تحقیق مقاله کمیت های فیزیکی ، استاندارد ها ، ویکا ها

    واحدهای ساختاری فیزیک ، همین کمیتهایی هستند که برای بیان قوانین این علم به کار می روند : طول ، جرم ، زمان ، نیرو ، سرعت ، چگالی ، مقاومت ویژه ، دما ، شدت روشنایی ، شدت میدان مغناطیسی ، و بسیاری کمیت های دیگر . خیلی از این واژه ها ، مثل طول و نیرو ، در شمار واژههای روزمره اند . مثلاً ممکن است گفته شود : “ او در طول زندگیش فشار زیادی را تحمل کرده است.” اما در فیزیک نباید گول معنی روزمره این واژ ها را خورد . تعریف علمی دقیق طول و فشار ، هیچ ربطی به معنی این دو واژه در جمله بالا ندارد .

    خیلی از کمیتهای پیچیده تر را می توان بر حسب این کمیتهای پایه بیان     کرد . مثلاً ، تا مدتها دفت اندازه گیری طول و زمان از خیلی از کمیتهای فیزیکی دیگر بیشتر بود و این دو کمیت را عموماً برای تعیین استاندارد به کار می برند . دقت اندازه گیری سرعت کمتر بود ، و بنابراین به عنوان کمیتی مشتق ( زمان /طول = سرعت ) در نظر گرفته می شد . اما امروزه دقت سنجش سرعت نور ، بیش از دقت استاندارد پیشین طول است ؛ البته هنوز هم طول را کمیتی بنیادی می دانیم ، اما استاندارد آن را از استاندارد سرعت و زمان به دست به دست می آوریم .

سیستم بین المللی یکا ها :

     کنفرانس عمومی اوزون و مقیاسها ؟ در طی مذاکرات سالهای 1954 تا 1971 هفت کمیت را به عنوان کمیتهای اصلی انتخاب کرده است .

    سیستم بین المللی یکاها ، SI ، مبتنی بر همین کمیتهاست ، که فهرست از آنها در جدول 1 آماده است .

   در این کتاب با بسیاری از یکاهای فرعی SI مثل یکای سرعت ، نیرو ، و مقاومت الکتریکی سرورکار خواهیم داشت . این یکاها از یکاهای جدول 1 مشتق می شوند . مثلاً یکای نیروی نیوتن (N  ) است . این یکا ، برحسب یکاهای اصلی SI ، به صورت   تعریف می شود .

   اگر بخواهیم کمیتهای مثل توان یک نیروگاه ، یا زمان بین دو رویداد         هسته ای را بر حسب یکاهای SI بیان کنیم ، با عددی بسیار بزرگ ، یا بسیار کوچک ، مواجه می شویم . برای ساده شدن بیان چنین کمیتهایی ، کنفرانس عمومی اوزان و مقیاسها طی مذاکرات سالهای 1960تا 1975 خود توصیه کرد که از پیشوندهایی که در جدوا 2 آمده است استفاده شود . به این ترتیب ،‌می توانیم توان خروجی یک نیروگاه معمولی برق ، را وات ، را به صورت 3/1 گیگاوات یا GM 3 را بیان کنیم . همچنین ، یک بازه زمانی معمول در فیزیک هسته ای ، مثل  ثانیه ، را می شود به صورت 35ر2 نانوثتنیه یا ns35ر2 نوشت . پیشوندهای مربوط به ضریبهای بزرگ تر از یک ، ریشه یونانی دارند و پیشوندهای مربوط به ضریبهای کوچکتر از یک ، ریشه لاتین ( جز فمتو و آتو ، که ریشه دانمارکی دارند ) .

  در کنار SI ، دو سیستم هم دیگر هم برای یکا ها داریم .یکی سیستم گاؤسی است که در خیلی از منابع فیزیک مورد استفاده است . این سیستم را در این کتاب به کار نخواهیم برد . ضرایب تبدیل یکاهای این سیستم به سیستم  SI ، در پیوست ز آمده است .

   سیستم دیگر ، سیستم بریتانیایی است ،‌که هنوز هم در بعضی کشورها و از جمله در ایالات متحد امریکا کاربردهای روزمره دارد . کمیتها و یکاهای اصلی میکانیک در این سیستم ، طول ( فوت ) ، نیرو ( پاوند ) ، و زمان ( ثانیه ) اند . ضرب تبدیل این یکاها به یکاهای SI هم در پیوست ز آمده است . ما در این کتاب عموماً یکاهای SI را به کار برده ایم ( و در بعضی موارد به معادله های بریتانیایی آنها هم اشاره کرده ایم ) . تنها در سه کشور ( میانمار ، لیبریا ، و ایالات متحد امریکا ) است که استانداردهای ملی اندازه گری مبتنی بر سیستمی جز SI اند .

   مثال 1. هر کمیت فیزیکی را می شود در 1 ضرب کرد ( چون مقدارش را تغییر نمی دهد ) . مثلاً s 60=min 1 است ، پس از min1 /s60=1؛به همین ترتیب ، in 12=ft1،پس in12/ft1=1 است . با استفاده از ضرایب تبدیل مناسب ‌، ( الف ) سرعت 55 مایل بر ساعت را برحسب متر بر ثانیه ، و ( ب ) حجم مخزنی را که 16 گالن بنزین می گیرد بر حسب سانتی متر مکعی به دست بیاورید .

   حل : ( الف ) برای ضرایب تبدیل ، به روابط  m 1609=mi1/m1609=1)و s3600/ h=1)نیاز داریم ( نگاه کنید به پیوست ز) . به این ترتیب :

سرعت

( ب ) یک گالن مایع 231 اینچ مکعب ، و cm 54ر2=in1 است .

پس

حجم

   توجه کنیدد که در این دو محاسبه ، ضرایب تبدیل را چنان به کار برده ایم که یکاهای ناخواسته در صورت یک کسر و مخرج کسر دیگر ظاهر شوند ، و یکدیگر را حذف کنند .

(جدول در فایل اصلی موجود است)

استاندارد زمان :

   سنجش زمان دو جنبه دارد . برای امور رزمره ، و برای بعضی از مقاصد علمی ، لازم است بدانیم چه وقت از روز است تا بتوانیم ترتیب وقایع را تعیین کنیم . در بسیاری از کارهای علمی ، می خواهیم بدانیم که فلان رویداد چقدر طول می کشد ( بازه زمانی چقدر است ) . پس هر استاندارد زمانی باید بتواند به این دو پرسش پاسخ بدهد . “ فلان رویداد در چه زمانی وقوع یافته ؟ ” و “چقدر طول کشیده است ؟ ” جدول سه گستره بازه های زمانی سنجش پذیر را نشان می دهد . نسبت حدود بالا و پایین این گستره از مرتبه  است .

   هر پدیده تکرار شونده ای را می شود به عنوان مقیاس زمان به کار برد . برای سنجش زمان با چنین پدیده ای ، عده تکرارهای پدیده را ( به اضافه کسری از یک دور در صورت لزوم ) می شماریم . به این منظور می توانیم مثلاً از آونگ ، سیستم جرم فنر ، یا بلور کوارتز استفاده کنیم .

قرنهای متمادی پدیده تکرار شونده چرخش زمین حولمحور خودش ، که مدت روز را تعیین می کند ، به عنوان مقیاس زمان به کار می رفت . بعدها یک ثانیه  ( میانگی خورشیدی ) برابر با 86400/1 روز ( میانگین خورشیدی ) تعریف  شد . وساعتهای بلوارتز ، که بر اساس اباقی الکتریکی ارتعاشات دوره ای بلور کلوارتز کار می کنند ، به عنوان استاندارد ثانویه زمان به کار می روند . ساعت کوارتز را می شود با استفاده از رصدهای نجومی ، برحسب چرخش زمین مدرج کرد و برای سنجش زمان در آزمایشگاه به کار برد . خطای انباشته بهترین این ساعتها ، در طول سال ، حداکثر 5 بوده است . اما حتی این دقت هم برای علوم و تکنولوژی جدید کافی نیست .

برای دستیابی به استاندارد زمانی بهتر ، ساعتهای اتمی در چندین کشور ساخته شده است . کار این ساعت ، بر اساس بسامد مشخصه تابش میکروموجی است که از اتمهای عنصر سزیم گسیل می شود.این ساعت ، که  در مؤسسه ملی استانداردها و تکنولوژی در ایالات متحد امریکا نگهداری     می شود ، مبنای تعیین زمان جهانی هماهنگ (UTC) در این کشور است .

جدول 3. مقادیر اندازه گیری شده چندبازه زمانی 

(جدول در فایل اصلی موجود است)