خانه / درسنامه / فصل اول فیزیک دهم

فصل اول فیزیک دهم

فصل اول فیزیک دهم دبیرستان ،پایه و اساس فیزیک دورۀ دوم دبیرستان است و شاید با کمی اغراق پایۀ تمام علم مهندسی. در این فصل با مفاهیم اولیۀ کمیت و اندازه گیری و یکا آشنا می‌شوید ؛ کمیت های اصلی و فرعی ، کمیت های نرده ای و برداری و واحد اندازه هر یک را خواهید آموخت .

واحدهای اندازه گیریِ کمیت های اصلی و فرعی را خواهید آموخت و با تبدیل واحد به عنوان یکی از پایه ای ترین ابزار در محاسبات و بیان کوتاه تر واحدهای اندازه گیری آشنا می‌شوید . در انتها اولین تجربۀ محاسبات ریاضی در فیزیک را با مفهوم چگالی و تمرین های آن شروع خواهید کرد .

فیزیک علم اندازه گیری است

مدل سازی در فیزیک :

مدل سازی در فیزیک فرآیندی است که طی آن یک پدیدۀ فیزیکی ، آنقدر ساده می‌شود تا امکان بررسی و تحلیل آن فراهم شود .

توجه : هنگام مدل سازی یک  پدیدۀ فیزیکی ، باید اثرهای جزئی را نادیده بگیریم نه اثرهای مهم و تعیین کننده را . برای مثال اگر به جای مقاومت هوا ، نیروی جاذبه را نادیده می‌گرفتیم ، آن گاه مدل ما  پیش بینی می‌کرد که وقتی توپی به بالا پرتاب می‌شود در یک خط مستقیم بالا می‌رود .

اندازه گیری و کمیت های فیزیکی

کمیت :

هر چیز قابل اندازه گیری و بیان با یک عدد را کمیت می نامیم .

واحد (یکا) اندازه گیری

همۀ کمیت ها دارای یک یکای (واحد) اندازه گیری است که در انتهای اندازه گیری بیان می شود . برای خلاصه نویسی فرمول ها ، بجای نام کمیت ، نماد آن را در فرمول جایگذاری می کنیم که اصولاً از حرف اول نام انگلیسی آن کمیت گرفته شده است ، مثلاً  F نماد نیرو است که از حرف اول کلمۀ Force گرفته شده است .

کمیت های برداری و غیر برداری :

کمیت های غیر برداری :

برای بیان برخی از کمیت های فیزیکی ، تنها از یک عدد و یکای مناسب آن استفاده می کنیم . این‌کونه کمیت ها ، کمیت نرده ای (غیربرداری) نامیده می‌شوند .

به عبارتی : کمیت هایی که با بیان مقدار و واحد آن تکمیل می شوند : جرم ، زمان ، دما ، انرژی ، توان و …

کمیت های غیر برداری : (نرده ای ، عددی ، اسکالر)

برای بیان برخی دیگر از کمیت های فیزیکی ، افزون بر یک عدد و یکای مناسب آن ، لازم است ، به جهت آن نیز اشاره کنیم . این دسته کمیت ها را ، کمیت برداری می‌نامند .

به عبارتی دیگر : کمیت هایی که علاوه بر بیان مقدار و یکا ، نیاز به بیان جهت آنها نیز هست: سرعت ، شتاب ، نیرو، تکانه (اندازه حرکت) ،

ویژگی مهم کمیت‌های فیزیکی : برای اندازه گیری درست و قابل اطمینان به یکاهای اندازه‌گیری‌ای نیاز داریم که تغییر نکند و دارای قابلیت بازتولید باشد .

کمیت ها را به دو دستۀ اصلی و فرعی تقسیم می کنند :

کمیت های اصلی :

 کمیت هایی که به طور مستقل تعریف و قرارداد می شود و واحد اندازه گیری آنها نیز به طور مستقل از بقیۀ کمیت ها تعریف می شوند . کمیت های اصلی و واحد اندازه گیری آنها به شرح جدول زیر است .

واحد اندازه گیری ، کمیت های اصلی را ، واحدهای اصلی می‌گویند .

نام کمیتنماد کمیتیکا (واحد) اندازه گیرینماد یکا
طولx-lمترm
جرمmکیلوگرمKg
زمانtثانیهS
دماTکلوینK
شدت جریان الکتریکیIآمپرA
مقدار مادهnمولMol
شدت روشنایی کَندِلا(شمع)Cd

کمیت فرعی :

کمیت هایی که از ترکیب کمیت های اصلی (یا کمیت های فرعی دیگر) ساخته شده­اند . واحد آنها نیز از ترکیب واحدهای اصلی ساخته شده اند . واحد کمیت های فرعی را یکای فرعی می‌گویند

نام کمیتنماد کمیتیکا (واحد اندازه گیری)نماد یکا
مساحتA-Sمتر مربعm2
حجمVمترمکبm3
نیروFنیوتنN
سرعتVمتر بر ثانیه 
شتابaمتر بر مجذور ثانیه 
انرژیE-U-QژولJ
توانPواتw
بار الکتریکیqکولن (آمپر ثانیه)C(As)
اختلاف پتانسیل الکتریکیVولتv
  مقاومت الکتریکیRاُهم 

برای بیان برخی قوانین فیزیک نیز ، گاهی از ضرایبی استفاده می کنیم ، بیشتر این ضرایب دارای یکا هستند که برای به دست آوردن یکای این ضرایب به تساوی یکا در دو طرف فرمول توجه می­کنیم .

برخی از ضرایب در جدول زیر فهرست شده است

نام ضریبنماد ضریبواحدمقدار
گذردهی الکتریکی خلأ  
گذردهی مغناطیسی خلأ 
ضریب انبساط طولیبسته نوع ماده دارد
ثابت عمومی گرانشG  
ثابت عمومی گازهاR3/8 

تعریف کمیت های اصلی:

طول : به لحاظ تاریخی ، در اواخر قرن هجدهم ، یکی طول (متر) به صورت یک ده میلیونیم فاصلۀ استوا تا قطب شمال تعریف شد .

جرم :

زمان :

وسایل اندازه گیری :

کمیتوسیله اندازه گیری
طولمتر – خط کش – متر لیزری
دمادماسنج
جرمترازو
نیرونیروسنج
زمانکورنومتر – ساعت
شدت جریان الکتریکیآمپرسنج (آمپر متر)
اختلاف پتانسیل الکتریکیولت سنج (ولت متر)
مقاومت الکتریکیاُهم متر
زاویهنقاله

تبدیل یکاها:

برای بیان مقادیر بزرگ و یا کوچک نیازمند ضرایبی هستیم تا از نوشتارهای طولانی بپرهیزیم . به همین جهت پیشوند هایی معرفی شد تا به کمک آنها نمایش و بیان مقادیر بزرگ و یا کوچک راحت­تر شود .

جدول پیشوندها :

مقدارنماد پیشوندنام پیشوند
مقدارنمادنام
1012TتراTJTgTm
109GگیگاGJGgGm
106MمگاMJMgMm
103KکیلوKJKgKm
102HهکتوHJHgHm
101daدکاDaJDagDam
 1001 Jgm
10-1dدسیdJdgdm
10-2cسانتیcJcgcm
10-3mمیلیmJmgmm
10-6µمیکروµJµgµm
10-9nنانوnJngnm
10-12pپیکوpJpgpm

هر کدام از پیشوندها معادل یک عدد هستند ، عددی به صورت 10 با توان مثبت و یا منفی . برای یکاهای بزرگتر از یک ، توان ها مثبت و برای یکاهای کمتر از یک توان منفی .

پیشوندهای بزرگتر از یک ، اصولا با حرف بزرگ و پیشوندهای کوچکتر از یک با حروف کوچک نوشته می‌شوند .

این پیشوندها می توانند پشت هر کمیتی قرار بگیرند و نوشتار را خلاصه کنند مثلاً بجای اینکه بنویسیم 1000g، می‌توانیم از با استفاده از پیشوند کیلو (K) ، این مقدار به شکل زیر خلاصه نویسی کنیم 1Kg . یا مثلا بجای آنکه بنویسیم 0/01m می‌نویسیم 1cm

به همین ترتیب بقیه پیشوندها نیز کارِ نوشتن و بیان کردن اعداد خیلی بزرگ یا خیلی کوچک را برای ما ساده کرده اند .

البته جدول پیشوندها کمی بیشتر از چیزی است که در اینجا می‌بینید ، اما این پپیشوندها پرکاربردترین آنها ، مخصوصاً در درس فیزک دبیرستان هستند و نیازی به حفظ کردن پیشونهای بیشتر از این نیست .

برای تبدیل یکی از پیشوندها به دیگری کافی است ، عدد متناظر با یک پیشوند را به عدد متناظر با پیشوند دیگر تقسیم کنیم .

مثلاً برای اینکه بفهمیم پیشوند کیلو (K) چند برابر پیشوند سانتی (c) است ، کافی است عدد متناظر با کیلو ، یعنی عدد 103 را بر عدد متناظر با سانتی یعنی عدد 2- 10 تقسیم کنیم . که در این مثال ، حاصل عدد 105 است . یعنی پیشوند کیلو، صدهزار (105) برابر پیشوند سانتی است

روش استوکیومتری :

در این روش ابتدا برای هر تبدیل ، یک کسرِ تبدیل به شکل زیر می سازیم

و سپس یکای مورد نظر را به یکای پایۀ آن تبدیل می­کنیم

و در انتها با یک تبدیل مجدد یکای پایه را به یکای مورد نظر در سمت دیگر تساوی تبدیل می نماییم

روش مستقیم :

برای تبدیل یکاها به یکدیگر ، باید ببینیم که سمت چپ تساوی ، چند برابر سمت راست آن است ، پس پیشوند یکای سمت چپ را تقسیم بر پیشوند یکای سمت راست می­کنیم .

مثال :

تبدیل واحد های چند جزئی (ترکیبی) :

اندازه گیری ، دقت و خطا

دقت اندازه گیری : کمترین مقدار قابل اندزه­گیری با یک وسیلۀ اندازه گیری را دقت اندازه‌­گیری آن وسیله می نامیم . برای مثال ، دقت اندازه­‌گیری خط کشی که تا میلی­‌متر درجه بندی شده است برابر یک میلی­‌متر و دقت اندازه گیری دماسنجی که (بر حسب سانتی­گراد) تا یک دهم سانتی­گراد درجه بندی شده است برابر یک دهم سانتی گراد است .

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *