ما هي المقدارات الأساسية والمشتقة؟

استهلال » علم » ما هي المقدارات الأساسية والمشتقة؟

الكميات الأساسية والمشتقة هي الكميات الفيزيائية التي تُمكّننا من التعبير عن أي كمية أو قياس للأجسام. يُعدّ التجريب جانبًا أساسيًا من الفيزياء والعلوم الفيزيائية الأخرى، حيث يتم التحقق من صحة النظريات والفرضيات الأخرى وإثباتها كحقيقة علمية من خلال التجارب.

تُظهر الصورة أعلاه وحدات قياس الكميات الأساسية والمشتقة. يُقاس الوزن بالكيلوغرام، والمسافة بالأمتار، والزمن بالثواني، والتيار بالأمبير... سيشرح القسم التالي هذه الوحدات بمزيد من التفصيل.

تشكل القياسات جزءًا لا يتجزأ من التجارب، حيث يتم استخدام الأحجام والعلاقات بين الكميات الفيزيائية المختلفة للتحقق من صحة النظرية أو الفرضية.

أنواع المقدار: الأساسية والمشتقة

المؤشرات الرئيسية

في كل نظام وحدات، يتم تعريف مجموعة من الوحدات الأساسية التي تسمى كمياتها الفيزيائية بالكميات الأساسية.

يتم تعريف الوحدات الأساسية بشكل مستقل، وغالبًا ما تكون الكميات قابلة للقياس بشكل مباشر في نظام مادي.

عمومًا، يتطلب نظام الوحدات ثلاث وحدات ميكانيكية (الكتلة، الطول، والزمن). كما يتطلب وحدة كهربائية.

الكميات التي لا تعتمد على أي كمية فيزيائية أخرى للقياس تُعرف بالكميات الأساسية، فهي لا تعتمد على أي كمية أخرى يمكن التعبير عنها. هناك سبعة مقادير أساسية:

1- الكتلة: كيلوغرام (كجم)

يتم تعريفها من خلال كتلة أسطوانة نموذجية من البلاتين والإيريديوم محفوظة في المكتب الدولي للأوزان والمقاييس في باريس، فرنسا.

تحتفظ العديد من البلدان بنسخ من هذه الأسطوانة وتستخدمها لتوحيد الأوزان ومقارنتها.

2- الطول: متر (م)

يتم تعريفه على أنه طول المسار الذي يقطعه الضوء في فترة زمنية مقدارها 1/299792458 ثانية بالضبط.

3- الزمن: ثانية (ثانية)

وفقًا للنظام الدولي للوحدات، هو زمن 192.631.770 دورة تذبذبية للضوء المنبعث من ذرة السيزيوم-133، وهو ما يتوافق مع الانتقال بين مستويين فائقي الدقة للحالة الأساسية. ويُحدَّد هذا باستخدام ساعات ذرية عالية الدقة.

4- التيار الكهربائي: أمبير (A)

قِس شدة التيار الكهربائي. يُعرَّف بأنه التيار الثابت الذي إذا تدفق في موصلين مستقيمين متوازيين بطول لا نهائي ومقطعهما الدائري مهمل، وعندما يكونان على بُعد متر واحد في الفراغ، فإنه يُولِّد قوة تساوي 1 × 2-10 نيوتن لكل متر من الطول بين الموصلين.

رغم أنه قد يبدو أن الشحنة الكهربائية كان ينبغي استخدامها كوحدة أساسية، إلا أن قياس التيار أسهل بكثير ولذلك تم اختياره كوحدة أساسية قياسية.

5- درجة الحرارة: كلفن (K)

وفقًا للنظام الدولي للوحدات، فإن الكلفن يساوي بالضبط 1/273,16 من درجة الحرارة الديناميكية الحرارية لنقطة الثلاثية للماء.

النقطة الثلاثية للماء هي درجة حرارة وضغط ثابتين يمكن عندهما أن توجد الحالة الصلبة والسائلة والغازية في وقت واحد.

6- شدة الإضاءة: شمعة (cd)

يقيس شدة الضوء لمصدر يصدر إشعاعًا بتردد ثابت 540 × 1012 هرتز، مع شدة إشعاعية تبلغ 1/683 وات لكل ستيريو في أي اتجاه.

7- مول (مول)

المول هو كمية المادة التي تحتوي على عدد من الكيانات يساوي عدد الذرات في 0,012 كجم من الكربون-12.

على سبيل المثال: يمكن قياس الكتلة ذات المقدار الأساسي مباشرةً باستخدام الميزان وبالتالي لا تعتمد على مقدار آخر.

الكميات المشتقة

الكميات المشتقة تُشكَّل من حاصل ضرب قوى الوحدات الأساسية. بمعنى آخر، تُشتق هذه القيم من استخدام الوحدات الأساسية.

لا تُعرَّف هذه الوحدات بشكل مستقل، بل تعتمد على تعريف وحدات أخرى. تُسمى الكميات المرتبطة بالوحدات المشتقة كميات مشتقة.

على سبيل المثال، لنأخذ السرعة المتجهة. بقياس المسافة التي يقطعها جسم ما والوقت المستغرق، يمكن تحديد متوسط ​​سرعته. وبالتالي، تُعتبر السرعة مقدارًا مشتقًا.

الشحنة الكهربائية هي أيضًا كمية مشتقة يتم الحصول عليها من خلال حاصل ضرب تدفق التيار في الوقت المنقضي.

باستثناء الكميات الأساسية السبع المذكورة أعلاه، تُشتق جميع الكميات الأخرى. من أمثلة الكميات المشتقة:

1- وحدة العمل: جول أو جوليان (J)

هو العمل الذي يتم عندما تتحرك نقطة تطبيق قوة مقدارها نيوتن واحد (1 نيوتن) مسافة متر واحد (1 متر) في اتجاه القوة.

2- القوة: نيوتن (نيوتن)

هذه القوة هي التي، عند تطبيقها على جسم كتلته كيلوغرام واحد (1 كجم)، تنتج تسارعًا مقداره متر واحد في الثانية المربعة (1 م × ² ).

3- الضغط: باسكال (Pa)

إنه الضغط الناتج عندما يتم تطبيق قوة مقدارها نيوتن واحد (1 نيوتن) بشكل منتظم وعمودي على سطح مساحته متر مربع واحد (1 متر مربع ⁾.

4- القدرة: واط أو واط (W)

هي الطاقة التي تولد إنتاج الطاقة بمعدل جول واحد في الثانية (1 J x s).

5- الشحنة الكهربائية: الكولوم أو الكولوم (C)

هي كمية الشحنة الكهربائية التي تنتقل في ثانية واحدة (1 ثانية) بواسطة تيار مقداره أمبير واحد (1 أمبير).

6- الجهد الكهربائي: فولت (فولت)

هو فرق الجهد بين نقطتين من كابل موصل يحمل تيارًا ثابتًا بقوة مكبر واحد (1 أمبير)، عندما تكون القدرة المبددة بين هاتين النقطتين واحدًا وات (1 وات).

7- المقاومة الكهربائية: أوم أو أوم (Ω)

قياس المقاومة الكهربائية. تحديدًا، المقاومة الموجودة بين نقطتين من موصل عندما يُطبّق فرق جهد ثابت مقداره فولت واحد (1 فولت) بينهما، فيُنتج تيارًا شدته أمبير واحد (1 أمبير)، ويكون الموصل مصدرًا لأي قوة دافعة كهربائية.

8- التردد: هرتز أو هرتز (Hz)

هو تردد ظاهرة دورية دورتها ثانية واحدة (1 ثانية).

المراجع

1. غرادن هـ. القياسات العلمية: الكميات والوحدات والبادئات (2007). منهج العلوم.
2. جوبتا أ. الفرق بين الكميات الأساسية والكميات المشتقة (٢٠١٦). تم الاسترجاع من: bscshortnote.com.
3. نيقوديموس ج. ما الفرق بين الكمية الأساسية والكمية المشتقة؟ (٢٠١٠). تم الاسترجاع من: ezinearticles.com.
4. أوكوه د، أوناه هـ. إيزي أ. أوغواني ج، أوبيتا هـ. القياسات في الفيزياء: الكميات الأساسية والمشتقة (2016). منصة أمبروز مستقلة عن كرييت سبيس.
5. أويتوك ل. ما هي الكميات والوحدات الأساسية/المشتقة؟ (٢٠١٦). مأخوذ من: academicglobe.com.
6. سمات هـ، كاتز ر. الفيزياء، الفصل الأول: الكميات الأساسية (١٩٥٨). منشورات روبرت كاتز.
7. شارما س، كاندبال م.س. اكتشاف الفيزياء (١٩٩٧). نيودلهي: مطبعة هيمكونت.