Podstawowe pojęcia fizyczne

Prawa fizyki wyrażają związki między różnymi wielkościami fizycznymi. Prawa te formułowane są w postaci równań matematycznych wyrażających ścisłe ilościowe relacje między tymi wielkościami, a to wiąże się zawsze z pomiarami określającymi liczbowo stosunek danej wielkości do przyjętej jednostki.
Wiele z wielkości fizycznych jest współzależnych. Na przykład jednostka prędkości jest ilorazem jednostki długości i czasu, a gęstość to masa podzielona przez objętość. Dlatego z pośród wszystkich wielkości fizycznych wybieramy pewną ilość tak zwanych wielkości podstawowych, za pomocą których wyrażamy wszystkie pozostałe wielkości nazywane wielkościami pochodnymi^. Z tym podziałem związany jest również wybór jednostek. Jednostki podstawowe wielkości podstawowych są wybierane (ustalane), a jednostki pochodne definiuje się za pomocą jednostek podstawowych.
Aktualnie obowiązującym w Polsce układem jednostek jest układ SI (Systeme International d'Unites). Układ SI ma siedem jednostek podstawowych. Pozostałe jednostki SI są pochodne; nie wyróżnia się już osobnej klasy jednostek uzupełniających. Wielkości podstawowe i ich jednostki są zestawione w tabeli poniżej.

Wartości takie jak \sqrt3/2 warto zostawiać w postaci dokładnej aż do końca obliczeń. Tabela pomaga je odczytać, ale dwa proste trójkąty pozwalają je również samodzielnie odtworzyć. Zobaczmy, skąd biorą się sinus, cosinus i tangens kątów 30°, 45° oraz 60°.

Połączenie każdej pary pomiarów łamaną pokazuje przebieg danych, ale nie jest jeszcze dopasowaniem modelu. Gdy badamy zależność liniową, szukamy jednej prostej i sprawdzamy, czy rozbieżności z pomiarami są rozsądne wobec ich niepewności.

Waga pokazuje setne części grama. Czy waży z dokładnością do setnej grama? Niekoniecznie. Liczba miejsc na wyświetlaczu mówi o rozdzielczości, ale nie opisuje wszystkich przyczyn niepewności.

Czy w pokoju jest kilogram powietrza, czy raczej tona? Zanim zaczniemy szukać dokładnych danych, możemy sprawdzić skalę wyniku. Przy szacowaniu najważniejsze są jawne założenia, a nie długa liczba po przecinku.

Dodanie trzech metrów do dwóch sekund nie ma sensu. W dłuższym wzorze podobny błąd łatwo przeoczyć. Analiza wymiarowa pozwala go znaleźć bez znajomości poprawnego wyniku liczbowego.

Kalkulator wyświetla dziesięć cyfr. Linijka zwykle nie dostarcza informacji potrzebnej do uzasadnienia wszystkich dziesięciu. Zapis wyniku powinien pokazywać, co rzeczywiście zmierzyliśmy, a nie możliwości wyświetlacza.

Centymetr to setna część metra. Dlaczego więc centymetr sześcienny nie jest setną częścią metra sześciennego? Bo zmniejszamy nie jeden wymiar, lecz trzy. Ten sam szczegół wraca przy gęstości, ciśnieniu i oporze elektrycznym.

Jeżeli w doświadczeniu zmienimy jednocześnie trzy rzeczy, trudno będzie powiedzieć, która odpowiada za wynik. Dobry plan nie zaczyna się od tabelki. Zaczyna się od pytania, rozpoznania zmiennych i określenia, co uznamy za informację przeczącą modelowi.

Nachylenie wykresu mówi, jak szybko coś się zmienia. Pole pod wykresem odpowiada na inne pytanie: ile tej wielkości zebrało się w czasie? Sens pola zależy od opisów osi, a nie od samego kształtu rysunku.