معرفی کمیت‌های برداری و نرده‌ای در فیزیک

بردار در فیزیک کمیتی است که هم دارای اندازه و هم دارای جهت می‌باشد. برای نشان دادن بردار از یک فلش استفاده می‌شود؛ این فلش جهت بردار و طول آن را مشخص می‌کند.

لازم به ذکر است که طول بردار با بزرگی آن متناسب است. کمیت‌های برداری دارای جهت هستند و اندازه دارند، با این حال نمی‌توان موقعیت آن‌ها را مشخص کرد؛ به عبارت دیگر در صورتی که طول بردار ثابت باقی مانده و تغییری نکند و جابه‌جایی بردار در موازات خودش انجام شود، موقعیت بردار ثابت خواهد بود و تغییری در آن ایجاد نمی‌شود.

با وجود این که بردارها از نظر ریاضی تعریف بسیار ساده و در بحث‌های فیزیکی کارایی زیادی دارند، امت استفاده از آن‌ها تا اواخر قرن 19 چندان رایج نبود.

در مقابل کمیت‌های برداری در فیزیک، کمیت‌های معمولی وجود دارند که همانند کمیت‌های برداری دارای اندازه هستند، ولی جهتی ندارند. این کمیت‌ها با عنوان کمیت نرده‌ای یا اسکالر شناخته می‌شوند.

برای مثال در آموزش فیزیک جابه‌جایی اجسام، سرعت و شتاب به عنوان کمیت برداری شناخته می‌شوند و در مقابل میزان سرعت، زمان و جرم به عنوان اسکالر یا کمیت نرده‌ای به کار می‌روند.

برای تبدیل یک کمیت به نوع برداری، کمیت مورد نظر باید دارای اندازه و جهت باشد؛ حال آنکه این اندازه و جهت باید مطابق با قوانین فیزیکی قابل اندازه‌گیری باشند. برای مثال کمیت مورد نظر باید از قانون جمع برداری پیروی کند؛ کمیت‌هایی همچون جابه‌جایی و سرعت از این قانون پیروی می‌کنند، با این حال مقادیری وجود دارند که نمی‌توان این قانون را برای آن‌ها تعریف کرد و در نتیجه نمی‌توان از آن‌ها به عنوان یک کمیت برداری یاد کرد.

در حقیقت برای توضیح اصل‌ها و قوانینی همچون تفریق، ضرب اسکالر، ضرب برداری و... لازم است که یک تحلیل برداری انجام شود.

معرفی کمیت‌های برداری و نرده‌ای در فیزیک

کمیت‌های فیزیکی، پل ارتباطی فیزیک و ریاضی

فیزیک علمی است که می‌توان نشانه‌هایی کاملا واضح از علم ریاضیات را نیز در آن مشاهده کرد. مفاهیم و اصول اساسی این علم، پایه‌ی ریاضی دارند.

در طول دوره‌ای که قواعد مختلف این علم را مورد مطالعه قرار می‌دهید، با مفاهیم گوناگونی مواجه خواهید شد که می‌توان نشانه‌ای از علم ریاضی و اصول این علم را در این مفاهیم مشاهده کرد. در حالی که تاکید اغلب ما بر ماهیت و مفهوم اصلی علم فیزیک است، در هنگام مطالعات خود به جنبه‌های مختلف از علم ریاضیات نیز توجه خواهیم داشت.

حرکت اجسام با استفاده از کلمات به راحتی قابل توصیف هستند. حتی وقتی یک فرد بدون این که پیش زمینه‌ای از علم فیزیک در ذهن خود داشته باشد، مجموعه‌ای از کلمات مرتبط با این علم را در ذهن دارد که می‌تواند از آن‌ها برای توصیف حرکت اجسام استفاده کند که این نشان دهنده‌ی ارتباط ذاتی انسان‌ها با این رشته‌ی علمی و قواعد آن می‌باشد.

کلمات و عبارت‌هایی همچون تند رفتن، توقف، کاهش سرعت، افزایش سرعت، چرخش و سایر کلماتی که برای توصیف کردن حرکات اجسام استفاده می‌شوند، عباراتی از فرهنگ لغت این علم هستند که به خودی خود و بدون نیاز به مطالعه در ذهن افراد نقش بسته‌اند.

در این رشته‌ی علم از کلمات ذکر شده و کلمات مشابه دیگر، استفاده‌ی زیادی می‌شود؛ این واژگان همان کمیت‌های ریاضی هستند که می‌توان برای آن‌ها تعاریفی دقیق ارائه داد.

کمیت‌هایی که به دو دسته تقسیم می‌شوند؛ کمیت برداری یا کمیت نرده‌ای که پیش‌تر تعریف دقیقی از آن‌ها ارائه شد. پس می‌توان گفت که استفاده از کمیت‌ها، راهی برای ایجاد ارتباط بین این علم و علم ریاضیات است.

کمیت‌های فیزیکی، پل ارتباطی فیزیک و ریاضی

توصیف کمیت نرده‌ای در فیزیک

کمیت نرده‌ای یکی از کمیت‌های فیزیکی است که به عنوان اسکالر نیز شناخته می‌شود. نکته‌ی اصلی در ارتباط با این نوع کمیت که پیش‌تر نیز به آن اشاره شد، قابلیت انداره‌گیری و توصیف میزان بزرگی آن می‌باشد.

تعداد بسیار زیادی از کمیت‌ها را می‌توان در دسته‌ی کمیت نرده‌ای قرار داد؛ برای مثال حجم، چگالی، سرعت، انرژی، جرم، زمان و... همگی نوعی کمیت نرده‌ای هستند که می‌توان برای آن‌ها اندازه‌ای مشخص را تخمین زده و بزرگی آن‌ها را تعیین کرد.

تنها تفاوت این نوع کمیت فیزیکی با کمیت‌های برداری مثل نیرو یا سرعت نیز در روش توصیف آن‌ها می‌باشد؛ کمیت‌های نرده‌ای را می‌توان با استفاده از اعداد و ارقام حقیقی توصیف کرد، در اکثر موارد نیز نتیجه‌ی استفاده از اعداد حقیقی برای توصیف این نوع کمیت‌ها لزوما مثبت نخواهد بود. برای مثال هنگامی که به یک ذره یا جسم خاص نیرویی وارد می‌کنیم و مشاهده می‌کنیم که جسم مورد نظر در مخالف با جهت وارد کردن نیرو به حرکت در می‌آید. در نتیجه می‌توان به طور قاطع گفت که عمل انجام شده بر روی جسم مورد نظر منفی است؛ در واقع کمیت نرده‌ای یا همان اسکالر در این مثال با استفاده از عددی منفی توصیف خواهد شد.

ویژگی مهم دیگر در رابطه با کمیت‌های نرده‌ای این است که امکان تغییر آن‌ها با استفاده از قوانین عادی جبر نیز وجود دارد؛ در اینجا نیز می‌توان مشاهده کرد که نقش علم ریاضیات در بحث‌های مختلفی که پیرو مباحث فیزیک انجام می‌شوند، بسیار مهم و پررنگ می‌باشد.

توصیف کمیت نرده‌ای در فیزیک

نقش مهم کمیت‌های برداری در مطالعه‌ی فیزیک

کمیت‌های برداری مهم‌ترین نقش را در مطالعات فیزیکی ایفا می‌کنند. در واقع موارد استفاده از این کمیت‌ها در این علم بسیار زیاد است و استفاده از آن‌ها شما را یک قدم به مطالعه‌ی دقیق پدیده‌های مختلفی که در جهان رخ می‌دهند، نزدیک می‌سازد.

کمیت‌های برداری می‌توانند انجام بسیاری از کارهایی که ممکن است در طول روز انجام دهید را برای شما آسان‌تر کنند. برای رخداد بسیاری از پدیده‌های به اعمال نیرو نیاز است، تمامی نیروها نیز به عنوان کمیت برداری تعریف می‌شوند؛ در نتیجه می‌توان به اهمیت این نوع کمیت‌ها در مطالعات فیزیکی و همچنین زندگی روزمره پی برد.

قدمت بکارگیری کمیت‌های برداری و همچنین نرده‌ای به قرن‌ها پیش برمی‌گردد؛ با این حال نقش مطالعه‌ی کمیت‌ها برای مطالعه‌ی موثر فیزیک بسیار مهم و پررنگ است. به ویژه برای آن دسته از افرادی که علاقه‌ای شدید به مطالعات گسترده و دقیق مفاهیم این علم دارند.

بسیاری از مسائل و تئوری‌ها بدون استفاده از این کمیت‌ها بدون پاسخ باقی می‌ماندند، به طور قطع انواع کمیت‌های فیزیکی اصلی‌ترین تاثیر را در پی بردن به بسیاری از نتایج مهم فیزیکی دارند. مطالعه‌ی انواع کمیت‌ها و بررسی ویژگی‌های هر یک و تفاوتی که با یکدیگر دارند، مطالعه‌ی موثر سایر شاخه‌های مهم این علم را امکان پذیر می‌سازد.