[أبجدية أنثى]

وحدات القياس في الرياضيات التطبيقية


الجول

الجول وحدة قياسٍ في النظام المتريّ تستخدم لقياس الشغل والطاقة. ويساوي الجول الواحد مقدار الشغل المبذول عندما تؤثر قوة مقدارها نيوتن في جسم يتحرك مسافة متر باتجاه تلك القوة

يُستخدم الجول لقياس كل أشكال الطاقة، وهي تشمل الحرارة والطاقة الكهربائية والطاقة الميكانيكية. يساوي الجول الواحد نحو 0,24 من السُعر. والسُعر هو كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء درجة واحدة مئوية. والجول الواحد في الثانية يكفي لتمرير أمبير واحد من التيار الكهربائي في مقاومة مقدارها أوم واحد. يُطلق على الجول الواحد في الثانية اسم واط، وهو وحدة للقدرة الكهربائية والميكانيكية

وتُقاس الطاقة والشغل في النظام الإنجليزي بـالقدم ـ رطل، والجول الواحد يساوي نحو 0,74 قدم ـ باوند (رطل). وقد سُمي الجول باسم عالم الفيزياء الإنجليزي جيمس بريسكوت جول.


الواط


الواط وحدة للقدرة في النظام المتري. والقدرة هي معدل إنتاج أو استخدام الطاقة. ويستخدم الواط بشكل شائع لقياس القدرة الكهربائية حتى في البلاد التي لم تأخذ بالنظام المتري. ويستخدم الجهاز الكهربائي واطًا واحدًا عندما يقوم فولت واحد من الجهد الكهربائي بدفع أمبير واحد من التيار خلال الجهاز. والرقم الموجود على الجزء الزجاجي من المصباح الكهربائي يبين متطلب قدرته بالواط. فعلى سبيل المثال يستهلك المصباح الكهربائي الذي يعمل بمائة فولت ويستخدم 2 أمبير، 200واط (100×2 أمبير). وفي حالات كثيرة تقاس القدرة الكهربائية بالكيلو واط. والكيلو واط الواحد يساوي 1,000واط.

ويستخدم الواط أيضًا لقياس القدرة الميكانيكية، حيث تتطلب الآلة قدرة مقدارها واط واحد عندما تستخدم جولاً واحدًا من الطاقة في الثانية الواحدة. وترجع تسمية الواط إلى المهندس والمخترع الأسكتلندي جيمس واط.


القُدْرة الحِصَانيّة


وحدة تستعمل للتعبير عن قدرة محرك (معدل أداء الشغل) في نظام المقاييس الإمبراطوري. كان المهندس الأسكتلندي جيمس واط أول من استعمل مصطلح القدرة الحصانية ليقارن بين قدرة المحركات البخارية وقدرة الحصان

وأصبح المصطلح يستعمل مؤخرًا للتعبير عن قدرة الأجهزة مثل قدرة محركات السيارات والطائرات والمحركات الكهربائية والمفاعلات النووية. يمكن تعريف القدرة الحصانية الواحدة بأنها تمثل 550 قدمًا ـ رطلاً من الشغل في الثانية، أو 33,000 قدم ـ رطل من الشغل في الدقيقة. والقدم ـ الرطل هو الشغل اللازم لرفع رطل إنجليزي واحد مسافة قدم واحد. والوحدة المترية للقدرة هي الواط. وتساوي القدرة الحصانية الواحدة 754,7 واط

فإذا رفع محرك جسمًا زنته 550 رطلاً إلى ارتفاع قدمين في ثانية واحدة، فإنه يكون مشتغلاً بمعدل 1,100 قدم ـ رطل في الثانية (550 × 2 ÷ 1 = 1,100). ويولّد هذا المحرك اثنتين من القدرات الحصانية (1,100 ÷ 550=2). وإذا تسلق رجل وزنه 150 رطلاً إلى ارتفاع 88 قدمًا، يكون قد أدى ما يعادل 13,200 قدم ـ رطل من الشغل (150 × 88 = 13,200). وإذا تسلق الرجل الارتفاع نفسه في دقيقة واحدة (60 ثانية)، فإنه يكون مشتغلاً بمعدل 4/10 قدرة حصانية (13,200 ÷ 60 = 220؛ 220 ÷ 550 = 4/10). ويستطيع الإنسان الذي اعتاد أداء أعمال صعبة أن يشتغل بمعدل يتراوح بين 1/10 و 1/8 قدرة حصانية بصورة مستمرة خلال يوم عمل طوله ثماني ساعات.

وكانت قدرة المحرك تقاس بالقدرة الحصانية المبينة أو بالقدرة المكبحيّة، ولكنها الآن تقاس بالواط


القدرة الحصانية المبينة.

هي قياس للقدرة الناتجة داخل أسطوانات المحركات. تحسب أولاً القدرة بالقدم ـ رطل في الدقيقة بضرب متوسط كل من الضغط على المكابس، ومساحة كل مكبس، وطول شوط المكبس، وعدد أشواط القدرة في الدقيقة، في عدد الأسطوانات الموجودة في المحرك. ويجب قسمة ناتج هذه القدرة على 33,000 للحصول على القدرة الحصانية المبينة.


القدرة الحصانية المكبحية.

وتسمى في بعض الأحيان القدرة الحصانية الفعالة، لأنها كمية القدرة الموجودة بعمود إدارة المحرك. تقاس القدرة الحصانية المكبحية بالدينامومتر (مقياس القوة). هذا الجهاز يقوم بقياس السرعة وعزم التدوير (التورك) الذي يبذله عمود إدارة المحرك. وتكون القدرة الحصانية المكبحية أقل من القدرة الحصانية المبينة لأن الاحتكاك داخل المحرك يبدد جزءًا من القدرة الناتجة داخل الأسطوانات.

النيوتن



النّيوتُن وحدة في النظام المتري تُستخدم في قياس القوة، ورمزها ن. والنيوتن الواحد هو القوة اللازمة لزيادة أو نقص سرعة شيء وزنه كجم واحد بمقدار متر واحد في الثانية كل ثانية.

وعدد النيوتونات اللازمة لتسريع جسم يمكن حسابها باستخدام الصيغة ق = ك ن حيث (ق) يمثل القوة بالنيوتن و(ك)، الكتلة بالكيلوجرام و(ن)، التسارع بالمتر/ثانية².