究竟是要说物理还是要说数学呢?估计看到标题的小伙伴肯定是一脑门子的蒙圈吧。经常有人说数学物理不分家,由此可见数学和物理的关系有多么的紧密。抛开那些复杂的数学公式和物理定律,咱们不谈,这里说说物理量的测量和分数之间的纠葛。 慢慢看,没有公式! 如何比较两个物理量的大小? 比较狗蛋和春妮的身高,让他们站在一起就看出来了。如果要比较村东头和西头的两口井的深度应该怎么办呢?可以把两根绳子都放到井底,然后比较绳子的长短。但如果要比较100口井,1000口井呢?绳子显然很不方便。 古人的智慧是令人惊叹的,既然不能直接比较,那么就采用间接比较来解决。他们选择一个标准的长度作为基准,然后用绳子测量每个井的深度,通过折叠这个绳子,看看每个井深都包含着几个标准长度。通过比较每个井深包含的标准长度的数量,就能得到答案。 这就是最原始的物理量的测量方法。慢慢的,人们知道了,应该让大家选择的标准长度都一致,这样就能让这种测量方法得到的数值更有广泛的参考价值。咱们中国的古人,在秦朝就做过这种事,叫做统一度量衡。而今天的地球人,更是在全球范围内制定了国际单位制。 国际单位制是现时世界上最普遍采用的标准度量衡单位系统,采用十进制进位系统。是18世纪末科学家的努力,最早于法国大革命时期的1799年被法国作为度量衡单位。国际单位制是在公制基础上发展起来的单位制,于1960年第十一届国际计量大会通过,推荐各国采用,其国际简称为SI。 测量和分数有什么关系呢? 先回忆一下分数的定义:把单位1平均分成若干份,表示这样的一份或者几份的数叫做分数。在分数里,中间的横线叫做分数线;分数线下面的数,叫做分母,表示把单位1平均分成多少份;分数线下面的数叫做分子,表示有这样的多少份。把单位1平均分成若干份,表示其中的一份的数,叫做分数单位。 我没有去核实,但这段关于分数的定义应该是跟课本上差不多。现在,把注意力放在分数单位这个概念上,看这个例子:371717173(17),其中17就是这个例子中的分数单位。如果某个井的深度正好是3个标准长度(随意指定的),则17就是那个标准长度。如果17代表1米,则这个井深为3米。 推而广之,物理学中的基本单位与分数单位逻辑上是一致的,长度、时间、质量、温度等等,不论是否采用国际单位制的单位,都是如此,但数学上的分数单位是物理单位的更高抽象。从这个角度上来说,数学是物理的一个分支,也不为过。不是整数倍应该怎么办? 当我们选取了一个标准长度之后,所有的井深都是这个标准长度的整数倍的可能是微乎其微的,更大的可能性是,要多出来那么一点点,不足一个标准长度。物理上处理这个问题的方法是,把标准单位进一步分割成更小的单位,比如米下面还有分米、厘米、毫米、微米等等。 出于计算方便,它们之间是十进制的关系。也就是说,1米10分米100厘米1000毫米,比如110厘米,可以写成1。10米。至于精确程度,可以根据人们的实际测量需要,取对应的小数点后面的位数。 我们都知道,分数都是可以写成小数形式的,但那些经常被我们写成了小数形式的物理量,你还能想起来它在物理学中所代表的分割、比较的操作意义吗? 结束语 所有的物理测量都是选取一个最基本的量作为基础,然后进行比较得出的数值,有量纲的物理量比如长度、质量、时间等都是如此。这种比较的过程可以用分数给出最直观的表达,这就是物理量和分数之间的关系。 其实,我写这篇文章的目的并非要简单介绍物理量和分数之间的纠葛,而是希望所有正在学习数学或者物理的小伙伴们,能够回归数学或物理的本源,从根本上去认识它们,这样您获得的知识就不止是考试的分数,而是实实在在的本事。 文郭哥聊科学,持续为您提供高质量的科普文章,欢迎您的点赞、关注和转发支持。