1: الوحدات والقياس

Last updated
Save as PDF

Page ID: 199949

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

الصورة المصغرة هي لـ Whirlpool Galaxy، والتي نفحصها في القسم الأول من هذا الفصل. المجرات هائلة مثل الذرات الصغيرة، لكن نفس قوانين الفيزياء تصف كليهما، جنبًا إلى جنب مع بقية الطبيعة - وهو مؤشر على الوحدة الأساسية في الكون. قوانين الفيزياء قليلة بشكل مدهش، مما يعني البساطة الكامنة في تعقيد الطبيعة الواضح. في هذا النص، ستتعرف على قوانين الفيزياء. قد تبدو المجرات والذرات بعيدة عن حياتك اليومية، ولكن عندما تبدأ في استكشاف هذا الموضوع واسع النطاق، قد تدرك قريبًا أن الفيزياء تلعب دورًا أكبر بكثير في حياتك مما كنت تعتقد في البداية، بغض النظر عن أهداف حياتك أو اختيارك الوظيفي.

1.1: مقدمة للوحدات والقياس
قوانين الفيزياء قليلة بشكل مدهش، مما يعني البساطة الكامنة في تعقيد الطبيعة الواضح. في هذا النص، ستتعرف على قوانين الفيزياء. قد تبدو المجرات والذرات بعيدة عن حياتك اليومية، ولكن عندما تبدأ في استكشاف هذا الموضوع واسع النطاق، قد تدرك قريبًا أن الفيزياء تلعب دورًا أكبر بكثير في حياتك مما كنت تعتقد في البداية، بغض النظر عن أهداف حياتك أو اختيارك الوظيفي.
1.2: نطاق وحجم الفيزياء
تدور الفيزياء حول محاولة العثور على القوانين البسيطة التي تصف جميع الظواهر الطبيعية. وهي تعمل على مجموعة واسعة من المقاييس التي تشمل الطول والكتلة والوقت. يحاول العلماء وصف العالم من خلال صياغة النماذج والنظريات والقوانين. يستخدمون أوامر مقادير الأرقام لتتبع ومقارنة الظواهر التي تحدث على مقاييس معينة.
1.3: الوحدات والمعايير
يتم إنشاء أنظمة الوحدات من عدد صغير من الوحدات الأساسية، والتي يتم تحديدها من خلال قياسات دقيقة ودقيقة للكميات الأساسية المختارة تقليديًا. هناك نظامان شائعان للوحدات هما الوحدات الإنجليزية ووحدات SI. وحدات SI هي نظام متري من الوحدات، مما يعني أنه يمكن حساب القيم بعوامل 10. وحدات SI الأساسية للطول والكتلة والوقت هي المتر (m) والكيلوغرام (kg) والثانية (s)، على التوالي.
1.4: تحويل الوحدة
يسمح الضرب بعوامل التحويل للكميات بتغيير الوحدات. يجب أن تتم العملية بحيث يتم إلغاء الوحدات التي تريد التخلص منها وتبقى الوحدات التي تريد أن تنتهي بها. تخضع الوحدات لقواعد الجبر، لذلك، على سبيل المثال، إذا كانت الوحدة مربعة، فهناك حاجة إلى عاملين لإلغائها.
1.5: تحليل الأبعاد
إن بُعد الكمية المادية هو مجرد تعبير عن الكميات الأساسية التي اشتقت منها. يجب أن تكون جميع المعادلات التي تعبر عن القوانين أو المبادئ الفيزيائية متسقة الأبعاد. يمكن استخدام هذه الحقيقة كوسيلة مساعدة في تذكر القوانين الفيزيائية، كطريقة للتحقق مما إذا كانت العلاقات المزعومة بين الكميات المادية ممكنة، وحتى لاشتقاق قوانين فيزيائية جديدة.
1.6: التقديرات وحسابات فيرمي
التقدير هو تخمين تقريبي عند قيمة الكمية المادية بناءً على الخبرة السابقة والتفكير المادي السليم. فيما يلي بعض الاستراتيجيات التي قد تساعد عند إجراء التقدير: 1) الحصول على أطوال كبيرة من أطوال أصغر. 2) الحصول على المساحات والأحجام من الأطوال. 3) الحصول على الكتل من الأحجام والكثافات. 4) إذا فشلت كل الأشياء الأخرى، قم بتجميعها. لا بأس بـ «صورة واحدة». 5) اسأل نفسك: هل لهذا أي معنى؟
1.7: شخصيات مهمة
تشير دقة القيمة المقاسة إلى مدى قرب القياس من القيمة المرجعية المقبولة. تشير دقة القيم المقاسة إلى مدى قرب الاتفاق بين القياسات المتكررة. تعبر الأرقام المهمة عن دقة أداة القياس. عند إجراء العمليات الرياضية باستخدام القيم المقاسة، توجد قواعد لتوحيد دقة الإجابة النهائية.
1.8: حل المشكلات في الفيزياء
المراحل الثلاث لعملية حل المشكلات الفيزيائية المستخدمة في هذا النص هي كما يلي: 1) الإستراتيجية: تحديد المبادئ الفيزيائية المتضمنة ووضع إستراتيجية لاستخدامها لحل المشكلة. 2) الحل: قم بإجراء العمليات الحسابية اللازمة للحصول على حل عددي بالوحدات الصحيحة. 3) الأهمية: تحقق من الحل للتأكد من أنه منطقي وقم بتقييم أهميته.
1.A: الوحدات والقياس (الإجابات)
1.E: الوحدات والقياس (التمارين)
1.S: الوحدات والقياس (ملخص)

الصورة المصغرة: قد تعرض هذه الصورة أي عدد من الأشياء. قد تكون عبارة عن دوامة في خزان ماء أو ربما مجموعة من الطلاء والخرز اللامع مخصصة لفصول الفن. بدون معرفة حجم الكائن بالوحدات التي نتعرف عليها جميعًا، مثل الأمتار أو البوصات، من الصعب معرفة ما ننظر إليه. في الواقع، تُظهر هذه الصورة مجرة ويرلبول (والمجرة المصاحبة لها)، التي يبلغ قطرها حوالي 60000 سنة ضوئية (حوالي 6 × 10 ¹⁷ كم عرضيًا). (مصدر الصورة: إس بيكويث (STSci)، فريق هابل للتراث، (STSCI/AURA)، وكالة الفضاء الأوروبية، وكالة ناسا)