نظام وحدات القياس

نظام وحدات القياس ، أو ما يُعرف أيضًا بنظام الوحدات أو نظام القياس ، هو مجموعة من وحدات القياس ^وقواعد تربطها ببعضها. لطالما كانت أنظمة القياس مهمة، حيث خضعت للتنظيم والتحديد لأغراض العلوم والتجارة . ومن الأمثلة على الأنظمة المستخدمة: النظام الدولي للوحدات ( SI) ^{( الشكل} الحديث للنظام المتري )، والنظام الإمبراطوري البريطاني ، والنظام الأمريكي للوحدات العرفية .

في العصور القديمة، كانت أنظمة القياس تُحدد محليًا: فقد تُحدد الوحدات المختلفة بشكل مستقل وفقًا لطول إبهام الملك أو حجم قدمه، أو طول الخطوة، أو طول الذراع، أو ربما وزن الماء في برميل ذي حجم محدد، والذي ربما كان يُحدد بدوره بوحدة اليد والمفاصل . السمة المشتركة هي وجود تعريف قائم على معيار ما. وفي نهاية المطاف، حلت "الوحدات العرفية" محل الذراع والخطوة لتلبية احتياجات التجار والعلماء.

لم ينتشر تفضيل نظام أكثر شمولية واتساقًا إلا تدريجيًا مع نمو التجارة الدولية والعلوم. إن تغيير نظام القياس ينطوي على تكاليف في المدى القريب، مما يؤدي غالبًا إلى مقاومة هذا التغيير. وقد أقرّ العلماء والمهندسون والشركات والسياسيون بالفوائد الجمة للتحول إلى نظام قياس أكثر عقلانية واتساقًا دوليًا، وشجعوا على تبنيه، مما أدى إلى اعتماد معظم دول العالم نظامًا متريًا متفقًا عليه.

أدت الثورة الفرنسية إلى ظهور النظام المتري ، الذي انتشر في جميع أنحاء العالم، ليحل محل معظم وحدات القياس التقليدية. في معظم الأنظمة، يُعتبر الطول ( المسافة) والكتلة والزمن كميات أساسية .

لاحقًا، أظهرت التطورات العلمية إمكانية إضافة كمية كهرومغناطيسية، كالشحنة الكهربائية أو التيار الكهربائي، لتوسيع مجموعة الكميات الأساسية. تقتصر وحدات غاوس على الطول والكتلة والزمن ككميات أساسية، دون أي بُعد كهرومغناطيسي منفصل. وتُشتق كميات أخرى، كالقدرة والسرعة ، من هذه الكميات الأساسية؛ فالسرعة، على سبيل المثال، هي المسافة المقطوعة في وحدة الزمن. تاريخيًا، استُخدمت مجموعة واسعة من الوحدات لنفس نوع الكمية. ففي سياقات مختلفة ، قُيس الطول بالبوصات ، والأقدام ، والياردات ، والقامات ، والقضبان ، والسلاسل ، والفراسخ ، والأميال ، والأميال البحرية ، والملاعب ، والفرسخات ، مع عوامل تحويل لم تكن مبنية على قوى العدد عشرة.

في النظام المتري والأنظمة الحديثة الأخرى، تُستخدم العلاقات الأساسية بين الكميات، كما تُعبّر عنها قوانين الفيزياء كقوانين نيوتن للحركة ، لاختيار عدد قليل من الكميات الأساسية التي تُحدد لها وحدة قياس، ومنها تُشتق جميع الوحدات الأخرى. تُشتق الوحدات الثانوية (المضاعفات والأجزاء) من هذه الوحدات الأساسية والمشتقة بضربها في قوى العدد عشرة. على سبيل المثال، إذا كانت وحدة الطول هي المتر ، فإن مسافة  متر واحد تساوي 1000  مليمتر، أو 0.001  كيلومتر.

لقد تطورت أنظمة الوحدات المترية منذ اعتماد أول نظام محدد جيدًا في فرنسا عام 1795. وخلال هذا التطور، انتشر استخدام هذه الأنظمة في جميع أنحاء العالم، أولاً إلى البلدان غير الناطقة باللغة الإنجليزية، ثم إلى البلدان الناطقة باللغة الإنجليزية.

ترتبط مضاعفات ومضاعفات الوحدات المترية بقوى العدد عشرة، وتُشتق أسماؤها من البادئات . هذه العلاقة متوافقة مع النظام العشري للأعداد، وتساهم بشكل كبير في سهولة استخدام الوحدات المترية.

في النظام المتري المبكر، كانت هناك وحدتان أساسيتان، المتر للطول والجرام للكتلة . وقد اشتُقت من هاتين الوحدتين الأساسيتين وحدات الطول والكتلة الأخرى، وجميع وحدات المساحة والحجم، والوحدات المشتقة مثل الكثافة.

كانت المقاييس العرفية ( Mesures usuelles ) نظام قياس تم تقديمه كحل وسط بين النظام المتري والقياسات التقليدية. وقد تم استخدامه في فرنسا من عام 1812 إلى عام 1839 .

استُخدمت عدة أنظمة قياس مختلفة للنظام المتري، منها أنظمة قياس الجاذبية ، ونظام السنتيمتر-غرام-ثانية (cgs) المستخدم في العلوم، ونظام المتر-طن-ثانية (mts) الذي كان يُستخدم في الاتحاد السوفيتي، ونظام المتر-كيلوغرام-ثانية (mks). وفي بعض المجالات الهندسية، كالتصميم بمساعدة الحاسوب ، يُستخدم نظام المليمتر-غرام-ثانية (mmgs). ^{[ 4 ]}

المعيار الدولي الحالي للنظام المتري هو النظام الدولي للوحدات ( SI ). وهو نظام يمكن فيه التعبير عن جميع الوحدات بدلالة سبع وحدات. الوحدات الأساسية في النظام الدولي للوحدات هي: المتر ، والكيلوغرام ، والثانية ، والأمبير ، والكلفن ، والمول ، والشمعة .

تستمد كل من الوحدات الإمبراطورية البريطانية والوحدات الأمريكية التقليدية أصولها من وحدات إنجليزية سابقة . كانت الوحدات الإمبراطورية تُستخدم في الغالب في الإمبراطورية البريطانية السابقة ودول الكومنولث البريطاني ، ولكن في جميع هذه الدول ، حل النظام المتري محلها إلى حد كبير. لا تزال تُستخدم في بعض التطبيقات في المملكة المتحدة، ولكن النظام المتري حل محلها في الغالب في التطبيقات التجارية والعلمية والصناعية . مع ذلك، لا تزال الوحدات الأمريكية التقليدية هي نظام القياس الرئيسي في الولايات المتحدة . ورغم اتخاذ بعض الخطوات نحو التحول إلى النظام المتري (خاصة في أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات)، إلا أن الوحدات التقليدية لا تزال راسخة بقوة نظرًا للبنية التحتية الصناعية الضخمة والتطور التجاري.

على الرغم من التشابه الكبير بين النظام الإمبراطوري البريطاني والنظام الأمريكي العرفي، إلا أن هناك عدة اختلافات بينهما . فقد ظلت وحدات الطول والمساحة (البوصة ، القدم ، الياردة ، الميل ، إلخ) متطابقة منذ اعتماد الاتفاقية الدولية للياردة والرطل ؛ ومع ذلك، احتفظت الولايات المتحدة، والهند سابقًا، بتعريفات أقدم لأغراض المسح. وقد أدى ذلك إلى ظهور القدم المساحية الأمريكية ، على سبيل المثال. وتختلف وحدات الكتلة والوزن ( أفواردوبوا ) للوحدات الأكبر من الرطل . يستخدم النظام الإمبراطوري البريطاني الحجر (ستون) الذي يزن 14  رطلاً، والقناصة الطويلة ( لونغ هاندويت) التي تزن 112  رطلاً ، والطن الطويل (لونغ تون) الذي يزن 2240  رطلاً. ولا يُستخدم الحجر كوحدة قياس للوزن في الولايات المتحدة. أما النظام الأمريكي العرفي فيستخدم القناصة القصيرة (شورت هاندويت) التي تزن 100  رطل، والطن القصير (شورت تون) الذي يزن 2000  رطل.

يكمن الاختلاف الأبرز بين هذه الأنظمة في وحدات الحجم. فالأونصة السائلة الإمبراطورية (28.4130625  مل) أصغر بنسبة 3.924% من الأونصة السائلة الأمريكية (  29.5735295625 مل ). ومع ذلك، بما أن الباينت  الأمريكي يساوي 16 أونصة  سائلة أمريكية، والباينت الإمبراطوري يساوي 20 أونصة سائلة إمبراطورية، فإن الباينت الإمبراطوري أكبر بنسبة 20.095% من الباينت الأمريكي، وينطبق الأمر نفسه على الجيلاتين والكوارت والجالون : فستة جالونات أمريكية ( 22.712470704 لتر) أصغر بنسبة 0.08% فقط من خمسة جالونات إمبراطورية (22.73045 لتر).    

كان نظام الوزن الإفواردوبوا النظام العام للكتلة والوزن. بالإضافة إلى ذلك، يوجد نظاما تروي والصيادلة . كان وزن تروي يُستخدم عادةً للمعادن الثمينة والبارود والأحجار الكريمة . أونصة تروي هي الوحدة الوحيدة المستخدمة حاليًا من هذا النظام، وتُستخدم للمعادن الثمينة . على الرغم من أن أونصة تروي أكبر من نظيرتها في نظام الوزن الإفواردوبوا، إلا أن الرطل أصغر. كان رطل تروي القديم مُقسّمًا إلى 12 أونصة، بدلًا من 16 أونصة لكل رطل في نظام الوزن الإفواردوبوا. كان نظام الصيادلة يُستخدم تقليديًا في علم الأدوية ، ولكنه استُبدل الآن بالنظام المتري؛ إذ كان يشترك مع نظام تروي في الرطل والأونصة، ولكن بتقسيمات فرعية مختلفة.

الوحدات الطبيعية هي وحدات قياس تُعرَّف بدلالة ثوابت فيزيائية عامة ، بحيث تأخذ ثوابت فيزيائية مختارة القيمة العددية 1 عند التعبير عنها بدلالة هذه الوحدات. سُميت الوحدات الطبيعية بهذا الاسم لأن تعريفها يعتمد فقط على خصائص الطبيعة ، وليس على أي مفهوم بشري. وتوجد أنظمة مختلفة للوحدات الطبيعية، تبعًا لاختيار الثوابت المستخدمة.

بعض الأمثلة هي كما يلي:

• تُعد أنظمة الوحدات الهندسية مفيدة في الفيزياء النسبية . في هذه الأنظمة، تُعد سرعة الضوء وثابت الجاذبية من بين الثوابت المختارة.
• وحدات بلانك هي نظام من الوحدات الهندسية التي يتضمن فيها ثابت بلانك المختزل ضمن قائمة الثوابت المحددة. وهي تعتمد فقط على خصائص الفضاء الحر، وليس على خصائص أي جسم أو جسيم.
• وحدات ستوني هي نظام من الوحدات الهندسية التي يتم فيها تضمين ثابت كولوم والشحنة الأولية .
• الوحدات الذرية هي نظام وحدات يُستخدم في الفيزياء الذرية ، وخاصةً لوصف خصائص الإلكترونات . وقد اختيرت هذه الوحدات لتعتمد على عدة ثوابت متعلقة بالإلكترون: كتلة الإلكترون ، والشحنة الأولية ، وثابت كولوم ، وثابت بلانك المختزل . وحدة الطاقة في هذا النظام هي الطاقة الكلية للإلكترون في ذرة بور، وتُسمى طاقة هارتري . أما وحدة الطول فهي نصف قطر بور .

تُسمى وحدة القياس التي تُطبق على النقود وحدة حساب في علم الاقتصاد ووحدة قياس في المحاسبة. ^{[ 5 ]} وهي عادةً عملة تصدرها دولة ما أو جزء منها؛ على سبيل المثال، الدولار الأمريكي وسنت أمريكي ( 1/100 من الدولار)، أو اليورو وسنت يورو.

ISO 4217 هو المعيار الدولي الذي يصف رموزًا مكونة من ثلاثة أحرف (تُعرف أيضًا باسم رمز العملة) لتحديد أسماء العملات التي وضعتها المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO).

على مر التاريخ، استُخدمت العديد من أنظمة القياس الرسمية. ورغم أنها لم تعد مستخدمة رسمياً، إلا أن بعض هذه الأنظمة العرفية لا تزال تُستخدم أحياناً في الحياة اليومية، مثلاً في الطبخ .

• تحويل الوحدات
• تاريخ النظام المتري
• ISO 31
• مستوى القياس
• قائمة وحدات القياس غير المتماسكة
• الأوزان والمقاييس في العصور الوسطى
• ساحة ضخمة
• معيار بتروغراد
• القياسات الزائفة
• الرمز الموحد لوحدات القياس
• الأوزان والمقاييس

• تافرنور، روبرت (2007)، أذن سموت: مقياس الإنسانية ، رقم ISBN 0-300-12492-9

• CLDR – ترجمة العملات والتاريخ والوقت والأرقام إلى نظام يونيكود
• قاموس وحدات القياس
• وحدات القياس القديمة
• مقاييس من العصور القديمة والكتاب المقدس، العصور القديمة والكتاب المقدس في آلة Wayback (تمت أرشفته في 10 مايو 2008)
• مقاييس الأراضي من ريزون أوفر: مرجع لمقاييس الأراضي الإسبانية والفرنسية (وما يعادلها باللغة الإنجليزية مع جداول التحويل) المستخدمة في أمريكا الشمالية
• القانون الموحد لوحدات القياس