الوحدات، والكميات الفيزيائية، والمتجهات
Units, Physical Quantities, and Vectors
مقدمة
يعتبر علم الفيزياء من العلوم التجريبية التي تطورت بالتجارب العلمية ووضع نتائجها في صورة نظرية ومعادلات رياضية وتبقى هذه النظريات صالحة طالما تحقق نتائج التجارب التي تجرى وإلا تهدم هذه النظريات أو تعدل.
يقوم علم الفيزياء على القياسات measurements التي تجرى على ظاهرة معينة وعليه يمكن اعتبار علم الفيزياء بأنه علم التجربة والقياس. وتطور هذا العلم عبر العصور من خلال انجازات علماء الفيزياء.
الكميات الفيزيائية (الكميات الفيزيائية الأساسية والكميات الفيزيائية المشتقة)
في البداية سنقوم بتعريف لبعض المفاهيم الأساسية التي سنحتاجها خلال دراستنا لهذا المقرر، فمثلا أي رقم تستخدمه لوصف ظاهرة فيزيائية physical phenomenon تسمى كمية فيزيائية physical quantity. الكمية الفيزيائية تعرف باستخدام طريقتين هما
التعريف من خلال طريقة قياسها measurements
التعريف من خلال طريقة حسابها calculations
فعلى سبيل المثال يمكن استخدام المسطرة لقياس المسافات أو استخدام ساعة الإيقاف لقياس الزمن بين حدثين كلاً من المسافة والزمن عرف من خلال طريقة قياسه. أما الطريقة الثانية تعتمد على الحساب فمثلاُ السرحة تحسب من المسافة على الزمن.
وقد أصطلح على ان طريقة القياس المستخدمة لتعريف أي كمية فيزيائية على انه تعريف إجرائي operational definition، فكلاً من الكتلة mass او الطول length أو الزمن time كلها كميات فيزيائية اساسية تعرف بالطريقة القياس وهي طريقة التعريف الإجرائي.
كما أن هناك كميات فيزيائية مشتقة مثل السرعة والعجلة والقوة والطاقة وسميت كميات فيزيائية مشتقة لأنها تعتمد على الكميات الفيزيائية الأساسية ويتم تعريف تلك الكميات من خلال طريقة حسابها فمثلاً تعرف السرعة بأنها مقدار التغير في المسافة على الزمن، لاحظ هنا أن تعريف السرعة كان من خلال وصف الطريقة التي نحسبها بها والتي تعتمد على كميات فيزيائية أساسية هي المسافة والزمن.
الوحدات Units
عندما نقيس كمية فيزيائية نستخدم المقارنة مع مرجع قياسي فمثلاً حينما نقول أن طول حبل هو 30 متر فهذا يعني ان طول الحبل يعادل 30 مرة طول قطعة مستقيمة تم التعارف عليها ليكون طولها القياسي متراً وهذا المقياس يسمى الوحدة unit. إذا نفهم من ذلك ان المتر هو وحدة الطول كما أن الثانية هي وحدة الزمن.
للقيام بقياسات دقيقة نحتاج إلى تعريف دقيق لكل وحدة لا يعتمد على المتغيرات الفيزيائية مثل درجة الحرارة أو الارتفاع أو إذا كان على الأرض أو أي مكان أخر في الكون، ولهذا طرأت عدة تطورات على تعريف الوحدات بتطور علم القياس فعلى سبيل المثال في عام 1791 عرف المتر على أنه عشر المليون للمسافة بين خط الاستواء والقطب الشمالي للكرة الأرضية وعرفت الثانية على أنه الزمن اللازم لبندول طوله متر لعمل اهتزازة كاملة (ذهاب وإياب). هذه التعريفات عدلت في العام 1889 من قبل المنظمة الدولية للقياسات في مؤتمر علمي لتوحيد نظام المقاييس والوحدات فمثلا تم تعريف الثانية على انها جزء من طول يوم على الأرض، وفي العام 1960 اصبح هناك نظام قياس عالمي موحد يعرف باسم النظام الدولي international system ويرمز له بالرمز SI وتم تعريف الثانية على أنها الزمن اللازم لكي تقوم ذرة سيزيوم بعدد يساوي 9,192,631,770 اهتزازة. وعرف المتر على المسافة التي يقطعها الضوء في الفراغ خلال زمن قدره 1/2999792458 ثانية. وعرفت وحدة قياس الكتلة وهي الكيلوجرام بأنها تعادل كتلة اسطوانة قياسية من خليط البلاتينيوم والاريديوم platinum-iridium وهي المرجع للكيلوجرام.
للتعامل مع مختلف الكميات الفيزيائية في هذا الكون الفسيح باستخدام الوحدات الاساسية فإنه تم تقسيمها إلى وحدات أصغر أو مضاعفتها فمثلا للتعامل مع الابعاذ الذرية يصبح المتر صغيرا جدا وعند التعامل مع الابعاد الكبير كل المسافات بين المدن أو المجرات يصبح المتر صغيرا جداً، ولحل هذه المشكلة نستخدم مضاعفات للوحدة على النحو الموضح في الجدول التالي:
مضاعفات الوحدة رمز الوحدة قيمتها
1 kilometer (km) =103m
1 decimeter (dm) =10-1m
1 centimeter (cm) =10-2m
1 millimeter (mm) =10-3m
1 micrometer (mm) =10-6m
1 nanometer (nm) =10-9m
1 angstrom (Ǻ) =10-10m
1 picometer (pm) =10-12m
1 femtometer (fm) =10-15m
في النموذج التالي اضغط على Go Smaller أو Go Bigger للتعرف على أمثلة على المسافات الصغيرة والمسافات الكبيرة...
في الجدول التالي تسميات لمضاعفات الوحدات والتي تستخدم بكثرة
number prefix Abbreviation
1018 exa- E
1015 peta P
1012 tera- T
109 giga- G
106 mega- M
103 kilo- K
10-2 centi- C
10-3 milli- M
10-6 micro- m
10-9 nano- N
10-12 pico- P
10-15 femto- F
10-18 atto- A
موضوع: علم الفيزياء 
الخميس سبتمبر 11, 2008 12:17 pm
بس برضو ما فهمت 
