اندازه و مقياس

مقدمه

دانستن اندازه ي تقريبي اجسام مفيد است. آيا اين جسم از ظرف نگهداري نان بزرگتر است؟ آيا اين جسم از راهرو عبور مي کند؟ آيا اين جسم در ابعادي که به نظر مي رسد، هست؟ اين سوالاتي است که ممکن است ما از خودمان بپرسيم.
در زمان مصريان، طول اجسام بوسيله ي واحدهاي کيوبيک (Cubics) اندازه گيري مي شد. يک کيوبيک برابر فاصله ي آرنج تانوک انگشت ميانه يک نفر است. واحدهاي کيوبيک نيز با توجه به اندازه ي اجزاي مختلف دست، به بخش هاي کوچکتر تقسيم مي شد. به هرحال تصور اين مسأله که اين واحد اندازه گيري از فردي به فرد ديگر تفاوت فاحشي دارد، بسيار آسان است. در واقع اندازه ي واحد کيوبيک در يک فرد بزرگسال با يک کودک بسيار متفاوت است. با گذر زمان سيستم هاي اندازه گيري، استانداردتر شده اند. دو سيستم اندازه گيري که امروزه استفاده مي شود عبارتند از :
1- سيستم انگليسي
2- سيستم متريک (Metric System)

سيستم متريک

سيستم اندازه گيري انگليسي با واحدهايي مانند فوت (feet)، گالون (gallons) و پوند (Pounds) عمدتاً در زندگي روزمره مردم ايالات متحده آمريکا استفاده مي شود. دانشمندان و مردم کشورهاي ديگر جهان از سيستم متريک براي اندازه گيري استفاده مي کنند. سيستم متريک داراي واحدهاي مبنايي مانند متر، ليتروگرم است. اين واحدهاي مبنا سپس با ضرايب ده ضرب و تقسيم شده و اندازه هاي بزرگتر و کوچکتر را نشان مي دهند.
براي نشان دادن نسبت واحدها با واحدهاي مبنا از پيشوندها استفاده مي کنيم. با توجه به جدول 1 تمام پيشوندهاي مورد استفاده ديده مي شود. ( از اين رو که واحد مبنا در طول، متر است به جاي 1000 متر مي توان نوشت يک کيلومتر). در مورد ديگر انواع واحدهاي مبنا نيز اين کار را مي توان انجام داد. مثلاً براي وزن، واحد مبنا گرم است، بنابراين يک هزارم يک گرم ميليگرم ناميده مي شود.

تصور اندازه ي پيشوندها و واحدهاي سيستم متريک براي کساني که ارتباط نزديک با اين واحدها ندارند مشکل است. بنابراين در اين مقاله سعي داريم اين پيشوندها را براي خواننده ملموس تر کنيم. همچنين اين مسأله که چه پيشوندي براي نشان دادن اندازه يک جسم انتخاب مي شود نيز مهم است. مثلاً هيچکس از مقياس ميلي متر براي نشان دادن فاصله ي ميان شهرها و يا واحد کيلومتر براي نشان دادن قطر اتمي، استفاده نمي کند.

يک کيلومتر چقدر بزرگ است؟

واحد کيلومتر واحدي است که عمدتاً براي مسافت هاي بزرگ استفاده مي شود. البته به خاطر اينکه اين پيشوند کاربرد بسياري در زندگي روزمره ما دارد، تصور آن زياد مشکل نيست. مثلاً يکي از استفاده هاي آن در تابلوهاي راهنمايي و رانندگي است. که اکثر مردم با آنها روبرو هستند. حتماً براي شما اتفاق افتاده است که در طي رانندگي نيازمند به پيدا کردن يک پارکينگ باشيد، در اين حالت تابلوهاي نشان دهنده ي مسافت مانده تا پارکينگ بهترين مثال براي فهم بهتر از کيلومتر است.
بلندترين پل معلق جهان که Akashi Kaikyo نام دارد، تقريباً 2 کيلومتر طول دارد. که در شکل 1 ديده مي شود. اين پل 1991 متر طول دارد و تقريباً 23 دقيقه طول مي کشد تا يک نفر طول اين پل را پياده طي کند.

يک متر چقدر بزرگ است؟

يک متر مقياسي است که کمي از يک يارد بزرگتر است. چيزهاي زيادي در اطراف محيط زندگي ما در اندازه ي يک متر هستند. اکثر بسکتباليست هاي حرفه اي حداقل 2 متر قد دارند. (شکل 2- الف)

يک سانتيمتر چقدر بزرگ است؟

يک سانتيمتر (centimeter)، يک صدم يک متر است. اين بدين معناست که اگر يک متر را به 100 قسمت تقسيم کنيم، هر قسمت يک سانتيمتر است.
انگشت کوچک دست شما تقريباً يک سانتيمتر عرض دارد. (شکل 2ب)

يک ميليمتر چقدر بزرگ است؟

يک ميليمتر (milimeter)، يک هزارم يک متر است. يک سکه ي 10 توماني جديد تقريباً 2 ميلي متر قطر دارد. دانه هاي سنگ ريزه گستره ي اندازه اي بين 0.1 تا 2 ميلي متر دارند. تاکنون هرچيزي که مثال زده شد اندازه اي بين کيلومتر تا ميلي متر داشته اند و نکته ي قابل توجه اين است که مثال هاي زده شده را مي توان با چشم غير مسلح ديد. البته بعضي از آنها را آسان تر نسبت به بعضي ديگر مي توان ديد اما ديدن آنها نيازمند وسايل خاص نيست. هنگامي که اجسام از اندازه ي يک ميليمتر کوچکتر شوند، ديدنشان با چشم غير مسلح مشکل مي شود. (شکل 3)

يک ميکرومتر چقدر بزرگ است؟

يک ميکرومتر، که گاهاً به آن ميکرون نيز مي گويند، يک هزارم برابر از يک ميليمتر کوچک تر است. يک ميکرون يک ميليونيوم يک متر است. چيزهايي که در اندازه هاي ميکرون باشد را معمولاً با چشم غير مسلح نمي توان ديد. قطر تار موي سر که اندازه اي در حد 40-50 ميکرون دارد، را بدون استفاده از ذره بين به سختي مي توان تشخيص داد. با استفاده از يک ذره بين مي توان ذرات گرد و غبار اندک را ديد. ذرات اندک گرد و غبار معمولاً 400 ميکرون طول دارند.
چيزهايي که معمولاً چندين ميکرون اندازه دارند را با ذره بين نمي توان ديد. به هرحال يک ميکروسکوپ فوري از همان هايي که در کلاس علوم ديده ايد، مي تواند براي ديدن اين اجسام کوچک، مورد استفاده قرار گيرد. سلولهاي قرمزخون 6-10 ميکرون قطر دارند و بسياري از باکتريها اندازه اي بين 5-20 ميکرون دارند.

يک نانومتر چقدر بزرگ است؟

يک نانومتر (nanometer) يک هزارم برابر کوچک تر از يک ميکرومتر است. اين مقدار برابر يک بخش بر 10 يا يک ميلياردم يک متر است. هگامي که شيئي چنين کوچک باشد، با چشم و يا ميکروسکوپ نوري ديده نمي شود. براي ديدن اجسام به اين کوچکي بايد از وسايل ويژه اي که يکي از آنها ميکروسکوپ روبشي- پروبي (SPm) نام دارد، استفاده کرد. همه ي مثال هاي زير در مقياس نانو هستند:
1- ويروس ها (50-30 نانومتر )
2- دي ان آ( DNA) ( 2.5nm)
3- باکي بال (bucky balls) : اين مواد که يک فرم از کربن هستند. داراي شکل کروي هستند. که در ساختار آنها تنها کربن وجود دارد. يکي از مثال هاي اين مواد C60 است ( اين باکي بال تقريباً 1 نانومتر قطر دارد.)
اتم ها کوچک تر از يک نانومتر هستند. يک اتم تقريباً 0.1 تا 0.3 نانومتر اندازه دارد. که اين اندازه بستگي به نوع اتم دارد.
در زير اندازه ي برخي از اجسام را در مقياس نانوآورده ايم:
1- يک اينچ برابر است با 25.4 ميليون نانومتر
2- يک برگه ي کاغذ تقريباً 100.000 نانومتر ضخامت دارد.
3- يک موي انسان تقريباً بين 50.000 تا 100.000 نانومتر قطر دارد.
4- ناخن هاي انسان هر ثانيه يک نانومتر رشد مي کنند.
* استفاده از مطالب اين مقاله با ذکر منبع راسخون بلامانع است.
منبع انگلیسی مقاله : www.mrsec.wisc.edu
/س