آموزش فیزیک دهمدهمفیزیک دهم

آموزش فصل اول فیزیک دهم | فیزیک و اندازه‌گیری

همراه با آموزش تصویری

سلام بخونی‌های عزیز در این مقاله از سری مقالات آموزشی سایت بخون، به سراغ آموزش فصل اول فیزیک دهم که با عنوان فیزیک و اندازه‌گیری می‌شناسیم و همانطور که از نامش پیداست در مورد فیزیک و اندازه‌گیری می‌باشد. من دنیا مرادی در این مقاله به آموزش فصل اول فیزیک دهم فصل یک با بررسی خط به خط کتاب درسی و همراه با تصاویر مختلف، خواهم پرداخت. همچنین پیشنهاد می‌کنم برای مطالعه سایر مقالات آموزشی مربوط به فیزیک دهم، به لینک قرار داده شده مراجعه کنید.

فصل اول فیزیک دهم شامل مباحثی مانند: دانش بنیادی، مدل‌سازی در فیزیک، اندازه‌گیری و کمیت‌های فیزیکی، اندازه‌گیری و دستگاه بین‌المللی یکاها، اندازه‌گیری و دقت وسیله‌های اندازه‌گیری، چگالی و پرسش و مسئله‌های فصل یک می‌باشد. پس اگر می‌خواهید نمره این فصل را در کارنامه خود، با عدد 20 ثبت کنید، تا انتها مقاله همراه ما بمانید …

فیزیک دهم فصل اول | مبحث فیزیک دانش بنیادی

دوستان خوبم اول به چند تعریف مهم در این فصل می‌پردازیم.

فیزیک یکی از بنیادی‌ترین دانش‌ها و شالوده‌ی تمامی مهندسی‌ها و فناوری‌هایی است که به طور مستقیم و غیر مستقیم در زندگی ما نقش دارند و دلیل اهمیت مطالعه و یادگیری فیزیک این است که فیزیک از بنیادی‌ترین دانش‌ها و شالوده تمام مهندسی‌ها و فناوری است. واژه فیزیک ریشه در یونان باستان دارد و به معنای شناخت طبیعت است. 

علم فیزیک به مطالعه و توصیف و توضیح پدیده‌های گوناگون طبعیت می‌پردازد. از آنجا که فیزیک علم تجربی ست، لازم است این قوانین، مدل‌ها و نظریه‌های فیزیکی توسط آزمایش مورد آزمون قرار بگیرد. برای توصیف قانون، مدل، نظریه‌ها و پدیده‌های فیزیکی اغلب از قانون، مدل و نظریه فیزیکی استفاده می‌شود. مدل‌ها و نظریه‌های فیزیکی همواره معتبر نیستند و ممکن است نقض یا تغییر یابند.

قانون فیزیک رابطه بین برخی از کمیت‌های فیزیکی را توصیف می‌کند که در دامنه وسیعی از پدیده‌های گوناگون طبیعت معتبر است؛ همانند قانون نیوتون.

اصل فیزیک برای توصیف دامنه محدودتری از پدیده‌های فیزیکی که عمومیت کمتری دارند اغلب از اصطلاح اصل استفاده می‌شود؛ همانند اصل پاسکال.‌

طبقه گفته کتاب ویژگی آزمون‌پذیری و اصلاح نظریه‌های فیزیکی، نقطه قوّت دانش فیزیک است و نقش مهمی در فرایند پیشرفت دانش و تکامل شناخت از جهان پیرامون داشته است. تفکر نقادانه و اندیشه‌ورزی فعال فیزیک‌دانان نسبت به پدیده‌های پیرامونشان، بیش از آزمایش و مشاهده در پیش‌برد و تکامل علم فیزیک نقش ایفا کرده است و می‌کند.

 فیزیک دهم فصل اول | مبحث مدل‌سازی در فیزیک

مدل‌سازی در فیزیک فرایندی است که طی آن یک پدیده فیزیکی آن قدر ساده و آرمانی می‌شود تا امکان بررسی و تحلیل آن فراهم شود. به بیانی دیگر، در فیزیک برای بررسی و تحلیل پدیده‌های پیچیده از حرکت اجسام گرفته تا الکتریسیته، نورشناسی و امواج، از مدل‌سازی استفاده می‌شود. ( ساده‌سازی یک پدیده فیزیکی برای بررسی و تحلیل آن). 

برای مثال مدل‌سازی حرکت یک توپ پرتاب شده توپ یک کره کامل نیست. در عین حرکت به دور خود می‌چرخد. وزن توپ با تغییر فاصله از زمین تغییر می‌کند. از اندازه و شکل توپ صرف می‌کنیم و آنرا به صورت یک نقطه در نظر می‌گیرم. از چرخش آن صرف نظر می‌کنیم. فرض می‌کنیم توپ در خلاء حرکت می‌کند. فرض می‌کنیم با تغییر فاصله توپ از مرکز زمین وزن آن ثابت می‌ماند.

نکته کلیدی: هنگام مدل‌سازی، یک پدیده‌ فیزیکی این است که باید اثرهای جزئی‌تر را نسبت به اثرهای مهم و تعیین‌کننده نادیده بگیریم.

به طور مثال وقتی یک توپ در حال پرواز در هوا را بررسی می‌کنیم، عوامل مختلفی روی توپ اثر می‌گذارند؛ مثلا توپ به طور کامل گرد نیست، زبری و پستی و بلندی در سطح آن وجود دارد، مستقیم حرکت نمی‌کند و هنگام پرتاب به دور خود می‌چرخد، مقاومت هوا به توپ وارد می‌شود و هم‌چنین هنگام بالا رفتن مقدار جاذبه کم می‌شود.

اگر بخواهیم تمامی این موارد را هنگام مطالعه پرتاپ توپ بررسی کنیم، دچار پیچیدگی‌های فراوانی در مسئله خواهیم شد؛ پس برای راحتی حل مسئله از برخی عوامل که تاثیر چندانی روی مسئله ندارند چشم‌پوشی می‌کنیم. به شکل زیر توجه کنید:

آموزش فصل اول فیزیک دهم | مبحث مدل‌سازی در فیزیک

فیزیک دهم فصل اول | مبحث اندازه‌گیری و کمیت‌های فیزیکی

تعریف کمیت: برای برخی از ویژگی‌ها مانند سنگینی و سبکی و یا ارتفاع می‌توان یک روش اندازه‌گیری مورد توافق همگان تعریف کرد و آن‌ها اندازه‌گیری کرد. ویژگی که بر اساس ارائه‌ی یک روش اندازه‌گیری مورد توافق همگان قابل اندازه‌گیری است کمیت نامیده می‌شود یا به تعریف دیگر هر چیزی که توان به آن مقدار نسبت داد.

یکا: مقداری از هر کمیت است که مبداء سنجش می‌باشد.

اندازه‌گیری: مقایسه یک کمیت با یکای مربوط به آن کمیت است.

دوستان خوبم در اینجا به دو تعریف مهم می‌پردازیم. کمیت‌ها بر حسب محتوا به دو دسته تقسیم می‌شوند.

کمیت نرده‌ای (اسکالر، عددی): کمیتی فیزیکی که برای بیان آن، تنها کافی است یک عدد به همراه یکای مناسب آن گزارش شود. به بیان دیگر کمیت‌هایی هستند که فقط دارای اندازه‌اند. برای مثال: گرمای ویژه، بار الکتریکی، نیروی محرکه، مسافت طی شده، دما، حجم، مساحت، جرم، طول، انرژی، فشار، سطح، کار، ولتاژ، شار مغناطیسی، تندی، چگالی، شدت جریان الکتریکی، شعاع و … از کمیت‌های نرده‌ای محسوب می‌شود.

در مثال پایین کمیت جرم 65 cm و کمیت طول 168 cm می‌باشد.

آموزش فصل یک فیزیک دهم | مبحث ندازه‌گیری و کمیت‌های فیزیکی
کمیت برداری: کمیت فیزیکی که برای بیان آن، افزون بر یک عدد و یکای مناسب آن، لازم است به جهت آن نیز اشاره کنیم. به بیان دیگر کمیت‌هایی هستند که علاوه بر مقدار دارای جهت نیز می‌باشد. برای مثال: جابه‌جایی، تکانه، شتاب، وزن، میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی، سرعت متوسط، نیرو و … از کمیت‌های برداری هستند.

پس دوستان خوبم به طور ساده‌تر بگوییم کمیت‌هایی مانند: جابه‌جایی که به جهت نیاز دارند کمیت‌های برداری هستند.

نکته: نکته‌ای که اینجا حائز اهمیت است این است که برای نوشتن کمیت‌های برداری از علامت پیکان روی کمیت استفاده کنیم. این کمیت از قاعده جمع برداری پیروی می‌کند.

آموزش فصل یک فیزیک دهم | مبحث اندازه‌گیری و کمیت‌های فیزیکی

بردارهای برابر دو بردار در صورتی با هم برابرند که دارای اندازه، راستا و سوی یکسانی هستند.

بردارهای قرینه دو بردار در صورتی با هم قرینه هستند که دارای اندازه و راستای یکسان هستند و سوی آنها متفاوت باشد.

زاویه یک بردار زاویه‌ای ست که این بردار در جهت مثلثاتی با راستای مثبت محور طول ها (xها) را می‌سازد.

بردارهای هم راستا و ناهمسو بزرگی (اندازه) جمع دو بردار هم راستا و ناهم‌سو برابر قدر مطلق تفریق بزرگی‌های (اندازه‌های) دو بردار است. در این حالت جمع دو بردار با برداری که بزرگی‌اش بزرگتر است، هم‌سو خواهد بود.

فصل یک فیزیک دهم | مبحث دستگاه بین‌المللی یکاها

در اینجا اول از همه چیز باید شما بدانید یکا چیست؟ واحد شمارش هر کمیت را یکا می‌نامند. برای مثال کمیت طول چه یکاهایی دارد؟ کمیت طول یکاهایی مانند سانتی‌متر، متر، کیلومتر دارد. یکاهای شمارش زمان نیز ثانیه، دقیقه، ساعت، روز، ماه، سال و … می‌باشد. برای اندازه‌گیری‌های درست به یکاهایی نیاز است که تغییر نکند و دارای قابلیت باز تولید در مکان‌های مختلف باشد.

دستگاه متریک یا همان دستگاه بین المللی یکاها SI مخفف Systeme International یا همان سیستم بین المللی یکاها می‌باشد. دانشمندان برای هماهنگی در سراسر دنیا از یکاهای مشخصی برای کمیت‌های فیزیکی استفاده می‌کنند. برای محاسبه پدیده‌ها از یکاهای بین‌المللی استفاده خواهیم کرد.

کمیت اصلی: کمیت فیزیکی است که طبق توافق بین‌المللی، یکای استاندارد و مستقل دارد. آن دسته از کمیت‌هایی را که یکاهای آن‌ها به طور مستقل و بدون رابطه با سایر یکاهای دیگر تعریف می‌شود که به آن کمیت اصلی می‌گویند و یکاهای آن‌ها را یکای اصلی می‌نامند.

در فیزیک، 7 کمیت اصلی داریم. طول، جرم، زمان، دما، مقدار ماده، شدت جریان الکتریکی، شدت روشنایی از جمله: کمیت‌های اصلی در SI هستند. در سال 1791 دانشمندان در مجمعی هفت کمیت را به عنوان کمیت اصلی انتخاب کردند و یکاهای آن‌ها را یکای اصلی نامیدند که در جدول زیر می‌توانید مشاهده کنید.

آموزش فصل یک فیزیک دهم | فیزیک و اندازه گیری

کمیت فرعی: کمیتی فیزیکی است که یکای آن به طور وابسته و بر حسب یکاهای کمیت‌های اصلی بیان می‌شود و یکاهای آن‌ها را یکای فرعی می‌نامند. تندی، کار، نیرو، فشار، انرژی، توان، اندازه حرکت و میدان الکتریکی از جمله کمیت‌های فرعی در SI هستند. یکای فرعی حداقل از دو یکای اصلی تشکیل شده‌اند.

آموزش فصل یک فیزیک دهم | مبحث اندازه‌گیری و دستگاه بین‌المللی یکاها

ویژگی‌های یکای یک کمیت: 1_ تغییرناپذیربودن 2_ قابلیت باز تولید (در دسترس بودن). برای مطالعه سایر مقالات مرتبط با فیزیک پایه دهم و آموزش‌های رایگان، لینک آموزش فیزیک دهم را دنبال کنید.

نام کمیتیکای SIنماد یکا
نیرونیوتنN
کار ژول J
فشارپاسکالPa

خطای اندازه‌گیری و دقت وسیله‌های اندازه‌گیری فیزیک دهم

طول

یکای طول در SI متر نام دارد. آن را با نماد m نشان می‌دهیم. برای این یکا نمونه استانداردی ساخته شده است. این نمونه در موزه سور پاریس نگهداری می‌شود. این نمونه میله‌ای‌ از جنس آلیاژ پلاتین و ایریدیوم می‌باشد که با دو علامت روی آن در دمای صفر درجه  سلسیوس به طور دقیق برابر طول توافق شده‌ بین‌المللی برای یک متر است.

در موسسه‌های استاندارد هر کشور نمونه‌های مشابه با این نمونه استاندارد تهیه و نگهداری می‌شود. از جمله یکاهای قدیمی می‌توان ذرع، فرسنگ، فوت(پا)، مایل، اینچ، یکای نجومی و سال نوری (مسافتی که نور در مدت یک سال طی می‌کند) را نام برد.

آموزش فصل یک فیزیک دهم | خطای اندازه‌گیری و دقت وسیله‌های اندازه‌گیری

نحوه خواندن و گزارش نتیجه اندازه گیری با کولیس

کولیس‌ها درای دو مقیاس اصلی و مقیاس ورنیه هستند. برای خواندن نتیجه ابتدا باید ببینید صفر ورنیه در کجای مقیاس اصلی قرار گرفته است و آن عدد را از روی مقیاس اصلی بخوانیم.

سپس به دنبال اولین انطباق بین درجه‌بندی مقیاس ورنیه با مقیاس اصلی بگردیم و با توجه به دقت کولیس آن عدد را از روی مقیاس ورنیه بخوانیم و با عدد قبلی جمع کنید. سپس عدد بدست آمده را با مثبت منفی خطای اندازه‌گیری کولیس که نصف دقت کولیس می‌باشد، جمع کنید. 

نحوه خواندن و گزارش نتیجه اندازه‌گیری با ریزسنج 

ریزسنج‌ها دو قسمت درجه بندی شده دارند؛ اولی روی بدنه اصلی و دومی روی استوانه مدرج چرخان می‌باشد. برای گزارش نتیجه اندازه‌گیری ریزسنج ابتدا عدد روی بدنه اصلی را می‌خوانیم و سپس عدد روی استوانه مدرج چرخان که روبروی محور اصلی ریزسنج قرار گرفته است بر حسب دقت ریزسنج می‌خوانیم و با عدد قبلی جمع خواهید کرد.

سپس عددی که به دست آورده‌ایم را با مثبت منفی خطای اندازه‌گیری ریزسنج که نصف دقت ریزسنج می‌باشد، جمع می‌کنیم. در ابزار مدرج رقمی را که آزمایش‌گر نمی‌تواند قاطعانه نظر بدهد رقم حدسی ست و در ابزار دیجیتال آخرین رقم سمت راست حاصل از اندازه‌گیری غیرقطعی است.

پس اگر به طور خلاصه بگوییم کولیس برای اندازه‌گیری قطر داخلی خارجی و عمق یک استوانه می‌باشد و ریزسنج یا میکرومتر برای اندازه‌گیری قطر یک سیم نازک یا قطر یک تیله می‌باشد.

جرم

یکای جرم در SI کیلوگرم می‌باشد. آن را با نماد Kg نشان می‌دهند. نمونه استاندارد آن در موزه سور فرانسه نگهداری می‌شود که به صورت استوانه‌ای ست. جرم این استوانه که به دقت درون دو حباب شیشه‌ای جای گرفته و از جنس آلیاژ پلاتین و ایریدیوم ساخته شده است.

در موسسه‌های استاندارد هر کشور نمونه‌های مشابه با این نمونه استاندارد تهیه و نگهداری می‌شود. از جمله یکاهای قدیمی جرم می‌توان خروار، من تبریز، سیر، مثقال، نخود، گندم و قیراط (کاربرد در اندازه‌گیری الماس و جواهرات) را نام برد.

آموزش فصل یک فیزیک دهم | خطای اندازه‌گیری و دقت وسیله‌های اندازه‌گیری

زمان

یکای زمان در SI ثانیه می‌باشد. نماد آن را با s نشان می‌دهند. در بسیاری موارد نیاز به اندازه‌گیری مدت زمان بین شروع و پایان یک رویداد داریم. این مدت زمان را بازه زمانی می‌نامیم.

آموزش فصل یک فیزیک دهم | اندازه‌گیری و دستگاه بین‌المللی یکاها

فصل اول فیزیک دهم |تبدیل یکاها

از بخش‌های مهم فصل اول فیزیک دهم رشته ریاضی فیزیک و علوم تجربی بحث تبدیل یکاها می‌باشد که جزو بحث‌های پیش زمینه مهم که محسوب می‌شود. در این فصل از سال دهم دانش‌آموزان باید توانایی تشخیص ضرایب، تبدیل مناسب یکاها را با تمرین به دست آورند. در برخی مسئله‌های فیزیک لازم است یکای کمیتی را تغییر دهیم. در تبدیل یکاها و نمادگذاری علمی نباید تعداد رقم‌های با معنا تغییر کند.

اغلب در حل مسئله‌های فیزیک، لازم است یکای کمیتی را تغییر دهیم. برای مثال، ممکن است لازم باشد کیلوگرم (kg) به میکروگرم (μg)، یا متر بر ثانیه (m\s) را به کیلومتر بر ساعت (km\h) تبدیل می‌کنیم. این کار با روش تبدیل زنجیره‌ای انجام می‌شود. در این روش، اندازه کمیت را در یک ضریب تبدیل (نسبتی از یکاها که برابر عدد یک است) ضرب می‌کنیم. برای مثال چون 1m برابر 100cm است، داریم:
آموزش فصل یک فیزیک دهم | تبدیل یکاها

تبدیل زنجیره‌ای: در تبدیل زنجیره‌ای از یک ضریب تبدیل که یک کسر می‌باشد برای تبدیل یکای موجود به یکای مورد نظرمان استفاده می کنیم.

نکته: در ضرایب تبدیل چون صورت و مخرج کسر با هم مساوی هستند پس کسر برابر 1 می‌باشد و هنگام استفاده از این ضرایب مقدار کمیت تغییر نمی‌کند و فقط یکای کمیت عوض می‌شود.

نکته: هر یک کیلومتر برابر با 1000 متر است. هر یک ساعت برابر با 3600 ثانیه است. هر یک لیتر (lit) برابر با 1000 سانتی‌متر مکعب است. واحد میکرومتر، میکرون نیز گفته می‌شود.

می‌خواهیم مقدار 16cm را بر حسب متر بنویسیم (به متر تبدیل کنیم).
آموزش فصل یک فیزیک دهم | تبدیل یکاها
همچنین در مثالی دیگر، تبدیل یکای کمیت 36 km\h را بر حسب یکای m/s به صورت زیر انجام می‌دهیم (می‌دانیم که km/h و m/s از یکاهای تندی و سرعت می‌باشند):

آموزش فصل یک فیزیک دهم | تبدیل یکاها

فصل اول فیزیک دهم | سازگاری یکاها

آموزش فصل یک فیزیک دهم | سازگاری یکاها

برای حل صحیح مسائل همواره دقت کنیم تا یکاها را برحسب یکاهای SI بنویسیم، زیرا اگر در هنگام حل مسائل یکاها برحسب SI نباشند جواب معادله درست نخواهد بود. مسائل فیزیک ممکن است با کمیت‌هایی روبه‌رو شویم که نیاز باشد تا یکای آن‌ها را تغییر دهیم. ممکن است که جرم ذره‌ای بر حسب میکروگرم داده شده باشد و ما نیاز داشته باشیم تا آن را به کیلوگرم یعنی واحد SI جرم تبدیل کنیم.

سرعت حرکت خودروها بر حسب واحد کیلومتر بر ساعت بیان می‌شود. از آنجایی که در حل مسائل فیزیک واحد استاندارد سنجش سرعت، متر بر ثانیه است، نیاز داریم تا واحد کیلومتر بر ساعت را به متر بر ثانیه تبدیل کنیم.

برای اینکه بخواهیم حاصل دو طرف یک معادله را برحسب یکاهای SI بیان کنیم، حتما باید یکای کمیت‌های داده شده را نیز به یکاهای SI تبدیل کنیم.

اگر جرم جسمی 325 گرم و شتاب آن 1.75 متر بر مجزور ثانیه باشد، برای سازگاری یکاها در دو طرف معادله باید یکای جرم جسم را به کیلوگرم (SI) تبدیل کنیم. در این صورت عدد به دست آمده است را می‌توان برحسب یکای نیوتون (کیلوگرم به روی متر مربع بر مجزور ثانیه) بیان کرد.

فیزیک پایه دهم فصل اول | پیش‌وند یکاها

یکی از پرکاربردترین مقیاس‌هایی که امروزه در فیزیک یافته می‌شود، مقیاس نانو است که در واقع «یک میلیاردیم» آن چیزی است که داریم. دانش و ابزاری که ما را قادر به بررسی، مشاهده و به کارگیری در مقیاس نانو می‌کند علوم و فناوری نانو نامیده می‌شود.

وقتی که اندازه‌گیری‌ها با اندازه‌های بسیار کوچک و بسیار بزرگ بیان شود، از پیشوندهای عددی برای ساده‌کردن اعداد استفاده می‌کنیم. همان طور که از ضرایب تبدیل جدول زیر پیداست، هر پیشوند، توان معینی از 10 را نشان می‌دهد که به صورت یک عامل ضرب به کار می‌رود.

یعنی وقتی پیشوندی به یکایی افزوده می‌شود آن یکا در ضریب مربوطه ضرب می‌شود. نماد بعضی از پیشوندها مشابه نماد بعضی از یکاها است. برای مثال m برای یکای متر و پیشوند میلی به کار می‌رود. اگر در یک اندازه‌گیری، یکا به توان رسیده باشد، پس پیشوند یکا نیز به توان می‌رسد.

آموزش فصل یک فیزیک دهم | پیش‌وند یکاها

آموزش فیزیک دهم فصل اول | نمادگذاری علمی

همچنین آشنایی با پیشوندهای مختلف و نمادگزار‌های علمی فیزیکی از توانایی‌های پایه‌ای یک دانش‌آموز در درس فیزیک دهم است. در پاره‌ای از اندازه‌گیری مقدارهای بسیار بزرگ و یا بسیار کوچک به اعدادی برخورد می‌کنیم که به علت تعداد زیاد صفر در سمت راست آن اعداد و یا تعداد زیاد صفر بعد از ممیز آن اعداد در نمایش و خواندن آن‌ها با مشکل مواجه می‌شویم و در نتیجه احتمال اشتباه افزایش پیدا می‌کند که نوشتن و محاسبه آن‌ها دشوار است.

برای نوشتن جرم زمین بر حسب کیلوگرم باید تعداد 22 صفر را بعد از عدد 598 بنویسیم یا برای نوشتن جرم یک الکترون بر حسب کیلوگرم باید بعد از ممیز، 30 عدد صفر قرار دهیم و پس از آن عدد 9109 را بنویسیم. سرعت نور در خلاء29979000000 سانتی‌متر برثانیه و فاصله بین مرکز دو اتم هیدروژن در مولکول هیدروژن برابر 0.000000075 سانتی‌متر است.

برای نوشتن یک عدد به صورت علمی آن را به فرمی می‌نویسیم که در آن a یک عدد اعشاری باشد که در سمت چپ ممیز آن فقط یک رقم وجود خواهد داشت و n می‌تواند عدد صحیح مثبت، منفی و یا صفر باشد.

آموزش فصل یک فیزیک دهم | نمادگذاری علمی

برای تبدیل یک عدد با ارقام زیاد به نماد علمی آن، جای ممیز را آن قدر تغییر می‌دهیم تا فقط یک رقم در سمت چپ آن به صورت عدد صحیح باقی بماند. به ازای هر رقمی که ممیز را به سمت چپ خواهیم برد، n را یک واحد افزایش می‌دهیم و به ازای هر رقمی که ممیز را به سمت راست خواهیم برد، n را یک واحد کاهش خواهیم داد.

حال اگر عدد اولیه ما اعشاری بوده باشد، تعداد ارقام قبل ممیز را با علامت منفی در بالای 10 می‌نویسیم و اگر عدد اولیه غیر اعشاری باشد، تعداد ارقام بعد از ممیز را شمرده و با علامت مثبت به عنوان توان 10 می‌نویسیم.

فیزیک دهم فصل اول | اندازه‌گیری دقت و خطا اندازه‌گیری

در اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی همواره عدم قطعیت و خطا وجود دارد. چگونه دقت اندازه‌گیری ابزار مختلف تعیین می‌شود؟ دقت اندازه‌گیری برابر است با کوچک‌ترین مقداری که یک وسیله‌ی اندازه‌گیری می‌تواند اندازه‌گیری کند. مثلا دقت خط‌کش‌های معمولی که تا میلی‌متر مدرج شده‌اند یک میلی‌متر است.

نکته: خطای اندازه‌گیری توسط وسیله‌های درجه‌بندی شده، نصف کمینه تقسیم‌بندی مقیاس آن وسیله است.

نکته: خطای اندازه‌گیری توسط وسیله‌های رقمی (دیجیتال)، یک واحد از آخرین رقمی است که می‌خوانند.

عوامل زیر در افزایش دقت اندازه‌گیری نقش مهمی را ایفا می‌کنند:

1:دقت وسیله‌های اندازه‌گیری

یکی از عوامل مهم در دقت اندازه‌گیری، دقت و حساسیت وسیله اندازه‌گیری است. برای مثال، دقت خط‌کشی که تا میلی‌متر مدرج شده‌، بیش‌تر از دقت خط‌کشی است که تا سانتی‌متر مندرج شده است.

در اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی مانند: طول، جرم، زمان و … قطعیت وجود ندارد و همواره مقداری خطا وجود دارد. با انتخاب وسیله‌های دقیق و روش صحیح اندازه‌گیری، تنها می‌توان خطای اندازه‌گیری را کاهش داد، ولی هیچگاه نمی‌توان آن را به صفر رساند. هر چه وسیله اندازه‌گیری دقیق‌تر باشد قطعا اندازه‌گیری نیز با دقت بیش‌تر صورت خواهد پذیرفت.

2:مهارت شخص آزمایش‌گر

یکی دیگر از عوامل مهم و تأثیرگذار روی دقت اندازه‌گیری، مهارت های شخص آزمایشگر است. یکی از این مهارت‌های شخص آزمایشگر، نحوه‌ی خواندن نتیجه‌ی اندازه‌گیری است. مهارت شخص اندازه گیرنده نیز تاثیر مستقیمی بر دقت اندازه‌گیری کمیت دارد.

خواندن نتیجهٔ اندازه‌گیری از منظرهای A و C خطا را افزایش می‌دهد در حالی که گزارش شخصی که از منظر B نتیجهٔ اندازه‌گیری را می‌خواند دقت بیشتری دارد. طبق این شکل خطای مشاهده، ناشی از اختلاف منظر، در خواندن و گزارش نتیجه اندازه‌گیری تاثیر مهمی دارد.

آموزش فصل یک فیزیک دهم | اندازه‌گیری و دقت وسیله‌های اندازه‌گیری

3:تعداد دفعات اندازه‌گیری

برای کاهش خطا در اندازه‌گیری هر کمیت، معمولا اندازه‌گیری آن‌را چند بار تکرار می‌کنند. میانگین عددهای حاصل از اندازه‌گیری به عنوان نتیجه اندازه‌گیری گزارش می‌شود. البته در میان عددهای متفاوت اگر یک یا دو عدد اختلاف زیادی با بقیه داشته باشند در میانگین‌گیری به حساب نمی‌آیند. نتایج اندازه‌گیری شده حول اندازه واقعی. طبق نمودار پایین هر نشانه قرمز، نشان‌دهنده نتیجه یک اندازه‌گیری است.هر چه تعداد اندازه‌گیری از یک کمیت را بیش‌تر کنیم، بیش‌تر به اندازه واقعی کمیت نزدیک خواهیم شد.

دقت ابزارهای اندازه‌گیری مدرج، برابر کمینه‌ی درجه‌بندی آن ابزار است. خطای اندازه‌گیری برای وسیله‌های رقمی (دیجیتال) مثبت و منفی یک واحد از آخرین رقمی است که می‌خوانند. رقم‌هایی را که بعد از اندازه‌گیری یک کمیت فیزیکی ثبت می‌کنید رقم‌های بامعنا می‌گویند.

رقم آخر، که غیرقطعی و مشکوک است و آن را حدس می‌زنیم نیز جزو رقم‌های با معنا محسوب می‌شود. در ابزارهای اندازه‌گیری با نمایشگر رقمی (دیجیتال) آخرین رقم سمت راست اندازه‌گیری، اگر چه ما آن را حدس نمی‌زنیم و توسط دستگاه گزارش می‌شود، ولی غیرقطعی و مشکوک است. برای وسایل اندازه‌گیری دیجیتال برای وسایل اندازه‌گیری دیجیتال مقدار خطای اندازه‌گیری برابر با 1 واحد از آخرین رقمی است که خوانده شده است.

 

آموزش فصل یک فیزیک دهم | اندازه‌گیری و دقت وسیله‌های اندازه‌گیری

 

آموزش چگالی فیزیک دهم تجربی

نسبت جرم به حجم جسم را، چگالی آن جسم یا جرم حجمی می‌گویند. چگالی یک ماده به جرم و حجم ماده وابسته نیست و برای ماده معلوم مقدار مشخصی است. افزایش دما در اغلب مواد باعث افزایش حجم و کاهش چگالی می‌شود. اما بعضی اوقات مانند آب با افزایش دما از صفر درجه تا 4 درجه کاهش و چگالی افزایش می‌یابد. چگالی یک مخلوط و یا یک آلیاژ، نسبت جرم مخلوط به حجم آن می‌باشد.

دوستان خوبم اگر از شما بپرسند که شیشه یا آهن سنگین‌تر است قطعا جواب شما آهن است. ولی اگر تعداد زیادی شیشه را با تکه‌ای کوچک از آهن مقایسه کنید قطعا جواب دیگری می‌گیرید. اگر حجم را دو برابر کنیم جواب باز هم آهن جواب است. کمیت چگالی نیز این موضوع را بررسی می‌کند.

در جدول زیر، چگا‌لی برخی از مواد در دمای صفر درجه سانتی‌گراد (سلسیوس) و فشار یک اتمسفر نشان داده شده است. یکای چگالی در SI کیلوگرم بر متر مکعب (kg/m3) است. در جدول 8_1 چگالی برخی مواد داده شده است.

آموزش فصل یک فیزیک دهم | چگالی

توجه داشته باشید که گرما و فشار می‌توانند بر پارامتر حجم تاثیرگذار باشند، به همین جهت عمومأ هنگام بیان چگالی یک جسم جامد، مایع یا گاز، دما و فشار محیط اندازه‌گیری را نیز بیان می‌کنند. در یک حجم مشخص از مواد مختلف، چگا‌لی بیش‌تر به معنی تراکم ماده بیشتر یا همان جرم ماده است.

در علم پزشکی کاهش چگالی استخوان‌ها به پوکی استخوان موسوم است. چگالی مواد یا به عبارتی دیگر ماده مهمی مانند کلسیم تشکیل‌دهنده استخوان افراد در سنین بالا کاهش می‌یابد و همین امر باعث پوکی استخوان و شکستگی و حساسیت بیش‌تر در سنین بالا می‌باشد. در علوم سال هفتم دیدید که اگر مادهٔ همگنی دارای جرم m و حجم v باشد، چگالی ρ آن به صورت زیر تعریف می‌شود:

آموزش فصل یک فیزیک دهم | چگالی

نکات جمع‌بندی آموزش فصل اول فیزیک دهم

  • یکا اندازه‌گیری باید ثابت باشد (تغییر نکند)، قابلیت باز تولید در مکان‌های مختلف را داشته باشد.
  • از روش‌های افزایش دقت اندازه‌گیری می‌توان؛ استفاده از وسیله اندازه‌گیری دقیق‌تر، مهارت شخص اندازه‌گیر و  افزایش تعداد دفعات اندازه‌گیری (محاسبه میانگین عددهای بدست آمده) را نام برد.
  • یکای هر کمیت مقدار معینی از همان کمیت است.
  • کمترین مقداری که یک وسیله می‌تواند اندازه بگیرد دقت وسیله اندازه‌گیری می‌گویند. برای مثال دقت اندازه‌گیری خط‌کش‌های معمولی در حد میلی‌متر است.
  • تعداد رقم‌های اعشاری خطا باید با تعداد رقم‌های اعشاری عدد گزارش شده یکسان باشد.
  • رقم‌هایی را که بعد از اندازه‌گیری کمیت فیزیکی ثبت می‌شوند، رقم‌های با معنا می‌گویند.
  • اولین سمت راست عدد گزارش شده را رقم غیر قطعی حدسی_مشکوک می‌نامند.
  • تخمین مرتبه بزرگی به 1: عدم نیاز به دقت در محاسبه‌ها، 2: عدم زمان کافی در محاسبه و 3: عدم دسترسی به اطلاعات کامل و دقیق (نبود همه یا بخشی از داده‌ها) بستگی دارد.
  • هر گرم بر لیتر معادل یک کیلوگرم بر متر مکعب است.
  • هر گرم بر سانتی‌متر مکعب برابر 1000 کیلوگرم بر متر مکعب است. برای رقم‌های با معنا صفرهای سمت راست با معنا هستند 5.08 که سه رقم با معنا دارد(دقت اندازه‌گیری آن 0.01 می‌باشد) ولی در 0.058 صفرهای سمت چپ معنی ندارد که در کل دو رقم با معنا دارد (دقت اندازه‌گیری آن 0.001 می‌باشد).
  • انرژی جنبشی (انرژی جسم متحرک) کمیتی نرده‌ای و فرعی است.
  • فرق بین کمیت و کیفیت این است که کمیت را می‌توان اندازه گرفت ولی کیفیت را نمی‌توان اندازه گرفت.
  • تغییر هر کمیت را نسبت به زمان، معمولا آهنگ آن کمیت می‌نامیم.
  • طبق قرارداد خطای اندازه‌گیری در ابزارهای مدرج، مثبت و منفی نصف حداقل مقدار قابل اندازه‌گیری توسط ابزار می‌باشد و در ابزارهای دیجیتال (نمایشگر رقمی)، مثبت و منفی یک واحد از آخرین رقمی که می‌تواند اندازه‌گیری کند.
  • در ابزارهای اندازه‌گیری دیجیتالی نیز با اینکه وسیله مقدار را اندازه‌گیری می‌کند و ما دخالتی نداریم، اما باز هم رقم آخر نمایش داده شده یک رقم حدسی می‌باشد و غیر قطعی است.
  • به تمام رقم‌هایی که پس از یک اندازه‌گیری ثبت می‌شوند، ارقام با معنی است.
  • حجم فضایی است که یک جسم اشغال می‌کند و حجم را با روابط هندسی یا استوانه مدرج اندازه می‌گیرند.
  • رقم غیرقطعی جزو ارقام با معنی می‌باشد.
  • 1 متر مکعب برابر 1000 لیتر می‌باشد.
  • 1 لیتر برابر 1 دسی متر مکعب است.
  • 1 سی سی برابر 1 سانتی متر مکعب است.
  • 1 سی سی برابر 1 میلی لیتر است.

کلام آخر

بخونی‌های عزیز، باعث خوشحالی است که تا این جا مقاله با ما همراه بودید. برای اطلاع از آخرین مقالات آموزشی ما حتمأ در خبرنامه سایت ما ثبت نام کنید و برای دلگرمی و افزایش کیفیت کار ما، در قسمت ارسال نظرات و پیشنهادات منتظر پیام‌های شما عزیزان هستیم.

همچنین شما عزیزان می‌توانید با مراجعه به لینک دهم، سایر مقالات آموزش، گام به گام و نمونه سوال سایر دروس مربوط به پایه دهم را مطالعه کنید. با ستاره‌های خود، مقالات ما را رنگی‌تر کنید و به ما دلگرمی ببخشید.

سوالات متداول

  • آیا با این آموزش می‌توانیم درس را به خوبی یاد بگیریم؟
    بله با مطالعه دقیق این آموزش، می‌توانید به خوبی آموزش فصل یک فیزیک دهم را یاد بگیرید.
  • این آموزش گام به گام فصل یک فیزیک دهم را هم شامل می‌شود؟
    خیر در این آموزش پاسخ فعالیت‌ها و تمرین‌ها وجود ندارد. برای مطالعه جواب تمارین کتاب درسی، به لینک گام به گام فصل  اول فیزیک دهم مراجعه فرمایید.
امتیاز بدهید!

دنیا مرادی

دانشجوی دامپزشکی، شاعر، نویسنده
0 نظر
بازخورد
مشاهده همه نظرات
دکمه بازگشت به بالا