دقة القياس وأساليب الحساب: الفروق الجوهرية بين القياس المباشر الذي لا يتطلب معادلات والقياس غير المباشر الذي يعتمد على علاقات رياضية لتحديد الكميات المشتقة

أنواع القياس: المباشر وغير المباشر

يُعدّ القياس عملية أساسية في العلوم والفيزياء، وهو أسلوب لتحديد كمية فيزيائية ما باستخدام أداة قياس مناسبة. تتنوع طرق القياس وتُصنف بشكل رئيسي إلى نوعين: القياس المباشر والقياس غير المباشر، ولكل منهما خصائصه وعملياته الخاصة.

1. القياس المباشر (Direct Measurement):

القياس المباشر هو أبسط أنواع القياس وأكثرها مباشرة، حيث يتم الحصول على القيمة المقاسة باستخدام أداة واحدة مخصصة للكمية المراد قياسها.

خصائص القياس المباشر:

• أداة واحدة: يتم استخدام أداة قياس واحدة فقط.
• عملية قياس واحدة: تُجرى عملية قياس واحدة لتحديد الكمية.
• لا عمليات حسابية معقدة: لا تتطلب هذه الطريقة التعويض في علاقات رياضية أو معادلات لحساب الكمية النهائية؛ بل تُقرأ القيمة مباشرة من تدريج الأداة.
• خطأ واحد: نظرًا لكونها عملية واحدة، فإن الخطأ في القياس يقتصر على خطأ واحد فقط مرتبط بدقة الأداة المستخدمة أو بخطأ الملاحظ.

أمثلة توضيحية:

• قياس كثافة سائل باستخدام الهيدروميتر: يُغمر جهاز الهيدروميتر مباشرة في السائل، وتُقرأ قيمة الكثافة من التدريج على ساق الجهاز عند مستوى سطح السائل.
• قياس حجم سائل باستخدام المخبار المدرج: يُصب السائل في المخبار المدرج، وتُقرأ قيمة حجمه مباشرة عند قاع السطح الهلالي للسائل (Miniscus).
• قياس طول جسم باستخدام المسطرة أو القدمة ذات الورنية: تُوضع الأداة بجانب الجسم، وتُقرأ القيمة مباشرة من التدريج.

2. القياس غير المباشر (Indirect Measurement):

يُستخدم القياس غير المباشر عندما لا يمكن قياس الكمية المطلوبة مباشرة بأداة واحدة، أو عندما تكون الكمية المراد قياسها كمية مشتقة (Derived Quantity) تعتمد على كميات فيزيائية أساسية (Fundamental Quantities) أخرى.

خصائص القياس غير المباشر:

• أكثر من أداة قياس: يتطلب استخدام أكثر من أداة قياس واحدة (لكل كمية أساسية يتم قياسها).
• أكثر من عملية قياس: تُجرى عدة عمليات قياس لتحديد قيم الكميات الأساسية المختلفة.
• ضرورة العمليات الحسابية: القيمة النهائية لا تُقرأ مباشرة، بل تُحسب بالتعويض في علاقة رياضية (قانون فيزيائي) تربط بين الكميات المقاسة.
• تراكم الأخطاء: نظرًا لوجود عدة عمليات قياس، يحدث تراكم للأخطاء (Accumulation of Errors)، حيث ينتقل خطأ كل قياس جزئي إلى القيمة النهائية، مما يجعل القيمة المحسوبة عرضة لخطأ أكبر نسبيًا.

أمثلة توضيحية:

• قياس كثافة سائل:

1. الكميات المقاسة: الكتلة (m) باستخدام الميزان، والحجم (V) باستخدام المخبار المدرج. (عمليتا قياس وأداتان).
2. العملية الحسابية: تُحسب الكثافة (ρ) باستخدام العلاقة الرياضية: ρ= V/m​ (قسمة الكتلة على الحجم).

• قياس حجم متوازي مستطيلات:

1. الكميات المقاسة: الطول (L)، العرض (W)، والارتفاع (H) باستخدام شريط قياس أو مسطرة. (ثلاث عمليات قياس وأداة واحدة أو أكثر).
2. العملية الحسابية: يُحسب الحجم (V) باستخدام العلاقة الرياضية: V=L×W×H .

مقارنة شاملة بين القياس المباشر وغير المباشر:

يُمكن تلخيص الفروقات الرئيسية بين النوعين على النحو التالي:

• من حيث عدد العمليات والأدوات: القياس المباشر يتم بإجراء عملية قياس واحدة باستخدام أداة واحدة، بينما يتطلب القياس غير المباشر عدة عمليات قياس باستخدام أكثر من أداة لتحديد المكونات اللازمة.
• من حيث الحسابات: في القياس المباشر، لا تُستخدم أي علاقات رياضية لحساب الكمية النهائية لأنها تُقرأ مباشرة. أما في القياس غير المباشر، فيُعد التعويض في علاقة رياضية خطوة أساسية وضرورية لحساب الكمية.
• من حيث الأخطاء: يقتصر الخطأ في القياس المباشر على خطأ واحد فقط مرتبط بدقة الأداة. على النقيض من ذلك، يتسبب القياس غير المباشر في تراكم لعدة أخطاء ناتجة عن كل عملية قياس جزئية، مما يزيد من إجمالي الخطأ المحتمل في النتيجة النهائية.