عملية القياس : (Measurement)
تعرف عملية القياس بأنها : عملية مقارنة بين البعد المراد قياسه و وحدة قياس معلومة مجسدة في جهاز قياس.
من خلال هذا التعريف نلاحظ أن للقياس(Measurement) عناصر وهي:
الكمية , اداة القياس, الوحدة
إن أية نظرية عامة للفيزياء تتألف من مجموعة من المفاهيم، وافتراضات عن التمثيل الرياضي لهذه المفاهيم، وعلاقات رياضية ما بين المفاهيم، ومن ثم قواعد لربط البنية الرياضية للقياسات الفعلية، وبعد ذلك تأتي الأدلة المتراكمة التي تؤيد الافتراضات والقواعد.
والمفاهيم الفيزيائية يمكن أن تكون كميات قياسية Scalar Quantities أو كميات متجهة Vector Quantities، وحينما نقول أن مفهوماً ما هو كمية متجهة أو قياسية فإن ذلك يعني أن المفهوم يمكن تناوله في معادلات أو معالجته رياضياً بحيث يتحدد بقيمة عددية أو رياضية، ومن الكميات القياسية المألوفة الكتلة Mass، الطاقة Energy، ودرجة الحرارة Temperature بينما تشمل الكميات المتجهة: القوة Force، السرعة Velocity، والتسارع Acceleration، إذ يعبر عن الكمية بمقدار واتجاه بالنسبة لنقطة مرجعية.
وهناك نوعان من الكميات الفيزيائية:
الكميات الفيزيائية الأساسية وهي الكميات التي تكون معروفة بذاتها وهي لا تعرف بدلالة الكميات الفيزيائية الأخرى، لذلك تسمى في بعض الأحيان الكميات الفيزيائية غير المعرفة مثل الكتلة، المسافة، الزمن، الشحنة.
وثانيهما
الكميات الفيزيائية المشتقة وهي الكميات التي يتم اشتقاقها من الكميات الأساسية وتعرف بدلالتها ولذلك تسمى أحياناً بالكميات المعرفة.
مهم:
- القياس: عملية تحديد عدد مرات احتواء كمية فيزيائية غير معروفة على كمية أخرى معروفة من النوع نفسه باستخدام أداة قياس معينة.
- تسمى الكمية المعروفة في القياس وحدة القياس.
- تكتب نتيجة القياس دوما على شكل رقم يتبعه الوحدة.- يمكن اشتقاق وحدات مثل السرعة والتسارع من الوحدات الأساسية،وتسمى هذه الوحدات بالوحدات المشتقة.
نظام الوحدات System of Units:
إن قياس الكمية الفيزيائية يعني تحديد مقدارها بأداة القياس، والمقدار يعني رقماً ووحدة قياس معيارية، إن أي كمية معينة يمكن التعبير عنها بطائفة منوعة من الوحدات، فالزمن مثلاً يمكن التعبير عنه بالثواني Seconds، أو الدقائق Minutes أو الساعات Hours، لذلك اتفق العلماء على استخدام وحدات معيارية للكميات الأساسية في الفيزياء (مسافة، كتلة، زمن) وبالتالي اعتمدت ثلاث فئات من الوحدات المعيارية هي:
1. النظام الدولي The International System (SI): ويرمز له (م، كغم، ث m,kg,s) ويعتمد المتر m للبعد، الكيلو غرام Kg للكتلة، والثانية s، للزمن، والكلفن وهي وحدة لقياس درجة الحرارة.
2. النظام الغاوسي Gaussian (Cgs): والذي يبنى على أساس السنتمتر c والغرام g والثانية s والكلفن.
3. النظام البريطاني The British System: ويبنى على أساس القدم Foot، والباوند Pound، والثانية Second والدرجة الفهرنهيت.
ولقد تم تبني النظام الدولي من قبل المؤتمر العام الحادي عشر حول الأوزان والمقاييس، الذي انعقد في باريس عام 1960 وميزة هذا النظام أنه يشمل وحدات الكهرباء العملية الفولت، الأمبير، الأوم، والواط، أما وحدتا القوة والطاقة في النظام الدولي (SI) فهما النيوتن (ن، N) والجول (ج، J).
1 ن = 1 كغم م/ث2
1 ج = 1 كغم م2/ث2
الوحدات القياسية للقياس:
وحدات الطول Length:
لسنوات عديدة كان المعيار العلمي للطول، قضيب معدني محفوظ في قبو درجة حرارته قيد الضبط بالقرب من باريس وطوله بالتعريف متر واحد، أما الآن فالشيء المعياري هو وحدة طبيعية تعتمد على الانبعاث الذري، وهو موجة ضوئية خاصة لضوء أحمر – برتقالي ينبعث من ذرات نظير الكربتون 86، فالمتر الواحد هو بالتعريف 73، 763، 650، 1 أطوال موجبة من هذا الضوء.
والجدول التالي يعطي معاملات التحويل التي تربط بين وحدات الطول في النظام المتري .
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]وحدة الزمن Time:
إن وحدة الزمن في النظام البريطاني والمتري هي الثانية، وقد عرفت في الأصل ثانية واحدة من الزمن بأنها 1 / 86400 من اليوم، ولتحسين الدقة في قياسات الزمن فقد تم منذ عام 1967 م تعيين وحدة طبيعية للزمن كما هو الطول، وقد عرفت الثانية المعيارية بأنها الزمن اللازم لإتمام 9192631770 ذبذبة كاملة لذرة السيزيوم.
وحدة الكتلة Mass:
إن المعيار الدولي للكتلة عبارة عن اسطوانة من البلاتين والأيريديوم طولها 9.9 سم وقطرها 3.9 سم مخزونة في نستودع في سيفر بفرنسا وتعرف بأن لها كتلة 1 كيلو غرام، وقبل المعايرة الحالية، كان الكيلو غرام يعرف بأنه كتلة 1 لتر من الماء في الدرجة 4 س°، وهي درجة الحرارة التي تتخذ فيها كثافة الماء حدها الأعلى.
تحتوي نتيجة عملية القياس على ثلاثة معلومات أساسية و هي :
القيمة العددية التي من خلالها يحدد وصف للبعد أو الخاصية المقاسة.
وحدة قياس مناسبة متفق عليها في إطار نظام وحدات القياس الدولي.
نسبة خطأ معينة, بحيث أن كل عملية قياس إلا و بها نسبة أخطاء معينة تعود لأسباب متعلقة بالجهاز أو مستعمل الجهاز و طريقة و ظروف استعماله.
معلومات مهمة للطالب:
- الكمية القياسية قد تكون موجبة أو سالبة (مثال : درجة الحرارة = ( -1 ْ س) . مقدار المتجه دائما قيمة موجبة لأنه ناتج الجذر التربيعي لمجموع مركبات المتجه . أما مركبة المتجه فهي متجه أيضا لذا يمكن أن تكون موجبة أو سالبة ، فمثلا إذا كانت : مس = -5 وحدة ، فهذا يعني أن المركبة السينية للمتجه مقدارها (5 وحدة) واتجاهها باتجاه محور السينات السالب (أي : = 180º) .
- الميل وحدة لقياس المسافة (الطول) ويساوي تقريبا 1069 م ،أما الميل/ساعة فهي وحدة لقياس السرعة وتستخدم في بعض البلدان لتدل على السرعة القصوى المسموح بها على الطرقات وتختصر (m.p.h) والميل /ساعة= 1.609344 كم/ساعة
- يمكن قياس الكثافة للأجسام من خلال قياس كتلة وحجم الجسم، ومن ثم استخدام العلاقة الكثافة = الكتلة/ الحجم.
- نستخدم البوابة الضوئية في قياس زمن تحرك جسم ما،ونستخدم الميكروميتر
في قياس قطر أي جسم اسطواني أو قياس أبعاد أي جسم.
- يمكن استخدام الميكروميتر الإلكتروني في قياس قطر أي جسم اسطواني أو قياس أبعاد أي جسم بدقة .
- يمكن حساب زمن حركة جسم باستخدام كاميرا تصدر سلسلة من الومضات المتتالية لالتقاط صور متتالية على الفيلم وبما أن الزمن بين كل وميض والذي يليه ثابت فإذا عرف تردد الومضات فإن الفترة الزمنية بين كل صورتين متتاليتين تساوي 1/التردد باستخدام كاميرا مفتوحة في غرفة مظلمة.
- نستخدم الورنية في قياس قطر اسطوانة أو أبعاد أي جسم اسطواني أو دائري
- يعرف خطأ القياس بالاختلاف بين القيمة المقاسة والقيمة المقبولة لكمية ما.
- ينتج الخطأ عن :
أ- خطأ بشري:ينجم عن خطأ في قراءة أداة القياس.
ب- خطأ في أداة القياس: ينتج من خلل في أداة القياس.
ج- خطأ متكرر ينتج من عدم المعايرة او خطأ في استخدام الادوات.
- عند ضرب أو قسمة كميات عدة فإن عدد الأرقام المعنوية في الجواب النهائي يجب أن يكون مساويا لعدد الأرقام المعنوية في الكمية التي تتضمن أقل عدد من الأرقام المعنوية .فمثلا إذا حصلنا على القياسات الآتية لطول وعرض قطعة سجاد :5.5 م ،5.4 م فإن المساحة = 5.5×5.4 =35.2 م ،إن الإجابة في هذه الحالة غير مقبولة لأنها تتضمن ثلاث أرقام معنوية لذلك تدور الإجابة بحيث تتضمن رقمين معنويين فتصبح :35 م
سؤال:
ما عدد الأرقام المعنوية في القياسات الآتية:
1- 15,11نيوتن
2- 00,700 كغم
3- 0009, 0م
4- 5432 سم
الحل:
1- 4أرقام معنوية 2- 5 أرقام معنوية 3- رقم معنوي واحد 4- 4أرقام معنوية
جدول الوحدات الأساسية للقياس SI = Système International Units
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] 
