Fundamentele en afgeleide grootheden zijn de fysische grootheden waarmee we elke hoeveelheid of meting van lichamen kunnen uitdrukken. Experimenten vormen een fundamenteel aspect van de natuurkunde en andere natuurwetenschappen. Theorieën en andere hypothesen worden door middel van experimenten geverifieerd en als wetenschappelijke waarheid vastgesteld.
De afbeelding hierboven toont de eenheden waarin fundamentele en afgeleide grootheden worden gemeten. Gewicht wordt gemeten in kilogram, afstand in meters, tijd in seconden, stroomsterkte in ampère... In het volgende gedeelte worden deze nader toegelicht.
Metingen zijn een integraal onderdeel van experimenten, waarbij de grootten en relaties tussen verschillende fysieke grootheden worden gebruikt om de waarheid van de theorie of hypothese te verifiëren.
Soorten grootheden: fundamenteel en afgeleid
Hoofdindexen
In elk eenhedenstelsel is een verzameling fundamentele eenheden gedefinieerd waarvan de fysische grootheden fundamentele grootheden worden genoemd.
Fundamentele eenheden worden onafhankelijk van elkaar gedefinieerd en grootheden zijn vaak direct meetbaar in een fysiek systeem.
Over het algemeen vereist een eenhedensysteem drie mechanische eenheden (massa, lengte en tijd). Daarnaast is er ook een elektrische eenheid nodig.
Grootheden die niet afhankelijk zijn van een andere fysieke grootheid voor meting, staan bekend als fundamentele grootheden. Ze zijn niet afhankelijk van een andere grootheid die kan worden uitgedrukt. Er zijn in totaal zeven fundamentele grootheden:
1- Massa: kilogram (kg)
Het wordt gedefinieerd door de massa van een prototype platina-iridiumcilinder die wordt bewaard bij het Internationaal Bureau voor Maten en Gewichten in Parijs, Frankrijk.
Kopieën van deze cilinder worden door veel landen bewaard. Zij gebruiken ze om gewichten te standaardiseren en vergelijken.
2- Lengte: meter (m)
Het wordt gedefinieerd als de lengte van het pad dat het licht aflegt in een interval van precies 1/299792458 seconde.
3- Tijd: seconde(n)
Volgens het Internationaal Stelsel van Eenheden is dit de tijd van 192.631.770 trillingsperioden van het door een cesium-133-atoom uitgezonden licht, overeenkomend met de overgang tussen twee hyperfijnniveaus van de grondtoestand. Dit wordt bepaald met behulp van zeer nauwkeurige atoomklokken.
4- Elektrische stroom: ampère (A)
Meet de intensiteit van de elektrische stroom. Deze wordt gedefinieerd als de constante stroom die, indien lopend door twee parallelle rechte geleiders van oneindige lengte en verwaarloosbare cirkelvormige doorsnede, op een afstand van 1 meter in vacuüm, een kracht van 2 × 10-7 Newton per meter lengte tussen deze geleiders zal veroorzaken.
Hoewel het misschien lijkt alsof elektrische lading als basiseenheid gebruikt had moeten worden, is het meten van stroom veel eenvoudiger en daarom gekozen als standaardbasiseenheid.
5- Temperatuur: Kelvin (K)
Volgens het Internationaal Stelsel van Eenheden is de kelvin precies 1/273,16 van de thermodynamische temperatuur van het tripelpunt van water.
Het tripelpunt van water is een vaste temperatuur en druk waarbij de vaste, vloeibare en gasvormige toestand tegelijkertijd kunnen bestaan.
6- Lichtsterkte: kaars (cd)
Het meet de lichtintensiteit van een bron die straling uitzendt met een constante frequentie van 540 × 1012 Hz, met een stralingsintensiteit van 1/683 watt per stereo-installatie in elke richting.
7- mol (mol)
Een mol is de hoeveelheid stof die evenveel entiteiten bevat als er atomen zijn in 0,012 kg koolstof-12.
Bijvoorbeeld: de fundamentele massagrootte kan direct met een weegschaal worden gemeten en is daarom niet afhankelijk van een andere massagrootte.
Afgeleide hoeveelheden
Afgeleide grootheden worden gevormd door het product van de machten van de fundamentele eenheden. Met andere woorden, deze waarden worden afgeleid uit het gebruik van de fundamentele eenheden.
Deze eenheden worden niet onafhankelijk gedefinieerd, omdat ze afhankelijk zijn van de definitie van andere eenheden. De grootheden die aan afgeleide eenheden zijn gekoppeld, worden afgeleide grootheden genoemd.
Neem bijvoorbeeld de vectorgrootheid snelheid. Door de afgelegde afstand en de tijd die een object nodig heeft te meten, kan de gemiddelde snelheid van het object worden bepaald. Snelheid is dus een afgeleide grootheid.
Elektrische lading is ook een afgeleide grootheid die wordt bepaald door het product van de elektrische stroom en de verstreken tijd.
Met uitzondering van de hierboven genoemde zeven fundamentele grootheden, zijn alle andere grootheden afgeleid. Enkele voorbeelden van afgeleide grootheden zijn:
1- Eenheid van werk: joule of julienne (J)
Het is de arbeid die verricht wordt wanneer het aangrijpingspunt van een kracht van één newton (1 N) een afstand van één meter (1 m) in de richting van de kracht verplaatst.
2- Kracht: Newton (N)
Het is deze kracht die, wanneer toegepast op een lichaam met een massa van één kilogram (1 kg), een versnelling van één meter per seconde kwadraat (1 m x s² ) veroorzaakt.
3- Druk: pascal (Pa)
Het is de druk die ontstaat wanneer een kracht van één newton (1 N) gelijkmatig en loodrecht wordt uitgeoefend op een oppervlak van één vierkante meter (1 m² ).
4- Vermogen: watt of watt (W)
Het is de energie die de productie van energie genereert met een snelheid van één joule per seconde (1 J x s).
5- Elektrische lading: coulomb of coulomb (C)
Het is de hoeveelheid elektrische lading die in één seconde (1 s) wordt getransporteerd door een stroom van één ampère (1 A).
6- Elektrisch potentiaal: volt (V)
Het is het potentiaalverschil tussen twee punten van een geleidende kabel waar een constante stroom van één versterker (1 A) doorheen loopt, wanneer het vermogen dat tussen deze punten wordt gedissipeerd één watt (1 W) bedraagt.
7- Elektrische weerstand: ohm of ohm (Ω)
Meet de elektrische weerstand. Meer specifiek de weerstand die aanwezig is tussen twee punten van een geleider wanneer een constant potentiaalverschil van één volt (1 V), aangelegd tussen die twee punten, een stroomsterkte van één ampère (1 A) produceert, waarbij de geleider de bron is van de elektromotorische kracht.
8- Frequentie: hertz of hertz (Hz)
Het is de frequentie van een periodiek verschijnsel waarvan de periode één seconde (1 s) bedraagt.
Referências
- Graden H. Wetenschappelijke metingen: grootheden, eenheden en voorvoegsels (2007). Science Curriculum Inc.
- Gupta A. Verschil tussen fundamentele grootheden en afgeleide grootheden (2016). Geraadpleegd van: bscshortnote.com.
- Nicodemos G. Wat is het verschil tussen een fundamentele grootheid en een afgeleide grootheid? (2010). Geraadpleegd van: ezinearticles.com.
- Okoh D, Onah H. Eze A. Ugwuanyi J, Obetta E. Metingen in de natuurkunde: fundamentele en afgeleide grootheden (2016). Ambrose-platform onafhankelijk van CreateSpace.
- Oyetoke L. Wat zijn fundamentele/afgeleide grootheden en eenheden (2016). Geraadpleegd van: academicglobe.com.
- Semat H, Katz R. Natuurkunde, Hoofdstuk 1: Fundamentele Kwantiteiten (1958). Robert Katz Publications.
- Sharma S, Kandpal MS. De ontdekking van de natuurkunde (1997). New Delhi: Hemkunt Press.