اندازه گیری  

 

یکاها

اندازه گیری در فیزیک اهمیت بسیار زیادی دارد. برای مقایسه ی اندازه گیری ها باید، مقدار هر کمیت فیزیکی را بر حسب استاندارد یا یکای معینی بیان کنیم. تقریبا همه ی کمیت های فیزیکی را می توان بر حسب سه کمیت اصلی یا مبنا ((جرم، طول و زمان)) بیان کرد. در دستگاه بین المللی یکاها، که به اختصار SIنامیده می شود (و به دستگاه متریک نیز معروف است)، یکاهای اصلی سه کمیت مبنا به ترتیب عبارت است از:

 کیلوگرم (kg)، متر (m) و ثانیه (s).

البته گاهی راحت تر است که چند کمیت دیگر را به عنوان کمیت اصلی در نظر بگیریم و یکاهای اصلی مربوط به آن ها را تعریف کنیم، این ها عبارت اند از: کلوین (دما)، آمپر (جریان الکتریکی)، شمع (شدت روشنایی) و مول (مقدار ماده).

جرم

یکای جرم در SI کیلوگرم است. این یکا در ابتدا به عنوان جرم یک لیتر آب در دمای 4 درجه ی سلسیوس تعریف شده بود، اما به دلیل اینکه باز تولید دقیق آن با مشکلاتی همراه بود از سال 1889 به بعد استاندار جدیدی برای kg پذیرفته شد که عبارت است از جرم استوانه ی معینی از جنس پلاتین- ایریدیم که در دفتر بین المللی وزن ها و مقیاس ها در فرانسه نگهداری می شود.

برای اندازه گیری در مقیاس اتمی یکای مناسب تری برای جرم در نظر گرفته شده است که به آن یکای جرم اتمی می گویند. این یکا که با u نشان داده می شود، برابر با یک دوازدهم جرم یک اتم کربن 12 تعریف شده است:

(1-1)                                                    

زمان

یکای زمان در SI ثانیه (s) است. ثانیه در ابتدا 1/86400 روز متوسط خورشیدی تعریف شده بود. از آنجایی که چرخش کره زمین به تدریج در حال کند شدن است، سال 1900 میلادی به عنوان معیار انتخاب شد. اما این استانداردی نبود که بشود آن را در موقع لزوم بازتولید کرد. بدین ترتیب در سال 1967 تعریف جددی برای ثانیه درنظر گرفته شد: یک ثانیه برابر است با مدتی که در آن، تابشی که از اتم سزیم- 133 گسیل می شود، 9162631770 بار ارتعاش کند. ساعت های اتمی سزیمی که امروزه به عنوان استاندارد از آن ها استفاده می شود آن چنان دقیق اند که خطای آن ها در 30000 سال از 1 ثانیه بیشتر نیست. از جمله یکاهای دیگر زمان: ساعت، روز، سال و قرن می باشد.

طول

یکای طول در SI متر (m) است. متر در ابتدا (قرن هجدهم) برابر با یک ده میلیونیم فاصله ی استوا تا قطب شمال تعریف شده بود. در نیمه ی اول قرن بیستم استاندارد متر، میله ای بود از جنس پلاتین- ایریدیم که در شرایط مناسبی در دفتر  بین المللی وزن ها و مقیاس ها در فرانسه نگهداری می شد. تا آنکه در سال 1960 این یکا را، با تمامی دقتی که امکان داشت برابر با  1650763.73 برابر طول موج نور نور نارنجی گسیل شده از کریپتون- 86 تعریف کردند. این استاندارد را می توان در در همه ی آزمایشگاه های مجهز دنیا تولید کرد، اما هنوز هم در دقت بازتولید آن محدودیت هایی وجود داشت. بالاخره در سال 1983 تعریف جدیدی برای متر پذیرفته شد. طبق این تعریف، متر برابر است با مسافتی که نور در خلا در مدت 1/299792458 ثانیه طی می کند. که سرعت نور در خلاء برابر است با:

(2-1)                                                              

یکاهای فرعی

غیر از یکاهای کمیت های اصلی، یکاهای باقی کمیت های فیزیکی ترکیب هایی از یکاهای اصلی اند و به همین مناسبت یکاهای مشتق یا فرعی نامیده می شوند. به عنوان مثال یکای سرعت m/s است. بعضی از یکاهای فرعی به افتخار دانشمندانی نامگذاری شده اند: مثلا یکای نیرو، که کیلوگرم متر بر مجذور ثانیه است، نیوتون (N) نامیده می شود.

تبدیل یکاها

 فرض می کنیم بخواهیم زمانی را که بر حسب دقیقه بیان شده است به ثانیه تبدیل کنیم. برای این کار ما باید یکای مورد نظر را در یک ضریب تبدیل مناسب ضرب کنیم. ما می دانیم که هر دقیقه برابر 60 ثانیه است. بنابراین نسبت 60 ثانیه به یک دقیقه که ضریب تبدیل دقیقه به ثانیه نامیده می شود برابر یک است:

(3-1)                                                      



و با ضرب این ضریب تبدیل در زمان مورد نظر (برحسب دقیقه) زمان بر حسب ثانیه بدست می آید:

(4-1)                                  

 

       

 

 

 

 

شکل 1-1، استاندارد بیت المللی جرم از جنس پلاتین- ایدریوم.

 

 


در سال 1792 پیشنهاد شد که یک روز به ده ساعت تقسیم شود که این ایده مورد قبول واقع نشدشکل 1-2،در سال 1972 پیشنهاد شد هر روز به ده ساعت تقسیم شود، که مورد قبول واقع نشد.