وحدة القياس

وحدات القياس

الذراع:

      هو وحدة طول تساوي (259mm)، والذراع العملي هو عبارة عن قطعة من الجرانيت الاسود مقسمة إلى ستة أجزاء كل منها يسمى كف وهي بدورها مقسمة إلى أربعة أقسام كل منها أسموه أصبعاً . وتسمى المائة ذراع بالخت.

السيشت:

      هي وحدة مساحة وتساوي ختاً واحداً . أي (10.000) ذراعاً مكعباً .

الرطل:

     هو وحدة لقياس الكتل تساوي 453 جراماً .

القدم الملكية:

     تعادل (32.5) سنتمتراً . واذا قسمت هذه القدم إلى 12 جزءاً فإن كل جزء يسمى بوصة ، أما إذا قسمت إلى 144 جزءاً فإن كلاً منها يسمى لينية ، يسمى كل جزء من 1728 بالنقطة . أما كل ثلاث أقدام فتسمى ياردة.

النظام المتري: Metric System

   قام بعض الحادبين على العلم بإجراء مقارنات موضوعية بين الوحدات ونظيراتها في الأقطار المختلفة، فوجدوا إختلافات عديدة بين الوحدات الفرنسية والبريطانية مثلاً.

فإتجه هؤلاء العلماء للبحث عن وحدة ثابتة ولا تنتمي لأية دولة بحيث يمكن إعتبارها أساساً لنظام موحد.

 وقد ظهرت وحدة المتر لقياس الطول وعرفت بإنها جزء من عشرة ملايين جزء من طول ربع خط الطول. كذلك عرف الكيلوجرام بأنه كتلة ديسيمتر مكعب من الماء عند درجة حرارة 4˚C . ونظراً لأن هذا النظام قد بنى على المتر فقد سمى بالنظام المتري. والنموذج العملي للمتر في هذا النظام عبارة عن قضيب خطي من البلاتين مقطعة على شكل حرف X، أما الكيلو جرام فهو عبارة عن أسطوانة من البلاتين قطرها يساوي إرتفاعها الذي يساوي (3.9cm).

وقد مر النظام المتري بعد مراحل، ظهرت على أثرها عدة أشكال منه ، منها نظام (c.g.s) أي (سم. جم.ث) ونظام (m.k.s) أي نظام (متر. كجم. ث) وكذلك نظام (m.t.s) أي نظام (متر. طن. ث) والذي يستخدم في مجال الصناعات الثقيلة . وفيما بعد أضيفت وحدة الأمبير ليصبح عدد وحدات هذا النظام أربع.

النظام الدولي: International System

    أدت الجهود المبذولة لتوحيد نظم القياس إلى تبني نظام موحد يطبق في كل الدول، سمى (النظام الدولي لوحدات القياس)، ويتكون هذا النظام من ثلاث مجموعات من وحدات القياس هي:

مجموعة الوحدات الأسياسية: Fundamental Units

    تتكون هذه المجموعة من سبع وحدات هي المتر (m) لقياس الطول، الكيلوجرام (kg) لقياس الكتلة، والثانية (sec) لقياس الزمن، والأمبير (A) كوحدة لشدة التيار والشمعة العيارية (cd) لقياس شدة الإضاءة، والكلفن (k) كوحدة لقياس درجة الحرارة المطلقة، بينما إستخدام المول (mol) كوحدة لقياس كمية المادة.

مجموعة الوحدات المكملة : Complementary Units

  تضم وحدتين فقط لقياس الزوايا، حيث تقاس الزواية المستوية بوحدة تسمى الراديان (rad)، أما الزاوية المجسمة فتقاس بوحدة الإستراديان (str).

مجموعة الوحدات المشتقة : Derived Units

     وهذه المجموعة تضم أي وحدة أمكن إشتقاقها من ضرب أو قسمة وحدتين أساسيتين أو أكثر ، مثل النيوتن (N) حيث (IN = 1 kg . m . sec^-2) والكلولوم (C) حيث (IC = 1 A .sec).

مصطلحات علم القياس:Termnology of Measurement

     يذخر علم القياس بالكثير من المصطلحات بعضها يتعلق بالقياس نفسه والبعض الآخر يصف الأجهزة، كما سنرى لاحقاً. قد يبدو هناك بعض اللبس بين جزء من مصطلحات علم القياس . وسنعطي تعريفاً لهذه المصطلحات مع أمثلة لها متى ما دعت الحاجة لذلك.

1. الكمية الطبيعية : Physical Quantity

     هي خاصية أو صفة لجسم أو لشدة ظاهرة ما. وبصفة عامة فإن الكمية الطبيعية تكون عرضة للتغير وقابلة للقياس.

2. مقاس الكمية الطبيعية:Measure of Physical Quantity  

    مقاس الكمية الطبيعية هو عدد مرات إحتواء الكمية الطبيعية لكمية أخرى من نفس النوع تسمى وحدة القياس.

3. التدريج:Scale

    هو مجموعة الخطوط أو العلامات التي تتيح تقدير موضع وسيلة البيان. إذا كانت هذه العلامات مكونة من أرقام تبين مباشرة قيمة الكمية المقيسة فيقال عن التدريج بأنه تدريج رقمي، بينما يسمى النوع الأول تدريج تماثلي.

4. طول قسم التدريج:Scale Division Length

  هو طول الخط المستقيم أو المنحنى على طول أساس التدريج والمحصور بين محوري علامتين متتالييتن.

5. قيمة قسم التدريج:Scale Division Value

   تعرف قيمة قسم التدريج للجهاز الذي يحوي تدريجاً تماثلياً بأنها التغير في الكمية الطبيعية المناظر لطول قسم التدريج. وبالنسبة للتدريج الرقمي فإن قيمة قسم التدريج هي الفرق بين بيانين متتاليين.

6. مدى التدريج وإتساع التدريج Scale Range & Scale width :

    المدى لأي تدريج هو المجال المقروء من أقل قيمة على التدريج إلى أكبر قيمة عليه. أما إتساع التدرج فنعني به الفرق بين أكبر قيمة على التدرج وأصغر قيمة عليه.

7. خطأ القياس:  Measurement Error  

      هو الفرق العددي بين القيمة التي يبينها الجهاز أي (القيمة المقيسة) والقيمة الحقيقية.

8. الدقة: Accuracy

      دقة أي مقياس هي درجة أو مدى إقتراب القراءة الناتجة عنه من القيمة الحقيقية للكمية المقيسة، وهي تعبر عن درجة الخطأ في النتيجة النهائية.

9. الضباطة: Tightness

      تعني إحكام القراءات، أو هي درجة إتفاق فئة أو مجموعة من القراءات (القياسات) فيما بينهما.

يجب أن نلاحظ أنه تكون هناك حاجة للدقة في حالات، وفي حالات أخرى تكون الحاجة للضباطة أكبر، وهذا تحدده متطلبات القياس.

10. الحساسية:Sensitivity

     يحدث كثير من اللبس بين مفهومي الحساسية وقابلية القراءة. تعرف الحساسية بأنها قدرة الجهاز أو وسيلة القياس على كشف الفروق الصغيرة بين الكميات المقيسة. وتعتبر الحساسية إحدى الخصائص الهامة لجهاز القياس وتعتمد على التصميم.

11. قابلية القراءة: Readability

قابلية القراءة فتعرف بأنها قابلية بيانات جهاز القياس للتحويل إلى أرقام ذات معنى. فمثلاً المقياس المنزلق في الفيرنية يجعل بياناتها أكثر قابلية للقراءة.

أجهزة قياسية:Standard Devices  

   سنورد هنا بعض الأجهزة المستخدمة في المجالات العلمية والصناعية حسب دقتها.

(i) إمام القياس:

   هو جهاز علمي يقع في القمة من حيث الدقة وهو محفوظ في المكتب الدولي للأوزان والمقاييس.

(ii) مربط القياس:

    هو جهاز يلي إمام القياس من حيث الدقة ويستخدم في معايرة أجهزة القياس التي دونه في الدقة.

(iii) مرجع القياس:

    هو جهاز أو أداة قياس تعاير عليها القدود الإمامية الخاصة بالشركات والمصانع.

(iv) القد الإمامي:

   هو جهاز أو أداة قياس تستعمل في المصانع لمعايرة قدود التفتيش والعمل.

(v) قد التفتيش:

    هو جهاز أو أداة قياس تستعمل في القياسات النهائية للتفتيش على المنتجات المصنعة.

(vi) قد العمل:

    هو جهاز قياس يستخدم في القياسات الخاصة بالمنتجات أثناء التصنيع.

القياس

      تعتبر المقاييس والأوزان من بين الوسائل الأولى التي إبتكرها الإنسان . فالمجتمعات الأولية وجد أنها بحاجة إلى مقاييس مختلفة لتنفيذ أعمال عديدة مثل بناء المساكن وتحديد الأراضي الزراعية ومراقبة فيضان الأنهار وغيرها.

    تأمل الأنسان نفسه فوجد ضالته في أجزاء جسمه وفي بعض الظواهر الطبيعية فأتخذ الذراع والكف والقدم والأصبع كمقاييس للطول، كما إستفاد من شروق الشمس وغروبها ودوران القمر وتعاقب الفصول الأربعة في إستنباط مقياس الزمن، كما أتخذ الأحجار والحبوب كوحدات للكتل.

    وقد أخذ كل مجتمع ينشئ مقاييسه ويطورها وفقاً لإحتياجاته وإمكاناته. وربما أخذت المجتمعات عن بعضها، ولهذا تعددت نظم القياس.

   بذلت محاولات عديدة لتوحيد تلك النظم في نظام موحد يكون مرجعاً صالحاً لجميع الأغراض العلمية والتجارية وغيرها. وسنورد هنابعض الوحدات قبل وجود هذا النظام المتفق عليه والمسمى بالنظام العالمي لوحدات القياس. وتسلسل الوحدات:

المضاعفات العشرية:Cascade Multiples

   سنورد في الجدول التالي المضاعفات العشرية الفوقية (الموجبة) والتحتية (السالبة) وذلك لأهميتها في تبسيط كتابة الأعداد :

البادئة الفوقية    الاسم والرمز     البادئة التحتية    الاسم والرمز

101 ديكا D     10-1      ديسي d

102 هيكتا H   10-2      سنتي c

103 كيلو K    10-3      ميلي m

106 ميقا M    10-6      مايكرو

109 قيقا G     10-9      نانو n

1012      تيرا T     10-12    بيكو p

1015      بيتا 

10-15    فيمتو f

1018      إكسا X    10-18    أتو a