Размер величины. Значение величины
Безусловно, каждый из нас на уровне самого общего представления прекрасно понимает, что такое величина. Величина - это длина, объем, масса или какая-нибудь другая количественная характеристика предмета или явления. Что значит величина? Если мы слышим, что выпавший град был величиною с грецкий орех, то это значит, что объем одной градины был примерно равен объему грецкого ореха.
Но если нас спросить, что такое скалярная величина, случайная величина, относительная величина, сможем ли мы так же легко ответить и на этот вопрос?
Давайте попробуем разобраться во всем по порядку.
Что такое физическая величина
Физическая величина - это свойство объекта, явления или процесса, которое может быть охарактеризовано количественно. Например, вода, налитая в графин, будет характеризоваться определенным объемом, массой, плотностью и так далее.
Физическая величина всегда имеет числовое значение с указанием единиц, в которых производилось ее измерение. Например, на железнодорожную станцию прибыли два контейнера. Масса одного из них составляет 1,5 тонны, а масса другого - 1 500 кг. Какой из них тяжелее? Как вы уже догадались, на самом деле масса обоих контейнеров одинакова. Просто с изменением единиц измерения изменилось числовое значение массы.
Случайная величина
Случайная величина - это термин математической теории вероятности. Случайная величина принимает в ходе какого-либо опыта конкретное значение. Но это значение не может быть точно известно заранее. Примеры случайных величин:
- количество попаданий из 5 выстрелов;
- количество точек на верхней грани игральной кости, которое выпадет после подбрасывания ее вверх;
- температура воздуха на завтра.
Скалярные и векторные величины
Скалярная величина - это величина, которая имеет только числовое значение. Примерны скалярных величин - время, масса, температура и т. д.
Однако некоторые физические величины (скорость, сила, ускорение), кроме числовой характеристики, имеют еще и направление. Такие величины называются векторными. Векторную величину, например, ту же скорость, тоже можно измерить. Но числовое значение (модуль) векторной величины будет описывать ее не полностью, а только частично. Чтобы охарактеризовать векторную величину полностью, надо указать направление ее действия в пространстве.
Номинальные и реальные величины
Понятия "номинальная" и "реальная" величина используются в экономике. Номинальная величина - это экономический показатель, выраженный в денежных единицах. Например, ваша номинальная зарплата - это то, сколько рублей вы заработали за прошлый месяц. А реальная зарплата - это то, сколько товаров и услуг вы реально можете приобрести за свою номинальную зарплату. Если в стране большая инфляция, то номинальная зарплата может расти, а реальная падать.
Постоянные и переменные величины
Постоянная величина - это величина, которая в заданной системе имеет только одно конкретное и неизменяемое значение. Пример - масса тела. Значение переменной величины может варьироваться в зависимости от разных факторов. Скажем, скорость одного и того же автомобиля на одной и той же трассе может изменяться в зависимости от желания водителя.
Абсолютные и относительные величины
Абсолютными и относительными величинами оперирует статистика. Абсолютная величина выражается в конкретных единицах чего-либо. Например, потребление товаров и услуг на душу населения выражается в рублях или долларах. Относительная величина - это показатель сравнения абсолютных величин. Например, можно определить уровень потребления россиян на сегодня по сравнению с аналогичным показателем прошлого года. Можно посмотреть, как по этому показателю россияне выглядят относительно граждан Индии или Норвегии.
Средняя величина
Средняя величина - это статистический показатель, который характеризует типичное значение какого-либо признака для однородной группы. Хотя все работники одного и того же предприятия получают разную зарплату, можно вычислить и среднюю заработную плату на данном предприятии.
Средний показатель иногда имеет более важное значение, чем конкретный. Если вы 11 месяцев получали по 20 000 рублей, а в декабре заработали 80 000, это еще не значит, что вы вплотную подошли к заработку в 80 000 рублей в месяц. Ваша средняя зарплата за год - 25 000 в месяц.
Однако средняя величина может и вводить в заблуждение. Если вы съели 2 котлеты, а я - ни одной, то в среднем мы с вами съели по одной котлете. Но для меня это не имеет значения. Ведь вы стали сыты, а я остался голоден.
Величины чаще всего используют в физике (этой науке посвящен специальный раздел ) и математике (раздел ).
Величина - одно из основных математических понятий, возникшее в древности и подвергшееся в процессе длительного развития ряду обобщений.
Первоначальное представление о величине связано с созданием чувственной основы, формированием представлений о размерах предметов: показать и назвать длину, ширину, высоту.
Под величиной понимаются особые свойства реальных объектов или явлений окружающего мира. Величина предмета - это его относительная характеристика, подчеркивающая протяженность отдельных частей и определяющая его место среди однородных.
Величины, характеризующиеся только числовым значением, называют скалярными (длина, масса, время, объем, площадь и др.). Кроме скалярных величин в математике рассматривают еще векторные величины, которые характеризуются не только числом, но и направлением (сила, ускорение, напряженность электрического поля и др.).
Скалярные величины могут быть однородными или разнородными. Однородные величины выражают одно и то же свойство объектов некоторого множества. Разнородные величины выражают различные свойства объектов (длина и площадь)
Свойства скалярных величин:
- § любые две величины одного рода сравнимы либо они равны, либо одна из них меньше (больше) другой: 4т5ц …4т 50кг 4т5ц=4т500кг 4т500кг>4т50кг, т.к. 500кг>50кг, значит 4т5ц >4т 50кг;
- § величины одного рода можно складывать, в результате получится величина того же рода:
- 2км921м+17км387м 2км921м=2921м, 17км387м=17387м 17387м+2921м=20308м; значит
- 2км921м+17км387м=20км308м
- § величину можно умножать на действительное число, в результате получится величина того же рода:
- 12м24см 9 12м24м=1224см, 1224см9=110м16см, значит
- 12м24см 9=110м16см;
- § величины одного рода можно вычитать, в результате получится величина того же рода:
- 4кг283г-2кг605г 4кг283г=4283г, 2кг605г=2605г 4283г-2605г=1678г, значит
- 4кг283г-2кг605г=1кг678г;
- § величины одного рода можно делить, в результате получится действительное число:
- 8ч25мин 5 8ч25мин=860мин+25мин=480мин+25мин=505мин, 505мин 5=101мин, 101мин=1ч41мин, значит 8ч25мин 5=1ч41мин .
Величина является свойством предмета, воспринимаемым разными анализаторами: зрительным, тактильным и двигательным. При этом чаще всего величина воспринимается одновременно несколькими анализаторами: зрительно-двигательным, тактильно-двигательным и т.д.
Восприятие величины зависит от:
- § расстояния, с которого предмет воспринимается;
- § величины предмета, с которым он сравнивается;
- § расположения его в пространстве.
Основные свойства величины:
- § Сравнимость - определение величины возможно только на основе сравнения (непосредственно или сопоставляя с неким образом).
- § Относительность - характеристика величины относительна и зависит от выбранных для сравнения объектов один и тот же предмет может быть определен нами как больший или меньший в зависимости от того, с каким по размерам предметом он сравнивается. Например, зайчик меньше медведя, но больше мышки.
- § Изменчивость - изменчивость величин характеризуется тем, что их можно складывать, вычитать, умножать на число.
- § Измеряемость - измерение дает возможность характеризовать величину к сравнению чисел.
Натуральное число как мера величины
Известно, что числа возникли из потребности счета и измерения, но если для счета достаточно натуральных чисел, то для измерения величин нужны и другие числа. Однако в качестве результата измерения величин будем рассматривать только натуральные числа. Определив смысл натурального числа как меры величины, мы выясним, какой смысл имеют арифметические действия над такими числами. Эти знания нужны учителю начальных классов не только для обоснования выбора действий при решении задач с величинами, но и для понимания еще одного подхода к трактовке натурального числа, существующего в начальном обучении математике.
Натуральное число мы будем рассматривать в связи с измерением положительных скалярных величин - длин, площадей, масс, времени и др, поэтому прежде, чем говорить о взаимосвязи величин и натуральных чисел, напомним некоторые факты, связанные с величиной и ее измерением, тем более что понятие величины, наряду с числом, является основным в начальном курсе математики.
Понятие положительной скалярной величины и ее измерения
Рассмотрим два высказывания, в которых используется слово «длина»:
1) Многие окружающие нас предметы имеют длину.
2) Стол имеет длину.
В первом предложении утверждается, что длиной обладают объекты некоторого класса. Во втором речь идет о том, что длиной обладает конкретный объект из этого класса. Обобщая, можно сказать, что термин «длина» употребляется для обозначения свойства , либо класса объектов (предметы имеют длину), либо конкретного объекта из этого класса (стол имеет длину).
Но чем это свойство отличается от других свойств объектов этого класса? Так, например, стол может иметь не только длину, но и быть изготовленным из дерева или металла; столы могут иметь разную форму. О длине можно сказать, что разные столы обладают этим свойством в разной степени (один стол может быть длиннее или короче другого), чего не скажешь о форме - один стол не может быть «прямоугольнее» другого.
Таким образом, свойство «иметь длину» - особое свойство объектов, оно проявляется тогда, когда объекты сравнивают по их протяженности (по длине). В процессе сравнения устанавливают, что либо два объекта имеют одну и ту же длину, либо длина одного меньше длины другого.
Аналогично можно рассматривать и другие известные величины: площадь, массу, время и т.д. Они представляют собой особые свойства окружающих нас предметов и явлений и проявляются при сравнении предметов и явлений по этому свойству, причем каждая величина связана с определенным способом сравнения.
Величины, которые выражают одно и тоже свойство объектов, называются величинами одного рода или однородными величинами . Например, длина стола и длина комнаты - это величины одного рода.
Напомним основные положения, связанные с однородными величинами.
1. Любые две величины одного рода сравнимы: они либо равны, либо одна меньше другой. Другими словами, для величин одного рода имеют место отношения «равно», «меньше» и «больше», и для любых величин А и В справедливо одно и только одно из отношений: А<В, А = В, А> В.
Например, мы говорим, что длина гипотенузы прямоугольного треугольника больше, чем длина любого катета этого треугольника, масса яблока меньше массы арбуза, а длины противоположных сторон прямоугольника равны.
2. Отношение «меньше» для однородных величин транзитивно: если А < В и В < С, то А < С.
Так, если площадь треугольника F 1 меньше площади треугольника F 2 , и площадь треугольника F 2 меньше площади треугольника F 3 , то площадь треугольника F 1 меньше площади треугольника F 3 .
3. Величины одного рода можно складывать, в результате сложения получается величина того же рода. Иными словами, для любых двух величин А и В однозначно определяется величина С = А + В, которую называют суммой величин А и В.
Сложение величин коммутативно и ассоциативно.
Например, если А - масса арбуза, а В - масса дыни, то С = А +В - это масса арбуза и дыни. Очевидно, что А+В = В+А и(А+В) + С = А+(В+С).
Разностью величин А и В называется такая величина
С = А - В, что А = В + С.
Разность величин А и В существует тогда и только тогда, когда А>В.
Например, если А - длина отрезка а, В - длина отреза b, то С=А-В - это длина отрезка с (рис. 1).
5. Величину можно умножать на положительное действительное число, в результате получают величину того же рода. Более точно, для любой величины А и любого положительного действительного числа х существует единственная величина В =
х. А, которую называют произведением величины А на число х.
Например, если А - время, отводимое на один урок, то умножив А на число х = 3, получим величину В = 3·А - время, за которое пройдет 3 урока.
6. Величины одного рода можно делить, получая в результате число. Определяют деление через умножение величины на число.
Частным величин А и В называется такое положительное действительное число х = А: В, что А =х·В.
Так, если А - длина отрезка а, В - длина отрезка b (рис. 2) и отрезок А состоит из 4-х отрезков, равных b, то А:В = 4, поскольку А= 4·В.
Величины, как свойства объектов, обладают еще одной особенностью - их можно оценивать количественно. Для этого величину надо измерить. Чтобы осуществить измерение из данного рода величин выбирают величину, которую называют единицей измерения. Мы будем обозначать ее буквой Е.
Если задана величина А и выбрана единица величины Е (того же рода), то измерить величину А - это значит найти такое положительное действительное число х, что А =х·Е .
Число х называется численным значением величины А при единице величины Е. Оно показывает, во сколько раз величина А больше (или меньше) величины Е, принятой за единицу измерения.
Если А=х·Е, то число х называют также мерой величины А при единице Е и пишут х=m Е (А).
Например, если А - длина отрезка а, Е- длина отрезка b (рис.2), то А=а·Е. Число 4 - это численное значение длины А при единице длины Е, или, другими словами, число 4 - это мера длины А при единице длины Е.
В практической деятельности при измерении величин люди пользуются стандартными единицами величин: так, длину измеряют в метрах, сантиметрах и т.д. Результат измерения записывают в таком виде: 2,7 кг; 13 см; 16 с. Исходя из понятия измерения, данного выше, эти записи можно рассматривать как произведение числа и единицы величины. Например, 2,7 кг = 2,7·кг; 13 см = 13·см; 16 с = 16·с.
Используя это представление, можно обосновать процесс перехода от одной единицы величины к другой. Пусть, например, требуется выразить ч в минутах. Так как ч = · ч и час = 60 мин, то ч = ·60·мин = ( · 60) мин = 25 мин.
Величина, которая определяется одним численным значением, называется скалярной величиной .
Если при выбранной единице измерения скалярная величина принимает только положительные численные значения, то ее называют положительной скалярной величиной.
Положительными скалярными величинами являются длина, площадь, объем, масса, время, стоимость и количество товара и др.
Измерение величин позволяет переходить от сравнения величин к сравнению чисел, от действий над величинами к соответствующим действиям над числами, и наоборот.
1. Если величины А и В измерены при помощи единицы величины Е, то отношения между величинами А и В будет такими же, как и отношения между их численными значениями, и наоборот:
А+В <=> m(А)+ m(В);
А<В <=> m (А) А> В <=> m (А) > m (В). Например, если массы двух тел таковы, что А =5 кг, В=3 кг, то можно утверждать, что А> В, поскольку 5 > 3. 2. Если величины А и В измерены при помощи единицы величины Е, то чтобы найти численное значение суммы А + В, достаточно сложить численные значения величин А и В: А + В = С <=> m (А +В) = m (А) + m (В). Например, если А = 5 кг, В = 3 кг, то А + В = 5 кг + 3 кг = = (5 + 3) кг = 8 кг. 3. Если величины А и В таковы, что В= х·А, где х - положительное действительное число, и величина А измерена при помощи единицы величины Е, то, чтобы найти численное значение величины В при единицы Е, достаточно число х умножить на число m (А): В = х·А <=> m (В)=х·m(А). Например, если масса В в 3 раза больше массы А и А = 2 кг, то В = 3А = 3· (2·кг) = (3·2)кг = 6 кг. В математике при записи произведения величины А на число х принято число писать перед величиной, т.е. х·А. Но разрешается писать и так: Ах. Тогда численное значение величины А умножают на х, если находят значение величины А·х. Рассмотренные понятия - объект (предмет, явление, процесс), его величина, численное значение величины, единица величины - надо уметь вычленять в текстах и задачах. Например, математическое содержание предложения «Купили 3 килограмма яблок» можно описать следующим образом: в предложении рассматривается такой объект, как яблоки, и его свойство - масса; для измерения массы использовали единицу массы -килограмм; в результате измерения получили число 3 - численное значение массы яблок при единице массы - килограмм. Один и тот же объект может обладать несколькими свойствами, которые являются величинами. Например, для человека - это рост, масса, возраст и др. Процесс равномерного движения характеризуется тремя величинами: расстоянием, скоростью и временем, между которыми существуют зависимость, выражаемая формулой s = v·t. Если величины выражают разные свойства объекта, то их называют величинами разного рода
, или разнородными величинами
. Так, например, длина и масса - это разнородные величины. Из курса математики нам известны действия, которые можно производить над числами. Складывать, вычитать и сравнивать в математике можно любые числа. Такие действия над физическими величинами можно производить только в том случае, если они однородны, т. е. представляют одну и ту же физическую величину. Например: 4 м + 3 м = 7 м;
Во всех трех случаях мы производили действия над однородными физическими величинами. Складывали длину с длиной, вычитали из массы массу, сравнивали промежуток времени с промежутком времени. Смешно и нелепо было бы складывать 4 м и 5 кг или вычитать 30 с из 9 кг! А вот умножать и делить можно не только однородные, но и разные физические величины. Например: Подумайте и ответьте
Интересно знать!
Большие единицы времени - год и сутки - дала нам сама природа. Но час, минута и секунда появились благодаря человеку. Принятое в настоящее время деление суток восходит к глубокой древности. В Вавилоне применялась не десятичная, а шестидесятеричная система счисления. Шестьдесят делится без остатка на 12, отсюда у вавилонян деление суток на 12 равных частей. В Древнем Египте было введено деление суток на 24 часа. Позже появились минуты и секунды. То, что в 1 часе 60 минут, а в 1 минуте 60 секунд, - также наследие шестидесятеричной системы Вавилона. Определение единиц времени является очень важным. Основная единица времени - секунда - сначала была введена как 1/86400 доля суток, а затем из-за непостоянства суток - как определенная доля года. В настоящее время эталон секунды связан с частотой излучения атомов цезия.
9 кг - 5 кг = 4 кг;
30 с > 10 с.
