يبلغ طول محمد ١,٨م، وكان طول ظله في وقت ما ٢,٤م. فإذا كان طول ظل عمود كهرباء في الوقت نفسه ٨م، فما ارتفاع العمود عن الأرض؟

يبلغ طول محمد ١,٨م، وكان طول ظله في وقت ما ٢,٤م. فإذا كان طول ظل عمود كهرباء في الوقت نفسه ٨م، فما ارتفاع العمود عن الأرض؟ 

، وحدات القياس (بالانجليزية: unit of measurement)هي مقدار محدد لكمية محددة ومعتمدة بموجب اتفاقية أو قانون، تُستخدم كمعيار لقياس نفس النوع من الكمية. يمكن التعبير عن أي كمية أخرى من هذا النوع كمضاعفات وحدة القياس على سبيل المثال، الطول هو كمية مادية. المتر هو وحدة طول تمثل طولًا محددًا ومحدَّدًا مسبقًا. عندما نقول 10 أمتار (أو 10 م)، فإننا نعني في الواقع 10 أضعاف الطول المحدد مسبقًا المسمى «المتر». القياس هو عملية تحديد مدى صغر أو حجم الكمية المادية مقارنة بكمية مرجعية أساسية من نفس النوع.

لعب التعريف والاتفاق والاستخدام العملي لوحدات القياس دورًا مهمًا في المساعي البشرية من العصور المبكرة حتى الوقت الحاضر. كان عددًا كبيرًا من أنظمة الوحدات شائعة جدًا. يوجد الآن معيار عالمي، النظام الدولي للوحدات (SI)، الشكل الحديث للنظام المتري.

في التجارة، غالبًا ما تكون الأوزان والمقاييس موضوعًا للتنظيم الحكومي، لضمان العدالة والشفافية. تم تكليف المكتب الدولي للأوزان والمقاييس (BIPM) بضمان التوحيد العالمي للقياسات وإمكانية تتبعها إلى النظام الدولي للوحدات (SI)

علم القياس هو علم تطوير وحدات القياس المقبولة وطنياً ودولياً.

في الفيزياء والقياس، تعتبر الوحدات معايير لقياس الكميات الفيزيائية التي تحتاج إلى تعريفات واضحة لتكون مفيدة. تعد إمكانية استنساخ النتائج التجريبية أمرًا أساسيًا للطريقة العلمية. النظام القياسي للوحدات يسهل ذلك. الأنظمة العلمية للوحدات هي تنقيح لمفهوم الأوزان والمقاييس التي تم تطويرها تاريخيًا للأغراض التجارية.

غالبًا ما يستخدم العلم والطب والهندسة وحدات قياس أكبر وأصغر من تلك المستخدمة في الحياة اليومية. يمكن أن يساعد الاختيار الحكيم لوحدات القياس الباحثين في حل المشكلات (انظر، على سبيل المثال، تحليل الأبعاد).

في العلوم الاجتماعية، لا توجد وحدات قياسية للقياس ويتم دراسة نظرية وممارسة القياس في القياس النفسي ونظرية القياس المشترك.

أنظمة الوحدات

استخدام وحدة قياس واحدة لبعض الكمية له عيوب واضحة. على سبيل المثال، من غير العملي استخدام نفس الوحدة للمسافة بين مدينتين وطول الإبرة. وبالتالي، تاريخيا سوف يتطور القياسات بشكل مستقل بناء على المقياس. تتمثل إحدى طرق تسهيل قراءة الأعداد الكبيرة أو الكسور الصغيرة في استخدام بادئات الوحدات.

في وقت ما، قد تظهر الحاجة إلى ربط الوحدتين، وبالتالي الحاجة إلى اختيار وحدة لتعريف الأخرى أو العكس. على سبيل المثال، يمكن تعريف البوصة من حيث الشعير. نظام القياس عبارة عن مجموعة من وحدات القياس والقواعد المتعلقة ببعضها البعض.

مع تقدم العلم، نشأت حاجة لربط أنظمة القياس بكميات مختلفة، مثل الطول والوزن والحجم. كشفت الجهود المبذولة في محاولة ربط الأنظمة التقليدية المختلفة فيما بينها عن العديد من التناقضات، وأدت إلى تطوير وحدات وأنظمة جديدة.

يختلف نظام الوحدات من بلد إلى آخر وبعض أنظمة الوحدات المختلفة هي نظام وحدات سنتيمتر غرام ثانية، نظام القدم الجنيه الثاني للوحدات، نظام وحدات متر كيلوغرام ثانية ونظام الوحدات الدولي. من بين النظام المختلف للوحدات المستخدمة في العالم، فإن النظام الأكثر استخداما والمقبول دوليا هو النظام الدولي للوحدات، أو النظام الدولي لوحدات القياس. في نظام الوحدات الدولي هذا، هناك سبعة وحدات دولية اساسية وثلاث وحدات تكميلية. الوحدات الدولية الأساسية هي المتر والكيلوغرام والثانية والكلفن والأمبير والكانديلا والخلد والوحدات الدولية التكميلية الثلاث هي الراديان وستارراديان وبيسكيورال. هناك وحدات دولية مشتقة يمكن أن تستمد من هذه الوحدات الأساسية.

تشمل أنظمة القياس في الاستخدام الحديث النظام المتري والنظام الإمبراطوري والوحدات العرفية للولايات المتحدة.

الأنظمة التقليدية

تاريخيًا، كانت العديد من أنظمة القياس المستخدمة تعتمد إلى حد ما على أبعاد جسم الإنسان. نتيجة لذلك، يمكن أن تختلف وحدات القياس ليس فقط من موقع إلى آخر ولكن من شخص لآخر.

امثلة:

• القدم
• الذراع
• الباع
• القامة
• الشبر
• بنانة

الأنظمة المترية

تطورت أنظمة الوحدات المترية منذ اعتماد النظام المتري الأصلي في فرنسا عام 1791. النظام المتري القياسي الدولي الحالي هو النظام الدولي للوحدات (يُختصر إلى SI). من السمات المهمة للأنظمة الحديثة التوحيد القياسي. كل وحدة لها حجم معترف به عالميا.

كل من الوحدات الإمبراطورية والوحدات العرفية الأمريكية مشتقة من الوحدات الإنجليزية السابقة. تم استخدام الوحدات الإمبراطورية في الغالب في الكومنولث البريطاني والإمبراطورية البريطانية السابقة. لا تزال الوحدات العرفية في الولايات المتحدة هي النظام الرئيسي للقياس المستخدم في الولايات المتحدة خارج العلم والطب والعديد من قطاعات الصناعة وبعض المؤسسات الحكومية والعسكرية، وعلى الرغم من أن الكونجرس قد أذن قانونًا بإجراء قياس متري في 28 يوليو 1866. تم اتخاذ بعض الخطوات نحو القياس الأمريكي، لا سيما إعادة تعريف الوحدات الأمريكية والإمبراطورية الأساسية للاشتقاق بالضبط من وحدات SI. منذ الاتفاقية الدولية للياردة والجنيه لعام 1959، تم تعريف البوصة الإمبراطورية الأمريكية 0.0254، والجنيه الإسترليني الأمريكي والإمبراطوري الآن يعرف بأنه بالضبط 453.59237.

النظم الطبيعية

في حين أن أنظمة الوحدات المذكورة أعلاه تستند إلى قيم الوحدة التعسفية، والتي تمت صياغتها كمعايير، فإن بعض قيم الوحدة تحدث بشكل طبيعي في العلوم. تسمى أنظمة الوحدات القائمة على هذه الوحدات الطبيعية. على غرار الوحدات الطبيعية، تعد الوحدات الذرية (au) نظامًا مناسبًا لوحدات القياس المستخدمة في الفيزياء الذرية.

يمكن أيضًا مواجهة عدد كبير من الوحدات غير العادية وغير القياسية. قد تشمل هذه الكتلة الشمسية، الميغا طن (الطاقة المنبعثة من تفجير مليون طن من ثلاثي نيتروتولوين، تي إن تي) والفولت الإلكتروني.

الرقابة القانونية على الأوزان والمقاييس

للحد من حدوث الاحتيال بالتجزئة، العديد من القوانين الوطنية لديها تعريفات موحدة للأوزان والمقاييس التي يمكن استخدامها (ومن ثم «مقياس النظام الأساسي»)، ويتم التحقق من هذه من قبل المسؤولين القانونيين.

مقارنة غير رسمية بالمفاهيم المألوفة

في الإعدادات غير الرسمية، يمكن وصف الكمية بأنها مضاعفات تلك الخاصة بكيان مألوف، والتي يمكن أن تكون أسهل في سياقها من القيمة في نظام الوحدة الرسمية. على سبيل المثال، قد يصف المنشور منطقة في بلد أجنبي على أنها عدد من مضاعفات منطقة منطقة محلية للقراء. يمكن أن يؤدي الميل إلى استخدام مفاهيم معينة بشكل متكرر إلى ظهور «أنظمة» وحدات محددة بشكل فضفاض.

الوحدات الأساسية والمشتقة

بالنسبة لمعظم الكميات، تكون الوحدة ضرورية لتوصيل قيم تلك الكمية المادية. على سبيل المثال، يعد نقل طول معين إلى شخص ما دون استخدام نوع من الوحدات أمرًا مستحيلًا، لأنه لا يمكن وصف الطول دون استخدام مرجع لفهم القيمة المقدمة.

لكن ليس كل الكميات تتطلب وحدة خاصة بها. باستخدام القوانين الفيزيائية، يمكن التعبير عن وحدات الكميات كمجموعات وحدات من كميات أخرى. وبالتالي، لا يتطلب الأمر سوى مجموعة صغيرة من الوحدات. تؤخذ هذه الوحدات كوحدات أساسية والوحدات الأخرى وحدات مشتقة. وبالتالي فإن الوحدات الأساسية هي وحدات الكميات المستقلة عن الكميات الأخرى وهي وحدات الطول والكتلة والوقت والتيار الكهربائي ودرجة الحرارة وشدة الإضاءة وكمية المادة. الوحدات المشتقة هي وحدات الكميات المشتقة من الكميات الأساسية وبعض الوحدات المشتقة هي وحدات السرعة والعمل والتسارع والطاقة والضغط وما إلى ذلك. 

تعتمد أنظمة الوحدات المختلفة على اختيارات مختلفة لمجموعة من الوحدات ذات الصلة بما في ذلك الوحدات الأساسية والمشتقة.

• السؤال: يبلغ طول محمد ١,٨م، وكان طول ظله في وقت ما ٢,٤م. فإذا كان طول ظل عمود كهرباء في الوقت نفسه ٨م، فما ارتفاع العمود عن الأرض؟ 

• الإجابة: 6 متر.