Μέτρηση

Ο όρος μέτρηση μπορεί να σημαίνει είτε απαρίθμηση με χρήση των φυσικών αριθμών, είτε σύγκριση της ποσότητας κάποιου φυσικού μεγέθους με ένα πρότυπο, δηλαδή σύγκριση με κάποια σταθερή ποσότητα του ίδιου φυσικού μεγέθους που αυθαίρετα έχει συμφωνηθεί (κατά «σύμβαση», δηλαδή κατά κοινή συμφωνία) να χρησιμοποιείται ως μονάδα μέτρησης. Το άρθρο αυτό κυρίως αναφέρεται στη μέτρηση φυσικών μεγεθών.

Οι μετρήσεις είναι εξαιρετικά σημαντικές στις φυσικές επιστήμες, την τεχνολογία και τη βιομηχανία. Η ανάπτυξη τεχνικών για την ακριβή μέτρηση μεγεθών όπως η μάζα και ο χρόνος αποτέλεσε προϋπόθεση για τη λεπτομερή και προσεκτική παρατήρηση της φύσης και την ανάπτυξη της επιστήμης της φυσικής.

 Θεμελιώδη και παράγωγα φυσικά μεγέθη 

Τα μεγέθη είναι ποσότητες που αντιστοιχούν σε φυσικά φαινόμενα. Τα μεγέθη χωρίζονται σε μονόμετρα και διανυσματικά. Τα μονόμετρα είναι τα μεγέθη που για να οριστούν χρειάζονται μόνο ένα αριθμό και μια μονάδα μέτρησης. Τα διανυσματικά απαιτούν κατεύθυνση (διεύθυνση και φορά), μέτρο και σημείο εφαρμογής. Για παράδειγμα ορισμένα μονόμετρα μεγέθη είναι η μάζα, ο χρόνος, η θερμοκρασία, το ηλεκτρικό φορτίο, ενώ ορισμένα διανυσματικά είναι η ταχύτητα, η επιτάχυνση, η μετατόπιση. 

Επιπρόσθετα τα μεγέθη μπορούν να χωριστούν σε συνεχή και διάκριτα.

Η έννοια του μεγέθους, δηλαδή οποιαδήποτε φυσική ή τεχνητή ή άλλου είδους μεταβλητή που μπορεί να είναι αντικείμενο μέτρησης, δεν είναι ανάγκη να ορίζεται με τον «απόλυτο» τρόπο με τον οποίο την ορίζει η φυσική, που εξετάζει καταρχήν τα λεγόμενα θεμελιώδη μεγέθη. Για παράδειγμα η θερμοκρασία είναι συνεχές θεμελιώδες μέγεθος της φυσικής. Ενώ, για παράδειγμα, οι σφυγμοί ανά λεπτό ενός ανθρώπου είναι διακριτό μέγεθος, το οποίο θα μπορούσαμε να πούμε ότι «δεν υπάρχει» για τη φυσική, η οποία αναγνωρίζει ως φυσικό μέγεθος μόνο το αντίστοιχο μέγεθος της συχνότητας. Εκτός από τα θεμελιώδη και τα παράγωγα μεγέθη της φυσικής, υπάρχουν λοιπόν και πολλά άλλα μεγέθη που μπορούν να είναι αντικείμενο «επιστημονικής μέτρησης», όπως για παράδειγμα διάφορα μεγέθη που μπορεί να εξετάζει η στατιστική ως προς κάποιον πληθυσμό, ως προς κοινωνικά φαινόμενα, οικονομικά φαινόμενα και ούτω καθ εξής.

Τα θεμελιώδη φυσικά μεγέθη είναι ένα ελάχιστο σύνολο από φυσικά μεγέθη τα οποία θεωρούνται εντελώς ανεξάρτητα μεταξύ τους και τα οποία είναι ικανά να ορίσουν όλα τα υπόλοιπα (παράγωγα) μεγέθη που μπορεί να χρειαστούν και χρησιμοποιούνται από τη φυσική για την περιγραφή οποιουδήποτε φυσικού φαινομένου. Για παράδειγμα, το μήκος και ο χρόνος είναι δύο θεμελιώδη μεγέθη τα οποία χρησιμοποιούνται για να οριστεί το παράγωγο μέγεθος της ταχύτητας ως διανυθέν μήκος ανά μονάδα χρόνου. Σήμερα τα θεμελιώδη μεγέθη θεωρείται ότι είναι τα επτά μεγέθη που δίνονται στον πίνακα παρακάτω.

 Μονάδες μέτρησης 

Ιστορικά οι άνθρωποι δημιούργησαν και χρησιμοποίησαν πολλά διαφορετικά συστήματα μονάδων μέτρησης, αρχικά για τη μέτρηση των αποστάσεων και για τη μέτρηση ποσοτήτων όπως η μάζα (το βάρος) και ο όγκος για εμπορικούς και παρόμοιους σκοπούς. Κατά καιρούς στην ιστορία της ανθρωπότητας υπήρξαν το βαβυλωνιακό σύστημα, το αιγυπτιακό σύστημα, το ελληνικό, το ρωμαϊκό, το κινέζικο, το βρετανικό και άλλα συστήματα. Για να αποφεύγεται η σύγχυση από τα πολλά, συχνά αντιφατικά και χωρίς αρκετή ακρίβεια συστήματα μονάδων μέτρησης, από το 1960 έχει καθιερωθεί και ισχύει παγκοσμίως το σύστημα SI (Systeme Internationale) ή Διεθνές σύστημα μονάδων, γνωστό και ως Μετρικό σύστημα (Metric system), το οποίο περιλαμβάνει επτά θεμελιώδεις μονάδες (δείτε πίνακα παρακάτω). Ωστόσο, διάφορα άλλα συστήματα μονάδων εξακολουθούν να βρίσκονται σε χρήση.

Οι θεμελιώδεις μονάδες του SI Θεμελιώδη μεγέθη  Θεμελιώδεις μονάδες  Σύμβολα Μήκος  1 μέτρο  1 m Μάζα 1 χιλιόγραμμο 1 kg Χρόνος  1 δευτερόλεπτο  1 s Θερμοκρασία  1 κέλβιν  1 K Ποσότητα ύλης 1 mole 1 mol Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος 1 αμπέρ  1 Α Ένταση ακτινοβολίας1 καντέλα 1 cd

Όλα τα άλλα φυσικά μεγέθη θεωρούνται παράγωγα και κάθε μονάδα μέτρησης τέτοιου μεγέθους μπορεί πάντα να εκφραστεί ως συνάρτηση των θεμελιωδών μονάδων. 

Ορισμένα παράγωγα μεγέθη και οι μονάδες τους Παράγωγα μεγέθη  Μονάδες  Σύμβολα Ενέργεια  1 Τζάουλ ή Τζουλ (Joule) )  1 J Ισχύς  1 Βατ (Watt) 1 W Πίεση  1 Νιούτον ανά τετραγωνικό μέτρο  1 N/m²  Εμβαδόν  1 τετραγωνικό μέτρο  1 m2 Όγκος  1 κυβικό μέτρο  1 m3Πυκνότητα  1 χιλιόγραμμο ανά κυβικό μέτρο 1 kg/m3

 Προθέματα 

Για να αποφύγουμε τους πολύ μεγάλους ή πολύ μικρούς αριθμούς χρησιμοποιούμε προθέματα. Το πρόθεμα μπαίνει πάντα μπροστά από τη μονάδα μέτρησης του μεγέθους και πολλαπλασιάζει ή υποπολλαπλασιάζει τη μονάδα. Για παράδειγμα δεν χρειάζεται να γράψουμε ότι ο σκληρός δίσκος έχει χωρητικότητα 100.000.000.000 Bytes αλλά λέμε ότι έχει 100 GBytes.
Προθέματα μονάδων Εκθετικήγραφή Όνομα προθέματος  Διεθνές  Όνομα προθέματος  Ελληνικό  Σύμβολο  Δεκαδική γραφή  1024 yotta-  γιοττα-  Y  1 000 000 000 000 000 000 000 000 1021 zetta-  ζεττα-  Z  1 000 000 000 000 000 000 000 1018 exa-  εξα-  E  1 000 000 000 000 000 000 1015 peta-  πετα-  P  1 000 000 000 000 000 1012 tera-  τερα-  T  1 000 000 000 000  109 giga-  γιγα-  G  1 000 000 000  106 mega-  μεγα-  M  1 000 000 103 kilo-  χιλιο-  k  1 000 102 hecto-  εκατο-  h  1 00 101 deka-  δεκα-  da  10 100       1 10-1  deci-   δεκατο-  d  0,1 10-2  centi-  εκατοστο-  c  0,01 10-3  milli-  χιλιοστο-  m  0,001 10-6  micro-  μικρο-  μ  0,000 001 10-9  nano-  νανο-  n  0,000 000 001 10-12  pico-  πικο-  p  0,000 000 000 001 10-15  femto-  φεμτο-  f  0,000 000 000 000 001 10-18  atto-  αττο-  a  0,000 000 000 000 000 001 10-21  zepto-   ζεπτο-  z  0,000 000 000 000 000 000 001 10-24  yocto-  γιοκτο-  y  0,000 000 000 000 000 000 000 001

 Βιβλιογραφία 
 BECKWITH, Thomas G. MARANGONI, Roy D. LINHARD V. John H. Mechanical measurements 2007 Pearson/Prentice Hall 6th ed. ISBN 0201847655.
 Bureau international des poids et mesures, Vocabulaire international de métrologie, 3, 2012 (https://www.bipm.org/utils/common/documents/jcgm/JCGM_200_2012.pdf).
 (en) Bureau international des poids et mesures, Évaluation des données de mesure —Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure, 1, 2008 (https://www.bipm.org/utils/common/documents/jcgm/JCGM_100_2008_E.pdf).
 Jean Hladik, Unités de mesure : étalons et symboles des grandeurs physiques, Paris, Masson, coll. «Mesures physiques», 1992.
 Albert Pérard, Les mesures physiques, Paris, PUF, coll. « Que sais-je ? » (no 244), 1968, 4e éd. (1re éd. 1947).
 Gérard Prieur (coord.), Mustapha Nadi (dir.), Long-Den Nguyen (dir.) et Gérard Tsalkovitch (dir.), La mesure et l'instrumentation : état de l'art et perspectives, Paris, Masson, coll. «Mesures physiques», 1995 préface de Georges Charpak.
 Jean Perdijon, La mesure, Paris, Flammarion, coll. «Dominos», 2012 (1re éd. 1998).
 Jean Perdijon, Pour faire bonne mesure, Les Ulis, EDP Sciences, 2020 (https://laboutique.edpsciences.fr/en/product/1129/9782759824281/Pour%20faire%20bonne%20mesure ).
 'Metrology – in short' 3rd edition, July 2008 .

 Εξωτερικοί σύνδεσμοι 

 Γενικά στοιχεία περί μετρολογίας και μετρήσεων.  στο Ελληνικό Ινστιτούτο Μετρολογίας.
 Μετρήσεις Τεχνικών Μεγεθών.
 Διεθνές Σύστημα Μονάδων στο Βικιεπιστήμιο.

Κατηγορία:Μετρολογία
Κατηγορία:Μονάδες μέτρησης
Κατηγορία:Θεμελιώδεις έννοιες της φυσικής