ابحث حول مفهوم القياس في العلوم؟ وما هي وحدات القياس الأساسية المعتمدة دوليًا للكميات الفيزيائية الرئيسية (الطول، الكتلة، والزمن)؟ مع دعم ذلك بالجداول التوضيحية والرسومات البيانية
تعريف القياس
وحدات القياس ( الطول - الكتلة - الزمن)
جداول توضيحية
المعيار الاساسي للطول
وحدات القياس الأساسية المعتمدة دوليًا للكميات الفيزيائية الرئيسية (الطول، الكتلة، والزمن)؟
القياس:
من المعروف أن علم الفيزياء يسمى علم الطبيعة وهو أحد العلوم الاساسية ويصف الظواهر الطبيعية بدلالة العلاقات الاساسية التي تربط قوانين الفيزياء وخواص المادة القابلة للقياس والعد، حيث تسمى هذه العلاقات الاساسية بقوانين الفيزياء.
أن من أبسط طرائق التقدير الكمي هو العد. وهذه الطريقة قابلة للتطبيق عند التعامل مع وحدات متميزة مستقلة مثل الافلام السيارات التفاح) وغيرها. وأما من حيث المبدأ يعتبر العد عملية مضبوطة للتقدير الكمي لأننا تستعمل أعداداً صحيحة للتعبير عن الكمية. ومن الطبيعي أن تكون هناك حدود عملية للضبط عندما تواجهنا أعداد كبيرة من الاشياء كعدد الجزيئات والذرات في مادة ما، وفي مثل هذه الحالات عادة يجب أن نرضى بمعرفة العدد في حدود مقبولة من عدم اليقين، ومع ذلك فأننا نعلم أنه يمكننا من حيث المبدأ معرفة العدد بالضبط .
كما وأن هناك طريقة أخرى للتقدير الكمي وهي القياس. ولكن يعتبر القياس عملية غير مضبوطة من حيث المبدأ. اذ أن قياس الكمية الفيزيائية يعني تحديد مقدارها بأداة القياس، والمقدار يعني رقماً ووحدة قياس.
هناك عدداً من أدوات القياس مثل الورنية (القدمة) المايكرومتر لقياس اقطار الانابيب والاسلاك لاحظ الشكل (2-1) والمحرار لقياس درجة الحرارة، والساعة لقياس الزمن وغيرها الكثير. كما وأنك قد تعرفت سابقاً ايضاً على أخطاء القياس ومنها :-
1 - أخطاء الاجهزة وأدوات القياس المستعملة وبصورة عامة تكون مرتبطة بالتصميم غير الصحيح أو المعايرة غير الصحيحة للجهاز تؤدي الى أن يكون القياس أكبر أو أصغر من القيمة الحقيقية بمقدار ثابت، ويوصف القياس حينئذ بأنه غير دقيق.
شكل 2-1 يبين الورنية ، المايكرومتر
2- أخطاء شخصية : تنشأ عن القراءة غير الصحيحة للجهاز أو النتيجة من قبل الشخص نفسه.
3- الاخطاء العشوائية (الاحصائية وهي أخطاء تسببها تغيرات الخاصية الفيزيائية المقاسة نفسها، كالتغير في درجة الحرارة. وتسمى هذه بالاخطاء بالاخطاء الاحصائية لا يمكن التخلص منها تماماً ، ولكن يمكن تقليلها بزيادة عدد القياسات.
2-2 وحدات القياس
أذا أردت قياس كمية فيزيائية ما عليك عزيزي الطالب أن تحدد نوع الخاصية الفيزيائية التي تقوم بقياسها هل تريد تعيين طول حديقة بيتك مثلاً ؟ أم تريد تعيين الزمن اللازم لقطع طول الحديقة مرة واحدة مشياً على الاقدام فهناك كميات فيزيائية اساسية الابعاد اللازمة لوصف القياسات الفيزيائية. فما هي الكميات الفيزيائية الاساسية ؟ توجد سبعة كميات فيزيائية أساسية وهي الطول الكتلة الزمن، درجة الحرارة، التيار الكهربائي، كمية المادة، وشدة الاضاءة).
كما أن هناك كميات فيزيائية غير أساسية تسمى (المشتقة) وهي (القوة، الطاقة، الزخم) ويطلق عليها الكميات الفيزيائية المشتقة ، اذ يمكن اشتقاقها من الكميات الفيزيائية الاساسية السبعة .
أن القوانين الفيزيائية يعبر عنها بدلالة كميات أساسية، فمثلاً في الميكانيك توجد ثلاث كميات أساسية وهي الطول والكتلة والزمن). وستعطي نبذة مختصرة لهذه الكميات الثلاثة:
- الطول Length
على مر السنين ظهرت نظم عديدة المعيار الطول ، ففي سنة (1799) ميلادية في فرنسا أصبح المعيار الاساس للطول هو المتر (m) وغرف بأنه يساوي جزء من عشرة مليون جزء (1/10000000) من المسافة بين خط الاستواء والقطب الشمالي. وحتى سنة (1960) غرف المتر بأنه المسافة بين خطين موجودين عند نهايتي قضيب من سبيكة platinum-iridium البلاتين والايريديوم محفوظة في فرنسا. تحت شروط معينة وثابتة لاحظ الشكل (2-2). هذا التعريف لم يعمل به يسبب أن قياس الفاصلة للخطين لم تكن بالدقة الكافية.
شكل 2-2 يبين المعيار الاساسي للطول
وفي سنة (1983) عرف المتر بأنه المسافة التي يقطعها الضوء في الفراغ خلال فترة زمنية مقدارها ( 1/299792458 s ) فهذا التعريف الاخير يعطي أن سرعة الضوء في الفراغ وهي 299792458)m/s) أو 3 * 10 ^ 8 * (m/s) تقريبا.
الجدول 2-1 يبين القيم التقريبية لبعض الأطوال المقاسة (للاطلاع)
الكتلة Mass
المعيار الأساس للكتلة هو الكيلوغرام (kg) ويُعرف على أنه كتلة أسطوانة مصنوعة من سبيكة من البلاتين - ايريديوم ( Platinum iridium) محفوظة في المكتب الدولي للمقاييس والاوزان في مدينة سيفر في فرنسا، لاحظ الشكل (3-2)
شكل 2-3 يبين مقياس الكتلة
الجدول 2-2 يبين القيم التقريبية لبعض الكتل (للاطلاع)
الزمن Time
قبل عام ( 1960م) كان معيار الزمن يعرف عن طريق متوسط اليوم الشمسي.
فالوحدة الاساس للزمن هي الثانية (s) ( Second)
و عرفت على إنها تساوي (1/24)(1/60)(1/60)=(1/86400)
من متوسط اليوم الشمسي
في عام (1967) غرفت الثانية بدقة كبيرة عن طريق جهاز يعرف بالساعة الذرية بأنها تساوي 9192631700 مرة قدر الزمن الدوري لتذبذب اشعاع منبعث من ذرة السيزيوم (133) - Cesium) لاحظ الشكل (2-4).
شكل 2-4 ساعة ذرية
الجدول 3.2 يبين القيم التقريبية لبعض الفترات الزمنية (للاطلاع)