten luotettava mittaus on. Tarkkuutta voi parantaa toistamalla mittaus useampaan kertaan.
• Mittaustulos on aina likiarvo. Se esitetään aina virherajoineen. Virhe pyöristetään ylöspäin.

                    x = x_m ± ∆ x  

          x_{m on mittaustulos (suureen kokeellinen arvo) ja ∆x on absoluuttinen virhe. Mittaustuloksen suhteellinen virhe olisi∆x / xm}

• absoluuttinen virhe kertoo,kuinka paljon mittaustulos enintään poikkeaa suureen mitatusta arvosta.
• suhteellinen virhe ilmaisee, kuinka suuri (absotuullinen) virhe on suhteessa mittaustulokseen. Suhteellinen virhe ilmoitetaan prosentteina. 
• Mittausvirhe on useassa saman kohteen mittaustuloksessa esiintyvä poikkeama.
• Karkea virhe on seurausta mittaamisvälineen epätarkoituksenmukaisesta ja väärästä käsittelystä tai lukemavirheestä. Paljastuu tuloksia vertailemalla.
• Systemaattinen virhe voi syntyä epätarkasta laitteesta tai mittausolosuhteista. Tulos vääristyy aina samaan suuntaan,
• Satunnainen virhe on olemassa aina jokaisessa mittauksessa. Sen olemassaolo voidaan todeta toistamalla sama mittaus useaan kertaan.

               Mittaussarjan mittausvirhettä voi arvioida monella tavalla. 

1. Vaihteluvälin puolikas ∆ x = (X_max – X_min) /2
2. Keskipoikkeama │∆ x│eli lasketaan mittaustuloksen ja mittaustulosten keskiarvon erotus ja merkitään se positiiviseksi

• SI-järjestelmä on maailmanlaajuinen yksikköjärjestelmä, missä suureet on sovittu riippumattomiksi perussuureiksi (esim. massan tunnus m ja sen yksikkö kilogramma (kg). Muut kuin perussuureet määritellään toisten suureiden avulla (johdannaissuureet esim. keskivauhti v=s/t).

Fysiikan esi-isät

Fysiikka on luonnontiede, jonka mukaan vain sellaiset ilmiöt ovat todella olemassa, jotka voidaan havaita ja tutkia mittaamalla. Näitä ilmiöitä, menetelmiä ja teorioita ovat olleet luomassa joukko historian merkkihenkilöitä:


Antiikin aika 800 eaa.-500 jaa.

• Aristoteles (384 - 322 eaa.) oli kreikkalainen, länsimaisen tieteen isä ja Platonin oppilas. Kirjoitti pääteoksen Metafysiikka. eli "ensimmäinen filosofia"

Klassinen kausi 1500 - 1700

• Galileo Galilei (1564-1642) toi fysiikan kokeelliset mittaukset ja matematiikan. Suurimmat saavutukset fyysikkona ovat hänen kokeellinen ja teoreettinen työ kappaleiden liikkeen kuvaamiseksi. Hän kehitti suhteellisuuden perusperiaatteen, johon Newtonin ja Einsteinin tutkimukset perustuvat.
• Sir Isaac Newton (1642-1727) havaitsi tietyt luonnon säännönmukaisuudet, joiden perusteella hän päätteli mm. mekaniikan kolme peruslakia ja gravitaatiolain.  Teoksessaan Principia (1687) hän esitti nuo kolme aksioomaa; jatkuvuuden laki, dynamiikan laki ja voiman- ja vastavoiman laki eli vuorovaikutuslaki. Hän kehitti myös differentiaalilaskennan, mikä oli välttämätöntä nykyajan fysiikan synnylle. 
• Anders Celsius (1701 - 1744) loi lämpötila-asteikon

Moderni kausi 1900-luku

• Nobelin palkinto perustettiin Alfred Nobelin (dynamiitin keksijä) testamentin mukaan 1895. Palkintoa on jaettu viidelle alueelle; fysiikan, kemian, lääketieteen, kirjallisuuden ja rauhan alalta. Vuodesta 1974 alkaen myös taloustieteelle (ei testamentissa). Ensimmäinen Nobelin palkinto jaettiin saksalaiselle Wilhelm Röntgenille röntgensäteiden löytämisestä.
• Marie Curie (1867 - 1934) oli puolalainen, Ranskassa elämäntyönsä tehnyt fyysikko. Hän löysi kaksi uutta alkuainetta (polonium ja radium). Hän myös antoi toriumin ja uraanin aktiivisuudelle nimen radioaktiivisuus. Curie on saanut sekä kemian että fysiikan Nobelin palkinnot.
• Albert Einstein (1879 - 1955) syntyi Saksassa, mutta sai myöhemmin Sveitsin, Itävalta-Unkarin ja myös Yhdysvaltain kansalaisuuden. Hän loi nykyfysiikan pääteorian eli suhteellisuusteorian (energia E ja massa m ekvivalenssi E=mc²). Hän sai Nobelin palkinnon valosähköilmiön selittämisestä fotoniteorian avulla.

Nykyaika 

• Stephen Hawking (1942 - ) on tunnetuin kosmologian ja painovoiman nykytutkija. Hänen tärkeimpiä tutkimuskohteitaan ovat avaruuden mustat aukot.

(Kirjoittajan kommentti)

Pidän mielenkiintoisena sitä, kuinka 1700-luvulta aina 1900 luvulle asti historiassa on runsaasti palkittuja merkkihenkilöitä, jotka loivat uusia teorioita ja löysivät alkuaineita. 1900-luvun jälkeen historia ei nimeä kovinkaan montaa merkittävää henkilöä eikä teoriaa. Nykyisin keksinnöt ja löydöt käsittävät avaruuden alueita, ydinfysiikkaa ja löytäjät usein ovat ryhmiä.