در آموزش فیزیک برای شناخت جهان اطراف و تمامی پدیده‌هایی که در آن رخ می‌دهند، مهم‌ترین مسئله این است که ابزار لازم برای پی بردن به نتیجه‌ی قطعی آزمایش‌ها برای اثبات تئوری‌ها و نظریه‌ها را بشناسید. در این مقاله اطلاعاتی کامل در رابطه با یکاهای اندازه‌گیری برای سه کمیت اصلی یعنی زمان، طول و جرم را ارائه خواهیم داد.

اهمیت شناخت یکاهای اندازه‌گیری در آموزش فیزیک        

در آموزش فیزیک برای شناخت جهان اطراف و تمامی پدیده‌هایی که در آن رخ می‌دهند، مهم‌ترین مسئله این است که ابزار لازم برای پی بردن به نتیجه‌ی قطعی آزمایش‌ها برای اثبات تئوری‌ها و نظریه‌ها را بشناسید.

کمیت‌ها و یکاهای اندازه‌گیری که می‌توان آن‌ها را در دسته‌های اصلی و فرعی (استاندارد و مشتق شده) تقسیم بندی کرد، از جمله مهم‌ترین ابزار مورد استفاده برای هر چه دقیق‌تر انجام دادن اندازه‌گیری‌ها و در نهایت رسیدن به یک نتیجه‌ی قطعی و مهم می‌باشند.

استفاده از یکاهای اندازه‌گیری تنها به مطالعه‌ی فیزیک ختم نمی‌شود، در حقیقت یکاها و کمیت‌ها زبان مشترک بین علوم مختلف هستند و از طریق مطالعه‌ی آن‌ها و آشنایی با ویژگی و کاربردهای هر یک، می‌توان به این نتیجه رسید که هر کدام از این یکاها در چه موردی به کار می‌روند.

برای معرفی یکاهای اندازه‌گیری از گذشته تا کنون، چندین سیستم اندازه‌گیری مختلف معرفی شده است که هر یک در بازه‌ای از زمان به عنوان یک سیستم جهانی برای اندازه‌گیری کمیت‌ها و تعیین خواص و ویژگی‌های آن‌ها به رسمیت شناخته شده‌اند؛ سیستم یکاهای اندازه‌گیری نظیر SI، MKS و CGPM.

استفاده از کمیت‌ها و یکاهای اندازه‌گیری در فیزیک و سایر رشته‌های علمی، زمینه‌ی انجام دادن درست تحقیقات و آزمایش‌ها و رسیدن به نتایج درست و قطعی را فراهم آورده است. در حقیقت اندازه‌گیری‌های علمی که معمولا در مراحل مختلف تحقیقات و آزمایش‌ها انجام می‌شوند و دقت در آن‌ها دستیابی به نتایج درست را تضمین می‌نماید، پایند به یکاهای اندازه‌گیری هستند. بسیار مهم است که در هنگام ثبت کردن داده‌ها و نتایج، از یکاهای مختلف اندازه‌گیری برای انجام محاسبات و تهیه‌ی گزارش استفاده شود.

در ادامه اطلاعاتی کامل در رابطه با یکاهای اندازه‌گیری برای سه کمیت اصلی یعنی زمان، طول و جرم را ارائه خواهیم داد.

اهمیت شناخت یکاهای اندازه‌گیری در آموزش فیزیک

همه‌ چیز درباره اندازه‌گیری سه کمیت طول، زمان و جرم

یکای اندازه‌گیری طول:

یکی از مهم‌ترین کمیت‌های فیزیکی طول است که اندازه‌گیری دقیق آن در بسیاری از محاسبات و آزمایش‌ها بسیار مهم است. برای تعیین اندازه‌ی هر چیزی و یا جهت اندازه‌گیری فاصله‌ی بین دو نقطه، لازم است طول را اندازه‌گیری نمایید. به طور کلی تعیین طول هر جسم از طریق اندازه‌گیری بلندترین ضلع آن انجام می‌شود. برای اندازه‌گیری طول از یکاهای مختلفی استفاده می‌شود؛ در واقع می‌توان از یکاهای استاندارد و مشتق شده جهت تعیین طول هر چیزی استفاده کرد. یکای استاندارد اندازه‌گیری طول در محاسبات فیزیکی مختلف در سیستم متریک، متر می‌باشد. با توجه به این که قصد اندازه‌گیری طول چه چیزی را داشته باشید، می‌توانید از یکاهای مشتق شده از متر نظیر میلی متر، سانتی متر و کیلومتر استفاده کنید. برای اندازه‌گیری طول‌های کوچک از سانتی‌متر و میلی‌متر و برای طول‌های بزرگ از متر و کیلومتر استفاده می‌شود. 1 متر برابر 100 سانتی متر و 1 کیلومتر برابر با 1000 متر است. علاوه بر یکاهای ذکر شده که در سیستم متریک قرار می‌گیرند، یکاهایی همچون پا، اینچ، یارد و مایل نیز جهت اندازه‌گیری طول مورد استفاده قرار می‌گیرند. هزاران سال پیش یکاهای اندازه‌گیری طول بر اساس اندازه‌ی بدن انسان تعیین و مورد استفاده قرار می‌گرفتند؛ در این زمان یکای اندازه‌گیری تحت عنوان ذراع، اندازه‌ی بین آرنج تا نوک انگشتان را نشان می‌داد. حتی در دوره‌ی کنونی در بعضی از کشورهای جهان همچون ایالات متحده، یکاهای اندازه‌گیری طول براساس بدن انسان تعیین می‌شوند. (یکاهایی مثل پا و اینچ) پس از گذشت قرن‌ها تحقیق و بحث میان دانشمندان، در سال 1791 کلمه‌ی یونانی متر به معنای اندازه‌گیری به عنوان یکای اصلی جهت اندازه‌گیری طول معرفی شد.

یکای اندازه‌گیری طول در طی زمان

یکای اندازه‌گیری زمان:

از مهم‌ترین کمیت‌های فیزیکی که ابزاری برای حل بسیاری از مسائل و رسیدن به پاسخی قطعی برای تئوری‌های مختلف فیزیکی می‌باشد، زمان است. اندازه‌گیری این کمیت 1500 سال قبل از میلاد در مصر باستان و در دوره‌ی اختراع ساعت‌های آفتابی آغاز شد. با این حال زمانی که مصریان اندازه‌گیری می‌کردند با زمانی که به وسیله‌ی ساعت‌های امروزی اندازه‌گیری می‌شود متفاوت است. در این دوره یکای اصلی اندازه‌گیری زمان بر حسب طول روشنایی روز تعیین شده بود‌؛ در واقع یکای اندازه‌گیری زمان در دوره‌ی مصر باستان از طریق تقسیم کردن دوره‌ی طلوع تا غروب خورشید به 12 قسمت به دست آمد و همین سبب به وجود آمدن ساعات مختلف روز شد‌. در واقع ساعات مصری، شباهتی با ساعات امروزی ندارند، در واقع این ساعات، یک دوازدهم دوره‌ی نورانی بودن روز را نشان می‌دادند. با گذشت زمان نیاز به یکای اندازه‌گیری که زمان را بدون توجه نور خورشید تعیین می‌کرد سبب شد تا ابزار مختلفی برای اندازه‌گیری زمان اختراع شوند؛ ابزاری مثل ساعت شنی، شمع‌ها و ساعت‌های آبی. هر کدام از این ابزار زمان را به عنوان چیزی که پیوسته در جریان است، نشان دادند و ابزاری برای شکل دادن به طرز فکر امروز ما درباره‌ی زمان بودند. اصطلاحات جدید و رایج امروزی که برای اندازه‌گیری زمان به کار می‌روند، توسط بابلی‌ها و یهودیان معرفی شدند. رومی‌ها اصلاحاتی را روی ساعت‌های آفتابی انجام دادند و ابزاری را اختراع کردند که بدون نیاز به نور خورشید و حتی در شب زمان را اندازه‌گیری می‌کردند. روش اندازه‌گیری زمان در قرن 20 با روی کار آمدن ساعت‌های اتمی در آزمایشگاه‌های فیزیکی تغییر پیدا کرد. در نتیجه روش جدید و بهتری برای اندازه‌گیری زمان به وجود آمد و ثانیه به عنوان یکای اصلی اندازه‌گیری زمان تعریف شد.

یکای اندازه‌گیری زمان

یکای اندازه‌گیری جرم:

یکی از کمیت‌های اندازه‌گیری بسیار مهم در فیزیک که ویژگی‌های فیزیکی یک جسم را تعیین کرده و میزان مقاومت جسم در مقابل فشار را مشخص می‌کند، جرم می‌باشد. یکای اندازه‌گیری استاندارد تعیین شده برای جرم در سیستم متریک، گرم می‌باشد. کیلوگرم از جمله یکاهای مشتق شده برای اندازه‌گیری جرم می‌باشد؛ هر 1000 گرم برابر با 1 کیلوگرم می‌باشد. کیلوگرم از سال 1795 به عنوان یکای اندازه‌گیری جرم در فیزیک تعریف شد؛ در این دوره مبنای تعیین یکای کیلوگرم برای اندازه‌گیری جرم، جرم یک لیتر آب بود. سپس در سال 1799، کیلوگرم براساس جرم پلاتین کیلوگرم تعریف شد. در سال 1889 از پلاتین ایریدیوم به عنوان استانداردی برای تعریف یکای اندازه‌گیری جرم (کیلوگرم) در سیستم یکاهای بین المللی استفاده شد. به طور کلی می‌توان از گرم و کیلوگرم به عنوان دو یکای اصلی که برای اندازه‌گیری جرم مورد استفاده قرار می‌گیرند یاد کرد. در کنار این یکاها، تن نیز یکای دیگری است که برای اندازه‌گیری جرم به کار می‌رود. 1 تن برابر با 1000 کیلوگرم است.