ما المقصود بالكمية الفيزيائية؟
الكمية الفيزيائية هي أي خاصية يمكن قياسها والتعبير عنها بعدد ووحدة. عندما نقول إن طول الطاولة 2 m، فالعدد هو 2، والوحدة هي المتر، والكمية هي الطول. الرقم من دون وحدة لا يكفي في الفيزياء؛ لأن 2 m ليست مثل 2 cm، وليست مثل 2 km.
تساعد الكميات الفيزيائية على تحويل الملاحظة العامة إلى وصف علمي دقيق. بدل أن نقول: الجسم سريع، نقول: سرعته 20 m/s. وبدل أن نقول: الجسم ثقيل، نقول: كتلته 12 kg أو وزنه 120 n تقريبًا إذا أخذنا g = 10 m/s².
الكميات الأساسية في النظام الدولي
الكميات الأساسية هي الكميات التي يبنى عليها النظام الدولي للوحدات. أهمها في الدراسة المدرسية: الطول ووحدته m، الكتلة ووحدتها kg، الزمن ووحدته s، التيار الكهربائي ووحدته a، درجة الحرارة ووحدتها k، كمية المادة ووحدتها mol، وشدة الإضاءة ووحدتها cd.
الكميات المشتقة
الكميات المشتقة تنتج من دمج الكميات الأساسية بعلاقات رياضية. فالسرعة تساوي المسافة مقسومة على الزمن:
\( v = \frac{d}{t} \)
لذلك وحدتها m/s. والتسارع يساوي تغير السرعة على الزمن:
\( a = \frac{\Delta v}{\Delta t} \)
لذلك وحدته m/s². أما القوة فتساوي الكتلة مضروبة في التسارع:
\( F = ma \)
ووحدتها kg m/s²، وهي نفسها النيوتن n.
أمثلة على الكميات المشتقة
- المساحة: m².
- الحجم: m³.
- الكثافة: kg/m³.
- السرعة: m/s.
- التسارع: m/s².
- القوة: n.
- الطاقة والشغل: j.
- الضغط: pa.
الكميات القياسية والمتجهة
الكمية القياسية تحتاج إلى مقدار فقط، مثل الكتلة والزمن والطاقة ودرجة الحرارة والمسافة. أما الكمية المتجهة فتحتاج إلى مقدار واتجاه، مثل الإزاحة والسرعة المتجهة والتسارع والقوة والزخم. لذلك لا يكفي أن نقول إن القوة 10 n، بل يجب تحديد اتجاهها: إلى اليمين، إلى اليسار، إلى أعلى، أو إلى أسفل.
مثال محلول
قطع جسم مسافة 40 m خلال 5 s. احسب سرعته المتوسطة.
\( v = \frac{d}{t} = \frac{40}{5} = 8 \; m/s \)
إذن السرعة المتوسطة 8 m/s. لاحظ أن الوحدة ليست تفصيلًا تجميليًا؛ من دونها يصبح الجواب ناقصًا.
أخطاء شائعة
- كتابة الرقم من دون وحدة.
- الخلط بين الكتلة والوزن؛ الكتلة kg والوزن قوة تقاس بالنيوتن.
- نسيان الاتجاه في الكميات المتجهة.
- الخلط بين السرعة والتسارع.
خلاصة
الكميات الفيزيائية هي لغة الفيزياء. الكميات الأساسية مثل الطول والكتلة والزمن تبني الكميات المشتقة مثل السرعة والتسارع والقوة. وكلما ضبط الطالب الوحدات والاتجاهات، صار حل المسائل أوضح وأقل عشوائية.