פיזיקה היא מדע ניסויי. לניסויים נדרשים מדידות, ואנחנו בדרך כלל משתמשים במספרים כדי לתאר את תוצאות המדידות. כל מספר שמשמש לתיאור תופעה פיזיקלית כמותית נקרא כמות פיזית. לדוגמא, שתי כמויות פיזיות הם המשקל והגובה של אדם כלשהו. גדלים פיזיקליים בסיסיים אנו מגדירים ממה שקראנו ממכשיר המדידה. הגדרה כזו נקראת הגדרה תפעולית. שתי דוגמאות הן מדידת מרחק באמצעות סרגל ומדידת מרווח זמן באמצעות שעון עצר.
במקרים אחרים אנו מגדירים גודל פיזיקלי מחישוב של מדידות אחרות. כך מוגדרת מהירות ממוצעת של גוף הנע כמרחק שעובר (נמדד עם סרגל) מחולק בזמן הנסיעה (נמדד עם סטופר).
כאשר אנו מודדים גודל, אנחנו תמיד משווים את זה עם גודל סטנדרטי כלשהו.
כאשר אנו אומרים שמכונית פרארי היא באורך 4.53 מטרים, אנחנו אומר שזה 4.53 פעמים מקל באורך מטר. המספר 4.53 לבדו אינו אומר מאומה.
כדי לבצע מדידות מדויקות, אמינות, אנחנו צריכים יחידות מידה שלא משתנות ונצפות באופן זהה ע"י משקיפים במקומות שונים.
מערכת של יחידות בשימוש על ידי מדענים ומהנדסים ברחבי העולם היא בדרך כלל שיטה בשם בשם "השיטה המטרית" אבל מאז 1960 היא כבר ידועה באופן רשמי כהמערכת הבינלאומית, או SI (הקיצור של השם הצרפתי שלה, International System).
משנת 1889 עד 1967, יחידת הזמן הוגדרה כחלק מסוים של יום שמש, הזמן הממוצע בין כניסות הרצופות של השמש בשיא נקודה בשמיים.
הסטנדרט הנוכחי, אומץ בשנת 1967, הוא הרבה יותר מדויק. הוא מבוסס על שעון אטומי, אשר עושה שימוש בהבדל באנרגיה בין שני מצבי אנרגיה הנמוכים ביותר של אטום צזיום. כאשר מוקרן מיקרוגל בדיוק התדירות הנכונה, אטומי צזיום ממצב אחד לאחר. שנייה אחת מוגדרת כזמן הנדרש ל 9,192,631,770 מחזורים של קרינה מיקרוגלית.
השעון אטומי משתמש בתופעה זו לכוון את המיקרוגלים לתדר הזה בדיוק. לאחר מכן הוא סופר שניה אחת כל 9192,631,770 מחזורים.
בשנת 1960 הוגדר הסטנדרט למטר אטומי, ע"י שימוש באורך הגל של אור אדום-כתום הנפלט מאטומים של קריפטון בצינור בריק. שימוש בסטנדרט אורך זה, מהירות האור בריק הייתה נמדד להיות 299,792,458 מטרים בשניה.
בנובמבר 1983, סטנדרט האורך השתנה שוב, כך שמהירות האור בואקום הוגדרה להיות בדיוק 299,792,458 מטר בשניה. מכאן ההגדרה החדשה של המטר היא מרחק שהאור עובר בואקום באחד לחלק 299,792,458 שניות. זה סטנדרט יותר מדויק של אורך יותר מזו המבוססת על אורך גל האור.
הסטנדרט של מסה, קילו (קילוגרם מקוצר), מוגדר כמסה של צילינדר מסוים של סגסוגת הפלטינה אירידיום ונשמר בלשכה הבינלאומית של משקלים ומידות בסוור, ליד פריז . רמת אטומית המסה תהיה יסודית יותר, אבל כרגע לא ניתן למדוד את המסות בקנה מידה אטומי עם דיוק כמו בקנה מידת מאקרוסקופי. גרם
(וזה לא יחידה בסיסית) הוא 0.001 קילו.
לאחר שהגדרנו את היחידות הבסיסיות של השיטה המטרית ניתן לקבוע יחידות גדות יותר או קטנות יותר
לדוגמא ליחידת האורך הבסיסית 'מטר' ניתן לקבוע יחידת אורך גדולה יותר 'קילומטר' שהיא אלף מטר, או סנטימטר שהוא מאית מטר.
כלומר למילה מטר אנו מוסיפים קידומת קילו ומקבלים קילומטר או סנטי ומקבלים סנטימטר.
ויש כמובן גם קיצורים במקום קילו נרשום האות ק' ובמקום מטר נרשום האות מ' , וכך נרשום 5 קילומטר בקיצור 5 קמ'.
להלן טבלת מקצת יחידות אורך, זמן ומסה (בשפה האנגלית)
במקרים אחרים אנו מגדירים גודל פיזיקלי מחישוב של מדידות אחרות. כך מוגדרת מהירות ממוצעת של גוף הנע כמרחק שעובר (נמדד עם סרגל) מחולק בזמן הנסיעה (נמדד עם סטופר).
כאשר אנו מודדים גודל, אנחנו תמיד משווים את זה עם גודל סטנדרטי כלשהו.
כאשר אנו אומרים שמכונית פרארי היא באורך 4.53 מטרים, אנחנו אומר שזה 4.53 פעמים מקל באורך מטר. המספר 4.53 לבדו אינו אומר מאומה.
כדי לבצע מדידות מדויקות, אמינות, אנחנו צריכים יחידות מידה שלא משתנות ונצפות באופן זהה ע"י משקיפים במקומות שונים.
מערכת של יחידות בשימוש על ידי מדענים ומהנדסים ברחבי העולם היא בדרך כלל שיטה בשם בשם "השיטה המטרית" אבל מאז 1960 היא כבר ידועה באופן רשמי כהמערכת הבינלאומית, או SI (הקיצור של השם הצרפתי שלה, International System).
זמן
משנת 1889 עד 1967, יחידת הזמן הוגדרה כחלק מסוים של יום שמש, הזמן הממוצע בין כניסות הרצופות של השמש בשיא נקודה בשמיים.
הסטנדרט הנוכחי, אומץ בשנת 1967, הוא הרבה יותר מדויק. הוא מבוסס על שעון אטומי, אשר עושה שימוש בהבדל באנרגיה בין שני מצבי אנרגיה הנמוכים ביותר של אטום צזיום. כאשר מוקרן מיקרוגל בדיוק התדירות הנכונה, אטומי צזיום ממצב אחד לאחר. שנייה אחת מוגדרת כזמן הנדרש ל 9,192,631,770 מחזורים של קרינה מיקרוגלית.
 |
| מדידת שניה בשעון אטומי |
אורך
בשנת 1960 הוגדר הסטנדרט למטר אטומי, ע"י שימוש באורך הגל של אור אדום-כתום הנפלט מאטומים של קריפטון בצינור בריק. שימוש בסטנדרט אורך זה, מהירות האור בריק הייתה נמדד להיות 299,792,458 מטרים בשניה.
בנובמבר 1983, סטנדרט האורך השתנה שוב, כך שמהירות האור בואקום הוגדרה להיות בדיוק 299,792,458 מטר בשניה. מכאן ההגדרה החדשה של המטר היא מרחק שהאור עובר בואקום באחד לחלק 299,792,458 שניות. זה סטנדרט יותר מדויק של אורך יותר מזו המבוססת על אורך גל האור.
 |
| מדידת מטר |
מסה
הסטנדרט של מסה, קילו (קילוגרם מקוצר), מוגדר כמסה של צילינדר מסוים של סגסוגת הפלטינה אירידיום ונשמר בלשכה הבינלאומית של משקלים ומידות בסוור, ליד פריז . רמת אטומית המסה תהיה יסודית יותר, אבל כרגע לא ניתן למדוד את המסות בקנה מידה אטומי עם דיוק כמו בקנה מידת מאקרוסקופי. גרם
(וזה לא יחידה בסיסית) הוא 0.001 קילו.
 |
| הקילוגרם התקני הבינלאומי הוא החפץ המתכתי סגור בזהירות בתוך מיכלי זכוכית |
קידומות ליחידות השיטה המטרית SI
לאחר שהגדרנו את היחידות הבסיסיות של השיטה המטרית ניתן לקבוע יחידות גדות יותר או קטנות יותר
לדוגמא ליחידת האורך הבסיסית 'מטר' ניתן לקבוע יחידת אורך גדולה יותר 'קילומטר' שהיא אלף מטר, או סנטימטר שהוא מאית מטר.
כלומר למילה מטר אנו מוסיפים קידומת קילו ומקבלים קילומטר או סנטי ומקבלים סנטימטר.
ויש כמובן גם קיצורים במקום קילו נרשום האות ק' ובמקום מטר נרשום האות מ' , וכך נרשום 5 קילומטר בקיצור 5 קמ'.
להלן טבלת מקצת יחידות אורך, זמן ומסה (בשפה האנגלית)
 |
| יחידות מהשיטה המטרית: אורך זמן ומסה |
אין תגובות:
הוסף רשומת תגובה