کمیت در فیزیک - آموزش تصویری - زبان ساده

1 - کمیت فیزیکی چیست

فیزیک علم اندازه گیری و مقایسه است.  بنابراین فیزیک چیزهای را مطالعه می کند که قابل اندازه گیری باشند. هر چیز قابل اندازه گیری را کمیت فیزیکی می گویند. مانند طول یک میله، سرعت یک ماشین، جرم یک سنگ همه اینها بیانگر کمیت فیزیکی هستند. 

اما اگر چیزی که قابل اندازه گیری نباشد کمیت فیزیکی نیست و فیزیک آن را بررسی نمی کند. مانند: زیبایی،خشونت، مهربانی. مثلا  نمی توان گفت زیبایی یک تابلو، 20 واحد است. و یا یک شخص،  به اندازه 10 واحد عصبانی است. در واقع ما نمی توانیم یک عدد به آن نسبت دهیم.

پس به هر چیز قابل اندازه گیری، باید بتوانیم  یک عدد نسبت بدهیم.  در نتیجه چون فیزیک علم اندازه گیری است،  مقادیر حاصل از این اندازه گیری ها  و رابطه منطقی بین آنها،  باعث کشف قوانین فیزیک می شوند. به این ترتیب جهان هستی را بهتر می شناسیم.

2 - انواع کمیت

کمیت ها به دو دسته تقسیم می شوند. یا نرده ای هستند و یا برداری.  ضمنا هر جا کلمه اسکالر را دیدید بدانید که منظور، همان نرده ای است.

کمیت نرده ای: چیزی که فقط مقدار دارد، اما جهت ندارد و با روش معمولی جبری، با هم جمع می شوند. مثلا جرم یک نرده ای است. زیرا جهت ندارد. ما نمی گوییم جرم یک هندوانه 5 کیلوگرم در جهت شمال است. این جمله بی معنی است. کمیت هایی مانند: جرم، زمان، طول، انرژی،  گرما و غیره اسکالر هستند.

 کمیت برداری: چیزی هم مقدار و هم جهت دارد و با روش های برداری با هم جمع می شوند. مثلا سرعت را در نظر بگیرید. اگر بگوییم ماشین با سرعت 80 کیلومتر بر ساعت از جنوب به سمت شمال در حرکت است؛ حرف ما معنی دار است. به عنوان مثال، نیرو، جابجایی، سرعت و شتاب  برداری هستند. زیرا دارای جهت هستند و با روش های برداری با هم جمع می شوند. 

حالا این دو نوع کمیت را  با هم مقایسه می کنیم تا این  مفاهیم بیشتر واضح شود.

3 - تشخیص برداری یا نرده ای بودن

اگر یک کمیت داشته باشیم، چطور می توانیم تشخیص دهیم برداری است یا نرده ای؟ شاید ساده ترین راه این باشد که از خودمان بپرسیم در کدام جهت؟ اگر سوال معنی داشت، کمیت می تواند برداری باشد. در واقع اگر بتوانیم جهت آن را با دست خود نشان دهیم، این کمیت می تواند برداری باشد. مثلا جرم را در نظر بگیرید. فرض کنید، جرم جسمی 2 کیلو گرم باشد. اگر بپرسیم جرم جسم در کدام جهت 2 کیلوگرم است، سوال بی معنی است. ولی اگر جسمی 2 متر جابجا شود، اگر بپرسیم در کدام جهت جابجا شد؟ سوال ما معنی دارد.

4 - روش های جمع کمیت ها

شاید با خودتان فکر کنید کمیت های برداری و نرده ای چه فایده ای دارد و اصلا چرا باید آنها را یاد بگیریم. یکی از دلایل آن جمع کمیت ها است. مثلا ما می دانیم که جرم یک کمیت نرده ای است. پس با روش معمولی جمع می شود. مثلا اگر 2 کیلوگرم سیب زمینی روی ترازو باشد سپس دو کیلوگرم دیگر به آن اضافه کنیم ترازو 4 کیلوگرم را نشان می دهد(به همین سادگی). 

اما جابجایی را در نظر بگیرید که یک کمیت برداری است. شخصی ابتدا 3 متر و سپس 2 متر دیگر جابجا می شود. او چند متر جابجا شده است. اصلا نمی توانیم چیزی بگوییم. اگر جابجایی ها هم جهت باشند شخص 5 متر جابجا شده است. ولی اگر 3 رفته باشد و 2 متر برگشته باشد او 1 متر جابجا شده است. اصلا ممکن است دو جابجایی در یک مسیر نباشند( در کل جمع برداری پیچیده تر از جمع نرده ای است ). 

لازم است یادآوری کنیم که جابجایی با مسافت فرق دارد. به عنوان نمونه اگر شخصی 3 متر برود و 2 متر برگردد به اندازه 1 متر جابجا شده است اما مسافت طی شده برابر 5 متر است. این موضوع را بعدا بیشتر بررسی می کنیم