تم النشر اليوم 2024-04-16 | تعرف على وحدات وأدوات القياس الأساسية في الفيزياء

ما هي أدوات القياس؟

أدوات بدائية للقياس، ومنها
الشبر (Span)، الذراع (Arm)، القدم (Feet)، القصبة (Cane)، استخدمها الإنسان في وقت لم يكن به أدوات للقياس ثابتة، فاستخدمت تلك المقاييس للقياس حيث وُجِد في هذه القياسات تفاوت كبير باختلاف الشخص القائم بالقياس.
أدوات تقريبية للقياس
المتر(Meter)، المسطرة المُدرجة (Ruler)، البرجل(Compass)، المنقلة (Protractor)، وغيرها من الأدوات التقريبية.


أدوات دقيقة للقياس، مثل
الميكروميتر (Micrometer)، قدمة ذات وارنية (Vernier caliper)، منقلة ذات وارنية (Protractor Vernier)، وغيرها من أدوات القياس الدقيقة.
أدوات عالية الجودة والدقة للقياس، مثل
قوالب القياس للأطوال، قوالب القياس للزوايا.

ما هي الاحتياطات الواجب مُراعاتها عند عملية القياس؟

على من يقوم بعملية القياس اتخاذ الإجراءات اللازمة لعدم وقوع أخطاء في القياس منها:
المحافظة على الجهاز المستخدم في القياس وصيانته وعدم تعرضه للتلف حتى لا يعطي أخطاء في القياس.معايرة الاجهزة بشكل منتظم ودوري حتى نتأكد من سلامتها قبل الاستخدام.المحافظة على بيئة مناسبة للعمل.أن يستخدم وحدات قياس مناسبة.أن يقوم بقراءة القياس بشكل دقيق وصحيح بما يناسب كل جهاز حتى تكون القراءة صحيحة وسليمة.

ما هي أنظمة وحدات القياس؟

النظام الإنجليزي: يستخدم هذا النظام القدم كوحدة قياس الطول، والباوند وحدة قياس الكتلة، والثانية وحدة لقياس الزمن.النظام الفرنسي: يستخدم السنتميتر كوحدة قياس الطول، والجرام كوحدة قياس الكتلة، والثانية كوحدة قياس الزمن.النظام الدولي العالمي (SI) وهو الأكثر انتشاراً في العالم.

ما هو علم القياس؟

علم القياس الميتورولوجيا (Metrology) علم هام في الفيزياء، فنحن نستخدم القياسات في حياتنا اليومية لذلك أصبحت أجهزة القياس أساسية في حياتنا ومن أبسطها وأدقها وتستخدم في كل وقت هي الساعة تساعدنا في تحديد الزمن، والموازين التي نستخدمها يوميا عند الشراء والبيع، ومن بسط ما استخدمناه في حياتنا هي المنقلة لقياس الزوايا، والمسطرة المدرجة والبرجل (الفرجار) لقياس المسافات، والترمومتر لقياس درجات الحرارة.ولقد قام المجتمع الدولي بتنظيم وتحديد وحدات القياس الخاصة بالتعاملات الصناعية والتجارية عن طريق ضبط أجهزة القياس وتوحيد وحدات القياس المستخدمة لسهولة التعامل والتبادل في الأسواق الدولية والمحلية.لذلك تم تعريف علم القياس (الميتورولوجيا) في القاموس الدولي للقياسات عام ١٩٩٣م بأنه: (علم إجراء عملية القياس مع تحديد نسبة الخطأ المترتبة على عملية القياس).

وحدات القياس الأساسية

تم الاتفاق على نظام دولي موحد لوحدات القياس في المؤتمر الدولي للقياسات عام ١٩٦٠م بحيث يحدد هذا النظام وحدات قياس الأشياء التي نتعامل معها في حياتنا الاقتصادية والصناعية.


(International systems of units (SI)) الوحدات الأساسية في نظام الوحدات الدولية
أولاً: الوحدات الأولية للقياس:
الطول (Length) وحدة القياس هي المتر (Meter) ويرمز لها (م).الكتلة (Mass) وحدة القياس هي الكيلوجرام (Kilogram) ويرمز لها (كجم).الزمن (Time) وحدة القياس هي الثانية (Second) ويرمز لها (ث).التيار الكهربي وحدة القياس هي الأمبير (Ampere) ويرمز لها (أ).كمية المادة (Quantity of matter) وحدة القياس المول (Mole) يرمز لها (مول).شدة الإضاءة (Luminosity) وحدة القياس الشمعة أو القنديلة (Candela) ويرمز لها (كاد).درجة الحرارة (Temperature) وحدة القياس درجة الكلفين (Kelvin) يرمز لها (ك).الزاوية المسطحة (Plane angle) وحدة القياس الرديان (Radian) يرمز لها (راد).هذه الوحدات ذات دقة ومعيار دولي ومحفوظة لدى المنظمة العالمية للمقاييس (Standards organization ISO international) يستخدم هذا المعيار على مستوى مختلف دول العالم والمحفوظة عند الهيئات الوطنية للقياس والمعايرة في كل دولة.
ثانياً: الوحدات المشتقة (Derived Units)
المساحة (Surface area)، الرمز (M2) (الطول ×العرض).الحجم (Volume)، الرمز(M3) (الطول × العرض× الارتفاع).السرعة الخطية (Speed)، الرمز (M/S) (الطول × الزمن).الذبذبة أو التردد (Frequency)، (Hz) هو رمزها.الكثافة (Density)، الرمز (Kg/M3) (الكتلة × الحجم).القوة (Force)، الرمز (N) (الكتلة ×التسارع).التسارع (Acceleration)، الرمز (m/s2) (السرعة × الزمن).الضغط (Pressure)، الرمز (N/M2) (القوة× المساحة).التدفق (Flow rate)، الرمز (M3/s) (الحجم × الزمن).الطاقة (Energy)، الرمز (J) وحدة قياسها جول.الجهد الكهربي، الرمز (V) وحدة قياسه (ڤولت).المقاومة الكهربائية، وحدة قياسها (أوم).
وحدات القياس في النظام الإنجليزي (English unites)


يستخدم هذا النظام بشكل أقل من النظام الدولي حيث يعتمد على وحدات القياس الإنجليزية:
الميل (Miles) رمزها وقيمتها (1mile=1760 yard) لتحويله إلى نظام (SI) الدولي (1mile=1.609 Km) هكذا.الياردة (Yard) رمزها وقيمتها (1yard=3ft) لتحويله إلى نظام (SI) الدولي (1yard=91.44cm) هكذا.القدم (Foot) رمزها وقيمتها (1Ft=12in) لتحويله إلى نظام (SI) الدولي (1ft=30.48cm) هكذا.البوصة (Inch) رمزها (In) لتحويلها إلى نظام (SI) الدولي (1In=25.4 mm) هكذا.تستخدم البوصة في المجال الصناعي بكثرة مثل قطر المواسير لذلك نجد معظم أجهزة القياس للأبعاد مثل المسطرة أو القدمة ذات الورنية مدرجة بالبوصة والمليميتر.

ما هي أخطاء القياس؟

الأخطاء العشوائية (Random error)
هذا خطأ من الصعب ملاحظته إلا إذا تكرر من نفس الجهاز ونفس ظروف القياس بعد استبعاد Limiting errors)) الخطأ المحدود.الذي يمكن احتماله حسب قوانين القياس.وذلك نتيجة تغيرات في درجة الحرارة وقت القياس أو تغير في موضع الجهاز الخاص بالقياس.
الأخطاء المعتادة المطلقة (absolute error)
هذا الخطأ يكون متكرر دائما لكن يجب أن يحدث عند استخدام نفس طريقة القياس ونفس الجهاز ونفس الظروف البيئية المحيطة وقت القياس، ومن أسباب وجود هذا الخطأ هو عدم معايرة الأجهزة المستخدمة أو خطأ أو عيب في مجسات القياس يمكن معالجة هذا الخطأ عند حساب القيمة.
الأخطاء الغير منطقية (Illegitimate error)
يكون أكثر في الخطأ البشري في عدم قراءة القياس بقيمته الصحيحة من جهاز القياس.خطأ في اتجاه القراءة أي تغير مكان النظر بالعين إلى الجهاز ويسمى (visual error) خطأ الرؤية.أو خطأ وضع مسطرة القياس بطريقة غير سليمة ويسمى (position error) بالإنجليزية.

ما هي عمليات التحويل بين الوحدات (Conversion of units)؟

من الضروري معرفة مقدار التحول بين الوحدات حتى لا تحدث أخطاء تكون تكلفتها عالية في الأموال والأرواح.
التحويل من بوصة إلى سنتيمتر (سم)
١ بوصة = ٢.٥٤سم
التحول من بوصة إلى (مم)
١ بوصة = ٢٥٤مم
التحول من قدم إلى بوصة
١ قدم = ٣٠ بوصة
التحويل من متر إلى سنتيمتر
١ م = ١٠٠ سم
التحويل من سنتيمتر إلى مليميتر
١ سم = ١٠ مم

كيف نقوم بعملية القياس؟

القياس بشكل مباشر: تحديد الأبعاد بالقياس بالطريقة المباشرة بواسطة جهاز القياس، مثل: قياس المسافة بالمتر أو الزاوية بالمنقلة وخلافه.القياس الغير مباشر: حيث يمكن أن يستخدم البرجل (Compass) لنقل المسافة أو البعد المراد قياسه ثم مقارنته مع المسطرة أو القدمة ذات الورنية وتحديد المقياس.