اهمیت یکاهای استاندارد در فیزیک برای اندازه‌گیری

یکی از مباحث بسیار مهم در آموزش فیزیک، درک اهمیت اندازه‌گیری می‌باشد. مهم‌ترین ابزار اندازه‌گیری در فیزیک و سایر زمینه‌های علمی، کمیت‌ها و یکاهای اندازه‌گیری می‌باشند. در واقع با استفاده از یکاها و کمیت‌ها اندازه‌گیری‌ها به بهترین شکل ممکن انجام شده و تمامی افراد می‌توانند با یک زبان در رابطه با ویژگی هر چیزی صحبت کنند.

برای تعریف یک کمیت، از یکاهای اندازه‌گیری استفاده می‌شود؛ یکاهای مورد استفاده در مطالعه‌ی فیزیک یا سایر علوم به صورت استاندارد یا مشتق شده می‌باشند.

در این مقاله مهم‌ترین یکاهای استاندارد معرفی شده‌اند و ویژگی‌های هر یک از این یکاها تحت بررسی قرار گرفته‌اند.

برای معرفی یکاهای استاندارد، در ابتدا لازم است از سیستم متریک SI یاد کنیم که در سراسر جهان به عنوان سیستم اندازه‌گیری اصلی شناخته می‌شود. این سیستم از هفت یکای اساسی به وجود آمده است؛ یکاهایی مثل متر، کیلوگرم، ثانیه، کلوین، آمپر، مول و کندلا.

در واقع این سیستم از یکاهایی به وجود آمده است که در سراسر جامعه‌ی علمی مورد قبول واقع شده‌اند و برای اندازه‌گیری‌ها، تحقیقات و انجام آزمایش‌های مهم در رشته‌های علمی مختلف نظیر فیزیک مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اندازه‌گیری و درک قواعد مرتبط با آن در هر یک از زمینه‌های از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. چه فیزیکدانان، چه شیمیدانان، چه ریاضیدانان و چه دانشمندان در سایر رشته‌های علمی، به روشی ثابت برای اندازه‌گیری جرم، دما، زمان و... نیاز دارند که یکاهای استاندارد، این شرایط را برای آن‌ها فراهم می‌آورند.

شیمیدان‌ها با رسیدن به یک فرمول خاص، شرایط را برای یک مهندس فراهم می‌آورند تا یک اختراع کاربردی داشته باشد؛ این مهندس به نوبه‌ی خود باید با سایر دانشمندان، مهندسان، فیزیکدانان و شیمیدانان ارتباط بگیرند. این راه ارتباطی به وسیله‌ی یکاهای اندازه‌گیری به وجود می‌آید.

تمامی دانشمندان رشته‌های علمی مختلف برای رسیدن به کشفیات بزرگ، باید به یک زبان صحبت کنند؛ در غیر این صورت هیچ کاری در این دنیا انجام پذیر نیست.

اهمیت یکاهای استاندارد در فیزیک برای اندازه‌گیری

سیستم یکاهای بین المللی SI

سیستم SI یک سیستم اندازه‌گیری است که در علوم مختلف (از جمله فیزیک، شیمی، ریاضی و...)، صنعت و پزشکی استفاده می‌شود. این سیستم در اکثر نقاط جهان و در تمامی مجامع علمی به عنوان اصلی‌ترین سیستم اندازه‌گیری استفاده می‌شود.

اکثر اندازه‌گیری‌هایی که در رشته‌های مختلف از جمله فیزیک برای پی بردن به علل رخداد پدیده‌ها و وقایع گوناگون انجام می‌شوند، از طریق سیستم متریک بین المللی SI امکان پذیر هستند.

بنابراین مهم است که یکاهای استاندارد و پایه‌ی متریک و پیشوندهایی که این سیستم را تشکیل می‌دهند را به طور کامل بشناسید.

سیستم SI دارای 7 یکای پایه می‌باشد که هر یک کمیت مشخصی را اندازه‌گیری می‌کنند. یکاهای اندازه‌گیری پایه در این سیستم شامل موارد زیر هستند:

  • کیلوگرم که برای اندازه‌گیری جرم استفاده می‌شود.
  • ثانیه که برای اندازه‌گیری زمان استفاده می‌شود.
  • کلوین که برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شود.
  • آمپر که برای اندازه‌گیری جریان الکتریکی استفاده می‌شود.
  • مول که برای اندازه‌گیری مقدار یک ماده استفاده می‌شود.
  • کندلا که برای اندازه‌گیری شدت نور استفاده می‌شود.
  • متر که برای اندازه‌گیری فاصله استفاده می‌شود.

هفت یکایی که در این سیستم متریک قرار می‌گیرند به عنوان یکاهای استاندارد شناخته می‌شوند که سایر یکاهای اندازه‌گیری از آن‌ها مشتق می‌شوند؛ در واقع این یکاهای اساسی، یکاهای پیچیده‌تر را به وجود می‌آورند.

به طور قطع با جلو رفتن زمان و حرکت به سمت جهان مدرنیته، اصلاحاتی را در شرایط اندازه‌گیری با استفاده از هر یک از یکاهای اساسی سیستم SI به وجود آورده است. به عنوان مثال اندازه‌گیری شدت نور منتشر شده توسط یک منبع نور، به یکی از مهم‌ترین اندازه‌گیری‌هایی که با استفاده از یکاهای استاندارد انجام می‌شود تبدیل شده است.

استفاده از سیستم بین المللی SI برای فیزیکدانان، شیمیدانان، ریاضیدانان و سایر دانشمندان جامعه‌ی علمی حکم استفاده از یک زبان مشترک را دارد.

سیستم یکاهای بین المللی SI

موارد استفاده از یکاهای استاندارد

همانطور که گفته شد یکاهای استاندارد زبان مشترک رشته‌های علمی مختلف از جمله فیزیک، ریاضی، شیمی و... هستند.

هر یک از علاقمندان به رشته‌های علمی مختلف در دوره‌ی خاصی از یادگیری قواعد این علوم با یکاهای اندازه‌گیری استاندارد آشنا می‌شوند و درک تجهیزات مختلفی که باید برای اندازه‌گیری مورد استفاده قرار گیرند را آغاز خواهند کرد. به همین ترتیب علاقمندان یادگیری مفاهیم مهم‌تر در سطوح علمی پیشرفته‌تر را آغاز می‌کنند.

در واقع درک اهمیت اندازه‌گیری، یکی از مفاهیم پایه‌ای است که در علوم مختلف از جمله فیزیک روی آن تمرکز می‌شود. مفاهیم ابتدایی در رابطه با اندازه‌گیری، زمینه‌ی پیشرفت و ترقی را برای علاقمندان به کسب علم فراهم آورده و گام اولی است که در این جهت باید برداشته شود.

آشنایی ما با مفاهیم ابتدایی همچون تبدیل یکاهای مختلف اندازه‌گیری به یکدیگر، آگاهی از این که هر یک از این یکاها چه معنا و کاربردی دارند و مفاهیم این چنین بسیار پر اهمیت می‌باشند؛ برای مثال باید بدانید که 1 لیتر برابر با 1000 میلی لیتر است، یا 1 کیلوگرم در حقیقت 1000 گرم است و... .

این موارد ابتدایی‌ترین نکاتی هستند که برای حل مسائل مهم فیزیک باید بر آن‌ها واقف باشید. اگر چه در این متن تمرکز اصلی بر روی یکاهای استاندارد می‌باشد، اما شناخت یکاهای غیر استاندارد یا همان یکاهایی که از یکاهای استاندارد مشتق می‌شوند نیز از اهمیت بسیاری برخوردار است.

در جامعه‌ی علمی استفاده از چنین یکاهایی در مقایسه با یکاهای استاندارد چندان رایج نیست، با این حال این یکاها نیز نقشی بسیار مهم را در انجام دقیق اندازه‌گیری‌ها ایفا می‌کنند.

یکاهایی مثل سانتی متر، پا، دست و فنجان از جمله یکاهای غیر استاندارد یا مشتق شده می‌باشند.‌ کاربرد اصلی این نوع یکاها در اندازه‌گیری‌های تقریبی معین می‌شود.

موارد استفاده از یکاهای استاندارد

مهم‌ترین ویژگی‌های یکاهای استاندارد

برای بکارگیری یکاهای استاندارد جهت انجام دقیق اندازه‌گیری‌ها، فیزیکدانان، ریاضیدانان و سایر دانشمندان رشته‌های علمی مختلف باید با مهم‌ترین ویژگی‌هایی که برای این یکاها تعریف می‌شوند آشنایی داشته باشند. موارد زیر مهم‌ترین ویژگی‌هایی هستند که می‌توان برای یکاهای اندازه‌گیری استاندارد تعریف کرد.

  • درک تمامی این یکاها به شکلی کاملا ساده و راحت امکان‌پذیر می‌باشد‌.
  • این یکاها در صورت تغییر عوامل فیزیکی تغییر پیدا می‌کنند.
  • با تغییر شرایط مکانی و زمانی، این یکاها نیز تغییر می‌کنند.
  • هر یک از این یکاها باید ویژگی‌هایی مطابق با ویژگی‌های کیفی کمیت‌های اندازه‌گیری داشته باشند.
  • کمیت‌های استاندارد دارای تعریفی کاملا درست و دقیق می‌باشند.
  • هر یکای اندازه‌گیری که چنین ویژگی‌هایی داشته باشد، یک یکای استاندارد است.