מהם גודל יסודי ונגזר?

ייזום » מדע » מהם גודל יסודי ונגזר?

כמויות בסיסיות ונגזרות הן הכמויות הפיזיקליות המאפשרות לנו לבטא כל כמות או מידה של גופים. ניסויים הם היבט בסיסי של הפיזיקה ומדעי הטבע האחרים. תיאוריות והשערות אחרות מאומתות ומבוססות כאמת מדעית באמצעות ניסויים.

התמונה למעלה מציגה את היחידות בהן נמדדים כמויות בסיסיות ונגזרות. משקל נמדד בקילוגרמים, מרחק במטרים, זמן בשניות, זרם באמפר... הסעיף הבא יסביר זאת ביתר פירוט.

מדידות הן חלק בלתי נפרד מניסויים, שבהם משתמשים בגדלים ובקשרים בין כמויות פיזיקליות שונות כדי לאמת את אמיתות התיאוריה או ההשערה.

סוגי גודל: בסיסי ונגזר

אינדקסים עיקריים

בכל מערכת יחידות מוגדרת קבוצה של יחידות יסוד שגודלן הפיזיקלי נקרא כמויות יסוד.

יחידות בסיסיות מוגדרות באופן עצמאי, וכמויות ניתנות למדידה ישירה במערכת פיזיקלית.

באופן כללי, מערכת של יחידות דורשת שלוש יחידות מכניות (מסה, אורך וזמן). נדרשת גם יחידה חשמלית.

כמויות שאינן תלויות בשום גודל פיזיקלי אחר למדידה ידועות כגדלים יסודיים, הן אינן תלויות בשום גודל אחר שניתן לבטא. ישנם בסך הכל שבעה גודלים יסודיים:

1- מסה: קילוגרם (ק"ג)

הוא מוגדר על ידי המסה של אב טיפוס של גליל פלטינה-אירידיום הנשמר בלשכה הבינלאומית למשקולות ומידות בפריז, צרפת.

עותקים של גליל זה נשמרים על ידי מדינות רבות המשתמשות בהם כדי לתקנן ולהשוות משקלים.

2- אורך: מטר (מ')

הוא מוגדר כאורך המסלול שעובר האור בפרק זמן של בדיוק 1/299792458 שניות.

3- זמן: שנייה (שניות)

על פי שיטת היחידות הבינלאומית, זהו הזמן של 192.631.770 תקופות של תנודות של האור הנפלט מאטום צזיום-133, התואמות את המעבר בין שתי רמות היפר-עדינות של מצב היסוד. זמן זה נקבע באמצעות שעונים אטומיים מדויקים.

4- זרם חשמלי: אמפר (A)

מדדו את עוצמת הזרם החשמלי. הוא מוגדר כזרם קבוע שאם הוא זורם בשני מוליכים ישרים מקבילים בעלי אורך אינסופי וחתך רוחב מעגלי זניח, כאשר הם נמצאים במרחק של מטר אחד זה מזה בוואקום, ייצר כוח השווה ל-1 × 2⁻⁶ ניוטון למטר אורך בין מוליכים אלה.

למרות שנראה כי מטען חשמלי היה צריך לשמש כיחידת הבסיס, מדידת זרם קלה הרבה יותר ולכן נבחרה כיחידת הבסיס הסטנדרטית.

5- טמפרטורה: קלווין (K)

על פי שיטת היחידות הבינלאומית, קלווין שווה בדיוק ל-1/273,16 מהטמפרטורה התרמודינמית של נקודת המשולש של מים.

נקודת המשולש של מים היא טמפרטורה ולחץ קבועים שבהם יכולים להתקיים בו זמנית המצבים המוצק, הנוזלי והגזי.

6- עוצמת הארה: נר (cd)

הוא מודד את עוצמת האור של מקור הפולט קרינה בתדר קבוע של 540 × 1012 הרץ, עם עוצמת קרינה של 1/683 וואט לכל סטריאו בכל כיוון.

7- מול (מול)

מול הוא כמות החומר המכילה מספר ישויות כמספר האטומים ב-0,012 ק"ג של פחמן-12.

לדוגמה: ניתן למדוד את מסת הגודל הבסיסי ישירות באמצעות מאזניים ולכן היא אינה תלויה בגודל אחר.

כמויות נגזרות

כמויות נגזרות נוצרות על ידי מכפלת חזקות היחידות הבסיסיות. במילים אחרות, ערכים אלה נגזרים משימוש ביחידות הבסיסיות.

יחידות אלו אינן מוגדרות באופן עצמאי, שכן הן תלויות בהגדרה של יחידות אחרות. הכמויות הקשורות ליחידות נגזרות נקראות כמויות נגזרות.

לדוגמה, נבחן את גודל הווקטור מהירות. על ידי מדידת המרחק שעבר עצם והזמן שלוקח לו לעשות זאת, ניתן לקבוע את המהירות הממוצעת של העצם. לכן, מהירות היא גודל נגזר.

מטען חשמלי הוא גם כמות נגזרת הניתנת על ידי מכפלת זרימת הזרם והזמן שחלף.

מלבד 7 הכמויות הבסיסיות שהוזכרו לעיל, כל הכמויות האחרות הן נגזרות. כמה דוגמאות לכמויות נגזרות הן:

1- יחידת עבודה: ג'ול או ג'וליאן (J)

זוהי העבודה הנעשית כאשר נקודת הפעלת כוח של ניוטון אחד (1 ניוטון) זזה מרחק של מטר אחד (1 מ') בכיוון הכוח.

2- כוח: ניוטון (N)

זהו כוח זה, שכאשר הוא מופעל על גוף בעל מסה של קילוגרם אחד (1 ק"ג), הוא מייצר תאוצה של מטר אחד לשנייה בריבוע (1 mx2 ⁾.

3- לחץ: פסקל (Pa)

זהו הלחץ שנוצר כאשר כוח של ניוטון אחד (1 ניוטון) מופעל באופן אחיד ובניצב על משטח של מטר רבוע אחד (1 מ"ר ⁾.

4- הספק: וואט או וואט (W)

זוהי האנרגיה שמייצרת את ייצור האנרגיה בקצב של ג'אול אחד לשנייה (1 ג'אול x שנייה).

5- מטען חשמלי: קולומב או קולומב (C)

זוהי כמות המטען החשמלי המועברת בשנייה אחת (1 שנייה) על ידי זרם של אמפר אחד (1 אמפר).

6- פוטנציאל חשמלי: וולט (V)

זהו הפרש הפוטנציאלים בין שתי נקודות של כבל מוליך הנושא זרם קבוע של מגבר אחד (1 אמפר), כאשר ההספק המתפזר בין נקודות אלו הוא וואט אחד (1 וואט).

7- התנגדות חשמלית: אוהם או אוהם (Ω)

מדוד התנגדות חשמלית. באופן ספציפי, זו הקיימת בין שתי נקודות של מוליך כאשר הפרש פוטנציאלים קבוע של וולט אחד (1 וולט), המופעל בין שתי נקודות אלו, מייצר זרם של אמפר אחד (1 אמפר), כאשר המוליך הוא מקור הכוח האלקטרו-מניעי.

8- תדר: הרץ או הרץ (הרץ)

זוהי תדירות של תופעה מחזורית שתקופתה היא שנייה אחת (1 שנייה).

הפניות

1. גרדן ה'. מדידות מדעיות: כמויות, יחידות וקידומות (2007). תוכנית הלימודים במדע בע"מ.
2. גופטה א. ההבדל בין כמויות בסיסיות לכמויות נגזרות (2016). מקור: bscshortnote.com.
3. ניקודמוס ג. מה ההבדל בין כמות בסיסית לכמות נגזרת? (2010). נלקח מ: ezinearticles.com.
4. Okoh D, Onah H. Eze A. Ugwuanyi J, Obetta E. מדידות בפיזיקה: כמויות בסיסיות ונגזרות (2016). פלטפורמת Ambrose ללא תלות ב-CreateSpace.
5. אויאטוק ל. מהן כמויות ויחידות בסיסיות/נגזרות (2016). מקור: academicglobe.com.
6. סמאט ה', כץ ר'. פיזיקה, פרק 1: כמויות יסוד (1958). פרסומי רוברט כץ.
7. שארמה ס., קנדפל מ.ס. גילוי הפיזיקה (1997). ניו דלהי: הוצאת Hemkunt.