درسنامه کامل علوم تجربی هفتم فصل 2 اندازه گیری در علوم و ابزارهای آن

اهمیت اندازه گیری در علوم تجربی:
اندازه گیری یک مرحله ی مهم برای جمع آوری اطلاعات است. اندازه گیری به ما کمک می کند تا اشیا را از لحاظ اندازه، مقدار، بزرگی، کوچکی و ... با هم مقایسه کنیم .

کمیّت:

کمیّت هر چیز قابل اندازه گیری است که می توان آن را با یک عدد بیان کرد. مثل طول، زمان، جرم، وزن، حجم و … .

یکا:

به واحدهایی که برای اندازه گیری به کار برده می شوند یکاهای اندازه گیری گفته می شود؛ به طور مثال یکای اندازه گیری جرم، گرم و کیلوگرم است .

استفاده از یکاهای معین:

دانشمندان برای آنکه عدد های حاصل از اندازه گیری های مختلف یک چیز با هم مقایسه پذیر باشد، در نشست های بین المللی توافق کردند برای هر کمیت یکای معینی را تعریف کنند. مثلا برای کمیت جرم کیلوگرم ، برای زمان ثانیه ، برای طول یکای متر انتخاب کردند.

استاندارد:

استاندارد در واقع میزان و معیار شاخصی برای اندازه گیری است. اولین استانداردهای پایه گذاری شده در جهان مربوط به یکسان شدن واحدهای اندازه گیری طول، جرم و زمان است .

جرم:

جرم جسم در واقع مقدار ماده تشکیل دهنده آن جسم است که آن را با نماد های زیر نشان می دهیم:

گرم با نماد g

کیلوگرم با نماد kg (یکای اصلی)

یکی از مهمترین وسایل اندازه گیری جرم، ترازو است. همچنین رابطه بین گرم و کیلوگرم به صورت زیر است:

1kg = 1000 g

برای تبدیل گرم به کیلوگرم باید آن را تقسیم بر ۱۰۰۰ کنیم و برای تبدیل کیلوگرم به گرم باید آن را در ۱۰۰۰ ضرب کنیم.

وزن:

وزن یک جسم برابر با نیروی گرانشی (جاذبه ای) است که از طرف زمین بر جسم وارد می شود و جسم را به طرف زمین می کشد. وسیله اندازه گیری وزن نیروسنج نام دارد. واحد اندازه گیری وزن نیوتون با نماد N است.

نیروسنج:

در داخل نیروسنج یک فنر قرار دارد که می تواند کشیده شود. مقدار کشیدگی فنر داخل نیروسنج به اندازه نیرویی بستگی دارد که به نیروسنج وارد می شود.

۱۶. وزن یک جسم در کره زمین  به صورت زیر محاسبه می شود:

(۹/۸) شدت جاذبه زمین ´ جرم جسم ( برحسب کیلوگرم ) = وزن

نکته:
در تبدیل جرم به وزن معمولا به جای ۹/۸ از عدد ۱۰ برای راحت تر شدن محاسبات استفاده می کنند.

اگر جرم جسم بر اساس گرم بیان شده بود برای تبدیل آن به وزن ابتدا باید آن را به کیلوگرم و سپس به وزن تبدیل کرد و یا اینکه جرم بر حسب گرم را تقسیم بر ۱۰۰ نمود.

شدت جاذبه روی ماه ۱/۷ نیوتون بر کیلوگرم و روی مریخ ۳/۶ نیوتون بر کیلوگرم است. بنابراین برای محاسبه وزن در ماه باید جرم جسم را در ۱/۷ و در مریخ در ۳/۶ ضرب کنیم.

جرم جسم در تمامی نقاط جهان ثابت است ولی وزن به دلیل متغیر بودن شدت جاذبه در کرات مختلف، متفاوت است .

کمیت طول:

 به فاصله بین دو نقطه و مسافتی که طی می شود.

بعضی از یکاهای متداول اندازه گیری طول:

متر با نماد m (یکا اصلی ) - کیلومتر با نماد km - سانتی متر با نماد cm - میلی متر با نماد mm

یکی از ابزارهای اندازه گیری طول چیزهای کوچک خط کش است. طول خط کش های آزمایشگاهی بر حسب سانتی متر و میلی متر درجه بندی شده است.

برای تبدیل واحد های طول به یکدیگر می توانیم از جدول تناسب استفاده کنیم. به این ترتیب که هر ستون به یک یکا اختصاص داده شود. در ردیف اول رابطه بین دو یکا نوشته شود. در ردیف دوم عددی که می خواهیم تبدیل کنیم زیر یکا مربوطه نوشته شود و به جای عدد مجهول یکا خواسته شده X بنویسیم. حالا می توانیم با یک تناسب ساده مقدار X که همان مقدار خواسته شده است را محاسبه کنیم؛ به عنوان مثال:

یکی دیگر از واحدهای طول اینچ است. هر اینچ تقریبا ۲/۵ سانتی متر است. (1 inch = 2/54 cm)

یکاهای اندازه گیری سطح سانتی متر مربع با نماد ²cm متر مربع با نماد ²m است .

نکته:

به توان ۲، مربع و به توان ۳، مکعب می گویند.

کمیت حجم:

حجم یک جسم برابر با مقدار فضایی است که جسم اشغال می کند. یکاهای اندازه گیری حجم سانتی متر معکب با نماد ³cm و متر مکعب با نماد ³m است.

برای محاسبه حجم اجسامی که شکل هندسی مشخصی دارند ، از فرمول های ریاضی استفاده می شود. به طور مثال برای اندازه گیری حجم اجسام مکعبی شکل باید طول، عرض و ارتفاع آن در هم ضرب شوند.

برای اندازه گیری حجم اجسامی که شکل هندسی مشخصی ندارند، می توان آن ها را در ظروف درجه بندی شده آزمایشگاهی مثل استوانه مدرج و بشر با مقدار معینی از آب قرار داد. اختلاف سطح آب قبل و بعد از قرار گرفتن جسم، حجم آن جسم است. بطور مثال حجم جسم مقابل عبارت است از:

یکاهای متداول اندازه گیری حجم مایعات:

 لیتر با نماد L و میلی لیتر با نماد mL .

یک لیتر برابر با حجم ظرف مکعبی شکل به طول، عرض و ارتفاع ۱۰ سانتی متر است:

1L = 10 ´ 10 ´ 10 = 1000 cm³

نکته : حجم یک سانتی متر مکعب، یک میلی لیتر و یک سی سی با هم برابرند:

1cm³ = 1mL = 1cc

هر متر مکعب برابر با 1000 لیتر و یک میلیون سانتی متر مکعب است:

1m³ = 1000L = 1000000 cm³

حجم مقدار کم را با استفاده از ظروف مدرج مثل بشر، ارلن و استوانه مدرج اندازه می گیرند. این ظروف بر حسب سانتی متر مکعب یا میلی متر مکعب مدرج شده اند.

چگالی:
چگالی مقدار جرمی است که در حجم معینی از یک جسم وجود دارد. به چگالی «جرم حجمی» نیز گفته می شود. فرمول اندازه گیری چگالی به صورت زیر است:

یکاهای اندازه گیری چگالی:

اگر در محاسبه مقدار چگالی ، جرم با یکا گرم (g) و حجم با یکای سانتی متر مکعب (³cm) بیان شده بود برای یکای چگالی از(³g/cm) استفاده می کنیم و اگر در محاسبه مقدار چگالی، جرم با یک کیلوگرم(kg) و حجم با یکای متر مکعب (m) بیان شده بود، برای یکای چگالی از (kg/m³)  استفاده می کنیم .

در صورتی که با توجه به فرمول چگالی، مقدار حجم یا جرم خواسته شده بود می توانیم از مثلث ریاضی استفاده نماییم. این مثلث برای تمامی فرمول هایی مثل فرمول چگالی کاربرد دارد . به این ترتیب که برای به دست آوردن هر یک از کمیت ها، کافی است انگشت خود را بر روی مورد خواسته شده بگذارید و عملیات ریاضی باقی مانده را انجام دهیم؛ یعنی اگر بخواهیم حجم را به دست آوریم باید جرم را تقسیم چگالی کنیم؛ اگر بخواهیم جرم را محاسبه کنیم بایستی چگالی را در حجم ضرب کنیم.

نکته:

چگالی آب برابر با ۱ گرم بر سانتی متر مکعب است. هر جسمی که چگالی اش بیشتر از آب باشد، در آب فرو می رود و هر جسمی که چگالی اش کمتر از آب باشد، روی آب شناور خواهد ماند. 

اهمیت اندازه گیری زمان:

در مجموع می توان گفت زمان را اندازه می گیریم تا بتوانیم به سوال چه وقت یا چه مدت پاسخ دهیم. برای اندازه گیری زمان معمولاً از ساعت یا زمان سنج استفاده می شود. یکای اصلی اندازه گیری زمان ثانیه با نماد s است.

به جز ثانیه، یکاهای دیگری برای محاسبه زمان وجود دارد: دقیقه ، ساعت، شبانه روز، سال و قرن. رابطه یکاهای زمان با یکدیگر به صورت زیر است:

60 ثانیه = 1 دقیقه (min)

60 دقیقه = ۱ ساعت (h)

24 ساعت = 1 شبانه روز

365 روز = 1 سال

۱۰۰ سال = 1 قرن

دقت اندازه گیری به دقت شخص و دقت وسیله اندازه گیری وابسته است.

نکته:

در نوشتن نتیجه ی اندازه گیری باید به یکای وسیله اندازه گیری (دقت وسیله اندازه گیری) توجه نماییم و عدد را با همان یکا بیان کنیم؛ به طور مثال در بیان اندازه گیری جسمی که با خط کش سانتی متری اندازه گیری شده، نباید عدد کوچکتر از سانتی متر را برای نتیجه اندازه گیری بیان کنیم. در صورتی که طول جسم بین دو درجه خط کش واقع شده، باید عددی خوانده شود که طول جسم به آن نزدیک تر است.