Μέτρηση και φυσικά μεγέθη

Η σημασία της μέτρησης

«Οι αριθμοί καθορίζουν την τάξη και την αρμονία στο σύμπαν.»

Πυθαγόρας

«...όταν μπορείς να μετρήσεις εκείνο για το οποίο μιλάς και να το εκφράσεις με αριθμούς, ξέρεις κάτι γι' αυτό. Όταν όμως δεν μπορείς να το εκφράσεις με αριθμούς, η γνώση σου είναι ελλειπής. Πιθανόν να βρίσκεσαι στην αρχή της γνώσης, αλλά η σκέψη σου δεν έχει προχωρήσει στο επίπεδο της επιστήμης, οποιοδήποτε κι αν είναι το αντικείμενό σου.»

William Thomson, 1^st Baron Kelvin

Η σημασία της μέτρησης για την επιστήμη είναι πολύ μεγάλη. Συχνά στην Ιστορία της Επιστήμης μικρές αλλά σημαντικές διαφορές ανάμεσα στη θεωρία της και ακριβείς πειραματικές μετρήσεις οδήγησαν στη διατύπωση ακριβέστερων και γενικότερων θεωριών, συμβάλλοντας έτσι καθοριστικά στην εξέλιξή της.

Φυσικά μεγέθη, πρότυπα και μονάδες μέτρησης

Δομικοί λίθοι της Φυσικής τα φυσικά μεγέθη ή φυσικές ποσότητες. Με τη βοήθειά τους καθορίζονται οι νόμοι της Φυσικής. Μεταξύ άλλων είναι: η δύναμη, ο χρόνος, η ταχύτητα, η πυκνότητα, η θερμοκρασία, το ηλεκτρικό φορτίο, η μαγνητική επιδεικτικότητα, κ.ά.. Ορισμένοι από τους όρους αυτούς χρησιμοποιούνται και στην καθημερινή ζωή, όχι όμως συνήθως με το ακριβές επιστημονικό τους νόημα.
Επειδή η Φυσική ως επιστήμη έχει ανάγκη τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια, τα βασικά φυσικά μεγέθη πρέπει να μπορούν να οριστούν με σαφήνεια και ακρίβεια. Επίσης πρέπει να έχουν ορισθεί σαφώς αλλά και να έχει βρεθεί επαρκώς ακριβής μέθοδος μέτρησής τους. Ο ορισμός τους αποτελείται από ένα σύνολο από εργαστηριακές διαδικασίες που έχουν ως αποτέλεσμα πάντα την παραγωγή ενός αριθμού και μιας μονάδας μέτρησής του, κάθε φορά που πραγματοποιείται μέτρηση αυτού του μεγέθους. Οι διαδικασίες είναι πιθανό να περιέχουν και μαθηματικούς υπολογισμούς.
Τα φυσικά μεγέθη διαχωρίζονται βασικά σε δυο μεγάλες κατηγορίες: τα θεμελιώδη και τα παράγωγα. Ο διαχωρισμός αυτός στην πραγματικότητα είναι θέμα αυθαίρετης επιλογής και μπορεί να διαφέρει σε διαφορετικά συστήματα μέτρησης.
Πάντως σε ένα συγκεκριμένο σύστημα μέτρησης:

• Θεμελιώδη ονομάζονται τα φυσικά μεγέθη που ορίζονται αυτόνομα με έναν αριθμό (ή διάνυσμα) και μια μονάδα μέτρησης.
  • Ο αριθμός των θεμελιωδών μεγεθών σε ένα σύστημα πρέπει να είναι ο ελάχιστος δυνατός για να οριστούν και όλα τα άλλα φυσικά μεγέθη.
  • Η διαδικασία ορισμού τους περιλαμβάνει την επιλογή ενός προτύπου και μιας διαδικασίας μέτρησης ομοειδών φυσικών μεγεθών με αυτό ή ακριβή παράγωγά του.
    • Το ιδανικό πρότυπο κάθε θεμελιώδους μεγέθους πρέπει να έχει τα ακόλουθα δυο, φαινομενικά αντικρουόμενα, χαρακτηριστικά:
      1. Προσιτότητα.
      2. Σταθερότητα.
• Παράγωγα ονομάζονται τα φυσικά μεγέθη που ορίζονται με τη βοήθεια άλλων και μια μαθηματική σχέση που τα συνδέει.

Το Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI)

Στην προσπάθειά μας για την μελέτη των φυσικών φαινομένων, σημαντικό στοιχείο είναι η καταγραφή και η μέτρηση των δεδομένων που προκύπτουν κατά τις πειραματικές μετρήσεις. Για τη διατυπώση των φυσικών νόμων χρειάζεται να περιγράψουμε το μέγεθος διαφόρων ποσοτήτων, όπως είναι το μήκος, η μάζα και ο χρόνος. Εκτός όμως από αυτό, είναι εξαιρετικά χρήσιμο και βόλικο να έχουμε μια κοινή αναφορά στα μεγέθη αυτών των ποσοτήτων, ανεξάρτητα από την χώρα που βρισκόμαστε. Για να γίνει εφικτό το τελευταίο θεσπίστηκε το Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) ή (MKS, από τα αρχικά των κύριων μονάδων των κυριότητερων φυσικών μεγεθών του, Metre, Kilogram και Second).

Χρησιμοποιεί τα ακόλουθα 7 θεμελιώδη μεγέθη (με τις κύριες μονάδες τους), από τα οποία μπορούν να παραχθούν όλα τα άλλα:

Οι θεμελιώδεις μονάδες στο SI

Μέγεθος	Όνομα	Σύμβολο
μήκος	μέτρο	m
μάζα	χιλιόγραμμο	kg
χρόνος	δευτερόλεπτο	s
ένταση ηλεκτρικού ρεύματος	αμπέρ	A
θερμοκρασία	κέλβιν	K
ποσότητα ύλης	μολ	mol
ένταση ακτινοβολίας	καντέλλα	cd

• (ημιτελές άρθρο υπό επεξεργασία)
• Επιστροφή στο Τμήμα Φυσικής.