وحدة قياس

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى الملاحة اذهب الى البحث

مكتب الأوزان والمقاييس السابق في Seven Sisters ، لندن

و حدة القياس هي واضح حجم من كمية ومحددة، واعتمدت من قبل المؤتمر أو القانون، الذي يستخدم كمعيار لقياس نفس النوع من الكمية. [1] يمكن التعبير عن أي كمية أخرى من هذا النوع في صورة مضاعفات وحدة القياس. [2] على سبيل المثال ، الطول هو كمية مادية . في مترهي وحدة طول تمثل طولًا محددًا مسبقًا. عندما نقول 10 أمتار (أو 10 أمتار) ، فإننا نعني في الواقع 10 أضعاف الطول المحدد مسبقًا المسمى "متر". القياس هو عملية تحديد مدى صغر أو حجم الكمية المادية مقارنة بكمية مرجعية أساسية من نفس النوع. [3]

لعب التعريف والاتفاق والاستخدام العملي لوحدات القياس دورًا مهمًا في المساعي البشرية من العصور المبكرة حتى الوقت الحاضر. كان عددًا كبيرًا من أنظمة الوحدات شائعة جدًا. يوجد الآن معيار عالمي ، النظام الدولي للوحدات (SI) ، الشكل الحديث للنظام المتري .

في التجارة ، غالبًا ما تكون الأوزان والمقاييس موضوعًا للتنظيم الحكومي ، لضمان العدالة والشفافية. في المكتب الدولي للأوزان والمقاييس وتتولى (BIPM) مع ضمان الاتساق في جميع أنحاء العالم من القياسات والتتبع لنظام الدولي للوحدات (SI).

علم القياس هو علم تطوير وحدات القياس المقبولة وطنياً ودولياً.

في الفيزياء والقياس ، تعتبر الوحدات معايير لقياس الكميات الفيزيائية التي تحتاج إلى تعريفات واضحة لتكون مفيدة. تعد إمكانية استنساخ النتائج التجريبية أمرًا أساسيًا للطريقة العلمية . النظام القياسي للوحدات يسهل ذلك. الأنظمة العلمية للوحدات هي تنقيح لمفهوم الأوزان والمقاييس التي تم تطويرها تاريخيًا للأغراض التجارية. [4]

العلوم ، الطب ، و الهندسة وغالبا ما تستخدم وحدات أكبر وأصغر من قياس من تلك المستخدمة في الحياة اليومية. يمكن أن يساعد الاختيار الحكيم لوحدات القياس الباحثين في حل المشكلات (انظر ، على سبيل المثال ، تحليل الأبعاد ).

في العلوم الاجتماعية ، لا توجد الوحدات القياسية للقياس ونظرية وممارسة قياس تدرس في القياس النفسي و نظرية القياس الموحد .

التاريخ

وحدة القياس هي كمية معيارية لخاصية مادية ، تُستخدم كعامل للتعبير عن الكميات التي تحدث لتلك الخاصية. كانت وحدات القياس من بين أقدم الأدوات التي اخترعها البشر. احتاجت المجتمعات البدائية إلى تدابير بدائية للعديد من المهام: بناء مساكن بحجم وشكل مناسبين ، وتصميم الملابس ، أو مقايضة الطعام أو المواد الخام.

يبدو أن أنظمة موحدة اقدم القياس أن كل ما تم إنشاؤه في وقت ما من 4 و 3RD آلاف السنين قبل الميلاد بين الشعوب القديمة من بلاد ما بين النهرين ، مصر و ادي السند ، وربما أيضا عيلام في بلاد فارس أيضا.

الأوزان والمكاييل مذكورة في الكتاب المقدس (لاويين 19: 35-36). إنها وصية أن نكون صادقين وأن تكون لدينا إجراءات عادلة.

في ماجنا كارتا لعام 1215 (الميثاق العظيم) مع ختم الملك جون ، الذي وضعه أمامه بارونات إنجلترا ، وافق الملك جون في البند 35 "يجب أن يكون هناك مقياس واحد من النبيذ في جميع أنحاء مملكتنا بالكامل ، ومقياس واحد ale ومقياس واحد للذرة - وبالتحديد ربع لندن ؛ - وعرض واحد من الملابس المصبوغة والروستية والهاوبيرك - أي اثنتان من الجروح تحت الحلفة ... "

اعتبارًا من القرن الحادي والعشرين ، يتم استخدام أنظمة وحدات متعددة في جميع أنحاء العالم مثل النظام العرفي للولايات المتحدة والنظام العرفي البريطاني والنظام الدولي. ومع ذلك ، فإن الولايات المتحدة هي الدولة الصناعية الوحيدة التي لم تتحول بعد على الأقل إلى النظام المتري. يعود الجهد المنهجي لتطوير نظام مقبول عالميًا للوحدات إلى عام 1790 عندما كلفت الجمعية الوطنية الفرنسية الأكاديمية الفرنسية للعلوم بوضع نظام الوحدات هذا. كان هذا النظام بمثابة مقدمة للنظام المتري الذي تم تطويره بسرعة في فرنسا ولكنه لم يأخذ قبولًا عالميًا حتى عام 1875 عندما تم التوقيع على معاهدة الاتفاقية المتري بواسطة 17 دولة. بعد توقيع هذه المعاهدة ، عقد المؤتمر العام للأوزان والمقاييستم إنشاء (CGPM). أنتجت CGPM نظام SI الحالي الذي تم اعتماده في عام 1954 في المؤتمر العاشر للأوزان والمقاييس. حاليًا ، الولايات المتحدة هي مجتمع ثنائي النظام يستخدم كلاً من نظام SI والنظام العرفي الأمريكي. [5] [6]

أنظمة الوحدات

استخدام وحدة قياس واحدة لبعض الكمية له عيوب واضحة. على سبيل المثال ، من غير العملي استخدام نفس الوحدة للمسافة بين مدينتين وطول الإبرة. وبالتالي ، تاريخيا سوف يتطورون بشكل مستقل. تتمثل إحدى طرق تسهيل قراءة الأعداد الكبيرة أو الكسور الصغيرة في استخدام بادئات الوحدات .

في وقت ما ، قد تظهر الحاجة إلى ربط الوحدتين ، وبالتالي الحاجة إلى اختيار وحدة لتعريف الأخرى أو العكس. على سبيل المثال ، يمكن تعريف البوصة من حيث الشعير . نظام القياس عبارة عن مجموعة من وحدات القياس والقواعد المتعلقة ببعضها البعض.

مع تقدم العلم ، نشأت حاجة لربط أنظمة القياس بكميات مختلفة ، مثل الطول والوزن والحجم. كشفت الجهود المبذولة في محاولة ربط الأنظمة التقليدية المختلفة فيما بينها عن العديد من التناقضات ، وأدت إلى تطوير وحدات وأنظمة جديدة.

نظام الوحدات يختلف من بلد إلى آخر وبعض من نظام مختلف وحدات هي نظام كلية الدراسات العليا وحدات ، نظام FPS الوحدات ، نظام MKS الوحدات و نظام SI الوحدات . من بين أنظمة الوحدات المختلفة المستخدمة في العالم ، فإن النظام الأكثر استخدامًا والمقبول دوليًا هو النظام الدولي للوحدات ، أو نظام الوحدات SI. في نظام وحدات SI هذا ، توجد سبع وحدات أساسية من النظام الدولي للوحدات وثلاث وحدات تكميلية. وحدات النظام الدولي الأساسية هي المتر ، الكيلوجرام ، الثاني ، كلفن ، الأمبير ، الشمعدان والمول والوحدات الثلاثة الإضافية للنظام الدولي هي راديان وستيراديان وبيكريل. يمكن اشتقاق جميع وحدات النظام الدولي الأخرى من هذه الوحدات الأساسية.[7]

تتضمن أنظمة القياس في الاستخدام الحديث لل نظام المتري ، و النظام الإمبراطوري ، و الولايات المتحدة الأمريكية وحدات العرفية .

الأنظمة التقليدية

تاريخيًا ، كانت العديد من أنظمة القياس المستخدمة تعتمد إلى حد ما على أبعاد جسم الإنسان. نتيجة لذلك ، يمكن أن تختلف وحدات القياس ليس فقط من موقع إلى آخر ولكن من شخص لآخر.

الأنظمة المترية

تطورت أنظمة الوحدات المترية منذ اعتماد النظام المتري الأصلي في فرنسا عام 1791. النظام المتري القياسي الدولي الحالي هو النظام الدولي للوحدات (يُختصر إلى SI). من السمات المهمة للأنظمة الحديثة التوحيد القياسي . كل وحدة لها حجم معترف به عالميا.

مثال على القياس في عام 1860 عندما أصبحت توسكانا جزءًا من إيطاليا الحديثة (على سبيل المثال ، "ليبرا" = 339.54 جرامًا)

كل من وحدات إمبراطورية و حدات الأمريكية المتعارف عليها مستمدة من السابقة وحدات اللغة الإنجليزية . تم استخدام الوحدات الإمبراطورية في الغالب في الكومنولث البريطاني والإمبراطورية البريطانية السابقة . وحدات العرفية الولايات المتحدة لا تزال هي النظام الرئيسي القياس المستخدمة في الولايات المتحدة الأمريكية خارج العلوم والطب والعديد من قطاعات الصناعة، وبعض من الحكومة والجيش، وعلى الرغم من الكونغرس بعد أن أجازت قانونا مقياس متري يوم 28 يوليو 1866. [8] بعض تم اتخاذ خطوات نحو القياس الأمريكي ، ولا سيما إعادة تعريف الوحدات الأمريكية والإمبراطورية الأساسية للاشتقاق بالضبط من وحدات SI. منذ الساحة الدولية والجنيه اتفاقية 1959 للولايات المتحدة والبوصة الإمبراطورية تُعرَّف الآن على أنها بالضبط 0.0254 م ، ويتم تعريف الجنيه الأفردوبوا  الأمريكي والإمبراطوري الآن على أنه بالضبط453.592 37  ز . [9]

النظم الطبيعية

في حين أن أنظمة الوحدات المذكورة أعلاه تستند إلى قيم الوحدة التعسفية ، والتي تمت صياغتها كمعايير ، فإن بعض قيم الوحدة تحدث بشكل طبيعي في العلوم. تسمى أنظمة الوحدات القائمة على هذه الوحدات الطبيعية . على غرار الوحدات الطبيعية ، تعتبر الوحدات الذرية (au) نظامًا مناسبًا لوحدات القياس المستخدمة في الفيزياء الذرية .

يمكن أيضًا مواجهة عدد كبير من الوحدات غير العادية وغير القياسية . قد تشمل هذه الكتلة الشمسية (2 × 10 30  كجم ) ، والميغا طن (الطاقة المنبعثة من تفجير مليون طن من ثلاثي نيتروتولوين ، تي إن تي) والفولت الإلكتروني .

الرقابة القانونية على الأوزان والمقاييس

للحد من حدوث الاحتيال بالتجزئة ، العديد من القوانين الوطنية لديها تعريفات موحدة للأوزان والمقاييس التي يمكن استخدامها (ومن ثم " مقياس النظام الأساسي ") ، ويتم التحقق من هذه من قبل المسؤولين القانونيين. [ بحاجة لمصدر ]

مقارنة غير رسمية بالمفاهيم المألوفة

في الإعدادات غير الرسمية ، يمكن وصف الكمية بأنها مضاعفات تلك الخاصة بكيان مألوف ، والتي يمكن أن تكون أسهل في سياقها من القيمة في نظام الوحدة الرسمية. على سبيل المثال ، قد يصف المنشور منطقة في بلد أجنبي على أنها عدد من مضاعفات منطقة منطقة محلية للقراء. يمكن أن يؤدي الميل إلى استخدام مفاهيم معينة بشكل متكرر إلى ظهور "أنظمة" وحدات محددة بشكل فضفاض. [10] [11]

الوحدات الأساسية والمشتقة

بالنسبة لمعظم الكميات ، تكون الوحدة ضرورية لتوصيل قيم تلك الكمية المادية. على سبيل المثال ، يعد نقل طول معين إلى شخص ما دون استخدام نوع من الوحدات أمرًا مستحيلًا ، لأنه لا يمكن وصف الطول دون استخدام مرجع لفهم القيمة المقدمة.

لكن ليس كل الكميات تتطلب وحدة خاصة بها. باستخدام القوانين الفيزيائية ، يمكن التعبير عن وحدات الكميات كمجموعات وحدات من كميات أخرى. وبالتالي ، لا يتطلب الأمر سوى مجموعة صغيرة من الوحدات. تؤخذ هذه الوحدات كوحدات أساسية والوحدات الأخرى وحدات مشتقة . وبالتالي فإن الوحدات الأساسية هي وحدات الكميات المستقلة عن الكميات الأخرى وهي وحدات الطول والكتلة والوقت والتيار الكهربائي ودرجة الحرارة وشدة الإضاءة وكمية المادة. الوحدات المشتقة هي وحدات الكميات المشتقة من الكميات الأساسية وبعض الوحدات المشتقة هي وحدات السرعة ، الشغل ، التسارع ، الطاقة ، الضغط ، إلخ. [7]

تعتمد أنظمة الوحدات المختلفة على اختيارات مختلفة لمجموعة من الوحدات ذات الصلة بما في ذلك الوحدات الأساسية والمشتقة.

الحسابات بوحدات القياس

الوحدات كأبعاد

يتم التعبير عن أي قيمة كمية مادية كمقارنة بوحدة من تلك الكمية. على سبيل المثال ، يتم التعبير عن قيمة الكمية المادية Z كمنتج للوحدة [Z] وعامل رقمي:

على سبيل المثال ، دعونا يكون "2 شمعدان" ، إذن شمعدان.

عادة ما يتم استبعاد علامة الضرب ، تمامًا كما يتم استبعادها بين المتغيرات في التدوين العلمي للصيغ. يشار إلى الاتفاقية المستخدمة للتعبير عن الكميات باسم حساب الكمية . في الصيغ ، يمكن التعامل مع الوحدة [Z] كما لو كانت مقدارًا محددًا لنوع من البعد المادي : انظر تحليل الأبعاد لمزيد من المعلومات حول هذا العلاج.

لا يمكن إضافة الوحدات أو طرحها إلا إذا كانت من نفس النوع ؛ ومع ذلك ، يمكن دائمًا ضرب الوحدات أو تقسيمها ، كما كان يشرح جورج جامو . يترك يكون "2 شمعدان" و "3 سائقي سيارات الأجرة" ، إذن

"2 شمعدان" مرة "3 سائقين" شمعدان سائق سيارة أجرة.

يجب التمييز بين الوحدات والمعايير. يتم إصلاح الوحدة من خلال تعريفها وهي مستقلة عن الظروف الفيزيائية مثل درجة الحرارة. على النقيض من ذلك ، فإن المعيار هو الإدراك المادي للوحدة ويدرك تلك الوحدة فقط في ظل ظروف مادية معينة. على سبيل المثال ، المتر هو وحدة ، بينما الشريط المعدني هو المعيار. المتر الواحد له نفس الطول بغض النظر عن درجة الحرارة ، ولكن سيكون طول الشريط المعدني مترًا واحدًا بالضبط عند درجة حرارة معينة.

هناك قواعد معينة يجب استخدامها عند التعامل مع الوحدات:

  • عالج الوحدات جبريًا. أضف شروط متشابهة فقط. عندما تقسم وحدة ما على نفسها ، ينتج عن القسمة وحدة بلا وحدة. عندما يتم ضرب وحدتين مختلفتين أو تقسيمهما ، تكون النتيجة وحدة جديدة ، يشار إليها بمجموعة الوحدات. على سبيل المثال ، في النظام الدولي للوحدات ، وحدة السرعة هي متر في الثانية (م / ث). انظر تحليل الأبعاد . يمكن ضرب الوحدة في حد ذاتها ، مما يؤدي إلى إنشاء وحدة ذات أس (على سبيل المثال م 2 / ث 2 ). ببساطة ، تخضع الوحدات لقوانين المؤشرات. (انظر الأس .)
  • بعض الوحدات لها أسماء خاصة ، ولكن يجب التعامل معها مثل ما يعادلها. على سبيل المثال ، نيوتن واحد (N) يعادل 1 كجم م / ث 2 . وبالتالي يمكن أن يكون للكمية عدة تسميات للوحدات ، على سبيل المثال: يمكن الإشارة إلى وحدة التوتر السطحي إما N / m (نيوتن لكل متر) أو كجم / ثانية 2 (كيلو جرام لكل ثانية مربعة).

التعبير عن قيمة مادية من حيث وحدة أخرى

يتضمن تحويل الوحدات مقارنة القيم الفيزيائية المعيارية المختلفة ، إما لكمية مادية واحدة أو كمية مادية ومجموعة من الكميات المادية الأخرى.

بدءا من:

استبدل الوحدة الأصلية بمعناها من حيث الوحدة المطلوبة ، على سبيل المثال إذا ، من ثم:

حاليا و كلاهما قيم عددية ، لذا فقط احسب منتجهما.

أو ، وهو نفس الشيء رياضيًا ، اضرب Z في الوحدة ، فلا يزال حاصل الضرب Z :

على سبيل المثال ، لديك تعبير لقيمة فيزيائية Z تتضمن وحدة قدم في الثانية () وتريده من حيث وحدة الأميال في الساعة ():

  1. ابحث عن الحقائق المتعلقة بالوحدة الأصلية للوحدة المطلوبة:
    1 ميل = 5280 قدمًا وساعة واحدة = 3600 ثانية
  2. بعد ذلك ، استخدم المعادلات أعلاه لإنشاء كسر له قيمة الوحدة ويحتوي على وحدات بحيث ، عند ضربه بالقيمة المادية الأصلية ، سيلغي الوحدات الأصلية:
  3. أخيرًا ، اضرب التعبير الأصلي للقيمة المادية في الكسر ، المسمى عامل التحويل ، للحصول على نفس القيمة المادية معبرًا عنها بوحدة مختلفة. ملاحظة: نظرًا لأن عوامل التحويل الصالحة بلا أبعاد ولها قيمة عددية واحدة ، فإن ضرب أي كمية مادية بواسطة عامل التحويل هذا (وهو 1) لا يغير تلك الكمية المادية.

أو كمثال باستخدام النظام المتري ، لديك قيمة الاقتصاد في الوقود بوحدة لتر لكل 100 كيلومتر وتريدها من حيث وحدة ميكرولتر لكل متر :

الآثار في العالم الحقيقي

أحد الأمثلة على أهمية الوحدات المتفق عليها هو فشل ناسا المريخ المداري ، الذي تم تدميره بطريق الخطأ في مهمة إلى المريخ في سبتمبر 1999 بدلاً من دخول المدار بسبب سوء الاتصالات حول قيمة القوات: استخدمت برامج كمبيوتر مختلفة وحدات مختلفة من القياس ( نيوتن مقابل قوة الجنيه ). تم إهدار كميات كبيرة من الجهد والوقت والمال. [12] [13]

في 15 أبريل 1999 ، فقدت رحلة الشحن التابعة للخطوط الجوية الكورية رقم 6316 من شنغهاي إلى سيول بسبب إرباك الطاقم لتعليمات البرج (بالأمتار) وقراءات مقياس الارتفاع (بالأقدام). قتل ثلاثة من افراد الطاقم وخمسة اشخاص كانوا على الارض. أصيب سبعة وثلاثون. [14] [15]

في عام 1983 ، نفد الوقود من طائرة بوينج 767 (التي هبطت بأمان بفضل مهارات طيارها في الطيران الشراعي وأصبحت تعرف باسم Gimli Glider ) في منتصف الرحلة بسبب خطأين في معرفة إمداد الوقود لأول طائرة تابعة لشركة Air Canada تستخدم القياسات المترية. [16] كان هذا الحادث نتيجة كل من الارتباك الناجم عن الاستخدام المتزامن للقياسات المترية والإمبراطورية والخلط بين مقاييس الكتلة والحجم.

عند التخطيط لرحلته عبر المحيط الأطلسي في ثمانينيات القرن التاسع عشر ، افترض كولومبوس خطأً أن الميل المشار إليه في التقدير العربي البالغ 56 ميلًا لحجم الدرجة هو نفس الميل الإيطالي الأقصر كثيرًا والذي يبلغ 1480 مترًا. لذلك كان تقديره لحجم درجة الأرض ومحيطها حوالي 25٪ صغيرًا جدًا. [17]

انظر أيضا

ملاحظات

  1. ^ "وحدة القياس". المفردات الدولية للقياس - المفاهيم الأساسية والعامة والمصطلحات المرتبطة (VIM) (PDF) (باللغتين الإنجليزية والفرنسية) (الطبعة الثالثة). اللجنة المشتركة للأدلة المترولوجية. 2008. الصفحات 6-7. مؤرشفة من الأصلي (PDF) في 7 يونيو 2011..
  2. ^ "وحدات القياس" . www.ibiblio.org .
  3. ^ يونغ ، هيو د. فريدمان ، روجر أ. (2012). فيزياء الجامعة (13 ed.). شركة بيرسون التعليمية ISBN 978-0-321-69686-1.
  4. ^ "1.3 لغة الفيزياء: الكميات والوحدات الفيزيائية | بوابة تكساس" . www.texasgateway.org .
  5. ^ يونس أ. مايكل أ.بولز (2002). الديناميكا الحرارية: نهج هندسي (الطبعة الثامنة). ماكجرو هيل. ص. 996. ISBN 9780073398174.
  6. ^ دود ، ريتشارد (2012). استخدام وحدات SI في علم الفلك . صحافة جامعة كامبرج. ص. 246. دوى : 10.1017 / CBO9781139019798 . رقم ISBN 9780521769174.
  7. ^ أ ب "القياس في الفيزياء و SI وحدات القياس" . مساعدةأفضل . 15 نوفمبر 2018 . تم الاسترجاع 15 أغسطس 2019 .
  8. ^ "قانون الولايات المتحدة الأمريكية لعام 1866" . مؤرشفة من الأصلي في 10 أكتوبر 2014. بصيغته المعدلة بالقانون العام 110–69 المؤرخ في 9 أغسطس 2007
  9. ^ "NIST Handbook 44 Appendix B" . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . 2002. مؤرشفة من الأصلي في 13 فبراير 2007 . تم الاسترجاع 18 فبراير 2007 .
  10. ^ مارش ، ديفيد (17 مايو 2010). "اهتم بلغتك: ويلز وبلجيكا ووحدات قياس أخرى" . الجارديان . تم الاسترجاع 30 أغسطس 2018 .
  11. ^ "حجم ويلز" . الإيكونوميست . تم الاسترجاع 30 أغسطس 2018 .
  12. ^ "خلط الوحدات" . جمعية المقاييس الأمريكية. مؤرشفة من الأصلي في 23 سبتمبر 2010.
  13. ^ "تقرير المرحلة الأولى لمجلس تحقيقات كوكب المريخ المداري" (PDF) . ناسا. 10 تشرين الثاني (نوفمبر) 1999. مؤرشفة من الأصلي (PDF) في 16 مارس 2011.
  14. ^ "رحلة كوريا للطيران 6316" ( خبر صحفى). NTSB . مؤرشفة من الأصلي في 6 أكتوبر 2006.
  15. ^ "حادثة الخطوط الجوية الكورية" . شبكة سلامة الطيران. مؤرشفة من الأصلي في 31 يوليو 2013.
  16. ^ ويتكين ، ريتشارد (30 يوليو 1983). "نفاد وقود الطائرات بعد أخطاء التحويل المتري" . نيويورك تايمز . تم الاسترجاع 21 أغسطس 2007 . قالت شركة طيران كندا ، أمس ، إن طائرتها Boeing 767 نفد الوقود في منتصف الرحلة الأسبوع الماضي بسبب خطأين في معرفة إمدادات الوقود لأول طائرة تابعة للشركة تستخدم القياسات المترية. بعد أن فقد كلا المحركين قوتهما ، قام الطيارون بما يُعتقد الآن أنه أول هبوط طارئ ناجح لعصا ميتة لطائرة تجارية.
  17. ^ نون وإدواردز 1924 ، الصفحات  1-2 ، 17-18 .

روابط خارجية

تاريخي
قانوني
معلومات متري