اندازه گیری در فیزیک را به سادگی یاد بگیرید

امروز فضای مجازی و بستر اینترنت به یکی از مراجع مهم برای دانش آموزان تبدیل شده است تا با مراجعه به آن پاسخ بسیاری از پرسش های خود را بیابند.

تحریریۀ مدرسه آنلاین تلاش می‌کند تا در این بخش اطلاعات به روز و مستندی را پیرامون موضوعات درسی تهیه و در اختیار کاربران فضای مجازی قرار دهد.

امروز اندازه‌گیری در فیزیک دهم را با هم می‌خوانیم.

اندازه‌گیری چیست؟

اندازه گیری فرایند به دست آوردن مقدار یک شیء نسبت به یک استاندارد مورد توافق است. دانش مشخص کردن وزن و اندازه گیری را «مترولوژی» می‌نامند. سؤالی که مطرح می‌شود این است که استانداردهای مورد توافق برای اندازه گیری چگونه مشخص می‌شوند؟

در سال ۱۸۵۷ دفتر بین‌المللی وزن و اندازه گیری در فرانسه تأسیس شد که وظیفه فراهم آوردن استانداردهای اندازه‌گیری براساس سیستم اندازه‌ گیری یکاهای استاندارد در سراسر جهان را بر عهده داشت.

همان‌طور که در مطلب مربوط به یکاها بیان کردیم دستگاه سیستم اندازه گیری استاندارد یا SI شامل هفت واحد اصلی است و واحدهای دیگر از این هفت واحد اصلی شکل می‌گیرند. هفت کمیت اصلی عبارتند از:

طول (m): که واحد اندازه گیری آن در دستگاه استاندارد متر است.

جرم (kg): که واحد اندازه گیری آن در دستگاه استاندارد کیلوگرم است.

زمان (s): که واحد اندازه گیری آن در دستگاه استاندارد ثانیه است.

دما (k): که واحد اندازه گیری آن در دستگاه استاندارد کلوین است.

جریان الکتریکی (A): که واحد اندازه گیری آن در دستگاه استاندارد آمپر است.

مقدار ماده (mol): که واحد اندازه گیری آن در دستگاه استاندارد مول است.

شدت روشنایی (cd): که واحد اندازه گیری آن در دستگاه استاندارد کاندلا است.

اندازه‌گیری و کمیت‌های فیزیکی 

در فیزیک به هر چیزی که بتوان آن را اندازه گرفت، کمیت فیزیکی گفته می‌شود.

1.کمیت نرده‌ای(اسکالر یا عددی): این کمیت‌ها دارای اندازه و مقدار بوده ولی جهت یا راستا ندارند.مانند:جرم،طول،زمان،تندی،چگالی،حجم،مسافت و…

2.کمیت برداری: این کمیت‌ها علاوه بر اندازه دارای جهت و راستا می‌باشند و از قوانین جمع برداری پیروی می‌کنند.مانند:سرعت،شتاب،نیرو، جابجایی و…

نکته: کمیت‌هایی مانند شدت جریان الکتریکی و فشار ، دارای اندازه و جهت هستند اما از قوانین جمع برداری پیروی نمی‌کنند.بنابراین کمیت برداری محسوب نمی‌شوند.

یکا یا واحد

مقدار معینی از یک کمیت فیزیکی را می‌نامند.

ویژگی‌های یکای هر کمیت فیزیکی برای اندازه‌گیری درست و قابل اطمینان:

1.دارای قابلیت بازتولید در مکان‌های مختلف باشند. 2. ثابت بوده و تغییر نکند.

 نکته: دستگاه یکاهایی که امروزه بیشتر مهندسان و دانشمندان علوم در سراسر جهان به‌کار می‌برند را اغلب دستگاه متریک می‌نامند.

تعریف یکا

اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی در شرایط واحد که مقادیر استاندارد هستند بیان می‌شود. به عنوان مثال، طول یک مسیر مسابقه یک کمیت فیزیکی است و می‌تواند در واحد متر (برای دوندگان سرعت) و یا کیلومتر (برای دوندگان ماراتن) بیان شود. بدون واحدهای استاندارد، بیان و مقایسه مقادیر اندازه‌گیری شده به روش معنادار بسیار دشوار است.

دو سیستم اصلی یکا در جهان استفاده می‌شود: دستگاه یکاهای SI (همچنین به عنوان سیستم متریک نیز شناخته می‌شوند) و دستگاه یکاهای انگلیسی (همچنین به عنوان سیستم معمول نیز شناخته می‌شوند). دستگاه یکای انگلیسی از لحاظ تاریخی در جوامع مختلف تحت اداره امپراطوری بریتانیا مورد استفاده قرار می‌گرفت و هنوز هم در ایالات متحده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

امروزه تقریباً همه کشورهای جهان از واحدهای SI به عنوان استاندارد استفاده می‌کنند. همچنین سیستم متریک نیز سیستم استانداردی است که دانشمندان و ریاضیدانان روی آن توافق دارند. SI از لغت فرانسوی Système International گرفته شده است.

هدف از ارائه یکای معین برای هر کمیت چیست؟

دادن مقدار عددی به کمیت‌های فیزیکی در معادلات و اصول فیزیکی به ما این امکان را می‌دهد که طبیعت را بسیار عمیق‌تر از توصیف کیفی درک کنیم. برای درک محدوده وسیعی که در مقدمه ذکر کردیم، باید واحدهایی را بپذیریم که بتوانند کمیت‌های عددی را توصیف کنند. خواهیم دید که (حتی در بحث روزمره و همیشگی درباره متر، کیلوگرم و ثانیه) در این صورت طبیعت به سادگی توصیف می‌شود.

یکاهای اصلی

در متون مختلف ممکن است از واحدهای غیر SI مانند اندازه‌گیری فشار خون در میلی متر جیوه (میلی متر جیوه) نیز استفاده شود، که جزو واحدهای رایج اندازه‌گیری است. واحدهای غیراصلی SI قابل تبدیل به واحدهای اصلی SI هستند.
این یک واقعیت جالب است که برخی از کمیت‌های فیزیکی اساسی تر از بقیه کمیت‌ها هستند و این کمیت‌های اساسی تنها از طریق اندازه‌گیری قابل محاسبه هستند. 

تعریف یکای طول(متر) 

1. یکای طول(متر) به‌صورت یک ده میلیونیم استوا تا قطب شمال تعریف شد.

2. تا سال 1960 میلادی،فاصله میان دو خط نازک حک شده در نزدیکی دو سر میله‌های از جنس پلاتین ــ ایریدیوم، وقتی میله در دمای صفر درجه سلسیوس قرار داشت، برابر یک متر تعریف شده بود.

3. بنابر آخرین توافق جهانی مجمع عمومی درجه وزن‌ها و مقیاس‌ها در سال 1983 میلادی، یک متر برابر مسافتی‌که نور در مدت 1/299792458 ثانیه در خلا طی می‌کند ، تعریف شد.دقت کنید سرعت نور در خلا 299792458 متر برثانیه یا تقریبا 300000کیلومتر بر ثانیه است.

یکای نجومی 

یکی از واحدهای فرعی طول است که برابر میانگین فاصله زمین تا خورشید است.
1AU = 1.5×10^11m

 سال نوری

یکی دیگر از واحدهای فرعی طول است که برابر مسافتی را که نور در مدت یک سال در خلا می‌پیماید.

تعریف یکای جرم (کیلوگرم)

یکای اصلی جرم کیلوگرم است که به صورت جرم استوانه فلزی از جنس آلیاژ پلاتین-ایریدیم تعریف شده است.

این استوانه که به دقت درون حباب شیشه ای جای گرفته، در موزه سور فرانسه نگهداری می‌شود.

یکای زمان(ثانیه)

در گذشته به صورت 1/86400 میانگین روز خورشیدی تعریف می‌شد و در حال حاضر بر اساس کارکرد بسیار دقیق ساعت های اتمی تعریف شده است که پس از چندین میلیون سال تنها یک ثانیه جلو یا عقب می افتند.