การวัด (Phisics)

Posted: March 9, 2012 in Uncategorized

การวัด

วิทยาศาสตร์ที่ว่าด้วยธรรมชาติของสสาร

ฟิสิกส์ เป็นการศึกษาเกี่ยวกับสมบัติของสสารทั่วๆ  ไป  และพลังงานไม่เกี่ยวข้องกับสารใดสารหนึ่งโดยเฉพาะ  วิทยาศาสตร์ที่ว่าด้วยสารใดสารหนึ่งโดยฉพาะคือ  เคมี ฟิสิกส์เป็นวิชาที่กว้างกว่าเคมี  เพราะสสารมีความหมายกว้างกว่าสารที่เราอาจจะเอาใส่ขวดได้มากนัก  สสารหมายถึงทุกสิ่งทุกอย่างที่มีตัวตนในเอกภพ  รวมทั้ง  แสง ไฟฟ้า  และพลังงาน  สิ่งเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องกันทั้งสิ้น เพราะสสารประกอบไปด้วยอะตอม  ซึ่งมีอิเลคตรอนเป็นองค์ประกอบและอิเลคตรอนก็คือไฟฟ้า  อะตอมอาจจะเปลี่ยนไปเป็นแสงได้  และแสงก็เป็นพลังงานรูปหนึ่ง  ในลูกระเบิดปรมาณู  สารที่เป็นของแข็งธรรมดา  (ในกรณีนี้  หมายถึงโลหะยูเรเนียม-235)  เปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนที่ได้จากการระเบิดซึ่งก็เป็นรูปหนึ่งของพลังงาน

การศึกษา  เรื่องพลังงานที่เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของสสารและปฏิกิริยาของมวลสารเมื่อมีแรงมากระทำ  มีชื่อว่า “กลศาสตร์”  หรือ “เมคานิคส์”    วิศวกรผู้ซึ่งนำกลศาสตร์ไปใช้ต้องเรียนรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของสารนั้นๆ  ด้วย  สารแต่ละอย่างมีสมบัติที่แตกต่างกันไป  บางชนิดคล้ายสปริง บางชนิดยืดหดได้  บางชนิดแข็งแกร่ง และบางชนิดเหนียวหนืด  แรงที่ต้องใช้ในการดึงลวดให้ขาด  มีความสำคัญน่าศึกษาพอๆ  กับความเสียดทาน  ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อวัตถุชิ้นหนึ่งขัดสีกับวัตถุอีกชิ้นหนึ่ง  หัวข้อต่างๆ  เหล่านี้เป็นการศึกษาในฟิสิกส์อีกแขนงหนึ่งชื่อว่า “สมบัติของสสาร”  ซึ่งรวมทั้งสมบัติของก๊าซ  และของเหลวด้วย

การวัด

รากฐานของวิทยาศาสตร์

           ในสมัยโบราณไม่มีใครทราบถึงความสำคัญ และคุณค่าของการวัด  ไม่มีใครนึกเลยว่าถ้าไม่มีการวัดขนาด น้ำหนักระยะทาง  ฯลฯ  และนำมาเปรียบเทียบกันแล้ว เราจะไม่รู้สาเหตุของปรากฏการณ์ต่างๆ  ได้เลย  ในสมัยก่อนมนุษย์คิดว่าแผ่นดินไหว  ฟ้าแลบ  ฟ้าร้อง   เป็นการกระทำของพระเจ้าหรือเทพยดา  ต่างคนต่างก็มีความสุข และมีความพอใจในการเคารพบูชายัญต่อเทพยดา  ผู้ซึ่งทำให้เกิดแผนดินไหว แต่อย่างไรก็ตาม  โดยความจำเป็นแท้ๆ  ที่ทำให้มนุษย์สมัยโบราณต้องศึกษาเกี่ยวกับการวัด  เมื่อเริ่มโดยวิธีนี้  การตั้งปัญหาถามตนเอง หาเหตุ หาผล จึงเกิดขึ้นตามมา

ในสมัยอียิปต์โบราณ  การวัดพื้นที่  เป็นเรื่องทำให้เกิดปัญหาอย่างมากมาย  สำหรับผู้ที่ทำมาหากินอาศัยที่ดินบนสองฝั่งแม่น้ำไนล์  เพราะทุกๆ  ปีน้ำจะเอ่อจนล้นท่วมที่ดินทั้งสองฝั่งหมด  ภายหลังน้ำลดชาวนาและเจ้าของที่ดินพากันกลับลงไปยังที่ดิน  ซึ่งเข้าใจว่าเป็นของตน  ทุกปีพระชาวอียิปต์จะต้องเป็นผู้ไปช่วยไกล่เกลี่ยในกรณีที่มีการถกเถียงกันในเรื่องที่ดิน  ว่าของใครอยู่ตรงไหน  ด้วยปัญหาเช่นนี้  การศึกษาและวิทยาการเกี่ยวกับการรังวัดแบ่งเขตที่ดิน  และวิชาเรขาคณิตจึงได้เริ่มขึ้นที่ประเทศอียิปต์  และเริ่มขึ้นที่ริมฝั่งแม่น้ำไนล์ เนื่องจากความจำเป็นในการแบ่งที่ดินโดยแท้

 

                การวัดเป็นรากฐานสำคัญยิ่งในวิชาฟิสิกส์ การวัดทำให้เราทราบสมบัติ  และความสัมพันธ์ทางฟิสิกส์  เนื่องจากเหตุนี้จึงได้มีการคิดค้นเครื่องมือสำคัญหลายชนิดเพื่อช่วยในการวัด  ทุกคนคงจะรู้จักไม้บรรทัด  ไม้เมตรและแถบเมตรดี  แต่หลายคนคงไม่เคยนึกเลยว่า  ก่อนที่มีมนุษย์จะตกลงใช้มาตรฐานเกี่ยวกับการวัดเป็นอย่างเดียวกันนี้  ต้องเสียเวลาอยู่นานมาก  ในคัมภีร์ไบเบิลมีจารึกไว้ว่าวัดความยาวของส่วนข้างของหน้าของโซโลมอนเป็น คิวบิต (cubit) 1 คิวบิต คือระยะทางจากปลายนิ้วกลางถึงข้อศอก  สำหรับความยาวที่สั้นกว่านี้  ใช้ความกว้างของนิ้วมือ  บางครั้งก็ใช้ความกว้างของผ่ามือ  แต่อย่างไรก็ตาม  หน่วยเหล่านี้ขึ้นอยู่กับคนร่างเล็ก  ร่างใหญ่  จึงมิได้เป็นมาตรฐานที่เชื่อถือได้

ความยาว 1  ฟุต

หน่วยเอลล์

           การวัดตามระบบอังกฤษ  สืบเนื่องมาจากการเกษตร  เช่น เมล็ดข้าวสาลี 32 เม็ดหนัก 1 เพนนี 20 เพนนีหนัก 1 ออนซ์ และ 20 ออนซ์หนัก 1 ปอนด์  แต่ได้มีการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักของเงินปอนด์กันมาก  จนถึงสมัยพระเจ้าเฮนรี่ที่แปด  จึงได้ใช้เงินปอนด์ชนิดที่ใช้กันในปัจจุบัน  สำหรับการวัดความยาวตามระบบอังกฤษ  เมล็ดข้าวบาเลย์ 3 เมล็ด  ที่วางเรียงต่อกันถือว่ายาว 1 นิ้ว  36 นิ้ว เท่ากับ 1 หลา  แต่คิดกันว่าความยาว 1 หลามาจากความยาวของแขนของพระเจ้าเฮนรี่ที่หนึ่ง  ซึ่งเรียกกันในสมัยนั้นว่า “เอลล์” (ell) ต่อมาในปี 1878 จึงได้ตั้งมาตรฐานขึ้น โดยขีดเส้น 2 เส้นลงบนแท่งโลหะที่รักษาไว้ในสถานที่ซึ่งมีอุณหภูมิคงที่ เรียกว่า ความยาวมาตรฐาน 1 หลา ฟุตคือความยาวของเท้า ซึ่งชาวโรมันใช้กันนานมาแล้วเมื่อเปรียบเทียบกับหลาก็ได้ประมาณ 3 ฟุตเท่ากับ 1 หลา ในตอนนั้นจึงได้แบ่งหลาออกเป็น 3 ส่วน และให้ชื่อแต่ละส่วนว่า 1 ฟุต นอกจากนี้ยังมีหน่วยอื่น ๆ ซึ่งมีรากฐานมาจากการเกษตร เช่น เฟอร์ลอง (furlong) ซึ่งเป็นหน่วยที่ได้มาจากความยาวของรอยคันไถ เป็นต้น

ความยาว 1  หลา  คือความยาวจากช่วงแขนของพระเจ้าเฮนรี่ที่หนึ่งแห่งประเทศอังกฤษ  วัดจากปลายจมูกถึงปลายหัวแม่มือ

           น้ำหนักและไม้เมตรที่ใช้กันในปัจจุบัน ได้ผ่านการตรวจสอบโดยหน่วยราชการที่เกี่ยวข้องกับเรื่องนี้ของแต่ละประเทศน้ำหนักและไม้เมตรที่ไม่ได้มาตรฐาน จะไม่ได้รับอนุญาตให้ใช้ตามตลาด การโกงน้ำหนักนับเป็นความผิดทางอาญา

หน่วยเมตริก

           ระบบเมตริกเริ่มใช้กันภายหลังการปฏิวัติในฝรั่งเศส ในปี ค.ศ. 1789 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสได้ประชุมร่วมกันจัดตั้งมาตรฐานในการวัดขึ้น พวกนักวิทยาศาสตร์เหล่านั้นได้ทำการวัด และคำนวณระยะทางจากขั้วโลกเหนือ จนถึงเส้นศูนย์สูตร แล้วแบ่งเป็น 10 ล้านส่วน แต่ละส่วนเรียกว่า 1 เมตร ระบบเมตริกเป็นระบบที่ใช้สิบหรือทศนิยมเป็นหลักเช่น 10 เซนติเมตรเท่ากับ 1 เดซิเมตร 10 เดซิเมตรเท่ากับ 1 เมตร ความยาว 1 เมตรมาตรฐานทำด้วยแท่งโลหะ เก็บไว้ที่กรุงปารีส

น้ำหนักมาตรฐานในระบบเมตริกคือกรัม 1 กรัม เท่ากับน้ำหนักของน้ำบริสุทธิ์ที่มีปริมาตร 1 ลูกบาศก์เซนติเมตรที่ 4 เซนติเกรด ในระบบนี้ ก็ใช้ทศนิยมเหมือนกัน ระบบเมตริกเป็นระบบที่สะดวก เพราะทุกอย่างเป็นทศนิยม จึงมีผู้นิยมใช้มากในห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์

 

ตลับเมตร

 

ตาชั่ง

                ทุกคนทราบว่า แขนนาฬิกาสองแขน ทำมุมซึ่งกันและกัน เช่นที่เวลา 14.00 นาฬิกา มุมนี้เท่ากับมุมของสามเหลี่ยมด้นเท่าพอดี ชาวบาบิโลเนียนในสมัยโบราณใช้มุมนี้เป็นมาตรฐาน และได้แบ่งมุมนี้ออกเป็น 60 ส่วน เรียกแต่ละส่วนว่า องศา ในทุก ๆ 12 ชั่วโมง จะมีมุม 60 องศาทุก ๆ 2 ชั่วโมง ฉะนั้นในหน้าปัดนาฬิกาจึงมี 12/2×60 = 360 องศานอกจากนี้ เรายังแบ่งองศาออกเป็นลิปดา คือ 1 องศาเท่ากับ 60 ลิปดา และ 1 ลิปดา เท่ากับ 60 พิลิปดา มีเครื่องวัดหลายอย่างที่ใช้กันได้ โดยมิต้องมีความรู้เกี่ยวกับเรื่องมุม หรือการวัดมุม  เช่น  เข็มทิศ  เซคส์แตนท์  เครื่องมือช่วยหาตำแหน่งเรือว่าอยู่ที่เส้นละติจูดเท่าไร  และลูกดิ่ง เป็นต้น นอกจากนี้ยังมีเครื่องมือต่าง ๆ สำหรับใช้วัดสมบัติอย่างอื่นอีกมาก  เช่น  เทอร์โมมิเตอร์วัดอุณหภูมิ  บาดรมิเตอร์วัดความกดดันของของบรรยากาศ  เครื่องวัดต่าง ๆ เหล่านี้อาศัยความละเอียดของสเกล  เพื่อบอกตำแหน่งละเอียดลงไป  เราวัดความเร็วโดยวัดระยะทางเทียบกับเวลา

 

ตาชั่งสองแขน

                เราวัดน้ำหนักโดยอาศัยคาน  เช่น  ตาชั่งธรรมดา  หรืออาจใช้สปริงช่วยในการวัดน้ำหนักก็ได้  เราวัดเนื้อหนังหรือกระดูกได้โดยวัดน้ำหนัก ในทำนองเดียวกันอาจวัดแรงดึงแรงลมพัดได้โดยเปรียบเทียบกับน้ำหนัก

ความสำเร็จในการศึกษาเกี่ยวกับอะตอม  ในยุคนิวเคลียร์หรือยุคจรวด  ก็ขึ้นอยู่กับความละเอียดในการวัดเป็นสำคัญ

 

อะตอม

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s