بحث عن القياس في الفيزياء
القياس في الفيزياء
دائماً ما تحاول الفيزياء تفسير الكون من حولنا، من أكبر الأشياء فيه، مثل: النجوم والمجرّات، وحتّى الكون بوصفه وحدةً واحدةً، وأكبر من ذلك لو وُجِد، إلى الذّرات، والنيوكليونات وهي البروتونات أو النيوترونات، والكواركات (بالإنجليزيّة: Quarks)، وأصغر من ذلك لو وُجِد، ولهذا، حتّى نتمكّن من تفسير الكون حولنا، فنحن بحاجة إلى القياس.[١]
أدوات القياس
في الفيزياء توجد العديد من الكميّات التي نهتمّ بقياسها، وأيّ كميّة هي مهمّة جداً في مجال الدراسة الخاصّ بها، ولقد اهتمّ البشر بالقياس منذ الأزل؛ ولذلك عدّة أسباب؛ ربما يكون بعضها غير علميّ، إلا أنّها ما زالت تُسمّى عملية قياس، فقد كانوا يستعملون أيديهم وأقدامهم لقياس الطول، وأعيُنَهم لرصد حركتَي الشمس والقمر لتحديد الوقت، ومع تقدّم حياة البشر أكثر وأكثر تطوّرت معهم أدوات القياس، وفيما يأتي جدول يوضح بعض الأدوات الحديثة لقياس الكميّات الفيزيائيّة، واستخدام كلّ أداةٍ منها:[٢][٣]
| اسم الأداة باللغة العربية | اسم الأداة باللغة الإنجليزيّة | استخدام الأداة |
|---|---|---|
| الميزان الرقميّ | Digital balance | يُستخدَم لقياس الكُتَل |
| ساعة التوقيف | Stopwatch | تُستخدَم لقياس الزمن |
| الساعة الرقميّة | Digital watch | تُستخدَم لقياس الزمن |
| الميكرومتر | Mecometer | أداة تُستخدَم لقياس الطول |
| الميكرومتر | Micrometer | أداة تُستخدَم لقياس الأطوال والمسافات القصيرة جداً |
| مقياس العدسة | Phacometer | أداة تُستخدَم لقياس العدسات |
| مقياس البؤرة | Focimeter | أداة تُستخدَم لقياس البعد البؤري في العدسات |
| عدّاد السرعة | Speedometer | أداة لقياس السرعة |
| مقياس التسارع | Accelerometer | أداة لقياس التسارع أو الاهتزازات |
| الأميتر | Ammeter | أداة لقياس التيار الكهربائي |
| الجلفانومتر | Galvanometer | أداة لقياس التيارات الصغيرة جداً |
| أُومِتْر (مقياس الأوم) | Ohmmeter | أداة لقياس المقاومة الكهربائية |
| الفولتميتر | Voltmeter | أداة لقياس الجهد الكهربائي (الكمون الكهربائي) |
| الريومتر | Riometer | أداة تُستخدَم لقياس أشعة الراديو الكونيّة المُمتصّة |
| مقياس الطيف | Spectrometer | أداة لقياس الطول الموجيّ للضوء |
ولكلّ أداة قياس طريقة قياس وتعليمات سلامة عند استعمالها خاصّة بها، وللحصول على أفضل النتائج عند قياس كميّةٍ ما، عادةً ما يتمّ تكرار التجربة لعددٍ من المرّات ومن ثمّ أخذ متوسّط جميع النتائج، بالإضافة إلى أخذ متوسّط أخطاء القياس.
أخطاء القياس
النقص في دقّة نتيجة القياس عند قياس أي كميّة فيزيائيّة عائد إلى العديد من الأسباب؛ منها ضعف دقة قياس أداة القياس، أو ربّما نتج الخطأ بسبب الشخص الذي يجري عملية القياس؛ فقد يكون غير دقيق في أخذ القراءات، أو غير دقيقٍ في إجراء الحسابات الرياضيّة، وغير ذلك من الأسباب،[٤] وممّا تجدر الإشارة إليه هو أنّ وحدة الخطأ تكون هي نفسها وحدة قياس الكميّة المَقيسة، ويمكن تقسيم الأخطاء في القياس إلى ثلاثة أقسامٍ، هي:[٥]
- الخطأ المُطلَق: هو عبارة عن الفرق بين القيمة الحقيقيّة والقيمة التي تمّ قياسها، إلّا أنّ القيمة الحقيقية للمادة المُقاسة مجهولة، ولهذا فإنّه يصعب تحديد هذا الفرق، وبسبب ذلك يتمّ اعتماد أكبر قيمة مُحتملَة للخطأ في القياس؛ لأن ذلك يجعل تحديد الخطأ أكثر دقّة.
- الخطأ النسبيّ: هو النّسبة بين الخطأ المُطلَق والقيمة الحقيقيّة المقيسة؛ ولإيجاد قيمة الخطأ النسبيّ فيجب إيجاد ناتج قسمة الخطأ المُطلَق على القيمة الحقيقية، ولكن بما أنّ القيمة الحقيقيّة غير معروفة فتجب قسمة الخطأ المطلق على القيمة التي تمّ إيجادها عند القياس، أو متوسّط القيم إذا أُعيدت التجربة مراراً وتكراراً.
- الخطأ المئويّ: هنا يتمّ إيجاد النسبة المئوية للخطأ النسبي.
وحدات القياس
من المهمّ عند القياس استخدام معيار معروف عند الكل وهو وحدات القياس؛ فالمتر على سبيل المثال معروفٌ لدى كلّ الناس الذين يعيشون في الدول التي تتبع النظام العالميّ للوحدات، وفي هذا المقال سيقتصر الحديث حول وحدات القياس الأساسيّة في النظام العالمي للوحدات، وهي وحدات الطول، والكتلة، والزمن، ومن الجدير بالذكر أنّه يمكن اشتقاق معظم الوحدات الأخرى من هذه الوحدات الأساسية، وبيان هذه الوحدات فيما يأتي:
وحدات الطول والمساحة والحجم
يستخدم النظام العالميّ للوحدات المتر -اختصاره (م)- وأجزاءه، مثل: الميليمتر (مم)، والسنتيمتر (سم)، والديسيمتر (دسم)، وغيرها، ومضاعفاته، مثل: الكيلومتر (كم)، والميغامتر (مغم)، وغيرها بشكلٍ أساسي لقياس الأطوال والمسافات؛ حيث إنّ (0.001كم=1م=10دسم=100سم=1000مم)، وبالتأكيد يمكن التحويل من وحدة لأخرى.[٦]
بما أنّ المساحة هي ناتج ضرب بُعدَي طولٍ ببعضهما البعض، فإنّ وحداتها في هذا النظام، هي: المتر المُربّع (م2؛ أي م×م)، والميليمتر المربع (مم2)، والسنتيمتر المربع (سم2)، والكيلومتر المربع (كم2)، وغيرها من الوحدات، أمّا الحجم فهو ناتج ضرب ثلاثة أبعادٍ ببعضها البعض، أو ناتج ضرب المساحة بطول ثالث، لذلك فإنّ وحداته هي: المتر المكعب (م3؛ أي م×م×م)، والميليمتر المكعب (مم3)، والسنتيمتر المكعب (سم3)، والكيلومتر المكعب (كم3)، وغيرها من الوحدات، بالإضافة إلى بعض الوحدات الشائعة في قياس حجم الموائع -السوائل والغازات- ومنها اللتر، حيث إنّ 1م3=1000 لتر.[٦]
وحدات الكتلة
الوحدة المُستخدَمة في النظام العالميّ للوحدات لقياس الكتلة هي وحدة الكيلوغرام، والتي تتألّف من 1000 غرام، والكتلة تُعبّر عن مقدار مقاومة الجسم لاكتسابه تسارُعاً عند تأثّره بقوّة ما، بمعنىً آخر هي ممانعة الجسم للحركة عند تأثّره بقوة ما.[٧]
وحدات الزّمن
لقياس الزّمن تُستخدَم الثانية وأجزاؤها ومضاعفاتها، مثل: الدّقيقة، والساعة، والسنة، وغيرها،[٦] لكن يجدر التنبيه إلى أنّه لا يمكن القول إنّ السّنة الضوئيّة هي وحدة زمن؛ فهي وحدة مسافة، وتُستخدَم لقياس المسافة التي يقطعها الضوء في سنة.[٨]
المراجع
- ↑ “Physics and Physical Measurements “, Pearson, Retrieved 14-1-2018. Edited. Page: 1-2.
- ↑ “Scientific Instruments”, The Phrontistery, Retrieved 14-1-2018. Edited.
- ↑ Heba Soffar (11-9-2016), “Physical Quantities and measuring tools”، Online Science, Retrieved 14-1-2018. Edited.
- ↑ “Different Types of Errors in Measurement and Measurement Error Calculation”, EDGEFX.in, Retrieved 14-1-2018.
- ↑ “Error in Measurements”, Math is Fun, Retrieved 14-1-2018. Edited.
- ^ أ ب ت Raymond A. Serway, John W. Jewett, Jr (2014, 2010, 2008), Physics for Scientists & Engineers & Modern Physics, Boston, USA: Brooks/Cole , Page 3-10. Edited.
- ↑ “Mass”, Dictionary.com, Retrieved 6-10-2017. Edited.
- ↑ “How Long is a Light-Year?”, LTP, Retrieved 9-10-2017. Edited.