The Free Site   |  vBuddy - social networking for webmasters   |  Cheap Web Hosting - starting at $5

الوحدات في الفيزياء    Units in Physics

 

المقدمة:

لاحظت اثناء تدريس مادة الفيزياء لمختلف المراحل الثانوية اوالجامعية لمدة اكثر من خمس وعشرين سنة فان معظم المتلقين لا يعير أي اهمية للوحدة ( أي وحدة قياس الكمية الفيزيائية) ويعتبر ان الفيزياء هي مجرد رقم استنتج باستخدام الوسائل الرياضية من معادلات وتحليل رياضي او عددي. فاي كمية فيزيائية عندما تظهر على شكل رقم يجب عليها ان نتأمل ه\ة الكمية هل هي واقعية ام لا وهل هي كبيرة ام صغيرة وهل تندرج في اطار خبرتنا السابقة عن مثل هذا النوع من الكميات.

عند مشاهدتنا لتدريس مادة الفيزياء في المدارس الثانوية سواء اكان ملقيها احد الطلبة المطبقين ام مدرس المادة الأصلي في المدرسة وجدنا الكثير من الشواهد حول ها الموضوع. فمثلا: عند حل احد الأمثلة وكان المطلوب كتلة جسم علق على طرف مسطرة وظهر ان ناتج الحساب هو ان كتلة ذلك الجسم هي 0.001   غرام وعند تدقيق طريق الحل وجد انها صحيحة. والآن هل هي صحيحة بالمعنى الفيزيائي!! الجواب قطعا لا لأنه لايوجد جسم بهذا الصغريكن ان يعلق بطرف مسطرة ويؤثربها. واذا طلب في احدى مسائل الحرارة ان تحسب درجة حرارة الماء وكان ناتج الحل من قبل احد الممتحنبن هو 110 درجة مئوية، فيجب علية ان يراجع الحل لأن درجة حرارة الماء لايمكن ان تكون اكبر من 100 مئوية ، فاذا لم يجد خطا في الحل ( لنفرض لا يوجد خطا وكان الماء معرض للضغط الجوي فقط ) فيجب ان يكون في المسألة خطا في الإعداد او التأليف لأنه لا يجوز ان ترتفع درجة حرارة غليان الماء الى هذا الحد دون وجود ضغط كبير جدا . الوحدة بشكل عام تعتبر من بين اول الأدوات التي استخدمها الأنسان لتوصيف الأشياء حوله.

 

الوحدات الأساسية في الفيزياء (سوف لانناقش الوحدات الأنكليزية)

هي كل من وحدة الطول المتر ووحدة الكتلة الكيلوجارم ووحدة الزمن الثانية ووحدة الشحنة الكلوم ووحدة درجة الحرارة  وفي الحقيقة ان أي وحدة يمكن اشتقاق علاقة بينها وبين المتر والكليوجرام والثانية تعتبر وحدة مشتقة فمثلا الأمبير ( بعضهم يعتبره من الوحدات الأساسية) يساوي حاصل قسمة الكلوم على الثانية فهو مشتقة وكذلك الفولت والفاراد  

وحدة المتر والكيلوجرام والثانية :

هي من الوحدات الأساسية فالمتر لقياس المسافة فيقال ان ارتفاع غرفة ما هو 3.5 او 4 متر ولايجوز ان نقول ارتفاع غرفة ما هو 1.5 متر او اقل لأننا نعرف بشكل عام ارتفاع الغرفة او نقول عنها بانها 200 متر والمتر يقدر بانة يعادل خطوتي رجل معتدل الطول بطول 1.7 متر يمشي بشكل طبيعي.  والمتر يساوي 100 سم كما نعرف فكم هو السنتيمتر ؟ فهو يعادل تقريبا عرض احد الأظافر في كف الرجل الأعتيادي.

المتر يعادل 1000 مليمتر والمليمتر اقل وحدة قياس ترى بالعين المجرده فمعدل سمك شعرة الأنسان يعادل تقريبا 0.2 مليمتر  وقطر اصغر قطرة ماء يساوي 1 مليمتر والمتر يساوي 1000000 مايكرومتر وهذه الوحدة عندما تذكر بعد رقم معين يدل ذلك بان هذا الجسم الذي تعود لقياسه هذه الوحدة لا يرى بالعين المجردة مثل خلايا جسم الأنسان التي يبلغ معدل قطرها 25 مايكرومتر وقطر اصغر خلية بكتريا بحدود 0.3 مايكرومتر هذه القياسات يمكن ان ترى بالمايكروسكوب. والمتر يساوي عشرة ملايين انكستروم ويساوي 1015 فيرميون وهو يستخدم في القياسات الذرية والنووية وهوالقياسات الأخيرة للأجسام التي لا ترى بالمايكروسكوب وانما نستدل عن ابعادها بواسطة دراسة الآثار المحسوسة لها.

الكيلومتر يساوي 1000 متر وهو للقياسات الكبيرة الى حدود اقطار الكواكب والنجوم فمثلا نصف قطر الأرض

ويلي الكيلوتمر اسنة الضوئية وهي تمثل المسافة التي يقطعها الضوء خلال سنة كاملة وهي الوحدة التي تقاس بها المسافة بين الكوكب والبعاد الفلكية الأخرى فيقال ان البعد بين مجرتنا ومجرة اخرى هو كذا سنة ضوئية.

 المتر المربع وحدة لقياس المساحة فمساحة ارض غرفة الدراسة 25 متر مربع ومعدل مساحة ارض بناء الدار يساوي 250 متر مربع

والمتر المكعب وحدة لقياس الحجم فمثلا نقول ان حجم خزان الماء المنزلي هو 1 متر مكعب او الف لتر واللتر حجم قنينة من العصير واللتر يعادل 1000 سنتمتر مكعب والسم مكعب هو حجم النرد ومعدل حجم السائل في قنينة الدواء هو 100 مليلتر أي مائة سنتمتر مكعب والحجم الداخلي للحقنة العضلية بين 2 الى 5 ملي لترومعدل سعة صهريج نقل السوائل 30000 لتر    

وحدة قياس الكتلة هي الكيلوجرام   وكتلة قنينة الماء النقي ذات الحجم لتر واحد تعادل 1 كيلوغرام  وكتلة كيس الأسمنت 50 كيلوغرام

الكيلوغرام يساوي 1000 غرام وهذا يعادل خمس مثقال الذهب والغرام يعادل تقريبا كتلة حبة العدس وهناك وحدات اصغر من الغرام وهي الملي غرام والمايكروغرام للأجسام الدقيقة

اما وحدة القياس الأكبر من الكيلوغرام فهي الطن المتري ويساوي 1000 كيلوغرام ونقول ان طن الأسمنت يساوي 20 كيسا ونقول ان معدل كتلة السيارة (الصالون) بحدود 1 طن والقول بان خزان الماء ذات الطنين يستوعب كمية من الماء حجمها 2 متر مكعب او 2000 لتر

وحدة قياس الزمن هي الثانية فكم تبلغ الثانية؟ يمكن تقديها كما تقدر في لعبة كرة السلة عندما نسمع صفرة الحكم على احد اللاعبين بانه استغرق خمس ثواني قبل رمي الكرة فيعدها الحكم بالقول "الف وواحد الف واثنين الف وثلاثة الف واربعة والف وخمسة" وعندها يصر على اللاعب. فهكذا نقدر الثانية

قياسات الميكانيك الأخرى

لنبدا بالقوة فمقياس القوة هو النيوتن فكم تبلغ قوة 1 نيوتن؟ يمكن القول باننا نبذل قوة 1 نيوتن عندما نرفع جسم كتلته 100 غرام من سطح الأرض  والداين هو 0.00001 نيوتن أي اصغر منه بمئة الف مره. ومعدل وزن الرجل 700 نيوتن  أي ان كل كيلوغام يعادل 10 نيوتن تقريبا.

الأنطلاق هو المسافة المقطوعة في وحدة الزمن . فكم هي 1 م\ثا ؟  فهي سرعة السيارة التي تقطع مسافة 3.6Km في الساعة الواحدة ( بسرعة الدراجة الهواء عندما تسير اعتياديا) . واكبر سرعة للسيارة يمكن ان تصل الى 100 m/s ، واعظم سرعة للأنسان عندما يقطع 100متر خلال 10 ثواني تقريبا هي 10 m/s واقل سرعة عندما يكون واقفا!. سرعة الصوت كما هو معروف هي 340 متر لكل ثانية والطائرة اسرع من الصوت أي انها تسبق صوتها وبشكل خاص الطائرة الحربية التي تصل الى ثلاثة امثال سرعة الصوت، والرصاصة عندما تخرج من البندقية يبلغ انطلاقها بين 600 الى 1000 متر لكل ثانية أي انها تصيب هدفها قبل ان يصل اليه صوتها، واكبر السرع هي سرعة الضوء ولا يوجد جسم يسير اسرع او حتى مساوي لسرعة الضوء وهي 3x108m/s

الشغل والطاقة  لها وحدات تساوي حاصل ضرب وحدات القوة مع الأزاحة وتساوي وحدة الجول ، فما هو الجول الواحد؟ هو الشغل الذي ننجزه عندما نرفع جسم كتلته 100 غرام لمسافة متر واحد ( يكون قد اكتسب طاقة مقدارها جول واحد) والأرج يعادل 0.0000001  من الجول وهو وحدة صغيرة جدا،وعندما نسخن لتر من الماء من درجة الصفر الى درجة المئة فاننا نصرف عليه طاقة على شكل حرارة مقدارها 418000  جول  

قياسات أخرى

من الوحدات الفيزيائية الأخرى هي وحدة الشحنة الكهربائية وهي الكولوم وهي الشحنة التي تمتلكها مادة تتجمع على سطحها الخارجي 6.22x1017 الكترون او ياخذ منها نفس العدد من اللكترونات عندما تصبح موجبة الشحنة  وهناك وحدة التيار الكهربائي وهي الأمبير ويكون التيار مساويا الى امبير واحد عندما يمر العدد السابق من الللكترونات خلال وحدة الزمن في سلك موصل.

وهكذا يمكننا ان نقدر قيمة جميع الوحدات المستخدمة في الفيزياء ولا نأخذها مجرد رقم وبجانبه الوحدة وانما يجب ان نتحقق من مقدار هذه الكمية الفيزياوية هل هو معقول ام لا ويجب ان نناقش ونعيد التدقيق حتى نقتنع بمعقولية القياس. هنالك الكثير من المواقع التي تتكلم عن الوحدات في الفيزياء وكيفية التحويل من وحدة الى اخرى ندرج بعض منها في ادناه ونامل ان تنال منكم الأهمية وتفيدكم في دراسة الفيزياء

مع تحيات

د. عبد الرضا صبر

رئيس قسم الفيزياء

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/units.html

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/unitc.html#uc

http://whatis.techtarget.com/definition/0,,sid9_gci551931,00.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Planck_units

http://physics.nist.gov/cuu/Constants/

http://www.alcyone.com/max/reference/physics/constants.html

http://www.physics.isu.edu/radinf/Test/calc.html

http://www.physics.isu.edu/radinf/natural.htm