لحساب دقة قياس جهاز ما ، نأخذ قيمة أقل تدريج فيه ثم نقسمه على ٢، نرحب بكم طلابنا الأعزاء في موقعكم أون تايم نيوز، والذي يضم نخبة من الأساتذة والمعلمين لكافة المراحل الدراسية.
حيث نعمل معا كوحدة واحدة ونبذل قصارى جهدنا لنضع بين أيديكم حلول نموذجية لكل ما يعترضكم من أسئلة لنساعدكم على التفوق والنجاح.
ما هو تعريف الفيزياء
الفيزياء فرعٌ من فروع العلوم الطبيعية، والتي تدخل في مجالات بحثٍ خاصةٍ وفريدةٍ وممتعة، ولها -كغيرها من العلوم- أساساتٌ وقواعدٌ وأصول، ويوجد العديد من الطرق لتعلمها وإتقانها. وتهتم الفيزياء بالعديد من القضايا التي تحاول تفسيرها وربطها ببعضها البعض، وتطرح الكثير من الأسئلة التي تولّد لنا إجابتها المزيد والمزيد من الأسئلة.
بكلماتٍ بسيطةٍ علم الفيزياء: هو العلم الذي يهتم بدراسة المادة والطاقة، والتفاعلات فيما بينها. ويمكن وضع تعريفٍ أكثر دقةً بقولنا إن الفيزياء: هي العلم الذي يدرس الطبيعة أو (الأجسام الطبيعية)، والذي يتعامل مع قوانين وخصائص المادة، والهدف الذي يسعى إليه علماء الفيزياء هو إيجاد قوانين فيزيائية مكمّمة لتفسير مختلف الظواهر التي تحدث في عالمنا، وهذا العلم مبنيٌ على التجربة، والملاحظة، والقياس، والتحليلات الرياضية، ولكن لنتحدث أكثر عن المادة، والطاقة، والقوى المذكورة في هذه التعريفات.
وتطرح الفيزياء العديد من الأسئلة الكبيرة والتي تم الإجابة على بعضها ولكن معظمُها ما زال مُعلّقاً حتى الآن مثل:
- كيف نشأ الكون؟
- ما هو مصير الكون في النهاية؟
- لماذا سماء الليل مظلمة؟ كيف يحدث البرق؟
- ما هي الجسيمات وما هي الأمواج؟
- ما هي القوى المسيطرة على الطبيعة في الكون؟
- هل توجد نظريةٌ تستطيع وصف كل شيء؟ لو وجدت ما هي؟
ما هو علم القياس في الفيزياء
القياس عملية قرن الأعداد بالكميات الفيزيائية أو الظواهر. والقياس أساسي للعلوم والهندسة والإنشاء والمجالات التقنية الأخرى وفي كل الفعاليات اليومية تقريبا. ولهذا السبب درست العناصر والشروط والقيود لكل وسائل القياس المختلفة.
علم القياس في الفيزياء هو تقنية استخدام آلات وأساليب لتحديد (قياس) قيم فيزيائية معينة مثل الطول أوالوزن أوالقوة أوالضغط أوالتيار الكهربائي أوالحرارة أو الوقت.
من الناحية العلمية، يتم تقدير الشيء المراد قياسه (أي إعطاءه قدر معين) حسب إطارات معينة يتم تحديدها مسبقا. فعلى سبيل المثال، يتم استخدام المتر لتحديد المسافة، والجرام لتحديد الكتلة. يضم علم القياس مجالات عديدة أهمها: أنظمة القياس وأساليبه، بالإضافة إلى تحديد المقياس، وتصحيحه من الأخطاء التي تنتج عن تأثيرات معينة غير مرغوب فيها , ويتم تحديد مقدار الخطأ في أجهزة القياس المختلفة عن طريق المعايرة (علم قياس)
أنواع القياس
يستخدم هذا الأسلوب لتحديد المقاييس التي يصعب تحديدها كمّيا. هنا يتم استخدام المحاكاة للقيمة الأصلية، ليتم إظهارها عبر قيم قياسية أخرى يمكن ضبطها. مثالا على ذلك: الميزان الزنبركي لقياس الوزن مع وجود سلّم قيم عليه بالميليمتر. يتطلب استخدام هذا الميزان وجود قطع وزن محددة للقيام بالمقارنة.
-
القياس بالانحياز عن الصفر
هنا يتم مسبقا ضبط قيمة قياسية معروفة، بحيث أن يكون الفرق بينها وبين القيمة المراد قياسها، صفر. مثالا على ذلك: "الميزان ذو كفين" مع وجود وحدة لإظهار عزم الدوران الناتج عن الثقلين المتواجدين في كلا الكفّين. يتم هنا استخدام طقم أثقال لتحاكي ثقل الجسم المراد قياسه. يستخدم هذا الأسلوب لتحديد المقاييس التي يصعب تحديدها كمّيا. هنا يتم استخدام المحاكاة للقيمة الأصلية، ليتم إظهارها عبر قيم قياسية أخرى يمكن ضبطها. مثالا على ذلك: الميزان الزنبركي لقياس الوزن مع وجود سلّم قيم عليه بالميليمتر. يتطلب استخدام هذا الميزان وجود قطع وزن محددة للقيام بالمقارنة
القياس المباشر وغير المباشر
-
القياس المباشر
في القياس المباشر يتم مقارنة قيمة القياس بطريقة فورية بواسطة سلّم للقياس أو نقطة نظام معيّنة. من الأمثال البسيطة عن استخدام القياس المباشر: إلقاء مسطرة على الطول المراد قياسه وقراءة الطول عنها بعد مقارنة طول الجسم بها. هذا النوع من القياس يحتوي دائما على خطأ قياس معين لا يمكن تفاديه في أغلب الأحيان.
-
القياس غير المباشر
يستخدم هذا النوع من القياس عند وجود صعوبات معينة تجعل استخدام القياس المباشر غير ممكنا. مثالا على ذلك، قياس بعد القمر عن كوكب الأرض، حيث نرى هنا استحالة استعمال القياس المباشر بواسطة شريط مقياس. فلقياس هذا البعد، نستخدم هنا سرعة ارتداد الموجات الضوئية أو الإذاعية التي يعكسها القمر، مما يمكننا اليوم من حساب بعد القمر عن الأرض مع نسبة خطأ لا تتعدى بضع ميليمترات.
بعض من المقادير الفيزيائية وآلات قياسها
- الزمن : يتم تحديده للاستخدام التقني بواسطة الميقاتية.
- التوتر أو الجهد الكهربائي: يتم قياسه بواسطة آلة الفولتمتر.
- التيار أو الجريان الكهربائي : يتم قياسه بواسطة مقياس غلفاني Galvanometer.
- درجات الحرارة: يتم قياسها بواسطة المِجَرّ (ميزان الحرارة) أو بواسطة مزدوجة حرارية.
- الرطوبة (رطوبة الهواء، النسبية، المطلقة): يتم قياسها بواسطة مرطاب قياس الرطوبة Hygrometer.
- الطول/المسافة/العمق: يتم قياسها بواسطة أدوات قياس البعد.
- السرعة: يتم قياسها بواسطة عداد السرعة Speedometer.
- الضغط: بواسطة مقياس الضغط، أو الباروميتر، أو بواسطة شريط التواء Jauge de déformation.
- القوة: بواسطة Kraftaufnehmer.
- الزخم: بواسطة آلة قياس التدفق Mass flow meter.
- مستوى الصوت: بواسطة آلة قياس ارتفاع الموجات Schallpegelmessgerät.
- قوة الإضاءة: اللكس-متر لقياس الوحدات الضوئية.
- القوة المغناطيسية: بواسطة مغناطومتر، وهناك السكويد لقياس القيمة والاتجاه لقوة مغناطيسية بشكل دقيقSQUID.
لحساب دقة قياس جهاز ما ، نأخذ قيمة أقل تدريج فيه ثم نقسمه على ٢
القياس ذو أهمية بالغة في العلوم الفيزيائية، وضمان الجودة، والهندسة وهو عملية مقارنة الكميات الفيزيائية التي توصف الأشياء أوالظواهر ما مع تلك التي اختيرت كوحدة للقياس. القيمة الرقمية للكمية المقاسة هي رقم يثبت العلاقة بين الكمية المقاسة ووحدة القياس المختارة. والجهاز المستخدم في القياس يسمة جهاز أو أداة القياس. جميع أجهزة القياس معرضة لدرجات مختلفة من الخطأ والارتياب.
يستخدم العلماء والمهندسون طيفا واسعا من أجهزة القياس في عملية القياس. وتتفاوت هذه الأجهزة في البساطة من المساطر وساعات التوقيف إلى المجاهر الإلكترونية ومعجلات الجسيمات. تستخدم الأجهزة الافتراضية على نحو واسع في تطوير أجهزة قياس حديثة.
أهم أجهزة القياس
- جهاز التوتر الفولت ميتر (voltmeter)
يستخدم هذا الجهاز لقياس فرق الجهد المطبق بين طرفي حمل كهربائي ما أو لقياس جهد المصدر ،يوصل هذا الجهاز على التوازي مع المصدر أو الحمل الكهربائي مع شرط سريان التيار الكهربائي أي يجب أن تكون الدارة الكهربائية المراد قياس فولتيتها مغلقة، ويحتوي هذا الجهاز على مفتاح اختيار لتحديد نوع الجهد المراد قياسه هل هو متردد ام ثابت
- جهاز قياس التيار (الاميتر)(ammeter)
يستخدم هذا الجهاز لقياس التيار الكهربائي المار في حمل كهربائي ما، يوصل هذا الجهاز مع الحمل المراد قياس تياره على التوالي مع مراعاة ان تكون الدارة الكهربائية مغلقة، ويحتوي هذا الجهاز على مفتاح اختيار لتحديد نوع التيار المراد قياسه هل هو متردد ام ثابت
- جهاز قياس المقاومة الاوم ميتر (ohommeter)
يستخدم هذا الجهاز لقياس مقاومة الاحمال الكهربائية وللتاكد من صلاحية هذه الاحمال، يوصل هذا الجهاز مع الاحمال المراد قياس مقاومتها على التوازي مع مرعاة عدم وجود سريان للتيار الكهربائي أي ان تكون الدارة مفتوحة
- جهاز قياس القدرة الواطميتر (watmeter)
يستخدم هذا الجهاز لقياس قدرة الاحمال الكهربائية ويحتوي من الداخل على ملفين أحدهما يسمى بملف التيار ويوصل مع الحمل على التوالي والاخر يسمى ملف الجهد ويوصل مع الحمل على التوازي, يوصل هذا الجهاز مع الحمل مع مرعاة سريان التيار في الدارة أي ان الدارة مغلقة
- مقياس متعدد الخدمات الاٍكتروني أو الأفوميتر (avometer)
يجمع هذا الجهاز بين أكثر الأجهزة أهمية (الاميتر، الفولت ميتر, الاوم ميتر, ..)ويحتوي هذا الجهاز على مفتاح اختيار يمكنك من خلاله اختيار نوع الكمية المراد قياسها والتدريج المناسب.