Общие основы метрологии

Развитие науки и техники всегда было связано с прогрессом в области измерений. В физике, механике и других точных науках именно измерения позволяли устанавливать зависимости, отражающие объективные законы природы. Вместе с тем, и в ряде других наук, таких как физиология, медицина, биомеханика, педагогика и др., измерения являются одним из основных способов познания закономерностей функционирования биологических объектов, систем организма человека и т. д. Большое значение измерений для науки подчеркивали многие ученые: «Измеряй все доступное измерению и делай доступным все недоступное ему» (Г. Галилей); «Наука начинается с тех пор, как начинает измерять, точная наука немыслима без меры» (Д.И. Менделеев).

В настоящее время все более широкое применение измерений отмечается в спортивной науке и практике. При этом используются почти все существующие виды и методы измерений (радиоэлектронные, оптоэлектронные, биофизические, биохимические, ультразвуковые, лазерные и др.). Эти многочисленные средства и методы измерений широко используются для решения самых разнообразных задач комплексного контроля и управления процессом подготовки спортсменов высокой квалификации, а также занимающихся массовыми формами физического воспитания и профессионально-прикладной физической подготовкой. Вместе с тем, именно специфические особенности спортивнопедагогических измерений, осуществляемых на гаком сложном биообъекте, каким является спортсмен высокой квалификации в экстремальных динамических условиях его двигательной деятельности, не нашли до настоящего времени должного теоретического и экспериментального обоснования.

Измерения различают по способу получения информации, по характеру изменений измеряемой величины в процессе измерений, по количеству измерительной информации, по отношению к основным единицам. По способу получения информации измерения разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямые измерения — это непосредственное выражение физической величины ее мерой. Например, при определении длины предмета линейкой происходит выражение искомой величины (количественного выражения значения длины) линейной мерой.

Косвенные измерения отличаются от прямых тем, что искомое значение величины устанавливают по результатам прямых измерений таких величин, которые связаны с искомой определенной зависимостью. Так, если измерить силу тока амперметром, а напряжение вольтметром, то по известной функциональной зависимости трех величин можно рассчитать мощность электрической цепи.

Совместные измерения— это измерения двух или более неоднородных физических величин для определения зависимости между ними. Совокупные и совместные измерения часто применяют в измерениях различных параметров и характеристик в различных областях.

По характеру изменения измеряемой величины в процессе измерений бывают статистические, динамические и статические измерения. Статистические измерения связаны с определением числовых характеристик случайных процессов, звуковых сигналов, уровня шумов и т. д. Статические измерения имеют место тогда, когда измеряемая величина практически постоянна. Динамические измерения связаны с такими величинами, которые в процессе измерений претерпевают те или иные изменения. Статические и динамические измерения в идеальном виде на практике редки.

По количеству измерительной информации различают однократные и многократные измерения. Однократные измерения — это одно измерение одной величины, то есть число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями, поэтому следует проводить не менее трех однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение. Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин. Обычно минимальное число измерений в данном случае не меньше грех. Преимущество многократных измерений в значительном снижении влияний случайных факторов на погрешность измерения.

По отношению к основным единицам измерения делят на абсолютные и относительные. Абсолютными измерениями называют такие, при которых используется прямое измерение одной (иногда нескольких) основной величины и физическая константа. Так, в известной формуле Эйнштейна Е = тс² масса (т) — основная физическая величина, которая может быть измерена прямым путем (взвешиванием), а скорость света (с) — физическая константа. Относительные измерения базируются на установлении отношения измеряемой величины к однородной, применяемой в качестве единицы. Естественно, что искомое значение зависит от используемой единицы измерений. С измерениями связаны такие понятия, как «шкала измерений», «принцип измерений», «метод измерений».