Näyttö: Tervetuloa fysiikan pariin

1. Suureet ja mittaaminen

Autotie, jonka molemmilla puolilla on katuvaloja ja pysäköityjä autoja. On pimeää, ja kauempana näkyy lähestyvän auton valot.

Lähde: Pexels (CC0)

Arjessamme on paljon arvioimista ja mittaamista

Kun haluat mennä autotien yli, silmäsi keräävät nopeasti paljon tietoa ympäristöstä. Arvioit monia asioita. Mikä on auton nopeus? Kuinka kaukana auto on? Kuinka pitkä matka on tien toiselle puolelle? Näiden arvioiden perusteella aivosi päättelevät, voitko ylittää tien turvallisesti. Aivot, silmät ja korvat tekevät hereillä ollessasi jatkuvaa yhteistyötä, jotta pystyisit liikkumaan turvallisesti.

Yhteisesti sovitut mittayksiköt ja suureet

Valokuva. Ihmisen omat aistit eivät aina anna tarpeeksi tarkkaa tietoa asiasta tai ilmiöstä. Silloin tarvitaan avuksi erilaisia mittavälineitä. Esimerkiksi poliisiautoissa on liikennetutka. Sillä mitataan lähestyvän auton nopeus.

Mittayksiköitä tarvitaan, jotta erilaisia mitattavia asioita voidaan verrata keskenään. Nopeuden yksikkö on metriä sekunnissa eli m/s tai kilometriä tunnissa eli km/h.

Mitattavaa ominaisuutta sanotaan suureeksi. Yhteisesti on sovittu seitsemän perussuuretta. Niitä ovat esimerkiksi pituus ja aika. Perussuureiden avulla voidaan määrittää kaikki muut suureet. Niitä kutsutaan johdannaissuureiksi. Nopeus on johdannaissuure, sillä se määritellään pituuden ja ajan avulla.

Kun haluat selvittää oman keskimääräisen kävelynopeutesi, sinun tarvitsee tietää kulkemasi matkan pituus ja kävelyyn käytetty aika. Sen jälkeen voit päätellä keskinopeutesi.

Perussuureet

SI-järjestelmän perussuureet, yksiköt ja niiden lyhenteet
Suure	Suureen tunnus	Yksikkö	Yksikön lyhenne
pituus		metri	m
massa		kilogramma	kg
aika		sekunti	s
sähkövirta		ampeeri	A
lämpötila		kelvin	K
ainemäärä		mooli	mol
valovoima		kandela	cd

Rullamitalla mitataan ikkunan korkeutta.
Kuinka tarkka mittaustulos tarvitaan?

Mittaustulos on aina likiarvo. Se riippuu mittausmenetelmästä ja mittavälineen tarkkuudesta. Siksi mittaväline kannattaa valita sen mukaan, kuinka tarkka mittaustulos halutaan. Mittavälineen tarkkuus vaikuttaa mittaustuloksen tarkkuuteen. Jos esimerkiksi pituutta mitataan auton matkamittarilla, saadaan mittaustulos sadan metrin tarkkuudella. Jos pituutta taas mitataan rullamitalla, mittaustuloksen tarkkuus on yksi millimetri.

Muista nämä:

Suure tarkoittaa mitattavaa ominaisuutta.
Mittaväline kannattaa valita sen perusteella, kuinka tarkka mittaustulos tarvitaan.
Yhteisesti sovittujen mittayksiköiden avulla mittaustuloksia voidaan verrata keskenään.

2. Pinta-ala ja tilavuus

Kerrostaloissa on suoria ja vinoja pintoja. Lähde: Pixabay (CC0)

Mittaaminen ja matematiikka kuuluvat arkipäivään

Mittaamista tarvitaan monenlaisissa tilanteissa, kuten rakennustyömailla ja kaupankäynnissä. Myös fysiikan ilmiöiden tutkimisessa tarvitaan mittaamista. Kun halutaan määrittää kappaleen tiheys, mitataan sen massa ja tilavuus. Sen jälkeen massa jaetaan tilavuudella, jolloin saadaan tietää kappaleen tiheys. Avuksi tarvitaan siis matematiikkaa.

Myös useissa arkipäivän askareissa tarvitaan mittaamista ja laskemista. Kun tekee vaikkapa kakkua, kannattaa mitata ainekset tarkasti keittiön mitta-astioilla. Jos taas seinään tarvitaan uusi tapetti, pitää tietää, miten seinän pinta-ala lasketaan.

Pinta-alan määrittämistä tarvitaan monissa tilanteissa

Pinta-ala kuvaa kaksiulotteisen pinnan suuruutta. Pinta-alan perusyksikkö on neliömetri. Tarvittaessa käytetään myös pienempiä pinta-alan yksiköitä. Niitä ovat esimerkiksi neliödesimetri, dm², ja neliösenttimetri, cm².

Suure: pinta-ala, tunnus A

Yksikkö: neliömetri, lyhenne m²

Joillekin geometrisille kuvioille on olemassa pinta-alojen laskemista varten omat laskukaavat. Esimerkiksi suorakulmion pinta-ala voidaan laskea, kun tiedetään sen kaksi mittaa: kanta ja korkeus. Pinta-ala on näiden pituuksien tulo.

suorakulmion pinta-ala = kanta · korkeus

Epäsäännöllisen muotoisen alueen pinta-ala lasketaan niin, että alue jaetaan pienempiin säännöllisiin geometrisiin kuvioihin. Esimerkiksi jalanjäljen pinta-ala määritetään piirtämällä jalkapohjan kuva ruutupaperille. Sen jälkeen lasketaan ruutujen lukumäärä. Pinta-ala saadaan selville, kun kerrotaan ruutujen lukumäärä yhden ruudun pinta-alalla.

Tilavuus voidaan määrittää viivaimen tai vesiastian avulla

Tilavuus kuvaa kolmiulotteisen tilan suuruutta. Tilavuuden perusyksikkö on kuutiometri. Tarvittaessa käytetään myös pienempiä pinta-alan yksiköitä. Niitä ovat esimerkiksi kuutiodesimetri, dm³, ja kuutiosenttimetri, cm³. Näitä yksiköitä kutsutaan tilavuusmitoiksi.

Suure: tilavuus, tunnus V

Yksikkö: kuutiometri, lyhenne m³

Joillekin kappaleille on määritetty laskukaavoja tilavuuden laskemiseksi. Esimerkiksi suorakulmaisen särmiön tilavuus voidaan laskea, kun tiedetään särmiön pituus, leveys ja korkeus.

suorakulmaisen särmiön tilavuus = pituus · leveys · korkeus

Epäsäännöllisen muotoisen kappaleen tilavuus määritetään niin, että upotetaan kappale veteen. Sen jälkeen mitataan, kuinka paljon veden pinta nousee astiassa.

Nestemäisten aineiden tilavuudet ilmoitetaan usein vetomittojen avulla. Vetomittoja ovat esimerkiksi millilitra, senttilitra, desilitra ja litra. Tilavuus- ja vetomittojen välillä on yhteys. Yhden kuutiodesimetrin tilavuusmitta vastaa yhden litran vetomittaa. Eli Kuutiosenttimetri on kuutiodesimetrin tuhannesosa ja siksi