وحدات قياس

وحدة القياس هي كمية معيارية لخاصية مادية ، تُستخدم كعامل للتعبير عن الكميات التي تحدث لتلك الخاصية. كانت وحدات القياس من بين أقدم الأدوات التي اخترعها البشر. كانت المجتمعات البدائية بحاجة إلى تدابير بدائية للعديد من المهام: بناء مساكن ذات حجم وشكل مناسبين ، وتصميم الملابس ، أو مقايضة الطعام أو المواد الخام.

يبدو أن أقدم أنظمة القياس الموحدة المعروفة قد تم إنشاؤها جميعًا في وقت ما في القرنين الرابع والثالث قبل الميلاد بين الشعوب القديمة في بلاد ما بين النهرين ومصر ووادي السند، وربما أيضًا عيلام في بلاد فارس أيضًا.

الأوزان والمكاييل مذكورة في الكتاب المقدس (لاويين 19: 35-36). إنها وصية أن نكون صادقين وأن يكون لدينا إجراءات عادلة.

في ماجنا كارتا لعام 1215 (الميثاق العظيم) بختم الملك جون ، الذي وضعه أمامه بارونات إنجلترا، وافق الملك جون في البند 35 "يجب أن يكون هناك مقياس واحد من النبيذ في جميع أنحاء مملكتنا بالكامل، ومقياس واحد للجبن ومقياس واحد للذرة - وبالتحديد ربع لندن وعرض واحد من الأقمشة المصبوغة والروستية والهاوبيرك.

اعتبارًا من القرن الحادي والعشرين، يتم استخدام أنظمة وحدات متعددة في جميع أنحاء العالم مثل النظام العرفي للولايات المتحدة والنظام العرفي البريطاني والنظام الدولي. ومع ذلك، فإن الولايات المتحدة هي الدولة الصناعية الوحيدة التي لم تتحول بعد على الأقل إلى النظام المتري. يعود الجهد المنهجي لتطوير نظام مقبول عالميًا للوحدات إلى عام 1790 عندما كلفت الجمعية الوطنية الفرنسية الأكاديمية الفرنسية للعلوم بوضع نظام الوحدات هذا.

كان هذا النظام بمثابة مقدمة للنظام المتري الذي تم تطويره بسرعة في فرنسا ولكنه لم يأخذ قبولًا عالميًا حتى عام 1875 عندما تم التوقيع على معاهدة الاتفاقية المتري بواسطة 17 دولة.

بعد توقيع هذه المعاهدة، تم إنشاء المؤتمر العام للأوزان والمقاييس (CGPM). أنتجت CGPM نظام SI الحالي الذي تم اعتماده في عام 1954 في المؤتمر العاشر للأوزان والمقاييس. حاليًا، الولايات المتحدة هي مجتمع ثنائي النظام يستخدم كلاً من نظام SI والنظام العرفي الأمريكي. [5] [6]

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.[7]

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

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.

مثال على القياس في عام 1860 عندما أصبحت توسكانا جزءًا من إيطاليا الحديثة (على سبيل المثال ، "ليبرا" = 339.54 جرامًا)

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. [8] 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. [9]

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. [7]

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

أحد الأمثلة على أهمية الوحدات المتفق عليها هو فشل ناسا مهمة المريخ المداري، الذي تم تدميره بطريق الخطأ في مهمة إلى المريخ في سبتمبر 1999 بدلاً من دخول المدار بسبب سوء الاتصالات حول قيمة القوات: استخدمت برامج كمبيوتر مختلفة وحدات مختلفة من القياس ( نيوتن مقابل قوة الجنيه ). تم إهدار كميات كبيرة من الجهد والوقت والمال. [12] [13]

في 15 أبريل 1999، فقدت رحلة الشحن التابعة للخطوط الجوية الكورية رقم 6316 من شنغهاي إلى سيول بسبب إرباك الطاقم لتعليمات البرج (بالأمتار) وقراءات مقياس الارتفاع (بالأقدام). قُتل ثلاثة من أفراد الطاقم وخمسة أشخاص كانوا على الأرض. أصيب سبعة وثلاثون. [14] [15]

في عام 1983، نفد الوقود من طائرة بوينج 767 (التي هبطت بأمان بفضل مهارات طيارها في الطيران الشراعي وأصبحت تعرف باسم طيران كندا الرحلة 143) في منتصف الرحلة بسبب خطأين في معرفة إمداد الوقود لأول طائرة تابعة لشركة طيران كندا تستخدم القياسات المترية. [16] كان هذا الحادث نتيجة كل من الارتباك الناجم عن الاستخدام المتزامن للقياسات المترية والإمبراطورية والارتباك بين مقاييس الكتلة والحجم.

عند التخطيط لرحلته عبر المحيط الأطلسي في ثمانينيات القرن التاسع عشر، افترض كولومبوس خطأً أن الميل المشار إليه في التقدير العربي البالغ 56 ميلًا لحجم الدرجة هو نفس الميل الإيطالي الأقصر كثيرًا والذي يبلغ 1480 مترًا. لذلك كان تقديره لحجم درجة الأرض ومحيطها حوالي 25٪ صغيرًا جدًا. [17]

في القرن السابع عشر الميلادي، غرقت سفينة حربية أثناء رحلتها الأولى ثم وجد علماء الآثار أن أبعادها غير متناظرة بسبب استعمال عمال أحد الجانبين مسطرة سويدية وعمال الجانب الآخر مسطرة هولندية، فتسبب اختلاف قدر القدم في البلدين في غرق السفينة.[18]

اختلفت على مر الزمان والمكان، وقد تسبب ذلك في العديد من المشاكل. لذا وُجد نظام الوحدات الدولي والذي يتضمن مثلا:

• الطول وحدته المتر
• الزمن وحدته الثانية
• الكتلة وحدتها الكيلوغرام
• شدة التيار وحدتها الأمبير
• درجة الحرارة المطلقة وحدتها الكلفن
• شدة الإضاءة وحدتها شمعة معيارية
• وحدة طاقة
• وحدة ضغط
• وحدة سرعة

حتى في الدول التي تعتمد نظام القياس الدولي، يستعمل الطيارون وحدات قياس مختلفة لعدة أسباب أهمها:

• العادة.
• التحليق بطائرات قديمة.
• أهمية السوق الأمريكي الذي يؤثر على صانعي أدوات القياس.

وهي بالأساس الوحدات التالية:

• القدم (ft), لقياس المسافات العمودية.
• الميل البحري (NM)، لقياس المسافات الافقية.
• بوصة الزئبق (inHg)، لقياس الضغط.

وهذه المعادلات مع الوحدات العالمية :

• 1 ft يساوي 0,3048 m متر
• 1 NM يساوي 1852 m متر
• 1 inHg يعادل 33,86 hpa هيكتوباسكال

هناك أيضا وحدات تابعة لها مثل:

• القدم بالدقيقة (min/ft)، لقياس سرعة عمودية,
• العقدة (kt)، لقياس السرعة الافقية.

وهذه المعادلات مع الوحدات العالمية :

• 100 ft/min يساوي 0,508 m/s (متر بالثانية).
• 1 kt يعادل 0,514 m/s (متر بالثانية).

• نظام وحدات
• أشكال الطاقة
• وحدات القياس المصرية
• مسطرة المقياس
• وحدات قياس الطاقة
• لجنة بيانات العلوم والتقنية
• وحدة كهرومغناطيسية
• مسافة
• وحدات القياس العرفية الأمريكية
• وحدة حساب
• وحدات تخزين المعلومات

• الحسابات العرفية للتحويل بين المقاييس الرومانية [أي العثمانية] والمصرية مخطوطة ترجع لعام 1642م باللغة العربية حول وحدات القياس.
  • Rowlett, Russ (2005) A Dictionary of Units of Measurement – Russ Rowlett and the University of North Carolina at Chapel Hill
  • NIST Handbook 44, Specifications, Tolerances, and Other Technical Requirements for Weighing and Measuring Devices
  • Official SI website
  • Quantity System Framework – Quantity System Library and Calculator for Units Conversions and Quantities predictions
  • List of units with selected conversion factors
  • "Arithmetic Conventions for Conversion Between Roman [i.e. Ottoman] and Egyptian Measurement" is a manuscript from 1642, in Arabic, which is about units of measurement.
  •  "Weights and Measures" ، New International Encyclopedia، 1905. {{استشهاد بموسوعة}}: يحتوي الاستشهاد على وسيط غير معروف وفارغs: |HIDE_PARAMETER15=، |HIDE_PARAMETER13=، |HIDE_PARAMETER2=، |HIDE_PARAMETER21=، |HIDE_PARAMETER32=، |HIDE_PARAMETER30=، |HIDE_PARAMETER29=، |HIDE_PARAMETER14=، |HIDE_PARAMETER17=، |HIDE_PARAMETER20=، |HIDE_PARAMETER5=، |HIDE_PARAMETER19=، |HIDE_PARAMETER26=، |HIDE_PARAMETER3=، |HIDE_PARAMETER16=، |HIDE_PARAMETER4=، |HIDE_PARAMETER10=، |HIDE_PARAMETER25=، |HIDE_PARAMETER33=، |HIDE_PARAMETER31=، |HIDE_PARAMETER18=، |HIDE_PARAMETER24=، |HIDE_PARAMETER22=، |HIDE_PARAMETER11=، |HIDE_PARAMETER1=، |HIDE_PARAMETER23=، |HIDE_PARAMETER28=، |HIDE_PARAMETER27=، و|HIDE_PARAMETER12= (مساعدة)

• بوابة علوم
• بوابة الفيزياء