Physikalische Größen und ihre Messung

Zusammenfassung

Zur quantitativen Charakterisierung einer physikalischen Größe (physical quantity) sind drei Angaben erforderlich: Der Zahlenwert, die Einheit und der Messfehler. Als Beispiel sei die Ruhemasse des Protons genannt. Sie beträgt (1,6726231 ± 0,0000010)· 10 ⁻²⁷kg [LID90], wofür man oft 1,6726231(10) ·10⁻²⁷kg schreibt. Es gibt aber auch physikalische Größen, wie z.B. die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, deren Zahlen wert festgelegt wurde und die deshalb keinen Fehler besitzen. Diese sind dann mit dem Zusatz (exakt) zu versehen. Physikalische Größen werden durch kursiv (italic) geschriebene Buchstaben dargestellt im Gegensatz zu den physikalischen Einheiten, für die gerade (roman) Buchstaben zu verwenden sind [IUP93]. So bezeichnet z.B. T die Temperatur und T die Einheit Tesla. Die Grundeinheiten (base units) der Physik im internationalen Einheitensystem (s.S. 10) sind in der folgenden Tab.1 aufgelistet: Die Dimension (dimension) einer physikalischen Größe ergibt sich dadurch, dass man in der angegebenen Einheit die Grundeinheiten einführt, alle Zahlenfaktoren weglässt und schließlich die Grundeinheiten durch die Symbole ihrer Größen ersetzt. Auf diese Weise ergibt sich z.B. für die physikalische Größe 60km/h zunächst 60·10³m/3600s, daraus m/s und schließlich die Dimension ℓ/t (Länge durch Zeit). Mit Hilfe der Dimensionsanalyse (dimensional analysis) lässt sich leicht überprüfen, ob eine (beliebig komplizierte) Formel mit Sicherheit falsch ist. Ein solcher Fall liegt vor, wenn sich für die linke Seite der Formel eine andere Dimension als rechts ergibt. Vielfache (multiples) und Bruchteile (submultiples) von Einheiten werden i. Allg. durch bestimmte Vorsätze (Buchstabenfolgen) gekennzeichnet (s. Tab.2 auf der nächsten Seite). Die Umrechnung von Einheiten ist leicht möglich, wenn man berücksichtigt, dass man mit physikalischen Größen so rechnen kann, wie mit algebraischen Ausdrücken. Es soll beispielsweise eine Geschwindigkeit von 8m/s in km/h angegeben werden. Unter Beachtung von 1000m=1km und 3600s = 1h folgt durch Erweiterung: 8m/s=8·(1000m/1000)·(3600/3600s) =8·3, 6km/h=28,8km/h.

Max Planck: Theorie und Experiment gehören zusammen, eines ohne das andere bleibt unfruchtbar.